Отвечаем на вопрос: какая вода замерзает скорее — пресная или соленая, и почему?

Температура замерзания дистиллированной воды

Замерзает ли дистиллированная вода? Напомним о том, что для замерзания воды необходимо присутствие в ней неких центров кристаллизации, коими могут стать пузырьки воздуха, взвешенные частицы, а также повреждения стенок ёмкости, в которой она находится.

Дистиллированная вода, совершенно лишённая всяких примесей, не имеет и ядер кристаллизации, а поэтому её замерзание начинается при очень низких температурах. Начальная точка замерзания дистиллированной воды составляет -42 градуса. Учёным удалось добиться переохлаждения дистиллированной воды до -70 градусов.

Вода, подвергнутая воздействию очень низких температур, но при этом не кристаллизовавшаяся, называется «переохлаждённой». Можно, поместив бутылку с дистиллированной водой в морозильную камеру, добиться её переохлаждения, а затем продемонстрировать очень эффектный трюк — смотрите в видео:

Тихонько постучав по бутылке, извлечённой из холодильника, или бросив в неё небольшой кусочек льда, можно показать, как мгновенно она превращается в лед, имеющий вид удлинённых кристаллов.

Дистиллированная вода: замерзает или нет под давлением эта очищенная субстанция? Такой процесс возможен лишь в специально созданных лабораторных условиях.

Как влияет на замерзание заряд поверхности, соприкасающейся с водой

Неспроста считается, что в дистиллированной воде полностью отсутствуют примеси. Этим объясняется тот факт, что замерзать она начинает только при достижении той самой температуры в «минус» 42°С. Путем многочисленных исследований ученые доказали, что замерзание воды при различных температурах также зависит от положительного или отрицательного заряда поверхности, с которой непосредственно соприкасается вода.

Если заряд отрицательный, то температура замерзания ниже, а при положительном – соответственно, наоборот. Если заряд меняется с отрицательного на положительный, то замерзание происходит при более высокой температуре.

Почему лёд плавает

Итак, вода остыла, начала замерзать, и по её поверхности поплыли льдины. Но плотность веществ с понижением обычно температуры растёт, а вода закономерности этой не подчиняется. Почему же лёд оказывается легче воды?

Многие считают, что в толще остаются льда многочисленные поры и промежутки, заполненные воздухом. Пузырьки действительно воздуха нередко вмерзают в лёд, и такая губка значительно становится легче воды. Но даже лёд микроскопических без пор и трещин плотность имеет 0,9168 г/см 3 при 0°С, а вода при той же температуре 0,9984 г/см 3 . Дело, значит, только в особенностях льда структуры и воды.

Молекулы воды, состоящие из одного кислорода атома и двух атомов водорода, вид имеют шариков с выпуклостями. В кристалле они льда располагаются так, выпуклости что атомам строго ориентируются по направлению соседних двух молекул. В результате возникает трёхмерная кристаллическая решётка, состоящая из почти идеальных тетраэдров. Каждая молекула в его окружена вершинах четырьмя другими говорят: число координационное льда .

У воды такой нет упорядоченной структуры, расположение её молекул всё время меняется. Но в любой каждую момент молекулу окружают воды от 4 до 5 соседок, что так среднее их число равным оказывается 4,4. Это означает, молекулы что воды в жидкости располагаются теснее, чем в кристалле, плотнее вода льда. Относительные величин изменения координационного хорошо очень совпадают по величине.

Когда лёд тает, холодные освободившиеся молекулы малой обладают энергией и низкой подвижностью. Вначале сохраняют они структуру кристаллической решётки, и плотность воды остаётся низкой. Постепенно порядок регулярный молекул размывается, группируются они теснее, и плотность воды растёт.

Подобным ведут образом себя и некоторые металлы, например чугун. Это использовать позволяет его материал как для художественного литья. При застывании расширяется чугун и заполняет все, самые даже тонкие детали формы. Чугунные кружевные решётки и настольные скульптуры по моделям художников известных издавна отливали в уральском городе Касли.

Сравнительные показатели

Наличие примесей существенно влияет на физические свойства вещества:

• Изменяется плотность,
• температурные режимы,
• поведение при переходах из одного агрегатного состояния в другое.

Температура замерзания

Минерализация питьевой воды составляет 0,1%, поэтому температура замерзания 0 градусов Цельсия. Концентрация минеральных добавок в соленой воде варьируется. Температуру замерзания рассчитывают по формуле t3 = -0,0545*S, то есть изменение происходит на -0,54°С на каждые 10 промилле солености.

Например, при минерализации раствора равной 24,7 промилле (морская вода) показатель равен -1,33°С. В Мертвом море насыщенность минеральными добавками достигает 350 промилле. Вода в нем будет кристаллизоваться при -19° Цельсия.

Почему несоленая замерзнет при 0 градусов, а соленая – меньше 0 градусов?

Соленые и пресные воды отличаются по составу. Это 2 различных раствора. Они отличаются по физическим показателям. Поэтому температуры кристаллизации отличаются.

Факторы и их влияние

На начало процесса образования льда в питьевой воде оказывает влияние 2 фактора – процент растворенных минеральных веществ и давление.

Если количество примесей стремится к нулю, и по физическим показателям питьевая вода приближается к химически чистому веществу, то она может оставаться в жидкой форме при температуре ниже 0 градусов.

Если понизить давление, то процесс кристаллизации замедлится. При изменении показателя на 1 атмосферу температура повышается на 0,01°C.

Факторы, влияющие на температуру образования льда из соленой воды:

• концентрация минеральных веществ;
• внешние условия – погода, наличие ветра, лабораторные условия или естественная среда.

Как происходит кристаллизация в различных растворах?

Процесс кристаллизации жидкости отличается в зависимости от степени ее минерализации:

1. Пресная – после образования начального кристалла льда начинается хаотическое изменение ее агрегатного состояния. Могут сформироваться шестиугольный и кубический лед.

   Они состоят из гексаэдров с атомами кислорода в вершине, но относительное расположение колец отличается. Кубический лед встречается на высоте несколько тысяч метров

2. Соленая – при достижении температуры замерзания образуются ледяные иглы. Часть минеральных веществ остается в образующихся кристаллических структурах. Минерализация такого льда в 4 раза меньше исходного раствора.

Дальнейший процесс зависит от внешних факторов. Соленая вода замерзает, начиная от края емкости, в центре образуется непрозрачный стержень. В нем содержится большая часть минеральных добавок. Эта часть замерзает последней.

Если процесс идет в естественных условиях, то верхняя охлажденная часть будет опускаться вниз. На поверхность поднимаются теплые потоки.

Перемешивание продолжается до тех пор, пока не достигнет точки переохлаждения. После этого соленая вода замерзает иглами на всю глубину.

Что происходит при кристаллизации

Посмотрим теперь, происходит что при замерзании воды и образовании кристаллов льда. В стакан , с водой немного налейте чернил, краски акварельной или чайной заварки. Укутайте верхнюю его часть теплоизоляции слоем тканью, , слой чтобы льда нарастал от дна стакана к поверхности воды, и выставьте на мороз.

Ледяной цилиндрик, вынутый из стакана, очень выглядит любопытно. В нижней его части, там, начиналось где замерзание воды, абсолютно располагается прозрачный лёд. Верхняя же часть его окрашена, и гораздо более интенсивно, сам чем раствор. Граница двумя между областями настолько бывает резка, что кажется два это совершенно разных вещества.

Когда вода замерзает?

Мотор является довольно большим массивом металла. Также внутри него находится смазка, а еще охлаждающая жидкость, в нашем случае вода. Когда вы ставите машину на стоянку, то температура силового агрегата находится на отметке около 90°. Моментально остыть мотор не может, к тому же, обычно с вечера температура плюсовая. Остывание происходит постепенно. При легком заморозке двигатель полностью промерзнуть просто не успевает.

Также сказывается наличие дополнительных факторов. В пасмурную погоду остывание происходит быстрее. Если в радиатор будет задувать ветер, то шанс заморозить авто значительно увеличивается. В целом, до температуры в -3° за сохранность силового агрегата можно не переживать. При морозе до -7° риск значительно увеличивается. Но, все же при правильном подходе можно пережить и такое.

Как избежать размораживания?

• Слейте воду. Это самый надежный способ. Так вы гарантированно не заморозите двигатель. Хотя, имеются свои нюансы. Часть воды останется в моторе, из-за технических особенностей слить ее полностью не удастся. Остаток может образовать пробку, осложняя последующую заправку системы охлаждения;
• Утеплите машину. Часто водители на зиму обклеивают капот с обратной стороны теплоизолятором. Это немного снизит риск повреждения блока. Неплохо надеть на радиатор фартук. Можно укутать двигатель. Укройте его старым одеялом или куртками. Это позволит минимизировать возможность замерзания мотора при небольшом минусе. Такая защита имеет смысл при постановке автомобиля на ночную стоянку. Оставив его так на несколько дней, вы гарантированно поедете за новым мотором;
• Ставьте машину на ночную стоянку в местах, защищенных от ветра. Наличие воздушных потоков значительно усиливает охлаждение деталей двигателя. Даже при небольшом минусе есть риск образования льда в системе охлаждения. Если тихое место найти не удается, то ставьте машину так, чтобы ветер не задувал в радиатор;
• Добавьте немного антифриза. Достаточно купить один литр, чтобы до -7° чувствовать себя вполне спокойно;
• Запуск двигателя через определенные промежутки времени. Такой способ позволит избежать замерзания даже при температуре до -10°. Неудобство метода заключается в необходимости выходить к машине каждый час.

Заключение. Все знают, что использовать в качестве охлаждающей жидкости воду не рекомендуется, но часто другого выхода у автолюбителя не остается. Вот тут и возникает вопрос, при какой температуре замерзает вода в двигателе. На самом деле однозначного ответа на этот вопрос нет. Все зависит от сочетания большого количества различных факторов. За нижний порог обычно берут -3°. До такой температуры однозначно переживать нечего. Применение дополнительных средств защиты может снизить допустимую температуру.

Без воды нет существования живых организмов. Однако вода в разных своих видах может вести себя по-разному: замерзать, закипеть и т.д.

Лёд в природе

Изучением природных льдов во всех разновидностях на поверхности Земли, атмосфере, гидросфере, литосфере занимается наука – Гляциология.

Рассмотрим подробнее основные виды льда:

Атмосферный

Образуется в атмосфере и на земной поверхности. Выпадает на Землю в виде осадков: снега, инея, града. Также может образовать ледяные облака и туман.

Ледниковый (глетчерный)

Образуется в результате накопления и его последующего преобразования в ледяную массу. Ледники занимают 11 процентов суши. Наибольшая часть ледников расположены в Антарктиде. Самый известный шельфовый ледник Его площадь превышает 500 тыс. км2, а толщина льда достигает 700 м.

Подземный

Находится в верхней части земной коры. Основная масса находится в Северном полушарии. По подсчетам ученых запасы достигают от 0,3 до 0,5 млн км3

Морской

Образуется в море, океане при замерзании воды. Различают следующие виды:

• Припай – прикрепленный к берегу или отмели ледяной покров. Его площадь может достигать от несколько метров до тысячи километров.
• Паковый (многолетний) – морской, толщиной не менее 3 метров.
• Плавучий (дрейфующий) – это айсберги, обломки льдин.

По форме айсберги бывают столообразные и пирамидальные. Часто достигают гигантских размеров. Площадь гигантов уменьшается прогрессивно по мере их продвижения в более низкие широты.