Suhu membeku dan mencairkan air. Sifat air: "Keajaiban biasa" dalam kehidupan kita

Takat beku air dalam mortar atau konkrit secara praktikal mestilah lebih rendah daripada takat beku sepadan dengan kepekatan tertentu larutan akueus garam yang diambil, kerana proses pembekuan juga berlaku dalam liang dan kapilari kecil. Di samping itu, apabila larutan atau konkrit dengan penambahan garam mengeras, kepekatannya berubah (ms.
Takat beku air berkurangan dengan peningkatan tekanan, dan tidak meningkat, seperti yang dijangkakan.
Takat beku air berkurangan dengan peningkatan tekanan, hampir secara linear.
Bentuk sudut molekul air.| Persatuan molekul polar. Takat beku air pada normal tekanan atmosfera diambil sebagai titik sifar skala Celsius, dan takat didihnya sebagai 100 skala ini.
Takat beku air berkurangan dengan peningkatan tekanan kepada 2000 atm, bukannya meningkat.
Takat beku air berkurangan dengan peningkatan tekanan, dan tidak meningkat, seperti yang dijangkakan.
Takat beku air di dalam tanah bergantung pada tahap hubungannya dengan zarah mineral tanah dan pada kehadiran garam larut di dalamnya. Semasa peringkat awal pembekuan tanah, ia pada masa yang sama mengandungi hablur ais dan air. Tanah membeku hanya 5 - 20 hari selepas bermulanya cuaca sejuk yang berterusan.
Persatuan molekul polar. Takat beku air pada tekanan atmosfera biasa diambil sebagai takat sifar skala Celsius, dan takat didihnya diambil sebagai 100 daripada skala ini.
Disebabkan oleh ketidaktepatan termometer, suhu beku air mungkin tidak bertepatan dengan sifar pada skala. Dalam kes ini, bacaan termometer yang sepadan dengan suhu beku air diambil sebagai 0 C (dan pada masa hadapan, suhu lain diukur dari bacaan ini.
Takat beku air dengan mineralisasi sedemikian ialah 251 K.
Pergantungan masa penetapan pengerasan simen pada suhu. 1 - mulakan - - akhirnya skhg. atyvanpya obgsh. simen ke. II, III, IV - permulaan dan akhir penetapan simen dengan 6. bahan tambahan NaCl, CaCl, AlCl3. Penurunan suhu beku air, serta perubahan dalam masa penetapan mortar simen ke arah pengurangan dan peningkatan ciri-ciri batu simen dicapai dengan meningkatkan mineralisasi air. m dengan bahan tambahan kimia khas garam dan alkali.
Penurunan takat beku air menentukan jumlah antibeku yang diperkenalkan: potash K2C03; magnesium klorida MgCl2; kalsium klorida CaC12 dan glikol HO-CH2-CH2-OH. Sebagai contoh, takat beku larutan akueus 20% etilena glikol ialah - 10 C.

Penurunan takat beku air ditentukan oleh jumlah antibeku yang diperkenalkan: potash KzCO3; magnesium klorida MgCl2; kalsium klorida CaC12 dan glikol HO-CH2-CH2-OH. Sebagai contoh, takat beku larutan akueus 20% etilena glikol ialah - 10 C.
Mengurangkan takat beku air dengan ketara. Contohnya, larutan glikol berair 60% membeku pada - 49 C. Ia berjaya digunakan untuk menyediakan antibeku.
Metanol merendahkan takat beku air lebih daripada isipadu alkohol denaturasi yang sama. Selain itu, daripada larutan akueus Dengan takat beku yang sama, metanol menyejat lebih sukar daripada alkohol yang didenaturasi. Campuran metanol yang tidak membeku, diwarnai dengan cara tertentu dan tidak mempunyai sifat menghakis, digunakan sebagai antibeku dalam sistem penyejukan kereta.
Mereka menurunkan takat beku air dan mengurangkan lekatan ais ke konkrit. Digunakan untuk memberikan sifat hidrofobik kepada fabrik, gentian kaca, konkrit dan seramik.
Dengan peningkatan tekanan, takat beku air mula-mula berkurangan (kepada - 5 C pada 615 pagi), dan melebihi 2000 pagi ia meningkat. Air yang sangat bersih boleh disejukkan dengan berhati-hati kepada -72 C. Jika tiada gas terlarut, ia menjadi terlalu panas kepada suhu lebih daripada 200 C.
Pada skala darjah, suhu beku air ialah 273 15 K. Menurut (9.3), pada Г 0 gerakan terma dalam badan berhenti. Suhu ini dipanggil sifar mutlak.
Seperti yang diketahui, suhu pembekuan air dalam batuan halus biasanya di bawah 0 C. Walau bagaimanapun, seperti yang telah ditetapkan oleh beberapa kerja, dengan penurunan beransur-ansur dalam suhu batu yang sudah beku, semakin banyak jumlah air tidak beku yang baru. berubah menjadi ais, dengan pengecualian molekul yang paling berorientasikan, yang tidak lagi mampu berkumpul ke dalam struktur ais. Apabila suhu meningkat semula, ais yang terbentuk daripada air yang tidak beku cair dalam julat suhu negatif.
Sifat larutan untuk merendahkan takat beku air digunakan secara meluas dalam amalan untuk penyediaan apa yang dipanggil antibeku, yang merupakan larutan akueus bagi bahan organik dan bukan organik tertentu. Penyelesaian ini tidak membeku pada suhu rendah dan air banjir digunakan secara meluas untuk menyejukkan enjin kereta dan traktor di Far North. Sebagai contoh, antibeku seperti larutan 55% etilena glikol dalam air tidak membeku walaupun pada suhu -40 C.
Bahan tambahan yang diperkenalkan merendahkan takat beku air dalam konkrit dan meningkatkan keamatan penambahan kekuatannya apabila suhu negatif.
Termometer pembezaan. Sifat larutan untuk merendahkan takat beku air digunakan secara meluas dalam amalan untuk penyediaan apa yang dipanggil antibeku, yang merupakan larutan akueus bagi bahan organik dan bukan organik tertentu. Penyelesaian ini tidak membeku pada suhu rendah dan oleh itu digunakan secara meluas untuk menyejukkan enjin kereta dan traktor di Far North. Sebagai contoh, antibeku seperti larutan 55% etilena glikol dalam air tidak membeku walaupun pada suhu 233 K.
Celsius mewakili takat beku air, dan 100 C ialah takat didih air.
Kira berapa perbezaan suhu beku air, tepu dengan udara, dan air bersih.
Jika perbezaan antara dua pemerhatian suhu pembekuan air adalah kecil (0 01 - 0 02), penyejukan air dihentikan dan nilai purata suhu pembekuan pelarut dikira. Jika percanggahan lebih ketara, eksperimen pembekuan air diulang.

Sifat bahan terlarut untuk menurunkan takat beku air digunakan secara meluas dalam amalan untuk penyediaan apa yang dipanggil antibeku. Antibeku ialah larutan akueus bagi beberapa bahan bukan organik atau organik yang tidak membeku pada suhu rendah dan digunakan sebagai campuran penyejuk.
Pemalar ebulioskop bagi sesetengah pelarut.| Meningkatkan takat didih larutan. Keupayaan bahan terlarut untuk menurunkan takat beku air digunakan dalam amalan untuk menyediakan apa yang dipanggil antibeku.
Kira perbezaan antara suhu beku air tepu dengan udara dan air tulen.
Pempolimeran emulsi pada suhu di bawah takat beku air secara semula jadi memerlukan penggunaan bahan yang menurunkan takat beku.
Objektif kerja: secara eksperimen menentukan suhu beku air dan larutan, mengira kepekatan osmotik.
Bagaimanakah peningkatan tekanan menjejaskan takat beku air?
Ubah bentuk konkrit pengerasan biasa tepu dengan air selama 2 hari, bergantung pada suhu. Kini diketahui bahawa takat beku air bergantung pada diameter kapilari di mana ia berada. Jadi, membeku air masak dalam kapilari kaca, Borovik-Romanova menunjukkan bahawa dengan diameter tiub 1 57 mm suhu beku adalah sama dengan -6 4 C, dengan diameter 0 15 mm - 14 6 C, dengan diameter 0 06 mm - 18 5 C.
Apabila garam ditambah kepada air, takat beku air akan berkurangan: titik kiasan larutan bergerak ke bawah sepanjang lengkung O / C, yang menyatakan hubungan antara perubahan suhu dan kepekatan larutan dalam keseimbangan dengan ais. .
Apabila garam ditambah kepada air, takat beku air akan berkurangan: titik kiasan larutan bergerak ke bawah sepanjang lengkung OK, yang menyatakan hubungan antara perubahan suhu dan kepekatan larutan dalam keseimbangan dengan ais.
Lomonosov menggunakan termometer di mana takat beku air diambil sebagai 0, dan takat didih sebagai 150, jadi suhu tolak 131 sepadan dengan kira-kira tolak 87 C. Tetapi suhu sedemikian tidak boleh diukur dengan termometer merkuri, jadi laporan dari Yeniseisk, yang Lomonosov bergantung, adalah salah. Pembekuan merkuri ditemui dan diterangkan dalam surat yang dialamatkan kepada Akademi Sains oleh pemerhati stesen meteorologi Tomsk Pyotr Salomatov pada tahun 1734. Pada tahun 1735, Ahli Akademik Gmelin memerhatikan pembekuan merkuri dalam termometer, tetapi dalam erti kata penuh perkataan dia tidak percaya matanya.
Keupayaan garam meja untuk menurunkan takat beku air dalam larutan telah digunakan sejak zaman purba untuk memerangi ais di jalan raya. Utiliti dan perusahaan jalan raya telah lama digunakan garam meja untuk menyiram jalan, untuk mengelakkan kemalangan dan kecederaan. Kebanyakan garam yang berkaitan daripada pengeluaran potash digunakan untuk menurap jalan.
Unit untuk pengeluaran paip. Paip polietilena adalah elastik dan boleh menahan suhu beku dan kejutan air. Paip plastik tidak menghakis, mempunyai permukaan dalaman yang licin, yang mengurangkan rintangan kepada aliran cecair, mudah disambungkan dengan kimpalan, gluing, dan oleh itu digunakan secara meluas dalam pelbagai sektor ekonomi negara.

Memandangkan proses pembentukan clathate berlaku pada suhu di atas takat beku air, penggunaan tenaga adalah kurang daripada semasa penyahgaraman dengan pembekuan. Adalah dipercayai bahawa anestesia mungkin dikaitkan dengan pembentukan hidrat jenis clathrate di dalam otak.
Pada nilai hampir luas permukaan tertentu, perubahan terkecil dalam suhu beku air apabila kandungan lembapan berkurangan diperhatikan untuk kaolin, dan yang terbesar untuk montmorilonit. Ini adalah bersetuju sepenuhnya dengan hidrofilik semula jadi mineral tanah liat yang sepadan.
Sifat berharga alkil silikonat ialah keupayaannya untuk menurunkan takat beku air.
Mekanisme tindakan sanga pada ais adalah untuk menurunkan takat beku air.
Sifat paling penting etilena glikol ialah keupayaannya untuk merendahkan takat beku air, yang menerangkan penggunaan 50 - 60% larutan akueus etilena glikol untuk mengisi semula sistem penyejukan kereta kebal, pesawat, tempur dan kenderaan pengangkutan pada musim sejuk.
Lengkung suhu permulaan penghabluran ais bergantung kepada kandungan poliglikol dalam larutan (sebahagian daripada air - sistem poliglikol. Poliglikol dengan berat molekul tertinggi mengurangkan takat beku air paling sedikit.
Harta yang penting Kekuatan lycol adalah keupayaannya untuk merendahkan takat beku air dengan banyak.
Suhu 0 C ialah kedua-dua suhu lebur ais dan suhu beku air. Apakah yang berlaku jika kita meletakkan seketul ais dengan suhu 0 C dalam kalorimeter dengan air pada 0 C.
Pada masa yang sama, tiada hubungan langsung antara takat beku air dan kepekatan komponen terlarut di dalamnya. Seperti yang diketahui, mineralisasi air yang ditekan lebih rendah, semakin besar beban di mana ia dikeluarkan dari sistem. Ini sekali lagi menunjukkan bahawa perubahan dalam suhu beku air dalam sistem yang dikaji ditentukan oleh tindakan jarak jauh daya permukaan, dan bukan oleh komposisi garamnya.
Kebergantungan tekanan pembentukan hidrat gas individu pada suhu. Satu ciri rajah heterogen bagi gas, suhu kritikal yang berada di bawah suhu beku air, ialah ketiadaan infleksi tajam pada titik C (pada titik persilangan lengkung Abe dan Bd), ketiadaan perubahan mendadak dalam terbitan dt / dp dan tandanya pada titik C Tanda terbitan lengkung BdD berubah pada titik d, kerana dengan pembentukan hidrat pada p pa isipadu molar berkurangan semasa peralihan gas daripada keadaan bebas kepada hidrat, dan pada p - ipd isipadu molar bagi gas bertambah semasa peralihannya daripada keadaan bebas kepada keadaan terhidrat.

Bagi takat didih, ia adalah secara langsung bergantung kepada tekanan: dengan peningkatan tekanan ia meningkat (Rajah 6). Sifat air ini sebelum ini digunakan untuk menentukan ketinggian rupa bumi di pergunungan. Takat didih juga meningkat dengan peningkatan kandungan bahan terlarut dalam air.
Satu lagi pergantungan diperhatikan antara tekanan dan takat beku (lebur) air, dengan peningkatan tekanan ia jatuh (tetapi hanya pada tekanan 2200 atm). Dengan peningkatan tekanan selanjutnya, titik beku air mula meningkat: pada tekanan 3530 atm, air membeku pada tolak 17; pada 6380 atm - pada 0 °C, pada 16,500 atm - pada 60, dan pada 20,670 atm - pada 76 °C. Dalam dua kes terakhir kita sudah ada ais panas.

Adakah mungkin gabungan suhu dan tekanan sedemikian wujud di bahagian dalam bumi? Sudah tentu tidak ada air yang beredar bebas di dalam batuan Bumi, kerana walaupun di sempadan litosfera bawah dan mantel atas, dipanggil sempadan Mohorovicic (seperti yang akan kita lihat dari bab selanjutnya), di mana tekanan adalah kira-kira 10,000 atm, suhu tidak boleh bersamaan dengan 30 ° C, dan akan sentiasa dan di mana-mana menjadi lebih tinggi dengan ketara. Oleh itu, pertemuan ais panas dikecualikan di sini.
Di atas had Mohorovicic, tekanan melebihi 6000 atm, yang diperlukan untuk pembentukan ais panas, dikecualikan sepenuhnya.

Pada tekanan 1 atm, takat beku (lebur) dan takat didih air adalah anomali (masing-masing 0 dan 100 °C). Jika kita mengambil beberapa sebatian hidrogen dengan unsur kumpulan VIa sistem berkala Mendeleev - H2Te, H2Se H2S dan H2O - dengan mengambil kira berat molekul relatifnya, ternyata titik beku dan didih air tidak sesuai dengannya. corak biasa kepada tiga sebatian lain, yang mempunyai kurang daripada lebih relatif berat molekul, semakin tinggi takat didih dan beku. Takat beku air hendaklah antara tolak 90 dan tolak 120 ° C, tetapi sebenarnya ia adalah ±0 ° C. Perkara yang sama boleh dikatakan tentang takat didih air, yang sepatutnya antara 75 dan 100 °C (Rajah 7).

Pada tekanan biasa air boleh "membeku" walaupun pada suhu positif. Ini diperhatikan, sebagai contoh, dalam saluran paip gas, apabila gas yang melaluinya (terutamanya metana) kurang kering, iaitu ia mengandungi air. Isipadu molekul gas berbanding dengan isipadu molekul air adalah lebih besar, yang membawa kepada penurunan tekanan dalaman dan peningkatan takat beku dari beberapa darjah kepada 20 ° C. "ais" yang jatuh mengandungi banyak gas (gas hidrat).
Hakikat kewujudan air biasa permukaan bumi keadaan termodinamik dalam ketiga-tiga fasa (pepejal, cecair dan gas) menjadikan bahan ini amat mengejutkan dan luar biasa.

Bahan yang paling mudah, paling meluas dan pada masa yang sama yang paling misteri, menakjubkan di dunia ialah air. Ketumpatan boleh ubah, kapasiti haba yang tinggi dan tegangan permukaan air yang besar, keupayaannya untuk "memori" dan struktur - semua ini sifat anomali bahan yang kelihatan mudah seperti H20.

Perkara yang paling menarik ialah kehidupan wujud terima kasih kepada sifat anomali air, yang masa yang lama tidak dapat dijelaskan dari segi hukum fizik dan kimia. Ini disebabkan oleh fakta bahawa ikatan hidrogen wujud antara molekul air. Oleh itu, dalam keadaan cecair, air bukan sekadar campuran molekul, tetapi rangkaian gugusan air yang kompleks dan berubah-ubah secara dinamik. Setiap kelompok individu hidup untuk masa yang singkat, tetapi tingkah laku kelompok yang mempengaruhi struktur dan sifat air.

Air mempunyai suhu beku dan mendidih yang tidak normal berbanding dengan sebatian hidrogen binari lain. Jika kita membandingkan takat lebur sebatian yang hampir dengan air: H2S, H2Te, H2Se, maka kita boleh mengandaikan bahawa takat lebur H20 hendaklah antara 90 dan -120 ° C. Walau bagaimanapun, pada hakikatnya ia adalah 0 ° C. titik adalah serupa: untuk H2S ia adalah -60.8 ° C, untuk H2Se -41.5 ° C, H2Te -18 ° C. Walaupun begitu, air harus mendidih sekurang-kurangnya pada +70 ° C, dan ia mendidih pada +100 ° C. Berdasarkan mengenai ini, bahawa takat lebur dan takat didih air adalah sifat anomali, kita boleh membuat kesimpulan bahawa di bawah keadaan planet kita, keadaan cecair dan pepejal air juga adalah anomali. Ia sepatutnya normal kepada gas dan keadaan.

Anda sudah tahu bahawa badan mengembang apabila dipanaskan dan mengecut apabila disejukkan. Walaupun kelihatan paradoks, air bertindak secara berbeza. Apabila disejukkan dari 100°C hingga -4°C, air mengecut, meningkatkan ketumpatannya. Pada suhu +4 ° C ia mempunyai ketumpatan tertinggi. Tetapi dengan penyejukan selanjutnya hingga 0 ° C, ia mula mengembang, dan ketumpatannya berkurangan! Pada 0 ° C (suhu beku air), air bertukar menjadi keadaan terkumpul pepejal. Momen peralihan disertai dengan peningkatan mendadak dalam jumlah (kira-kira 10%) dan penurunan ketumpatan yang sepadan. Bukti fenomena ini ialah ais terapung di permukaan air. Semua bahan lain (kecuali Bismut dan Gallium) tenggelam dalam cecair yang terbentuk semasa pencairannya. Ketumpatan pembolehubah fenomenal air membolehkan ikan hidup dalam badan air yang membeku: apabila suhu turun di bawah -4 ° C, lebih banyak air sejuk, yang kurang tumpat, kekal di permukaan dan membeku, manakala suhu kekal di atas sifar di bawah ais.

Air mempunyai kapasiti haba yang luar biasa tinggi dalam keadaan cecairnya. Muatan haba air adalah dua kali ganda kapasiti haba stim, dan kapasiti haba stim adalah sama dengan kapasiti haba... ais. Kapasiti haba ialah jumlah haba yang diperlukan untuk meningkatkan suhu sebanyak 1 ° C. Apabila dipanaskan dari 0 ° C hingga +35 ° C, kapasiti habanya tidak meningkat, tetapi berkurangan. Dengan pemanasan lanjut dari +35 ° C hingga +100 ° C ia mula berkembang semula. Suhu badan organisma hidup bertepatan dengan nilai terendah kapasiti haba air.

Supercooling ialah keupayaan air untuk menyejukkan ke suhu di bawah takat bekunya sambil kekal sebagai cecair. Harta ini sangat air bersih, bebas daripada pelbagai kekotoran yang boleh berfungsi sebagai pusat penghabluran semasa pembekuannya.

Kebergantungan suhu beku air pada tekanan juga adalah anomali sepenuhnya.

Apabila tekanan meningkat, takat beku berkurangan adalah kira-kira 1 ° C untuk setiap 130 atmosfera. Dalam bahan lain, sebaliknya, dengan peningkatan tekanan, takat beku meningkat.

Air mempunyai tegangan permukaan yang tinggi (hanya merkuri mempunyai nilai yang lebih tinggi), Air mempunyai keupayaan pembasahan yang tinggi - disebabkan ini, fenomena kapilari adalah mungkin, iaitu keupayaan cecair untuk menukar tahap dalam tiub, saluran sempit bentuk bebas, badan berliang.

Air memperoleh sifat yang menakjubkan dalam tiub nano, diameternya hampir 1 10'9 m: kelikatannya meningkat dengan mendadak dan air memperoleh keupayaan untuk tidak membeku pada suhu yang hampir kepada sifar mutlak. Molekul air dalam tiub nano pada suhu -23 ° C dan tekanan 40 ribu atmosfera secara bebas menyusun diri mereka menjadi "tangga" lingkaran, termasuk heliks berganda, yang sangat mengingatkan struktur heliks DNA,

Permukaan air mempunyai potensi elektrik negatif kerana pengumpulan ion hidroksil OH - Ion hidronium bercas positif H30 + tertarik ke permukaan air yang bercas negatif, membentuk lapisan dua elektrik.

Air panas membeku lebih cepat daripada air sejuk - fenomena paradoks ini dipanggil kesan membran. Hari ini sains masih belum memberikan penjelasan mengenainya,

Pada -120 ° C, perkara aneh mula berlaku kepada air: ia menjadi likat, seperti molase, dan pada suhu di bawah -135 ° C ia bertukar menjadi air "kaca" - bahan pepejal yang tidak mempunyai struktur kristal.