За якої температури замерзає вода?

Вода має справді унікальні властивості. Сьогодні поговоримо про її агрегатні стани та процеси, які відбуваються під час них, дізнаємося, при скількох градусах замерзає вода, і як вона випаровується. Вода може існувати в трьох станах:

• твердий (лід);
• рідкий;
• газоподібний (пара)

Чому вода замерзає і кипить?

Структура води специфічна. У рідкому стані її молекули постійно рухаються, вони пов'язані між собою тільки слабкими водневими зв'язками. Під час нагрівання молекули починають рухатися активніше і, вдаряючись одна об одну, в результаті втрачають навіть слабкі зв'язки, перетворюючись в газ. Цей момент називається кипінням.

Коли температура знижується, зв'язки стають міцнішими та при досягненні температури замерзання молекули складаються в кристалічну гексагональну структуру. Її, до речі, можна наочно побачити, коли йде сніг. Молекули води складаються в красиві сніжинки правильної форми.

Зворотні процеси:

1. для кипіння — конденсація, коли вода при зниженні температури утворює конденсат. Прикладом цього може бути запотівання скла;
2. для замерзання — танення (згадайте, як лід в напоях поступово тане, або дзюрчить вода на вулиці, коли тане сніг).

Чому вода розширюється при замерзанні?

Як ми писали вище, водневі зв'язки при зниженні температури ущільнюються і формують стехіометричну структуру. Кристали будуються таким чином, що відстань між молекулами стає більшою, ніж під час хаотичного руху. Через це щільність льоду нижча за щільність води, тобто більша кількість молекул займає менший обсяг. Тобто більша кількість молекул займає менший обсяг.

Зрозуміти, як це працює можна на малюнку.

Замерзання знесоленої води

Якщо розглядати воду як хімічну речовину, яка не містить ніяких домішок, то ми зможемо зрозуміти тільки при якій температурі замерзає дистильована вода. Що стосується натуральної природної та водопровідної води, в її складі завжди є розчинені неорганічні та органічні речовини, які зрушують рівновагу фазового переходу.

Отже, температура замерзання дистильованої води та танення льоду при нормальному тиску дорівнює 0 ℃, а випаровування рідкої - 100 ℃. Важливо знати, що саме температури замерзання і випаровування води були підставою для завдання реперних точок градусної шкали Цельсія, в Кельвінах ці температури будуть дорівнювати, відповідно, 273 і 373 К.

Залежність температури кипіння від тиску

При зниженні тиску температура кипіння води падає, а при підвищенні зростає. Цим пояснюється те, що на вершинах гір вода закипає швидше, ніж у їх підніжжя. Наприклад, на висоті 4000 м, вода закипає вже при 85 °C (тиск - 0,6 атм.), а на вершині Евересту (8448 м) вже 72 °C. В таблиці наведені значення залежності температури кипіння води від тиску.

Теж саме стосується льоду: при дуже високому тиску лід може починати плавиться тільки при кімнатній температурі. А при тиску в 0,006 атм вода взагалі не здатна перебувати в рідкому стані, тобто з льоду вона відразу сублімується в пару.

Температура замерзання солоної води

Тут "солоність" раціональніше замінити терміном "загальний солевміст". Будь-які речовини в складі води здатні зрушувати точку замерзання в більшу сторону. Якщо для водопровідної води це десяті або соті частки градуса, що не вимірюються звичайними побутовими термометрами, то у випадку з морською водою зниження температури замерзання вже відчувається і дорівнює в середньому 1,8 °C.

В даному випадку ми не можемо описати залежність температури замерзання води від загального солевмісту, оскільки кожен компонент природної води вносить певні зміни. А таких компонентів у воді може бути більше 50-ти найменувань.

Для розуміння впливу солевмісту на температуру замерзання розчинів наведемо деякі значення. Температура замерзання 1,5%-вого розчину хлориду натрію або кухонної солі дорівнює (- 0,9) ° C, а для 20-ти % розчину це вже -16,6 ° C.

Температура замерзання солоної води може бути точно розрахована тільки за умови її відомого складу.

Якщо у вас є цікаві питання про фазові переходи, задавайте їх у коментарях, будемо раді відповісти.