При какой температуре замерзает вода


water1Со школы все прекрасно помнят, что при нулевой температуре по шкале Цельсия вода переходит в твердое агрегатное состояние. Проще говоря, она превращается в лед. Это значение соответствует 32 градусам по Фаренгейту и 273,15 по Кельвину.

Не всегда эти цифры справедливы — вода бывает разная:

  • пресная;
  • морская;
  • минеральная;
  • дистиллированная;
  • омагниченная.

water2Давление воздуха влияет на то, при какой температуре замерзает вода, например, в высокогорном озере. Вода бывает легкой, тяжелой и сверхтяжелой в зависимости от содержания изотопов водорода. Существуют понятия мягкости и жесткости. Все эти факторы играют немалую роль в изменении агрегатного состояния.

В обычной воде всегда есть какие-то примеси — твердые частицы, пыль. При определенной температуре вокруг мельчайших частиц начинают образовываться ледяные кристаллы. Такие частицы называют ядрами кристаллизации. Их функцию могут также выполнять трещины, пузырьки воздуха, дефекты поверхности сосуда. Наличие таких частиц – необходимое условие для превращения воды в лед.

Зависимость от атмосферного давления

С набором высоты атмосферное давление понижается. Чем выше в гору вы поднимаетесь, тем сильнее меняется температура замерзания воды. На километровой высоте кристаллизация происходит лишь при +2˚С. Поднявшись еще на километр, вы увидите, что лед образуется при +4˚С. Нулевая температура способствует переходу в твердое состояние лишь при нормальном атмосферном давлении — 760 мм ртутного столба.

Таким образом, с понижением давления воздуха, повышается температура, необходимая для замерзания воды. Зато кипеть она начинает при более низких значениях.

Природные водоемы

water3В озере или реке вода замерзает при 0˚С. Признаком того, что водоем является очень чистым, может служить процесс кристаллизации воды – он начинается со дна, поскольку там больше всего ядер кристаллизации: камней, коряг, растений.

По-другому дело обстоит с морями и океанами. Морская вода замерзает при разных значениях ниже нуля. Насколько соленая она будет, настолько выше ее плотность, поэтому для ее замерзания требуются более низкие температуры. Морская вода обладает разной степенью солености в различных частях мирового океана. При среднем значении 35 ‰ превращение в лед начнется при -1,91˚С.

Водные растворы

Вода – отличный растворитель. В зависимости от характера и количества примесей она будет переходить в твердое состояние при различных условиях. Например, если добавить спирт, то понадобятся очень низкие температуры, вплоть до -114˚С. При этом неправильно говорить о каком-то фиксированном показателе. Здесь необходимо указывать температуру, когда начинается кристаллизация и когда она заканчивается. Начальное значение зависит от доли спирта в растворе.

Как говорилось выше, соленая вода кристаллизуется при разной температуре воздуха. Ключевым является показатель солености, измеряемой в промилле (‰).

Дистиллированная вода

water4В отличие от водопроводной дистиллированная вода не содержит каких-либо примесей. Ее получают путем перегонки в дистилляторе. Получается, что в такой жидкости нет ядер кристаллизации. В связи с этой особенностью замерзание начинается при гораздо более низкой температуре, равной -42˚С.

Когда вода, подвергающаяся действию низкой температуры, не кристаллизуется, ее называют «переохлажденной». Если постучать по сосуду с такой жидкостью, она мгновенно станет льдом.

В лабораторных условиях ученым удалось добиться более низкого порога кристаллизации, когда дистиллированная вода при особом давлении замерзала при -70˚С.

Омагниченная вода

Люди, интересующиеся структурированием воды, наверняка слышали о способе, при котором жидкость подвергается воздействию магнитных полей определенной напряженности. Считается, что в результате получается омагниченная вода, благотворно влияющая на различные органы, убивает микробы и бактерии. Также сторонники этого метода утверждают, что полив структурированной водой повышает урожайность огурцов, помидоров и прочих культур в несколько раз. Замерзает чудо-вода при температуре -5-10 градусов ниже нуля, что в некоторой мере защищает растения от заморозков.

Бытовые случаи

water5Естественно, людей больше волнуют повседневные проблемы, а не вопрос при какой температуре замерзает вода, например, в Каспийском море. Что случится, если отключат отопление? Уже при -1˚С внутри жилого дома вода в трубах начнет замерзать. Если в течение 2-3 дней не воспрепятствовать этому, лед в радиаторе и трубах отопления расширится и разорвет их. Вдруг поломается котел в частном доме или на дачном участке? При температуре 5 градусов ниже нуля на замерзание воды в трубах и радиаторе уйдет пара дней. С хорошей теплоизоляцией система отопления выдержит дольше.

Головной болью автомобилистов является замерзание воды в радиаторе с наступлением холодов. Кристаллы льда начинают образовываться при -5˚С на улице, объем жидкости увеличивается до 10%. Это грозит повредить основные узлы и детали транспортного средства. Однако различные антифризы имеют значительно более низкую температуру замерзания и более высокую точку кипения. Эти растворы в радиаторе начинают кристаллизоваться при температуре ниже 30˚С, некоторые марки при -60˚С.

Парадоксы и феномены

Как ни парадоксально покажется, но горячая вода замерзает быстрее холодной. Явление, получившее название «парадокс Мпембы», объясняется тем, что у горячей жидкости более высокая теплоотдача, выше насыщенность ядрами кристаллизации.

В вакууме при нуле градусов вода сначала… закипает, но после испарения 1/8 части жидкости, остаток начинает замерзать.

Учеными в лабораторных условиях была получена так называемая стеклообразная вода, представляющая собой аморфное твердое тело. Для этого за считанные миллисекунды нужно понизить температуру до -137 градусов Цельсия. Из такой субстанции состоят кометы во Вселенной.

Видео при какой температуре замерзает вода