Как охладить воду до отрицательной температуры

Может ли вода оставаться жидкой при температуре ниже нуля?

Да, может. Температура замерзания воды падает ниже нуля градусов по Цельсию, если вы оказываете на неё давление. И не только.

Это может произойти несколькими способами. Рассмотрим их далее.

Давление

Прежде всего, фаза материала (будь то газ, жидкость или твёрдое вещество) сильно зависит как от его температуры, так и от давления.

Для большинства жидкостей давление поднимает температуру, при которой жидкость замерзает. Твёрдое тело образуется, когда свободные молекулы жидкости становятся достаточно медленными и достаточно близко располагаются друг к другу, чтобы сформировать стабильные связи, которые закрепляют их на месте. Когда мы оказываем давление на жидкость, мы заставляем молекулы сближаться. Поэтому они могут образовывать стабильные облигации и стать твёрдыми при более высокой температуре, чем температура замерзания при стандартном давлении.

Однако вода несколько уникальна.

Молекулы воды распространяются, когда они связываются в твёрдую кристаллическую структуру. Это действие делает лёд менее плотным, чем жидкостная вода, поэтому лёд плавает, а не тонет. Это действие молекул воды при замерзании также означает, что давление воды понижает температуру замерзания. Если вы примените достаточное давление (что затрудняет распространение молекул воды в твёрдую структуру), вы можете получить жидкую воду на несколько градусов ниже нуля градусов по Цельсию.

Добавки

Даже без давления вы можете получить жидкую воду при минусовой температуре, используя добавки. Такие добавки, как соль, могут помешать сформировать твёрдое тело и понизить температуру замерзания воды.

Соль состоит из сильных ионов натрия и хлора. Растворённые в воде, молекулы воды присоединяются к ионам соли, и поэтому не замерзают как охотно. По мере того, как вы добавляете больше соли в воду, точка замерзания продолжает падать, пока вода не достигнет насыщения и не сможет удерживать соль.

Если добавить достаточное количество соли, температура замерзания воды может упасть до -21 градуса Цельсия.

Этот факт означает, что вода при температуре -21 градус Цельсии может всё ещё быть жидкой (с достаточным количеством соли).

Это мощное свойство соли можно также использовать для того, чтобы дать льду превратиться обратно в воду. Посыпание солью ледяных тротуаров снижает температуру замерзания льда ниже температуры окружающей среды, и лёд тает.

Но посыпать солью обледеневшие дорожки не поможет, если температура окружающей среды ниже -21 градуса по Цельсию.

Воздействие соли на точку замерзания воды также оказывает глубокое воздействие на океаны Земли.

Другие методы. Переохлаждённая вода

Даже если вы не применяете давление и ничего не добавляете в воду, вы всё равно можете иметь жидкую воду при температуре ниже нуля градусов по Цельсию.

Для того, чтобы вода замёрзла до льда, ей нужно замёрзнуть, чтобы начать процесс. Эти отправные точки называются «центрами нуклеации». В большинстве случаев немного пыли, примесей или даже небольшие колебания в воде обеспечивают центры зарождения для замерзания воды. Но если ваша вода очень чистая и неподвижная, молекулам воды не на что кристаллизоваться. В результате вы можете охладить очень чистую воду ниже нуля градусов по Цельсию без замерзания.

Вода в таком состоянии называется «переохлаждённой».

Чистую воду можно переохладить до около -40 градус Цельсия.

Переохлаждённая вода удерживается от замерзания только отсутствием центров зарождения. Поэтому, как только появятся центры нуклеации (что может произойти от простой вибрации), супер-охлаждённая вода быстро замерзает.

Ледяной дождь — это естественный пример переохлаждённой жидкой воды. Как только дождь попадает на объект на поверхности Земли, объект обеспечивает центры нуклеации, и дождь замерзает до льда.

Какой обьект обеспечивает какие центры нуклеации? Что спрятано за этими терминами? — незнание!

Источник

Есть вопрос? Можно ли охладить воду до минусовой температуры при этом ,чтобы она не замерзла ?

2. Сверхохлаждение и «мгновенное» замерзание

Все знают, что вода всегда превращается в лед при охлаждении до 0 °C … за исключением некоторых случаев! Таким случаем, например, является сверхохлаждение, которое представляет собой свойство очень чистой воды оставаться жидкой, даже будучи охлажденной до температуры ниже точки замерзания. Это явление становится возможным благодаря тому, что окружающая среда не содержит центров или ядер кристаллизации, которые могли бы спровоцировать образование кристаллов льда. И поэтому вода остается в жидкой форме, даже будучи охлажденной до температуры ниже нуля градусов по Цельсию.

Процесс кристаллизации может быть спровоцирован, например, пузырьками газа, примесями (загрязнениями) , неровной поверхностью емкости. Без них вода будет оставаться в жидком состоянии. Когда процесс кристаллизации запускается, можно наблюдать, как сверхохлажденная вода моментально превращается в лед.

Посмотрите видеоролик и убедитесь сами.

Заметьте, что «сверхнагретая» вода также остается жидкой, даже будучи нагретой до температуры выше точки закипания.

3. «Стеклянная» вода

Не задумываясь, назовите, сколько различных состояний есть у воды? Если вы ответили три: твердое, жидкое, газообразное, то вы ошиблись. Ученые выделяют как минимум 5 различных состояний воды в жидком виде и 14 состояний в замерзшем виде.

Помните разговор про сверхохлажденную воду? Так вот, что бы вы ни делали, при температуре -38 °C даже самая чистая сверхохлажденная вода внезапно превратится в лед. Что же произойдет при дальнейшем понижении температуры? При -120 °C с водой начинает происходить что-то странное: она становится сверхвязкой или тягучей, как патока, а при температуре ниже -135 °C она превращается в «стеклянную» или «стекловидную» воду – твердое вещество, в котором отсутствует кристаллическая структура.

Источник

Неожиданное рядом: переохлажденная вода

В преддверии зимних холодов, когда рачительные хозяева дачных участков уже завершают работу по консервации водопровода, скважины и септика, абсолютно оправдано стоит завести разговор о свойствах воды, возникающих при отрицательных температурах.

До какой минимальной температуры можно охладить воду

Учеными уже давно обнаружено свойство воды не замерзать при 0 °C. Это явление связано с отсутствием центров кристаллизации — частиц, вокруг которых начинает образовываться лед. В роли центров кристаллизации могут выступать взвешенные частицы или пузырьки воздуха. Если таковых нет, жидкость начинает переохлаждаться, то есть ее температура становится ниже уровня замерзания. Например, газированная вода не может быть переохлажденной, потому что огромное количество пузырьков газа провоцирует интенсивное образование кристаллов льда.

Эксперименты показали, что дистиллированную воду можно охладить до –41… –43 °C, и она останется в жидком состоянии. Это минимальная отрицательная температура, при которой не замерзает вода. Но, превратившись в лед, вода может остывать еще больше. То есть температура льда соответствует температуре окружающей среды.

Зачем рыбаки стучат по льду, выходя на него

Вот еще одно интересное качество воды, подмеченное сначала простыми обывателями и лишь позднее взятое на заметку учеными: чтобы увеличить толщину льда на пруду, нужно постучать по его поверхности. Так поступают рыбаки, когда сомневаются в прочности ледяного покрова. Когда температура льда значительно ниже 0 °C, а незамерзшая вода под ним находится в переохлажденном состоянии, удары способствуют появлению центров кристаллизации на границе ледяной корки и воды. Благодаря этому толщина льда возрастает.

Вода в бочке из-под масла

Садоводы всегда опорожняют бочки с водой перед наступлением зимы, чтобы давление увеличившегося льда не разорвало стенки емкости. Но вот интересный факт: подмечено, что в мороз вода, налитая в сосуд, в котором до этого было маслянистое вещество, не кристаллизуется, оставаясь в жидком состоянии при температуре окружающего воздуха –20… –25 °C. Масляная пленка, оставшаяся на стенках и поверхности воды, не дает осесть пузырькам воздуха, вокруг которых должен образовываться лед.

Но если по стенке такой бочки с переохлажденной водой постучать, в емкости тут же начнется активная кристаллизация льда. Такой эксперимент можно попробовать провести в домашних условиях. Достаточно налить воду в бутылку из-под растительного масла и поместить в морозильную камеру.

А знаете ли вы.

Такое явление, как ледяной дождь, это тоже «происки» переохлажденной воды. Остывая в облаке до температуры ниже точки замерзания, вода мгновенно превращается в лед, коснувшись проводов линий электропередач, ветвей деревьев и любых других поверхностей.

Источник

Мгновенное замерзание дистиллированной воды.

При охлаждении дистиллированной воды до минусовой температуры можно получить интересный эффект — она не замерзает, но стоит только потрясти бутылку, как происходит очень быстрое превращение воды в лёд!

Для проведения эксперимента воду купил в «Ашане». Она продаётся в автомобильном отделе. Не открывая бутылку, я положил её на мороз -15 градусов в первом видео, и -12 градусов во втором на несколько часов.

В первом видео вода больше переохладилась, поэтому замерзала быстрее, чем во втором случае.

По возможности, пожалуйста, подпишитесь на мой youtube канал , в будущем может потребоваться определённое число подписчиков.

Судя по комментариям и другим источникам, подобный опыт происходит не только с дистиллированной водой, но и с обычной бутилированной водой и даже с газировкой «Спрайт». Я сам не проверял, поэтому подтвердить или опровергнуть эти данные не могу.

Информация о переохлаждённой жидкости из Википедии: «жидкость, имеющая температуру ниже температуры кристаллизации при данном давлении. Является одним из неустойчивых (метастабильных) состояний жидкости. Переохлаждённая жидкость получается из обычной путём охлаждения при отсутствии центров кристаллизации. Существует точка зрения, что обыкновенное (силикатное) стекло является примером переохлажденного, метастабильного, аморфного состояния вещества. Если очистить воду от примесей, то её можно охладить до температуры −48.3 °C».

Второе видео, где вода находилась при более высокой температуре.

Стоит отличать эксперимент с чистой водой от эксперимента с пересыщенным раствором ацетата натрия, хотя они очень похожи.

Опыт можно легко повторить самостоятельно. Стоит отметить, что часть воды осталась жидкостью и в первом, и, особенно во втором случае. Думаю, для быстрого замерзания всей воды нужна более низкая температура.

Спасибо за то, что дочитали мою статью! Я старался для Вас, отблагодарите подпиской!

Если информация понравилась, ставьте лайк и поделитесь в соцсетях. Также буду рад комментариям!

Источник

Почему вода превращается в лед не при 0 градусов

Стандартное утверждение о том, что вода замерзает при достижении температуры в 0 градусов Цельсия, на самом деле некий стереотип. Температурных порогов, при которых замерзает вода, существует не так уж мало, и зависят они от разных свойств воды и окружающей обстановки. К примеру, чистая вода может даже замерзнуть при -42°С, в зависимости от условий, в которых она охлаждается.

Почему так происходит

Для формирования кристаллов льда могут использоваться различные частицы и дефекты тары

Чтобы кристаллы льда сформировались, необходима основа, а ею могут стать различные вещества и мелкие тела, например, пылевые частицы. А ожидать, что чистая вода замерзнет, согласно распространенному мнению, при нулевой температуре, не стоит. Ядрами кристаллизации, как известно из курса физики, могут выступать растворенные в воде минеральные и органические частицы, но и не только они.

Кристаллизация может «выбрать» в качестве основы различные дефекты тары, в которой вода в этот момент находится, такие как сколы и трещины, а также воздушные пузырьки. Кстати, так как у горячей воды число ядер кристаллизации больше, то и замерзает она быстрее, чем холодная. Этот интересный факт известен любому старшекласснику. Если сосуд чист, и сама вода тоже, то она может какое-то время при отрицательной температуре находиться в обычном жидком состоянии. Но оно считается неустойчивым, потому что стоит появиться какой-либо посторонней частице, например, пылинке, как вокруг нее немедленно начнет образовываться ледяной кристалл, и вся остальная вода вокруг тоже становится льдом.

Источник