الخواص الفيزيائية الحرارية ونقطة التجمد للمحاليل المائية لكل من NaCl و CaCl2. تجارب مع الجليد

في أي درجة حرارة يتجمد الماء؟ يبدو - أبسط سؤال يمكن للطفل أن يجيب عنه: نقطة تجمد الماء عند الضغط الجوي الطبيعي البالغ 760 ملم زئبق هي صفر درجة مئوية.

ومع ذلك ، فإن الماء (على الرغم من توزيعه الواسع للغاية على كوكبنا) هو المادة الأكثر غموضًا وغير المفهومة تمامًا ، لذا فإن الإجابة على هذا السؤال تتطلب محادثة مفصلة ومنطقية.

• في روسيا وأوروبا ، تُقاس درجة الحرارة بمقياس سيليزيوس ، وأعلى قيمة له هي 100 درجة.
• طور العالم الأمريكي فهرنهايت مقياسه الخاص المكون من 180 قسمًا.
• هناك وحدة أخرى لقياس درجة الحرارة - كلفن ، سميت على اسم الفيزيائي الإنجليزي طومسون ، الذي حصل على لقب اللورد كلفن.

الدول وأنواع المياه

يمكن أن يأخذ الماء على كوكب الأرض ثلاث حالات رئيسية للتجمع: سائل ، صلب ، غازي ، والذي يمكن أن يتحول إلى أشكال مختلفة تتعايش في نفس الوقت مع بعضها البعض (الجبال الجليدية في مياه البحر ، وبخار الماء ، وبلورات الجليد في السحب في السماء ، والأنهار الجليدية والحرة. - الانهار المتدفقة).

اعتمادًا على خصائص الأصل والغرض والتكوين ، يمكن أن يكون الماء:

• طازج؛
• المعدنية.
• بحري؛
• الشرب (هنا نقوم بتضمين ماء الصنبور) ؛
• مطر؛
• إذابة؛
• قليل الملوحة.
• منظم.
• مقطر؛
• منزوع الأيونات.

وجود نظائر الهيدروجين يجعل الماء:

1. خفيفة؛
2. ثقيل (الديوتيريوم) ؛
3. ثقيل (التريتيوم).

نعلم جميعًا أن الماء يمكن أن يكون طريًا وقاسًا: يتم تحديد هذا المؤشر من خلال محتوى كاتيونات المغنيسيوم والكالسيوم.

كل نوع من أنواع المياه وحالاتها الكلية التي قمنا بإدراجها لها نقطة تجمد وانصهار خاصة بها.

نقطة تجمد الماء

لماذا يتجمد الماء؟ تحتوي المياه العادية دائمًا على كمية من الجزيئات المعلقة ذات الأصل المعدني أو العضوي. يمكن أن تكون أصغر جزيئات الطين أو الرمل أو غبار المنزل.

عندما تنخفض درجة الحرارة المحيطة إلى قيم معينة ، تأخذ هذه الجسيمات دور المراكز التي تبدأ حولها بلورات الجليد.

يمكن أن تصبح فقاعات الهواء ، وكذلك الشقوق والأضرار التي تلحق بجدران الوعاء الذي يوجد فيه الماء ، نوى بلورة. يتم تحديد معدل تبلور الماء إلى حد كبير من خلال عدد هذه المراكز: فكلما زاد عدد هذه المراكز ، زادت سرعة تجميد السائل.

في ظل الظروف العادية (عند الضغط الجوي العادي) ، تكون درجة حرارة انتقال الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة 0 درجة مئوية. عند هذه الدرجة يتجمد الماء في الشارع.

لماذا الماء الساخن يتجمد أسرع من الماء البارد؟

يتجمد الماء الساخن أسرع من الماء البارد - لاحظ إيراستو مبيمبا ، تلميذ من تنجانيقا ، هذه الظاهرة. أظهرت تجاربه على الكتلة لصنع الآيس كريم أن معدل تجميد الكتلة الساخنة أعلى بكثير من الكتلة الباردة.

أحد أسباب هذه الظاهرة المثيرة للاهتمام ، المسماة "مفارقة مبيمبا" ، هو زيادة انتقال الحرارة لسائل ساخن ، فضلاً عن وجود عدد أكبر من نوى التبلور فيه مقارنة بالماء البارد.

هل نقطة تجمد الماء والارتفاع مرتبطة؟

مع تغير الضغط ، الذي غالبًا ما يرتبط بكونه على ارتفاعات مختلفة ، تبدأ نقطة تجمد الماء في الاختلاف جذريًا عن المعيار ، المميز للظروف العادية.
يحدث تبلور الماء على ارتفاع عند قيم درجة الحرارة التالية:

• من المفارقات أنه على ارتفاع 1000 متر ، يتجمد الماء عند درجتين مئويتين ؛
• على ارتفاع 2000 متر ، يحدث هذا بالفعل عند 4 درجات مئوية.

لوحظت أعلى درجة حرارة تجمد للمياه في الجبال على ارتفاع يزيد عن 5000 ألف متر (على سبيل المثال ، في جبال فن أو بامير).

كيف يؤثر الضغط على عملية تبلور الماء؟

دعنا نحاول ربط ديناميكيات التغييرات في نقطة تجمد الماء بالتغيرات في الضغط.

• عند ضغط 2 ضغط جوي ، سيتجمد الماء عند درجة حرارة -2 درجة.
• عند ضغط 3 ضغط جوي ، ستبدأ درجة حرارة -4 درجة مئوية في تجميد الماء.

مع زيادة الضغط ، تنخفض درجة حرارة بداية عملية تبلور الماء ، وتزداد نقطة الغليان. عند الضغط المنخفض ، يتم الحصول على صورة معاكسة تمامًا.

هذا هو السبب في أنه في ظروف الجبال العالية والجو المتخلخل ، من الصعب جدًا طهي البيض ، لأن الماء في الوعاء يغلي بالفعل عند 80 درجة. من الواضح أنه في هذه الدرجة من المستحيل طهي الطعام.

عند الضغط العالي ، تحدث عملية ذوبان الجليد تحت شفرات الزلاجات حتى في درجات حرارة منخفضة جدًا ، ولكن بفضله تنزلق الزلاجات على سطح الجليد.

تم شرح تجميد الزلاجات الثقيلة في قصص جاك لندن بطريقة مماثلة. الزلاجات الثقيلة التي تضغط على الثلج تتسبب في ذوبانه. الماء الناتج يسهل انزلاقهم. ولكن بمجرد أن تتوقف الزلاجات وتبقى لفترة طويلة في مكان واحد ، فإن المياه النازحة ، المتجمدة ، تجمد الانزلاق إلى الطريق.

درجة حرارة تبلور المحاليل المائية

كونه مذيبًا ممتازًا ، يتفاعل الماء بسهولة مع العديد من المواد العضوية وغير العضوية ، مكونًا كتلة من المركبات الكيميائية غير المتوقعة في بعض الأحيان. بالطبع ، سوف يتجمد كل منهم عند درجات حرارة مختلفة. دعونا نضع هذا في قائمة مرئية.

• تعتمد درجة تجمد خليط الكحول والماء على النسبة المئوية لكلا المكونين فيه. كلما زاد الماء المضاف إلى المحلول ، اقتربت نقطة التجمد من الصفر. إذا كان هناك المزيد من الكحول في المحلول ، فستبدأ عملية التبلور بقيم قريبة من -114 درجة.

  من المهم معرفة أن محاليل الماء والكحول لا تحتوي على نقطة تجمد ثابتة. يتحدثون عادة عن درجة حرارة بداية عملية التبلور ودرجة حرارة الانتقال النهائي إلى الحالة الصلبة.

  بين بداية تكوين البلورات الأولى والتصلب الكامل لمحلول الكحول تقع فاصل درجة حرارة 7 درجات. لذا ، فإن نقطة تجمد الماء مع تركيز الكحول بنسبة 40٪ في المرحلة الأولية هي -22.5 درجة ، وسيحدث الانتقال النهائي للمحلول إلى الطور الصلب عند -29.5 درجة.

ترتبط نقطة تجمد الماء بالملح ارتباطًا وثيقًا بدرجة ملوحة الماء: فكلما زاد الملح في المحلول ، انخفض موضع عمود الزئبق الذي سيتجمد.

لقياس ملوحة الماء ، يتم استخدام وحدة خاصة - "جزء في المليون". لذلك ، وجدنا أن درجة تجمد الماء تتناقص مع زيادة تركيز الملح. لنوضح هذا بمثال:

يبلغ مستوى ملوحة مياه المحيط 35 جزء في المليون ، بينما يبلغ متوسط ​​قيمة تجميدها 1.9 درجة. تبلغ درجة ملوحة مياه البحر الأسود 18-20 جزء في المليون ، لذا فهي تتجمد عند درجة حرارة أعلى تتراوح من -0.9 إلى -1.1 درجة مئوية.

• نقطة تجمد الماء مع السكر (لمحلول تكون موليته 0.8) هي -1.6 درجة.
• تعتمد نقطة تجمد الماء مع الشوائب إلى حد كبير على مقدارها وطبيعة الشوائب التي يتكون منها المحلول المائي.
• تعتمد نقطة تجمد الماء بالجلسرين على تركيز المحلول. سوف يتجمد المحلول الذي يحتوي على 80 مل من الجلسرين عند -20 درجة ، وعندما يتم تقليل محتوى الجلسرين إلى 60 مل ، ستبدأ عملية التبلور عند -34 درجة ، وستكون بداية تجميد محلول 20٪ أقل من خمس درجات. كما ترى ، لا توجد علاقة خطية في هذه الحالة. لتجميد محلول 10٪ من الجلسرين يكفي درجة حرارة -2 درجة.
• تقدم نقطة تجمد الماء مع الصودا (بمعنى القلويات الكاوية أو الصودا الكاوية) صورة أكثر غموضًا: يتجمد محلول كاو بنسبة 44٪ عند +7 درجات مئوية ، و 80٪ عند + 130.

تجميد المياه العذبة

تحدث عملية تكوين الجليد في خزانات المياه العذبة في نظام درجات حرارة مختلف قليلاً.

• نقطة تجمد الماء في البحيرة ، تمامًا مثل نقطة تجمد الماء في النهر ، هي صفر درجة مئوية. تجميد أنظف الأنهار والجداول لا يبدأ من السطح ، بل من الأسفل ، حيث توجد نوى تبلور على شكل جزيئات الطمي السفلية. في البداية ، يتم تغطية العقبات والنباتات المائية بقشرة من الجليد. بمجرد أن يرتفع الجليد السفلي إلى السطح ، يتجمد النهر على الفور.
• يمكن للمياه المجمدة في بحيرة بايكال أن تنخفض في بعض الأحيان إلى درجات حرارة سلبية. يحدث هذا فقط في المياه الضحلة ؛ يمكن أن تكون درجة حرارة الماء في هذه الحالة جزءًا من الألف ، وأحيانًا تكون المئات من درجة واحدة تحت الصفر.
• لا تتجاوز درجة حرارة مياه بايكال تحت قشرة الغطاء الجليدي ، كقاعدة عامة ، +0.2 درجة. في الطبقات السفلية ، يرتفع تدريجياً إلى +3.2 في قاع الحوض الأعمق.

نقطة تجمد الماء المقطر

هل الماء المقطر يتجمد؟ تذكر أنه لكي يتجمد الماء ، من الضروري وجود بعض مراكز التبلور فيه ، والتي يمكن أن تكون فقاعات هواء ، وجزيئات معلقة ، بالإضافة إلى تلف جدران الحاوية التي توجد بها.

الماء المقطر ، الخالي تمامًا من أي شوائب ، لا يحتوي على نوى تبلور ، وبالتالي يبدأ تجميده في درجات حرارة منخفضة جدًا. نقطة التجمد الأولية للماء المقطر هي -42 درجة. تمكن العلماء من تحقيق التبريد الفائق للمياه المقطرة إلى -70 درجة.

يُطلق على المياه التي تعرضت لدرجات حرارة منخفضة جدًا ولكنها لم تتبلور "التبريد الفائق". يمكنك وضع زجاجة من الماء المقطر في الفريزر ، وتحقيق انخفاض في درجة حرارة الجسم ، ثم إظهار خدعة فعالة للغاية - شاهد الفيديو:

من خلال النقر بلطف على زجاجة تم إزالتها من الثلاجة ، أو عن طريق رمي قطعة صغيرة من الثلج فيها ، يمكنك إظهار كيف يتحول على الفور إلى جليد ، والذي يبدو مثل بلورات ممدودة.

الماء المقطر: هل هذه المادة النقية تتجمد أم لا تحت الضغط؟ هذه العملية ممكنة فقط في ظروف معملية تم إنشاؤها خصيصًا.

نقطة تجمد الماء المالح

إذا لاحظت ، فإن مياه البحر تتجمد عند درجات حرارة أقل بكثير من الصفر. لماذا يحدث هذا؟ كل هذا يتوقف على تركيز الملح فيه. وكلما زاد ارتفاعه ، انخفضت نقطة التجمد. في المتوسط ​​، تؤدي زيادة ملوحة الماء بمقدار جزأين في المليون إلى خفض درجة التجمد بمقدار عُشر درجة. لذا احكم بنفسك على درجة الحرارة المحيطة بحيث تتكون طبقة رقيقة من الجليد على سطح البحر ، بملوحة 35 جزء في المليون. يجب أن يكون على الأقل درجتين تحت الصفر.

نفس بحر آزوف ، ذو الملوحة 12 جزء في المليون ، يتجمد عند درجة حرارة أقل من 0.6 درجة. في الوقت نفسه ، ظلت Sivash المجاورة لها غير مجمدة. الشيء هو أن ملوحة مياهه تبلغ 100 جزء في المليون ، مما يعني أنه من أجل تكوين الجليد هنا ، يلزم ما لا يقل عن ست درجات من الصقيع. ولكي يغطى سطح البحر الأبيض ، حيث يصل منسوب ملوحة الماء فيه إلى 25 جزء في المليون ، بالجليد ، يجب أن تنخفض درجة الحرارة إلى 1.4 درجة تحت الصفر.

الشيء الأكثر إثارة للدهشة هو أنه في مياه البحر المبردة إلى درجة واحدة تحت الصفر ، لا يذوب الثلج. يواصل السباحة فيه حتى يتحول إلى قطعة من الجليد. لكن الدخول في المياه العذبة المبردة ، يخفي على الفور.

عملية تجميد مياه البحر لها خصائصها الخاصة. في البداية ، تبدأ بلورات الجليد الأولية في التكون ، والتي تشبه بشكل لا يصدق الإبر الشفافة الرقيقة. لا يوجد ملح فيها. يتم عصره من البلورات ويبقى في الماء. إذا جمعنا مثل هذه الإبر وقمنا بتذويبها في طبق ما ، فسنحصل على مياه عذبة.

عصيدة من إبر الجليد ، تشبه ظاهريًا بقعة دهنية ضخمة ، تطفو على سطح البحر. ومن هنا اسمها الأصلي - سالو. مع انخفاض إضافي في درجة الحرارة ، تتجمد الدهون ، وتشكل قشرة جليدية ناعمة وشفافة ، تسمى nilas. على عكس شحم الخنزير ، تحتوي النيلاس على الملح. تظهر فيه في عملية تجميد الدهون والتقاط بالإبر قطرات من ماء البحر. إنها عملية فوضوية للغاية. هذا هو السبب في أن الملح في الجليد البحري يتم توزيعه بشكل غير متساو ، كقاعدة عامة ، في شكل شوائب فردية.

وجد العلماء أن كمية الملح في الجليد البحري تعتمد على درجة حرارة الهواء المحيط التي حدثت وقت تكوينها. مع صقيع طفيف ، يكون معدل تكوين النيلاس منخفضًا ، وتلتقط الإبر القليل من مياه البحر ، وبالتالي تكون ملوحة الجليد منخفضة. في الطقس البارد ، الوضع هو عكس ذلك تمامًا.

عندما يذوب جليد البحر ، فإن أول ما يخرج منه هو الملح. نتيجة لذلك ، يصبح شيئًا فشيئًا تدريجيًا.

دائمًا ما تطارد علماء الطبيعة الشباب أسئلة تبدو بسيطة. في أي درجة حرارة تتجمد مياه البحر عادة؟ يعلم الجميع أن درجة الصفر ليست كافية لتحويل سطح البحر إلى حلبة تزلج جليدية جيدة. لكن في أي درجة حرارة يحدث هذا؟

مما تتكون مياه البحر؟

كيف يختلف محتوى البحار عن المياه العذبة؟ الفرق ليس كبيرًا ، لكنه لا يزال:

• المزيد من الملح.
• تسود أملاح المغنيسيوم والصوديوم.
• تختلف الكثافة قليلاً ، في غضون بضعة بالمائة.
• يمكن أن يتكون كبريتيد الهيدروجين في العمق.

المكون الرئيسي لمياه البحر ، بغض النظر عن مدى توقعه ، هو الماء. ولكن على عكس مياه الأنهار والبحيرات ، فهي يحتوي على كميات كبيرة من كلوريد الصوديوم والمغنيسيوم.

تقدر الملوحة بـ 3.5 جزء في المليون ، ولكن لكي تكون أكثر وضوحًا - 3.5 جزء من ألف في المائة من إجمالي التكوين.

وحتى هذا ، ليس الشكل الأكثر إثارة للإعجاب ، فهو يوفر الماء ليس فقط بطعم معين ، ولكنه أيضًا يجعله غير صالح للشرب. لا توجد موانع مطلقة ، فمياه البحر ليست سمًا أو مادة سامة ، ولن يحدث شيء سيئ من رشفتين. سيكون من الممكن التحدث عن العواقب إذا كان الشخص على الأقل طوال اليوم.كما أن تكوين مياه البحر يشمل:

1. الفلور.
2. البروم.
3. الكالسيوم.
4. البوتاسيوم.
5. الكلور.
6. كبريتات.
7. ذهب.

صحيح ، من حيث النسبة المئوية ، كل هذه العناصر أقل بكثير من الأملاح.

لماذا لا تشرب ماء البحر؟

لقد تطرقنا بالفعل إلى هذا الموضوع بإيجاز ، فلنلقِ نظرة عليه بمزيد من التفصيل. إلى جانب مياه البحر ، يدخل الجسم أيونان - المغنيسيوم والصوديوم.

صوديوم	المغنيسيوم
يساهم في الحفاظ على توازن الماء والملح ، وهو أحد الأيونات الرئيسية إلى جانب البوتاسيوم.	التأثير الرئيسي على الجهاز العصبي المركزي.
مع زيادة العدد نافي الدم ، يتم إطلاق السوائل من الخلايا.	تفرز ببطء شديد من الجسم.
جميع العمليات البيولوجية والكيميائية الحيوية مضطربة.	تؤدي الزيادة في الجسم إلى الإسهال الذي يؤدي إلى تفاقم الجفاف.
لا تستطيع الكلى البشرية التعامل مع الكثير من الملح في الجسم.	ربما تطور الاضطرابات العصبية ، حالة غير كافية.

لا يمكن القول أن الشخص لا يحتاج إلى كل هذه المواد ، ولكنه يحتاج دائمًا إلى حدود معينة. بعد شرب بضعة لترات من هذه المياه ، سوف تتخطى حدودها.

ومع ذلك ، فإن الحاجة الملحة اليوم لاستخدام مياه البحر قد تنشأ فقط بين ضحايا حطام السفن.

ما الذي يحدد ملوحة مياه البحر؟

رؤية شخصية أعلى قليلاً 3.5 جزء في المليون ، قد تعتقد أن هذا ثابت لأي مياه بحر على كوكبنا. لكن كل شيء ليس بهذه البساطة ، فالملوحة تعتمد على المنطقة. لقد حدث فقط أنه كلما ابتعدت المنطقة عن الشمال ، زادت هذه القيمة.

الجنوب ، على العكس من ذلك ، لا يفتخر بالبحار والمحيطات المالحة. بالطبع ، كل القواعد لها استثناءات خاصة بها. عادة ما تكون مستويات الملح في البحار أقل قليلاً منها في المحيطات.

ما هو التقسيم الجغرافي بشكل عام؟ إنه غير معروف ، والباحثون يعتبرونه أمرًا مفروغًا منه ، فهناك كل شيء. ربما يجب البحث عن الإجابة في الفترات السابقة لتطور كوكبنا. ليس في الوقت الذي ولدت فيه الحياة - قبل ذلك بكثير.

نعلم بالفعل أن ملوحة الماء تعتمد على وجود:

1. كلوريد الماغنيسيوم.
2. كلوريد الصوديوم.
3. أملاح أخرى.

ربما ، في بعض أجزاء قشرة الأرض ، كانت رواسب هذه المواد أكبر إلى حد ما مما كانت عليه في المناطق المجاورة. من ناحية أخرى ، لم يلغ أحد التيارات البحرية ، عاجلاً أم آجلاً ، كان على المستوى العام أن يستقر.

لذلك ، على الأرجح ، يرتبط اختلاف بسيط بالسمات المناخية لكوكبنا. ليس هذا الرأي الذي لا أساس له من الصحة ، إذا كنت تتذكر الصقيع وتفكر في ما هو بالضبط الماء الذي يحتوي على نسبة عالية من الملح يتجمد بشكل أبطأ.

تحلية مياه البحر.

فيما يتعلق بتحلية المياه ، سمع الجميع على الأقل القليل ، حتى أن البعض الآن يتذكر فيلم "عالم الماء". ما مدى واقعية وضع جهاز تقطير محمول في كل منزل ونسيان مشكلة شرب الماء للبشرية إلى الأبد؟ لا يزال خيالًا وليس حقيقة.

الأمر كله يتعلق بالطاقة المستهلكة ، لأنه من أجل التشغيل الفعال ، هناك حاجة إلى قدرات هائلة ، لا تقل عن مفاعل نووي. تعمل محطة تحلية المياه في كازاخستان على هذا المبدأ. تم تقديم الفكرة أيضًا في شبه جزيرة القرم ، لكن قوة مفاعل سيفاستوبول لم تكن كافية لمثل هذه الأحجام.

قبل نصف قرن ، قبل وقوع العديد من الكوارث النووية ، لا يزال بإمكان المرء أن يفترض أن ذرة سلمية ستدخل كل منزل. كان هناك حتى شعار. لكن من الواضح بالفعل عدم استخدام المفاعلات الدقيقة النووية:

• في الأجهزة المنزلية.
• في المؤسسات الصناعية.
• في صناعة السيارات والطائرات.
• ونعم ، ضمن حدود المدينة.

لم يكن متوقعا في القرن المقبل. قد يأخذ العلم قفزة أخرى ويفاجئنا ، لكن حتى الآن هذه مجرد تخيلات وآمال الرومانسيين المهملين.

في أي درجة حرارة يمكن أن يتجمد ماء البحر؟

لكن السؤال الرئيسي لم تتم الإجابة عليه بعد. لقد تعلمنا بالفعل أن الملح يبطئ من تجمد الماء ، وسوف تتم تغطية البحر بقشرة من الجليد ليس عند الصفر ، ولكن عند درجات حرارة أقل من الصفر. ولكن إلى أي مدى يجب أن تصل قراءات مقياس الحرارة إلى سالب حتى لا يسمع سكان المناطق الساحلية الصوت المعتاد لركوب الأمواج عندما يغادرون منازلهم؟

لتحديد هذه القيمة ، هناك صيغة خاصة معقدة ومفهومة فقط للمتخصصين. ذلك يعتمد على المؤشر الرئيسي - مستوى الملوحة. ولكن بما أن لدينا متوسط ​​قيمة لهذا المؤشر ، فهل يمكننا أيضًا إيجاد متوسط ​​نقطة التجمد؟ بالطبع.

إذا كنت لا تحتاج إلى حساب كل شيء حتى مائة ، لمنطقة معينة ، تذكر درجة الحرارة عند -1.91 درجة.

قد يبدو أن الاختلاف ليس كبيرًا ، فقط درجتان. ولكن أثناء التقلبات الموسمية في درجات الحرارة ، يمكن أن يلعب هذا دورًا كبيرًا حيث ينخفض ​​مقياس الحرارة بمقدار 0 على الأقل. سيكون أكثر برودة بمقدار درجتين فقط ، ويمكن لسكان نفس إفريقيا أو أمريكا الجنوبية رؤية الجليد بالقرب من الساحل ، ولكن للأسف. ومع ذلك ، لا نعتقد أنهم منزعجون جدًا من هذه الخسارة.

بضع كلمات عن المحيطات.

وماذا عن المحيطات ، واحتياطيات المياه العذبة ، ومستويات التلوث؟ دعنا نحاول معرفة:

1. المحيطات لا تزال قائمة ، لم يحدث شيء لها. في العقود الأخيرة ، ارتفع منسوب المياه. ربما تكون هذه ظاهرة دورية ، أو ربما تذوب الأنهار الجليدية بالفعل.
2. المياه العذبة أيضًا أكثر من كافية ، ومن السابق لأوانه الشعور بالذعر حيال ذلك. إذا حدث صراع عالمي آخر ، هذه المرة باستخدام الأسلحة النووية ، فيمكننا وسنفعل ، كما هو الحال في Mad Max ، نصلي من أجل توفير الرطوبة.
3. النقطة الأخيرة مغرمة جدًا بدعاة الحفاظ على البيئة. والرعاية ليس من الصعب تحقيقها ، فالمنافسون سيدفعون دائمًا مقابل العلاقات العامة السوداء ، خاصة عندما يتعلق الأمر بشركات النفط. لكنهم هم الذين يتسببون في الضرر الرئيسي لمياه البحار والمحيطات. ليس من الممكن دائمًا التحكم في إنتاج النفط وحالات الطوارئ ، والعواقب وخيمة في كل مرة.

لكن المحيطات لها ميزة واحدة على البشرية. يتم تحديثه باستمرار ، ومن الصعب للغاية تقييم إمكانيات التنظيف الذاتي الحقيقية. على الأرجح ، سيكون قادرًا على النجاة من الحضارة الإنسانية ورؤية تدهورها في حالة مقبولة تمامًا. حسنًا ، إذن سيكون للمياه بلايين السنين لتخليص نفسها من كل "الهدايا".

من الصعب حتى تخيل من يحتاج إلى معرفة درجة حرارة تجمد مياه البحر. حقيقة تربوية عامة ، لكن لمن هي مفيدة حقًا في الممارسة هو سؤال.

تجربة فيديو: تجميد مياه البحر

إذا قمت بتبريد محلول من أي ملح في الماء ، فستجد أن نقطة التجمد قد انخفضت. يتم تمرير درجات الصفر ، ولا يحدث التصلب. فقط عند درجة حرارة قليلة تحت الصفر ستظهر بلورات في السائل. هذه بلورات ثلجية نقية ؛ الملح لا يذوب في الجليد الصلب.

تعتمد نقطة التجمد على تركيز المحلول. من خلال زيادة تركيز المحلول ، سنخفض درجة حرارة التبلور. يحتوي المحلول المشبع على أقل نقطة تجمد. إن الانخفاض في درجة تجمد المحلول ليس صغيراً على الإطلاق: على سبيل المثال ، سوف يتجمد محلول مشبع من ملح الطعام في الماء عند -21 درجة مئوية. بمساعدة أملاح أخرى ، يمكن تحقيق انخفاض أكبر في درجة الحرارة ؛ يسمح لك كلوريد الكالسيوم ، على سبيل المثال ، برفع درجة حرارة تصلب المحلول إلى -55 درجة مئوية.

دعونا الآن نفكر في كيفية سير عملية التجميد. بعد سقوط بلورات الثلج الأولى من المحلول ، تزداد قوة المحلول. الآن سيزداد العدد النسبي للجزيئات الأجنبية ، كما سيزداد التداخل مع عملية تبلور الماء ، وستنخفض نقطة التجمد. إذا لم تنخفض درجة الحرارة أكثر ، فسيتوقف التبلور.

مع مزيد من الانخفاض في درجة الحرارة ، تستمر بلورات الماء (المذيبات) في الانفصال. أخيرًا ، يصبح المحلول مشبعًا. يصبح التخصيب الإضافي للمحلول بالمادة المذابة مستحيلًا ، ويتصلب المحلول على الفور ، وإذا فحصنا الخليط المجمد من خلال مجهر ، يمكننا أن نرى أنه يتكون من بلورات ثلجية وبلورات ملح.

وبالتالي ، فإن المحلول يتجمد بشكل مختلف عن السائل البسيط. تمتد عملية التجميد على مدى فترة درجة حرارة كبيرة.

ماذا يحدث إذا قمت برش بعض الأسطح الجليدية بالملح؟ الإجابة على هذا السؤال معروفة جيدًا للعاملين: بمجرد أن يتلامس الملح مع الجليد ، سيبدأ الجليد في الذوبان. لكي تحدث هذه الظاهرة ، من الضروري ، بالطبع ، أن تكون درجة تجمد محلول ملح مشبع أقل من درجة حرارة الهواء. إذا تم استيفاء هذا الشرط ، يكون خليط الملح والجليد في منطقة أجنبية من الدولة ، أي في منطقة الوجود المستقر للحل. لذلك ، سيتحول خليط من الثلج والملح إلى محلول ، أي أن الثلج سوف يذوب ، وسيذوب الملح في الماء الناتج. في النهاية ، إما أن يذوب كل الجليد ، أو يتشكل محلول بهذا التركيز ، تكون نقطة التجمد فيه مساوية لدرجة حرارة البيئة.

مساحة الفناء 100 م 2 مغطاة بقشرة جليدية طولها 1 سم - هذا ليس القليل من الثلج ، حوالي 1 طن. دعونا نحسب كمية الملح اللازمة لتنظيف الفناء إذا كانت درجة الحرارة -3 درجة مئوية. درجة حرارة التبلور (الانصهار) هذه تحتوي على محلول ملحي بتركيز 45 جم / لتر. ما يقرب من 1 لتر من الماء يعادل 1 كجم من الجليد. هذا يعني أن هناك حاجة إلى 45 كجم من الملح لإذابة 1 طن من الثلج عند -3 درجات مئوية. في الممارسة العملية ، يستخدمون كميات أقل بكثير ، لأنهم لا يحققون الذوبان الكامل لكل الجليد.

عندما يخلط الثلج بالملح ، يذوب الجليد ويذوب الملح في الماء. لكن الذوبان يتطلب حرارة ، والجليد يأخذها من محيطها. وبالتالي ، فإن إضافة الملح إلى الجليد يؤدي إلى انخفاض درجة الحرارة.

لقد اعتدنا على شراء الآيس كريم المصنوع في المصنع الآن. في السابق ، كان يتم تحضير الآيس كريم في المنزل ، وفي الوقت نفسه ، لعب مزيج من الثلج والملح دور الثلاجة.

يوضح الجدول الخصائص الفيزيائية الحرارية لمحلول كلوريد الكالسيوم CaCl 2 اعتمادًا على درجة الحرارة وتركيز الملح: الحرارة النوعية للمحلول ، والتوصيل الحراري ، ولزوجة المحاليل المائية ، وانتشارها الحراري ورقم برانتل. يتراوح تركيز الملح CaCl 2 في المحلول من 9.4 إلى 29.9٪. يتم تحديد درجة الحرارة التي يتم عندها تحديد الخصائص من خلال محتوى الملح في المحلول وتتراوح من -55 إلى 20 درجة مئوية.

كلوريد الكالسيوم قد لا يتجمد CaCl 2 حتى 55 درجة مئوية تحت الصفر. ولتحقيق هذا التأثير يجب أن يكون تركيز الملح في المحلول 29.9٪ وكثافته 1286 كجم / م 3.

مع زيادة تركيز الملح في المحلول ، لا تزداد كثافته فحسب ، بل تزداد أيضًا الخصائص الفيزيائية الحرارية مثل اللزوجة الديناميكية والحركية للمحاليل المائية ، بالإضافة إلى رقم برانتل. فمثلا، اللزوجة الديناميكية لمحلول CaCl 2بتركيز ملح 9.4٪ عند درجة حرارة 20 درجة مئوية هو 0.001236 باسكال ث ، ومع زيادة تركيز كلوريد الكالسيوم في المحلول إلى 30٪ ، تزداد لزوجته الديناميكية إلى 0.003511 باسكال ث.

وتجدر الإشارة إلى أن درجة الحرارة لها التأثير الأقوى على لزوجة المحاليل المائية لهذا الملح. عندما يتم تبريد محلول كلوريد الكالسيوم من 20 إلى -55 درجة مئوية ، يمكن أن تزيد لزوجته الديناميكية بمقدار 18 مرة ، ويمكن أن تزيد حركته بمقدار 25 مرة.

بالنظر إلى ما يلي الخصائص الفيزيائية الحرارية لمحلول CaCl 2:

• ، كجم / م 3 ؛
• نقطة التجمد ° С ؛
• اللزوجة الديناميكية للمحاليل المائية ، Pa · s ؛
• رقم براندتل.

كثافة محلول كلوريد الكالسيوم CaCl 2 حسب درجة الحرارة

يوضح الجدول قيم كثافة محلول كلوريد الكالسيوم CaCl 2 بتركيزات مختلفة حسب درجة الحرارة.
يتراوح تركيز كلوريد الكالسيوم CaCl 2 في المحلول من 15 إلى 30٪ عند درجة حرارة -30 إلى 15 درجة مئوية. تزداد كثافة المحلول المائي لكلوريد الكالسيوم مع انخفاض درجة حرارة المحلول وزيادة تركيز الملح فيه.

الموصلية الحرارية لمحلول CaCl 2 حسب درجة الحرارة

يوضح الجدول الموصلية الحرارية لمحلول كلوريد الكالسيوم CaCl 2 بتركيزات مختلفة عند درجات حرارة منخفضة.
يتراوح تركيز ملح CaCl 2 في المحلول من 0.1 إلى 37.3٪ عند درجة حرارة -20 إلى 0 درجة مئوية. مع زيادة تركيز الملح في المحلول ، تنخفض الموصلية الحرارية له.

السعة الحرارية لمحلول CaCl 2 عند 0 درجة مئوية

يوضح الجدول قيم السعة الحرارية للكتلة لمحلول كلوريد الكالسيوم CaCl 2 بتركيزات مختلفة عند 0 درجة مئوية. يتراوح تركيز الملح CaCl 2 في المحلول من 0.1 إلى 37.3٪. وتجدر الإشارة إلى أنه مع زيادة تركيز الملح في المحلول ، تنخفض قدرته الحرارية.

نقطة تجمد محاليل أملاح NaCl و CaCl 2

يوضح الجدول درجة تجمد محاليل أملاح كلوريد الصوديوم NaCl والكالسيوم CaCl 2 اعتمادًا على تركيز الملح. تركيز الملح في المحلول من 0.1 إلى 37.3٪. يتم تحديد نقطة تجمد المحلول الملحي بواسطة تركيز الملحفي محلول ولكلوريد الصوديوم يمكن أن يصل كلوريد الصوديوم إلى قيمة سالب 21.2 درجة مئوية لمحلول سهل الانصهار.

تجدر الإشارة إلى أن قد لا يتجمد محلول كلوريد الصوديوم عند درجة حرارة 21.2 درجة مئوية تحت الصفر، ولا يتجمد محلول كلوريد الكالسيوم عند درجات حرارة تصل إلى ناقص 55 درجة مئوية.

كثافة محلول كلوريد الصوديوم كدالة لدرجة الحرارة

يوضح الجدول قيم كثافة محلول كلوريد الصوديوم NaCl بتركيزات مختلفة حسب درجة الحرارة.
تركيز ملح كلوريد الصوديوم في المحلول من 10 إلى 25٪. يشار إلى قيم كثافة المحلول عند درجات حرارة من -15 إلى 15 درجة مئوية.

الموصلية الحرارية لمحلول كلوريد الصوديوم كدالة لدرجة الحرارة

يوضح الجدول قيم التوصيل الحراري لمحلول كلوريد الصوديوم NaCl بتركيزات مختلفة عند درجات حرارة سالبة.
يتراوح تركيز ملح كلوريد الصوديوم في المحلول من 0.1 إلى 26.3٪ عند درجة حرارة -15 إلى 0 درجة مئوية. وفقًا للجدول ، يمكن ملاحظة أن التوصيل الحراري لمحلول مائي من كلوريد الصوديوم يتناقص مع زيادة تركيز الملح في المحلول.

السعة الحرارية المحددة لمحلول كلوريد الصوديوم عند 0 درجة مئوية

يوضح الجدول قيم الحرارة النوعية للكتلة لمحلول مائي من كلوريد الصوديوم كلوريد الصوديوم بتركيزات مختلفة عند 0 درجة مئوية. تركيز ملح كلوريد الصوديوم في المحلول من 0.1 إلى 26.3٪. وفقًا للجدول ، يمكن ملاحظة أنه مع زيادة تركيز الملح في المحلول ، تنخفض قدرته الحرارية.

الخصائص الفيزيائية الحرارية لمحلول كلوريد الصوديوم

يوضح الجدول الخصائص الفيزيائية الحرارية لمحلول كلوريد الصوديوم كلوريد الصوديوم اعتمادًا على درجة الحرارة وتركيز الملح. يتراوح تركيز كلوريد الصوديوم كلوريد الصوديوم في المحلول من 7 إلى 23.1٪. وتجدر الإشارة إلى أنه عند تبريد محلول مائي من كلوريد الصوديوم ، تتغير سعته الحرارية النوعية قليلاً ، وتقل الموصلية الحرارية ، وتزداد لزوجة المحلول.

بالنظر إلى ما يلي الخصائص الفيزيائية الحرارية لمحلول كلوريد الصوديوم:

• كثافة المحلول ، كجم / م 3 ؛
• نقطة التجمد ° С ؛
• السعة الحرارية النوعية (الكتلة) ، kJ / (kg deg) ؛
• معامل التوصيل الحراري ، W / (م درجة) ؛
• اللزوجة الديناميكية للمحلول ، Pa · s ؛
• اللزوجة الحركية للمحلول ، م 2 / ث ؛
• الانتشار الحراري ، م 2 / ث ؛
• رقم براندتل.

كثافة محاليل كلوريد الصوديوم NaCl والكالسيوم CaCl 2 تعتمد على التركيز عند 15 درجة مئوية

يوضح الجدول قيم كثافة محاليل كلوريد الصوديوم NaCl والكالسيوم CaCl 2 اعتمادًا على التركيز. يتراوح تركيز ملح كلوريد الصوديوم في المحلول من 0.1 إلى 26.3٪ عند درجة حرارة المحلول 15 درجة مئوية. يتراوح تركيز كلوريد الكالسيوم CaCl 2 في المحلول من 0.1 إلى 37.3٪ عند درجة حرارة 15 درجة مئوية. تزداد كثافة محاليل كلوريد الصوديوم والكالسيوم مع زيادة محتوى الملح.

معامل التمدد الحجمي لمحاليل كلوريد الصوديوم NaCl والكالسيوم CaCl 2

يوضح الجدول قيم متوسط ​​معامل التمدد الحجمي للمحاليل المائية لكلوريد الصوديوم NaCl والكالسيوم CaCl 2 اعتمادًا على التركيز ودرجة الحرارة.
يشار إلى معامل التمدد الحجمي لمحلول ملح كلوريد الصوديوم عند درجة حرارة -20 إلى 20 درجة مئوية.
يُعطى معامل التمدد الحجمي لمحلول كلوريد CaCl 2 عند -30 إلى 20 درجة مئوية.

مصادر:

1. Danilova G. N. et al. مجموعة المهام المتعلقة بعمليات نقل الحرارة في صناعة الأغذية والتبريد. م: صناعة المواد الغذائية ، 1976 - 240 ص.