Termofizička svojstva i tačka smrzavanja vodenih rastvora NaCl i CaCl2. Eksperimenti sa ledom

Na kojoj temperaturi se voda smrzava? Čini se - najjednostavnije pitanje na koje čak i dijete može odgovoriti: tačka smrzavanja vode pri normalnom atmosferskom pritisku od 760 mm Hg je nula stepeni Celzijusa.

Međutim, voda je (uprkos njenoj izuzetno širokoj rasprostranjenosti na našoj planeti) najtajanstvenija i nedovoljno shvaćena supstanca, pa odgovor na ovo pitanje zahtijeva detaljan i argumentovan razgovor.

• U Rusiji i Evropi temperatura se meri na Celzijusovoj skali, čija je najviša vrednost 100 stepeni.
• Američki naučnik Farenhajt razvio je sopstvenu skalu sa 180 podela.
• Postoji još jedna jedinica za mjerenje temperature - kelvin, nazvana po engleskom fizičaru Thomsonu, koji je dobio titulu Lord Kelvin.

Stanja i vrste voda

Voda na planeti Zemlji može imati tri glavna agregatna stanja: tečno, čvrsto i plinovito, koji se mogu transformirati u različite oblike koji istovremeno koegzistiraju jedni s drugima (sante leda u morskoj vodi, vodena para i kristali leda u oblacima na nebu, glečeri i slobodni -tekuće rijeke).

U zavisnosti od karakteristika porekla, namene i sastava, voda može biti:

• svježe;
• mineral;
• nautički;
• piće (ovdje uključujemo vodu iz slavine);
• kiša;
• odmrznuti;
• bočat;
• strukturirano;
• destilirano;
• deionizirana.

Prisustvo izotopa vodonika čini vodu:

1. svjetlo;
2. teški (deuterijum);
3. superteški (tricijum).

Svi znamo da voda može biti meka i tvrda: ovaj pokazatelj je određen sadržajem kationa magnezijuma i kalcijuma.

Svaka od vrsta i agregatnih stanja vode koje smo naveli ima svoju tačku smrzavanja i topljenja.

Tačka smrzavanja vode

Zašto se voda smrzava? Obična voda uvijek sadrži određenu količinu suspendiranih čestica mineralnog ili organskog porijekla. To mogu biti najsitnije čestice gline, pijeska ili kućne prašine.

Kada temperatura okoline padne na određene vrijednosti, te čestice preuzimaju ulogu centara oko kojih se počinju formirati kristali leda.

Mjehurići zraka, kao i pukotine i oštećenja na zidovima posude u kojoj se nalazi voda, također mogu postati jezgra kristalizacije. Brzina kristalizacije vode je u velikoj mjeri određena brojem ovih centara: što ih je više, to se tekućina brže smrzava.

U normalnim uslovima (pri normalnom atmosferskom pritisku), temperatura faznog prelaza vode iz tečnog u čvrsto stanje je 0 stepeni Celzijusa. Na ovoj temperaturi voda se smrzava na ulici.

Zašto se topla voda smrzava brže od hladne vode?

Topla voda se smrzava brže od hladne - ovaj fenomen je primijetio Erasto Mpemba, školarac iz Tanganjike. Njegovi eksperimenti sa masom za pravljenje sladoleda pokazali su da je brzina smrzavanja zagrejane mase mnogo veća od one hladne.

Jedan od razloga za ovu zanimljivu pojavu, nazvanu "Mpemba paradoks", je veći prenos toplote vruće tečnosti, kao i prisustvo u njoj većeg broja kristalizacionih jezgara u odnosu na hladnu vodu.

Da li su tačka smrzavanja vode i nadmorska visina povezani?

S promjenom tlaka, često povezana s različitim visinama, tačka smrzavanja vode počinje se radikalno razlikovati od standardne, karakteristične za normalne uvjete.
Kristalizacija vode na visini događa se pri sljedećim temperaturnim vrijednostima:

• paradoksalno, na visini od 1000 m voda se smrzava na 2 stepena Celzijusa;
• na visini od 2000 metara, to se dešava već na 4 stepena Celzijusa.

Najviša temperatura smrzavanja vode u planinama uočava se na nadmorskoj visini od preko 5.000 hiljada metara (na primjer, na planinama Fann ili Pamiru).

Kako pritisak utiče na proces kristalizacije vode?

Pokušajmo povezati dinamiku promjena u tački smrzavanja vode s promjenama pritiska.

• Pri pritisku od 2 atm voda će se smrznuti na temperaturi od -2 stepena.
• Pri pritisku od 3 atm, temperatura od -4 stepena Celzijusa počeće da zamrzava vodu.

Sa povećanim pritiskom, temperatura početka procesa kristalizacije vode opada, a tačka ključanja se povećava. Pri niskom pritisku dobija se dijametralno suprotna slika.

Zato je u uslovima visokih planina i razrijeđene atmosfere vrlo teško skuvati čak i jaja, jer voda u loncu ključa već na 80 stepeni. Jasno je da je na ovoj temperaturi jednostavno nemoguće kuhati hranu.

Pri visokom pritisku, proces topljenja leda ispod lopatica klizaljki se događa čak i pri vrlo niskim temperaturama, ali zahvaljujući njemu klizaljke klizaju po površini leda.

Smrzavanje klizanja teško natovarenih saonica u pričama Džeka Londona objašnjava se na sličan način. Teške saonice koje vrše pritisak na snijeg dovode do njegovog topljenja. Nastala voda olakšava njihovo klizanje. Ali čim se sanke zaustave i zadrže se dugo na jednom mjestu, istisnuta voda, smrzavajući se, smrzava klizanje do ceste.

Temperatura kristalizacije vodenih rastvora

Kao odličan rastvarač, voda lako reaguje sa raznim organskim i neorganskim supstancama, formirajući masu ponekad neočekivanih hemijskih jedinjenja. Naravno, svaki od njih će se smrznuti na različitim temperaturama. Stavimo ovo na vizuelnu listu.

• Tačka smrzavanja mješavine alkohola i vode ovisi o postotku obje komponente u njoj. Što se više vode doda otopini, to je njena tačka smrzavanja bliža nuli. Ako u otopini ima više alkohola, proces kristalizacije će započeti na vrijednostima blizu -114 stepeni.

  Važno je znati da vodeno-alkoholne otopine nemaju fiksnu tačku smrzavanja. Obično govore o temperaturi početka procesa kristalizacije i temperaturi konačnog prijelaza u čvrsto stanje.

  Između početka formiranja prvih kristala i potpunog skrućivanja rastvora alkohola nalazi se temperaturni interval od 7 stepeni. Dakle, tačka smrzavanja vode sa alkoholom koncentracije 40% u početnoj fazi je -22,5 stepeni, a konačni prelazak rastvora u čvrstu fazu će se desiti na -29,5 stepeni.

Tačka smrzavanja vode sa soli usko je povezana sa stepenom njenog saliniteta: što je više soli u otopini, to će se smrznuti niži položaj stupca žive.

Za mjerenje saliniteta vode koristi se posebna jedinica - "ppm". Dakle, otkrili smo da se tačka smrzavanja vode smanjuje sa povećanjem koncentracije soli. Objasnimo ovo na primjeru:

Nivo saliniteta okeanske vode je 35 ppm, dok je prosječna vrijednost njenog smrzavanja 1,9 stepeni. Stepen saliniteta voda Crnog mora je 18-20 ppm, pa se one smrzavaju na višoj temperaturi u rasponu od -0,9 do -1,1 stepen Celzijusa.

• Tačka smrzavanja vode sa šećerom (za rastvor čija je molalnost 0,8) je -1,6 stepeni.
• Tačka smrzavanja vode s nečistoćama u velikoj mjeri ovisi o njihovoj količini i prirodi nečistoća koje čine vodeni rastvor.
• Tačka smrzavanja vode s glicerinom ovisi o koncentraciji otopine. Rastvor koji sadrži 80 ml glicerina će se smrzavati na -20 stepeni, kada se sadržaj glicerola smanji na 60 ml, proces kristalizacije će početi na -34 stepena, a početak smrzavanja 20% rastvora biće minus pet stepeni. Kao što vidite, u ovom slučaju nema linearne veze. Za zamrzavanje 10% rastvora glicerina biće dovoljna temperatura od -2 stepena.
• Tačka smrzavanja vode sa sodom (što znači kaustična alkalija ili kaustična soda) predstavlja još misteriozniju sliku: 44% kaustičnog rastvora smrzava se na +7 stepeni Celzijusa, a 80% na +130.

Zamrzavanje slatke vode

Proces stvaranja leda u slatkovodnim rezervoarima odvija se u nešto drugačijem temperaturnom režimu.

• Tačka smrzavanja vode u jezeru, baš kao i tačka smrzavanja vode u rijeci, je nula stepeni Celzijusa. Zamrzavanje najčistijih rijeka i potoka ne počinje od površine, već od dna, na kojem se nalaze jezgra kristalizacije u obliku čestica donjeg mulja. Isprva su kore i vodene biljke prekrivene korom leda. Čim se donji led izdigne na površinu, rijeka se odmah zaledi.
• Zaleđena voda na Bajkalskom jezeru ponekad se može ohladiti do negativnih temperatura. Ovo se dešava samo u plitkoj vodi; temperatura vode u ovom slučaju može biti hiljaditi, a ponekad i stoti dio jednog stepena ispod nule.
• Temperatura vode Bajkala ispod same kore ledenog pokrivača, u pravilu, ne prelazi +0,2 stepena. U nižim slojevima postepeno raste do +3,2 na dnu najdublje kotline.

Tačka smrzavanja destilovane vode

Da li se destilovana voda smrzava? Podsjetimo, da bi se voda smrznula, potrebno je u njoj imati neke kristalizacijske centre, a to mogu biti mjehurići zraka, suspendirane čestice, kao i oštećenja na zidovima posude u kojoj se nalazi.

Destilirana voda, potpuno lišena ikakvih nečistoća, nema jezgra kristalizacije, te stoga njeno smrzavanje počinje na vrlo niskim temperaturama. Početna tačka smrzavanja destilovane vode je -42 stepena. Naučnici su uspjeli postići superhlađenje destilovane vode na -70 stepeni.

Voda koja je bila izložena vrlo niskim temperaturama, ali nije kristalizirala naziva se "prehlađena". Možete staviti flašu destilovane vode u zamrzivač, postići hipotermiju, a zatim demonstrirati vrlo efikasan trik - pogledajte video:

Nežnim tapkanjem po bočici koja je izvađena iz frižidera ili bacivanjem malog komadića leda u nju, možete pokazati kako se trenutno pretvara u led, koji izgleda kao izduženi kristali.

Destilirana voda: da li se ova pročišćena tvar smrzava ili ne pod pritiskom? Takav proces je moguć samo u posebno stvorenim laboratorijskim uslovima.

Tačka smrzavanja slane vode

Ako primijetite, onda se u moru voda smrzava na temperaturama znatno ispod nule. Zašto se ovo dešava? Sve ovisi o koncentraciji soli u njoj. Što je veći, to je niža tačka smrzavanja. U prosjeku, povećanje saliniteta vode za dva ppm snižava njenu tačku smrzavanja za jednu desetinu stepena. Dakle, sami procijenite kolika bi trebala biti temperatura okoline da se na površini mora stvori tanak sloj leda, saliniteta od 35 ppm. Trebalo bi da bude najmanje dva stepena ispod nule.

Isto Azovsko more, sa salinitetom od 12 ppm, smrzava se na temperaturi od minus 0,6 stepeni. U isto vrijeme, Sivash uz njega ostaje nezamrznut. Stvar je u tome što je salinitet njegove vode 100 ppm, što znači da je za stvaranje leda ovdje potrebno najmanje šest stepeni mraza. Da bi površina Bijelog mora, gdje nivo saliniteta vode dostiže 25 ppm, bila prekrivena ledom, temperatura mora pasti na minus 1,4 stepena.

Najviše iznenađuje da se u morskoj vodi ohlađenoj na minus jedan stepen snijeg ne topi. Samo nastavlja da pliva u njemu dok se ne pretvori u komad leda. Ali ušavši u ohlađenu slatku vodu, odmah se sakri.

Proces zamrzavanja morske vode ima svoje karakteristike. U početku se počinju formirati primarni kristali leda, koji su nevjerovatno slični tankim prozirnim iglicama. U njima nema soli. On se istiskuje iz kristala i ostaje u vodi. Ako sakupimo takve iglice i otopimo ih u nekoj vrsti posude, onda ćemo dobiti svježu vodu.

Kaša od ledenih iglica, spolja slična ogromnoj masnoj mrlji, pluta na površini mora. Otuda i njegov izvorni naziv - salo. Daljnjim smanjenjem temperature, mast se smrzava, formirajući glatku i prozirnu ledenu koru, koja se naziva nilas. Za razliku od svinjske masti, nilas sadrži sol. Ona se u njemu pojavljuje u procesu zamrzavanja masti i hvatanja iglicama kapljica morske vode. To je prilično haotičan proces. Zbog toga je sol u morskom ledu raspoređena neravnomjerno, u pravilu, u obliku pojedinačnih inkluzija.

Naučnici su otkrili da količina soli u morskom ledu ovisi o temperaturi okolnog zraka, koja se dogodila u vrijeme njegovog formiranja. Uz blagi mraz, brzina formiranja nila je niska, iglice zahvataju malo morske vode, stoga je salinitet leda nizak. Po hladnom vremenu, situacija je upravo suprotna.

Kada se morski led otopi, prva stvar koja izlazi iz njega je so. Kao rezultat toga, postepeno postaje bezukusno.

Mlade prirodnjake uvijek progone naizgled jednostavna pitanja. Na kojoj temperaturi se morska voda obično smrzava? Svi znaju da nula stepeni nije dovoljna da se površina mora pretvori u dobro klizalište. Ali na kojoj temperaturi se to dešava?

Od čega se sastoji morska voda?

Po čemu se sadržaj mora razlikuje od slatke vode? Razlika nije tako velika, ali ipak:

• Mnogo više soli.
• Preovlađuju soli magnezija i natrijuma.
• Gustina se neznatno razlikuje, unutar nekoliko postotaka.
• Vodonik sulfid se može formirati na dubini.

Glavna komponenta morske vode, koliko god to zvučalo predvidljivo, je voda. Ali za razliku od vode rijeka i jezera, ona sadrži velike količine natrijum i magnezijum hlorida.

Salinitet se procjenjuje na 3,5 ppm, ali da budemo jasniji - na 3,5 hiljaditih procenta ukupnog sastava.

Pa čak i ova, ne najimpresivnija figura, daje vodi ne samo specifičnog okusa, već je čini i nepitkom. Nema apsolutnih kontraindikacija, morska voda nije otrov ili otrovna tvar, a od par gutljaja se neće dogoditi ništa loše. O posljedicama će se moći govoriti ako je osoba barem tokom cijelog dana.Takođe, sastav morske vode uključuje:

1. Fluor.
2. Brom.
3. Kalcijum.
4. Kalijum.
5. Hlor.
6. sulfati.
7. Zlato.

Istina, u procentima, svi ovi elementi su mnogo manji od soli.

Zašto ne možete piti morsku vodu?

Već smo se ukratko dotakli ove teme, pogledajmo je malo detaljnije. Zajedno sa morskom vodom u organizam ulaze dva jona - magnezijum i natrijum.

Natrijum	Magnezijum
Učestvuje u održavanju ravnoteže vode i soli, jednog od glavnih jona zajedno sa kalijumom.	Glavni efekat je na centralni nervni sistem.
Sa povećanjem broja N / A u krvi se tečnost oslobađa iz ćelija.	Veoma sporo se izlučuje iz organizma.
Poremećeni su svi biološki i biohemijski procesi.	Višak u tijelu dovodi do dijareje, što pogoršava dehidraciju.
Ljudski bubrezi nisu u stanju da se izbore sa toliko soli u organizmu.	Možda razvoj nervnih poremećaja, neadekvatno stanje.

Ne može se reći da čovjeku nisu potrebne sve te supstance, već da se potrebe uvijek uklapaju u određene granice. Nakon što popijete nekoliko litara takve vode, otići ćete predaleko preko njihovih granica.

Međutim, danas se hitna potreba za korištenjem morske vode može javiti samo među žrtvama brodoloma.

Šta određuje salinitet morske vode?

Vidim malo veću cifru 3,5 ppm , mogli biste pomisliti da je to konstanta za svaku morsku vodu na našoj planeti. Ali sve nije tako jednostavno, salinitet zavisi od regije. Desilo se da što se regija nalazi sjevernije, to je ova vrijednost veća.

Jug se, naprotiv, može pohvaliti ne tako slanim morima i okeanima. Naravno, sva pravila imaju svoje izuzetke. Nivo soli u morima je obično nešto niži nego u okeanima.

Koja je geografska podjela općenito? Ne zna se, istraživači to uzimaju zdravo za gotovo, ima svega. Možda odgovor treba tražiti u ranijim periodima razvoja naše planete. Ne u vrijeme kada se život rodio - mnogo ranije.

Već znamo da salinitet vode zavisi od prisustva:

1. magnezijum hlorid.
2. natrijum hlorida.
3. druge soli.

Možda su u nekim dijelovima zemljine kore naslage ovih tvari bile nešto veće nego u susjednim regijama. S druge strane, morske struje niko nije otkazao, prije ili kasnije se opšti nivo morao izjednačiti.

Dakle, najvjerovatnije je mala razlika povezana s klimatskim karakteristikama naše planete. Nije najneutemeljenije mišljenje, ako se sjećate mrazeva i razmislite o čemu točno voda sa visokim sadržajem soli sporije se smrzava.

Desalinizacija morske vode.

Što se desalinizacije tiče, svi su barem ponešto čuli, neki se sada sećaju i filma "Vodeni svet". Koliko je realno staviti jedan ovakav prenosivi destilator u svaku kuću i zauvijek zaboraviti na problem pijaće vode za čovječanstvo? I dalje fikcija, a ne stvarnost.

Sve je u utrošenoj energiji, jer za efikasan rad potrebni su ogromni kapaciteti, ni manje ni više nego nuklearni reaktor. Po ovom principu radi postrojenje za desalinizaciju u Kazahstanu. Ideja je podneta i na Krimu, ali snaga sevastopoljskog reaktora nije bila dovoljna za takve količine.

Prije pola stoljeća, prije brojnih nuklearnih katastrofa, još se moglo pretpostaviti da će mirni atom ući u svaki dom. Postojao je čak i slogan. Ali već je jasno da nema upotrebe nuklearnih mikroreaktora:

• U kućnim aparatima.
• U industrijskim preduzećima.
• U izgradnji automobila i aviona.
• I da, u granicama grada.

Ne očekuje se u narednom veku. Nauka može napraviti još jedan skok i iznenaditi nas, ali za sada su to samo fantazije i nade nemarnih romantičara.

Na kojoj temperaturi se morska voda može smrznuti?

Ali na glavno pitanje još nije odgovoreno. Već smo saznali da sol usporava smrzavanje vode, more će biti prekriveno korom leda ne na nuli, već na temperaturama ispod nule. Ali koliko daleko bi očitanja termometra trebala ići u minus da stanovnici primorskih područja ne čuju uobičajeni zvuk valova kada napuste svoje domove?

Za određivanje ove vrijednosti postoji posebna formula, složena i razumljiva samo stručnjacima. Zavisi od glavnog indikatora - nivo saliniteta. Ali pošto imamo prosječnu vrijednost za ovaj indikator, možemo li pronaći i prosječnu tačku smrzavanja? Naravno.

Ako ne morate izračunati sve do stotinke, za određenu regiju, zapamtite temperaturu na -1,91 stepen.

Možda se čini da razlika nije tako velika, samo dva stepena. Ali tokom sezonskih temperaturnih kolebanja, ovo može odigrati ogromnu ulogu gdje termometar padne najmanje 0. Bilo bi samo 2 stepena hladnije, stanovnici iste te Afrike ili Južne Amerike mogli bi vidjeti led u blizini obale, ali nažalost. Međutim, ne mislimo da su oni jako uznemireni takvim gubitkom.

Nekoliko riječi o okeanima.

A šta je sa okeanima, rezervama slatke vode, nivoima zagađenja? Pokušajmo saznati:

1. Okeani i dalje stoje, ništa im se nije dogodilo. Poslednjih decenija nivo vode je u porastu. Možda je ovo ciklični fenomen, ili se glečeri zapravo tope.
2. Svježe vode je i više nego dovoljno, prerano je za paniku oko ovoga. Ako se dogodi još jedan globalni sukob, ovaj put uz upotrebu nuklearnog oružja, možemo i hoćemo se, kao u Mad Maxu, moliti za očuvanje vlage.
3. Posljednja tačka je jako draga zaštitnicima prirode. A sponzorstvo nije tako teško postići, konkurenti će uvijek platiti crni PR, pogotovo kada su u pitanju naftne kompanije. Ali oni su ti koji uzrokuju glavnu štetu vodama mora i okeana. Nije uvijek moguće kontrolisati proizvodnju nafte i vanredne situacije, a posljedice su svaki put katastrofalne.

Ali okeani imaju jednu prednost u odnosu na čovječanstvo. Stalno se ažurira, a njegove stvarne mogućnosti samočišćenja je vrlo teško procijeniti. Najvjerovatnije će uspjeti preživjeti ljudsku civilizaciju i vidjeti njen pad u potpuno prihvatljivom stanju. Pa, onda će voda imati milijarde godina da se očisti od svih "darova".

Čak je teško i zamisliti ko treba da zna na kojoj temperaturi se morska voda smrzava. Općenita edukativna činjenica, ali pitanje je kome je to zaista korisno u praksi.

Video eksperiment: smrzavanje morske vode

Ako otopinu bilo koje soli ohladite u vodi, vidjet ćete da je tačka smrzavanja pala. Nula stepeni je prošla, a očvršćavanje ne dolazi. Samo na temperaturi od nekoliko stepeni ispod nule pojavit će se kristali u tekućini. To su čisti kristali leda; sol se ne otapa u čvrstom ledu.

Tačka smrzavanja ovisi o koncentraciji otopine. Povećanjem koncentracije otopine smanjit ćemo temperaturu kristalizacije. Zasićeni rastvor ima najnižu tačku smrzavanja. Smanjenje točke smrzavanja otopine uopće nije malo: na primjer, zasićena otopina kuhinjske soli u vodi će se smrznuti na -21 ° C. Uz pomoć drugih soli može se postići još veći pad temperature; kalcijev hlorid, na primjer, omogućava vam da dovedete temperaturu očvršćavanja otopine na -55°C.

Pogledajmo sada kako se proces zamrzavanja odvija. Nakon što prvi kristali leda ispadnu iz otopine, jačina otopine će se povećati. Sada će se relativni broj stranih molekula povećati, smetnje u procesu kristalizacije vode će se također povećati, a tačka smrzavanja će pasti. Ako se temperatura ne snižava dalje, kristalizacija će prestati.

Daljnjim smanjenjem temperature, kristali vode (rastvarača) nastavljaju da se odvajaju. Konačno, otopina postaje zasićena. Dalje obogaćivanje rastvora otopljenom supstancom postaje nemoguće, a rastvor se odmah stvrdnjava, a ako zamrznutu smešu pogledamo pod mikroskopom, možemo videti da se sastoji od kristala leda i kristala soli.

Dakle, otopina se smrzava drugačije od jednostavne tekućine. Proces zamrzavanja se proteže u velikom temperaturnom intervalu.

Šta se dešava ako ledenu površinu pospite solju? Odgovor na ovo pitanje je dobro poznat domarima: čim sol dođe u kontakt sa ledom, led će početi da se topi. Da bi se ovaj fenomen dogodio, naravno, neophodno je da tačka smrzavanja zasićenog rastvora soli bude ispod temperature vazduha. Ako je ovaj uslov ispunjen, tada se mješavina leda i soli nalazi u stranoj regiji države, odnosno u području stabilnog postojanja otopine. Stoga će se mješavina leda i soli pretvoriti u otopinu, odnosno led će se otopiti, a sol će se otopiti u nastaloj vodi. Na kraju će se ili sav led otopiti, ili se formira otopina takve koncentracije, čija je tačka smrzavanja jednaka temperaturi okoline.

Dvorište površine 100 m 2 prekriveno je ledenom korom od 1 cm - to nije malo leda, oko 1 tona. Izračunajmo koliko je soli potrebno za čišćenje dvorišta ako je temperatura -3 °C. Ova temperatura kristalizacije (taljenja) ima rastvor soli sa koncentracijom od 45 g/l. Otprilike 1 litar vode odgovara 1 kg leda. To znači da je za topljenje 1 tone leda na -3°C potrebno 45 kg soli. U praksi se koriste znatno manje količine, jer ne postižu potpuno otapanje cijelog leda.

Kada se led pomiješa sa solju, led se topi i sol se rastvara u vodi. Ali za otapanje je potrebna toplota, a led je uzima iz okoline. Dakle, dodavanje soli u led uzrokuje pad temperature.

Sada smo navikli da kupujemo fabrički napravljen sladoled. Ranije se sladoled pripremao kod kuće, a istovremeno je mješavina leda i soli igrala ulogu hladnjaka.

U tabeli su prikazana termofizička svojstva rastvora kalcijum hlorida CaCl 2 u zavisnosti od temperature i koncentracije soli: specifična toplota rastvora, toplotna provodljivost, viskoznost vodenih rastvora, njihova toplotna difuzivnost i Prandtlov broj. Koncentracija soli CaCl 2 u rastvoru je od 9,4 do 29,9%. Temperatura na kojoj se daju svojstva određena je sadržajem soli u rastvoru i kreće se od -55 do 20°C.

kalcijum hlorid CaCl 2 ne sme da se smrzne do minus 55°S. Da bi se postigao ovaj efekat, koncentracija soli u rastvoru treba da bude 29,9%, a njegova gustina će biti 1286 kg/m 3 .

S povećanjem koncentracije soli u otopini, povećava se ne samo njena gustoća, već i termofizička svojstva kao što su dinamička i kinematička viskoznost vodenih otopina, kao i Prandtlov broj. Na primjer, dinamički viskozitet rastvora CaCl 2 sa koncentracijom soli od 9,4% na temperaturi od 20°C iznosi 0,001236 Pa s, a povećanjem koncentracije kalcijum hlorida u rastvoru na 30%, njegov dinamički viskozitet raste na vrijednost od 0,003511 Pa s.

Treba napomenuti da temperatura ima najjači uticaj na viskozitet vodenih rastvora ove soli. Kada se otopina kalcijum hlorida ohladi od 20 do -55°C, njen dinamički viskozitet se može povećati za 18 puta, a kinematski za 25 puta.

S obzirom na sljedeće termofizička svojstva rastvora CaCl 2:

• , kg/m 3;
• tačka smrzavanja °S;
• dinamički viskozitet vodenih rastvora, Pa s;
• Prandtl broj.

Gustina rastvora kalcijum hlorida CaCl 2 u zavisnosti od temperature

U tabeli su prikazane vrijednosti gustine rastvora kalcijum hlorida CaCl 2 različitih koncentracija u zavisnosti od temperature.
Koncentracija kalcijum hlorida CaCl 2 u rastvoru je od 15 do 30% na temperaturi od -30 do 15°C. Gustoća vodene otopine kalcijevog klorida raste sa smanjenjem temperature otopine i povećanjem koncentracije soli u njoj.

Toplotna provodljivost rastvora CaCl 2 u zavisnosti od temperature

U tabeli je prikazana toplotna provodljivost rastvora kalcijum hlorida CaCl 2 različitih koncentracija pri niskim temperaturama.
Koncentracija CaCl 2 soli u rastvoru je od 0,1 do 37,3% na temperaturi od -20 do 0°C. Kako se koncentracija soli u otopini povećava, njena toplinska provodljivost se smanjuje.

Toplotni kapacitet rastvora CaCl 2 na 0°S

U tabeli su prikazane vrijednosti masenog toplinskog kapaciteta otopine kalcijum hlorida CaCl 2 različitih koncentracija na 0°C. Koncentracija soli CaCl 2 u rastvoru je od 0,1 do 37,3%. Treba napomenuti da s povećanjem koncentracije soli u otopini, njen toplinski kapacitet se smanjuje.

Tačka smrzavanja rastvora soli NaCl i CaCl 2

U tabeli je prikazana tačka smrzavanja rastvora soli natrijum hlorida NaCl i kalcijum CaCl 2 u zavisnosti od koncentracije soli. Koncentracija soli u rastvoru je od 0,1 do 37,3%. Tačka smrzavanja fiziološke otopine određena je koncentracijom soli u rastvoru i za natrijum hlorid NaCl može dostići vrednost od minus 21,2°C za eutektički rastvor.

Treba napomenuti da Rastvor natrijum hlorida ne sme da se smrzne na temperaturi od minus 21,2 °C, a rastvor kalcijum hlorida se ne smrzava na temperaturama do minus 55°C.

Gustina otopine NaCl u funkciji temperature

U tabeli su prikazane vrijednosti gustine otopine natrijevog klorida NaCl različitih koncentracija ovisno o temperaturi.
Koncentracija NaCl soli u rastvoru je od 10 do 25%. Vrijednosti gustine otopine su naznačene na temperaturama od -15 do 15°C.

Toplotna provodljivost otopine NaCl u funkciji temperature

U tabeli su prikazane vrijednosti toplinske provodljivosti otopine natrijevog klorida NaCl različitih koncentracija pri negativnim temperaturama.
Koncentracija NaCl soli u rastvoru je od 0,1 do 26,3% na temperaturi od -15 do 0°C. Prema tabeli, može se vidjeti da se toplinska provodljivost vodene otopine natrijevog klorida smanjuje kako se koncentracija soli u otopini povećava.

Specifični toplotni kapacitet rastvora NaCl na 0°C

U tabeli su prikazane vrijednosti masene specifične topline vodene otopine natrijevog klorida NaCl različitih koncentracija na 0°C. Koncentracija NaCl soli u rastvoru je od 0,1 do 26,3%. Prema tabeli, može se vidjeti da s povećanjem koncentracije soli u otopini, njen toplinski kapacitet opada.

Termofizička svojstva rastvora NaCl

U tabeli su prikazana termofizička svojstva otopine natrijum hlorida NaCl u zavisnosti od temperature i koncentracije soli. Koncentracija natrijum hlorida NaCl u rastvoru je od 7 do 23,1%. Treba napomenuti da kada se vodena otopina natrijum klorida ohladi, njen specifični toplinski kapacitet se neznatno mijenja, toplinska provodljivost se smanjuje, a viskoznost otopine se povećava.

S obzirom na sljedeće termofizička svojstva rastvora NaCl:

• gustina rastvora, kg/m 3 ;
• tačka smrzavanja °S;
• specifični (maseni) toplotni kapacitet, kJ/(kg deg);
• koeficijent toplotne provodljivosti, W/(m deg);
• dinamički viskozitet rastvora, Pa s;
• kinematička viskoznost rastvora, m 2 /s;
• toplotna difuzivnost, m 2 /s;
• Prandtl broj.

Gustoća otopina natrijum hlorida NaCl i kalcijum CaCl 2 u zavisnosti od koncentracije na 15°C

U tabeli su prikazane vrijednosti gustoće otopina natrijum hlorida NaCl i kalcijum CaCl 2 u zavisnosti od koncentracije. Koncentracija NaCl soli u rastvoru je od 0,1 do 26,3% pri temperaturi rastvora od 15°C. Koncentracija kalcijum hlorida CaCl 2 u rastvoru je u rasponu od 0,1 do 37,3% na njegovoj temperaturi od 15°C. Gustoća rastvora natrijum hlorida i kalcijuma raste sa povećanjem sadržaja soli.

Volumetrijski koeficijent ekspanzije rastvora natrijum hlorida NaCl i kalcijum CaCl 2

U tabeli su prikazane vrijednosti prosječnog koeficijenta volumetrijskog širenja vodenih otopina natrijum hlorida NaCl i kalcijum CaCl 2 u zavisnosti od koncentracije i temperature.
Koeficijent volumne ekspanzije otopine NaCl soli je naznačen na temperaturi od -20 do 20°C.
Koeficijent volumetrijskog širenja rastvora CaCl 2 hlorida dat je na -30 do 20°C.

Izvori:

1. Danilova G. N. i dr. Zbirka zadataka o procesima prenosa toplote u prehrambenoj i rashladnoj industriji. M.: Prehrambena industrija, 1976.- 240 str.