Tính chất nhiệt lý và điểm đông đặc của dung dịch nước NaCl và CaCl2. Thí nghiệm với nước đá

Nước đóng băng ở nhiệt độ nào? Có vẻ như - câu hỏi đơn giản nhất mà ngay cả một đứa trẻ cũng có thể trả lời: điểm đóng băng của nước ở áp suất khí quyển bình thường là 760 mm Hg là 0 độ C.

Tuy nhiên, nước (mặc dù phân bố cực kỳ rộng trên hành tinh của chúng ta) là chất bí ẩn nhất và chưa được hiểu đầy đủ, vì vậy câu trả lời cho câu hỏi này đòi hỏi một cuộc trò chuyện chi tiết và hợp lý.

Ở Nga và Châu Âu, nhiệt độ được đo trên thang độ C, giá trị cao nhất trong đó là 100 độ.
Nhà khoa học Mỹ Fahrenheit đã phát triển quy mô của riêng mình với 180 bộ phận.
Có một đơn vị đo nhiệt độ khác - kelvin, được đặt theo tên của nhà vật lý người Anh Thomson, người đã nhận được tước hiệu là Lord Kelvin.

Các tiểu bang và các loại nước

Nước trên hành tinh Trái đất có thể có ba trạng thái tập hợp chính: lỏng, rắn và khí, có thể biến đổi thành các dạng khác nhau đồng thời tồn tại với nhau (tảng băng trôi trong nước biển, hơi nước và tinh thể băng trong các đám mây trên bầu trời, sông băng và tự do -các sông chảy).

Tùy thuộc vào đặc điểm của nguồn gốc, mục đích và thành phần, nước có thể là:

mới;
khoáng sản;
hải lý;
uống (ở đây chúng tôi bao gồm nước máy);
cơn mưa;
rã đông;
nước lợ;
có cấu trúc;
chưng cất;
khử ion.

Sự hiện diện của các đồng vị hydro làm cho nước:

nhẹ;
nặng (đơteri);
siêu lượn sóng (tritium).

Chúng ta đều biết rằng nước có thể mềm và cứng: chỉ số này được xác định bởi hàm lượng của các cation magiê và canxi.

Mỗi loại và trạng thái tổng hợp của nước mà chúng tôi đã liệt kê đều có điểm đóng băng và điểm nóng chảy riêng.

Điểm đóng băng của nước

Tại sao nước đóng băng? Nước thông thường luôn chứa một số lượng hạt lơ lửng có nguồn gốc khoáng chất hoặc hữu cơ. Nó có thể là những hạt nhỏ nhất của đất sét, cát hoặc bụi nhà.

Khi nhiệt độ môi trường giảm xuống một số giá trị nhất định, các hạt này sẽ đảm nhận vai trò của các tâm xung quanh đó các tinh thể băng bắt đầu hình thành.

Các bọt khí, cũng như các vết nứt và hư hỏng trên thành bình chứa nước, cũng có thể trở thành hạt nhân kết tinh. Tốc độ kết tinh của nước phần lớn được xác định bởi số lượng các tâm này: càng nhiều trung tâm, chất lỏng càng đông nhanh.

Ở điều kiện bình thường (ở áp suất khí quyển bình thường), nhiệt độ của quá trình chuyển pha của nước từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn là 0 độ C. Chính ở nhiệt độ này, nước đóng băng trên đường phố.

Tại sao nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh?

Nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh - hiện tượng này được chú ý bởi Erasto Mpemba, một nam sinh đến từ Tanganyika. Thí nghiệm của ông với khối lượng để làm kem cho thấy tốc độ đóng băng của khối nóng cao hơn nhiều so với khối lạnh.

Một trong những lý do giải thích cho hiện tượng thú vị này, được gọi là "nghịch lý Mpemba", là sự truyền nhiệt cao hơn của một chất lỏng nóng, cũng như sự hiện diện của một số lượng lớn hơn các hạt nhân kết tinh so với nước lạnh.

Điểm đóng băng của nước và độ cao có liên quan với nhau không?

Với sự thay đổi áp suất, thường liên quan đến việc ở các độ cao khác nhau, điểm đóng băng của nước bắt đầu khác hoàn toàn so với tiêu chuẩn, đặc trưng của điều kiện bình thường.
Sự kết tinh của nước ở độ cao xảy ra ở các giá trị nhiệt độ sau:

nghịch lý là ở độ cao 1000 m, nước đóng băng ở nhiệt độ 2 độ C;
ở độ cao 2000 mét, điều này đã xảy ra ở 4 độ C.

Nhiệt độ đóng băng cao nhất của nước trên núi được quan sát ở độ cao trên 5.000 nghìn mét (ví dụ, ở dãy núi Fann hoặc dãy Pamirs).

Áp suất ảnh hưởng như thế nào đến quá trình kết tinh của nước?

Hãy thử liên hệ động lực học của những thay đổi về điểm đóng băng của nước với những thay đổi về áp suất.

Ở áp suất 2 atm, nước sẽ đóng băng ở nhiệt độ -2 độ.
Ở áp suất 3 atm, nhiệt độ -4 độ C nước sẽ bắt đầu đóng băng.

Khi áp suất tăng lên, nhiệt độ bắt đầu của quá trình kết tinh nước giảm, và nhiệt độ sôi tăng lên. Ở áp suất thấp, một hình ảnh đối diện theo đường kính thu được.

Đó là lý do tại sao trong điều kiện núi cao và bầu không khí hiếm, rất khó để nấu được cả trứng, vì nước trong nồi đã sôi ở nhiệt độ 80 độ. Rõ ràng là ở nhiệt độ này, đơn giản là không thể nấu chín thức ăn.

Ở áp suất cao, quá trình băng tan dưới lưỡi của giày trượt xảy ra ngay cả ở nhiệt độ rất thấp, nhưng chính nhờ anh ta mà giày trượt được trên mặt băng.

Sự đóng băng của đường trượt của những chiếc xe trượt tuyết chất đầy tải trong những câu chuyện về Jack London cũng được giải thích theo cách tương tự. Những chiếc xe trượt tuyết nặng nề tạo áp lực lên tuyết khiến tuyết tan chảy. Nước tạo điều kiện cho chúng trượt. Nhưng ngay khi những chiếc xe trượt tuyết dừng lại và nán lại một chỗ lâu tại một chỗ, dòng nước chuyển dời, đóng băng, đóng băng những chiếc xe trượt xuống mặt đường.

Nhiệt độ kết tinh của dung dịch nước

Là một dung môi tuyệt vời, nước dễ dàng phản ứng với các chất hữu cơ và vô cơ khác nhau, tạo thành một khối lượng các hợp chất hóa học đôi khi bất ngờ. Tất nhiên, mỗi người trong số họ sẽ đóng băng ở nhiệt độ khác nhau. Hãy đặt điều này trong một danh sách trực quan.

Điểm đông đặc của hỗn hợp rượu và nước phụ thuộc vào tỷ lệ phần trăm của cả hai thành phần trong đó. Càng thêm nhiều nước vào dung dịch, điểm đóng băng của nó càng gần bằng không. Nếu có nhiều rượu hơn trong dung dịch, quá trình kết tinh sẽ bắt đầu ở các giá trị gần -114 độ.
Điều quan trọng cần biết là dung dịch nước-rượu không có điểm đóng băng cố định. Thông thường họ nói về nhiệt độ của thời điểm bắt đầu quá trình kết tinh và nhiệt độ của quá trình chuyển cuối cùng sang trạng thái rắn.
Giữa thời điểm bắt đầu hình thành các tinh thể đầu tiên và quá trình đông đặc hoàn toàn của dung dịch rượu nằm một khoảng nhiệt độ là 7 độ. Vì vậy, điểm đóng băng của nước với rượu có nồng độ 40% ở giai đoạn đầu là -22,5 độ, và sự chuyển đổi cuối cùng của dung dịch sang pha rắn sẽ xảy ra ở -29,5 độ.

Điểm đóng băng của nước với muối có liên quan chặt chẽ với mức độ mặn của nó: càng nhiều muối trong dung dịch, vị trí của cột thủy ngân càng thấp, nó sẽ đóng băng.

Để đo độ mặn của nước, một đơn vị đặc biệt được sử dụng - "ppm". Vì vậy, chúng tôi nhận thấy rằng điểm đóng băng của nước giảm khi nồng độ muối tăng lên. Hãy giải thích điều này bằng một ví dụ:

Độ mặn của nước đại dương là 35 ppm, trong khi giá trị trung bình của độ đóng băng của nó là 1,9 độ. Độ mặn của nước Biển Đen là 18-20 ppm, vì vậy chúng đóng băng ở nhiệt độ cao hơn trong khoảng -0,9-1,1 độ C.

Điểm đóng băng của nước với đường (đối với dung dịch có nồng độ mol là 0,8) là -1,6 độ.
Điểm đóng băng của nước có tạp chất phần lớn phụ thuộc vào số lượng của chúng và bản chất của các tạp chất tạo nên dung dịch nước.
Điểm đông đặc của nước với glycerin phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch. Dung dịch chứa 80 ml glycerin sẽ đông đặc ở -20 độ, khi hàm lượng glycerol giảm xuống còn 60 ml, quá trình kết tinh sẽ bắt đầu ở -34 độ, và thời điểm bắt đầu đông của dung dịch 20% sẽ là âm 5 độ. Như bạn có thể thấy, không có mối quan hệ tuyến tính nào trong trường hợp này. Để làm đông dung dịch 10% glycerin, nhiệt độ -2 độ là đủ.
Điểm đóng băng của nước với sôđa (có nghĩa là kiềm ăn da hoặc xút ăn da) cho thấy một bức tranh bí ẩn hơn: dung dịch ăn da 44% đóng băng ở +7 độ C và 80% ở + 130.

Nước ngọt đóng băng

Quá trình hình thành băng ở các hồ chứa nước ngọt xảy ra ở một chế độ nhiệt độ hơi khác nhau.

Điểm đóng băng của nước trong hồ, cũng giống như điểm đóng băng của nước trong sông, là 0 độ C. Sự đóng băng của những dòng sông, suối sạch nhất không bắt đầu từ bề mặt mà từ dưới đáy, trên đó có những hạt nhân kết tinh dưới dạng các hạt phù sa dưới đáy. Lúc đầu, các cây thủy sinh và thực vật thủy sinh được bao phủ bởi một lớp băng. Ngay khi lớp băng phía dưới trồi lên bề mặt, dòng sông ngay lập tức bị đóng băng.
Nước đóng băng trên hồ Baikal đôi khi có thể nguội xuống nhiệt độ âm. Điều này chỉ xảy ra ở vùng nước nông; nhiệt độ nước trong trường hợp này có thể là phần nghìn, và đôi khi là phần trăm của một độ dưới 0.
Nhiệt độ của nước Baikal dưới chính lớp vỏ băng, theo quy luật, không vượt quá +0,2 độ. Ở các lớp thấp hơn, nó tăng dần lên đến +3,2 ở đáy của vực sâu nhất.

Điểm đóng băng của nước cất

Nước cất có đóng băng không? Nhớ lại rằng để nước đông lại, cần phải có một số trung tâm kết tinh trong đó, có thể là bọt khí, các hạt lơ lửng, cũng như làm hỏng thành bình chứa nó.

Nước cất, hoàn toàn không có bất kỳ tạp chất nào, không có hạt nhân kết tinh, và do đó sự đông đặc của nó bắt đầu ở nhiệt độ rất thấp. Điểm đóng băng ban đầu của nước cất là -42 độ. Các nhà khoa học đã cố gắng đạt được độ siêu lạnh của nước cất đến -70 độ.

Nước đã tiếp xúc với nhiệt độ rất thấp nhưng không kết tinh được gọi là "siêu lạnh". Bạn có thể đặt một chai nước cất vào ngăn đá, hạ thân nhiệt và sau đó biểu diễn một mẹo rất hiệu quả - xem video:

Bằng cách gõ nhẹ vào một cái chai được lấy ra khỏi tủ lạnh hoặc bằng cách ném một cục đá nhỏ vào đó, bạn có thể thấy nó biến thành đá ngay lập tức như thế nào, trông giống như những tinh thể kéo dài.

Nước cất: chất tinh khiết này có bị đóng băng hay không dưới áp suất? Quá trình như vậy chỉ có thể thực hiện được trong các điều kiện phòng thí nghiệm được tạo ra đặc biệt.

Điểm đóng băng của nước muối

Nếu bạn để ý, thì nước biển đóng băng ở nhiệt độ dưới 0 độ. Tại sao chuyện này đang xảy ra? Tất cả phụ thuộc vào nồng độ muối trong đó. Càng lên cao, điểm đóng băng càng thấp. Trung bình, độ mặn của nước tăng thêm 2 ppm sẽ làm giảm điểm đóng băng của nó xuống 1/10 độ. Vì vậy, hãy tự đánh giá nhiệt độ môi trường xung quanh nên để một lớp băng mỏng hình thành trên bề mặt biển, với độ mặn 35 ppm. Nó phải dưới 0 độ ít nhất.

Biển Azov cũng vậy, với độ mặn 12 ppm, đóng băng ở nhiệt độ âm 0,6 độ. Đồng thời, Sivash liền kề với nó vẫn không bị đóng băng. Vấn đề là độ mặn của nước ở đây là 100 ppm, có nghĩa là để hình thành băng ở đây, cần ít nhất sáu độ băng giá. Để bề mặt của Biển Trắng, nơi có độ mặn của nước lên tới 25 ppm, được bao phủ bởi băng, nhiệt độ phải giảm xuống âm 1,4 độ.

Điều đáng ngạc nhiên nhất là trong nước biển được làm lạnh đến âm một độ, tuyết vẫn không tan. Anh ta chỉ tiếp tục bơi trong đó cho đến khi biến thành một tảng băng. Nhưng vào trong nước ngọt ướp lạnh, anh ta lập tức che giấu.

Quá trình đóng băng nước biển có những đặc điểm riêng. Ban đầu, các tinh thể băng sơ cấp bắt đầu hình thành, chúng cực kỳ giống với những chiếc kim mỏng trong suốt. Không có muối trong chúng. Nó được ép ra khỏi các tinh thể và vẫn còn trong nước. Nếu chúng ta thu thập những chiếc kim như vậy và nấu chảy chúng trong một số loại món ăn, thì chúng ta sẽ thu được nước ngọt.

Cháo kim băng, bề ngoài giống như một cục mỡ khổng lồ, nổi lên trên mặt biển. Do đó tên ban đầu của nó - salo. Khi nhiệt độ giảm hơn nữa, chất béo sẽ đông lại, tạo thành một lớp vỏ băng mịn và trong suốt, được gọi là nilas. Không giống như mỡ lợn, nilas chứa muối. Cô ấy xuất hiện trong đó trong quá trình đông lạnh chất béo và bắt bằng kim tiêm, những giọt nước biển. Đó là một quá trình khá hỗn loạn. Đó là lý do tại sao muối trong băng biển phân bố không đồng đều, như một quy luật, ở dạng các thể vùi riêng lẻ.

Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng lượng muối trong băng biển phụ thuộc vào nhiệt độ của không khí xung quanh, diễn ra tại thời điểm hình thành nó. Khi có sương giá nhẹ, tỷ lệ hình thành nilas thấp, kim hút nước biển ít, do đó độ mặn của băng thấp. Trong thời tiết lạnh giá, tình hình hoàn toàn ngược lại.

Khi băng biển tan chảy, thứ đầu tiên thoát ra khỏi nó là muối. Kết quả là, nó dần trở nên vô vị.

Những nhà tự nhiên học trẻ tuổi luôn bị ám ảnh bởi những câu hỏi tưởng chừng như đơn giản. Nước biển thường đóng băng ở nhiệt độ nào? Ai cũng biết rằng không độ không đủ để biến mặt biển thành một sân băng tốt. Nhưng ở nhiệt độ nào thì điều này xảy ra?

Nước biển được làm bằng gì?

Nội dung của biển khác với nước ngọt như thế nào? Sự khác biệt không quá lớn, nhưng vẫn:

Nhiều muối hơn.
Magie và muối natri chiếm ưu thế.
Mật độ khác nhau một chút, trong vòng vài phần trăm.
Hydro sunfua có thể hình thành ở độ sâu.

Thành phần chính của nước biển, bất kể nghe có thể đoán trước được như thế nào, là nước. Nhưng không giống như nước sông và hồ, nó chứa một lượng lớn natri và magie clorua.

Độ mặn được ước tính là 3,5 ppm, nhưng rõ ràng hơn - ở mức 3,5 phần nghìn của tổng thành phần.

Và ngay cả con số này, không phải là con số ấn tượng nhất, cung cấp nước không chỉ với một hương vị cụ thể, mà còn khiến nó không thể uống được. Không có chống chỉ định tuyệt đối, nước biển không phải là chất độc hay chất độc hại, và không có gì xấu sẽ xảy ra từ một vài ngụm. Sẽ có thể nói về hậu quả nếu một người ở ít nhất suốt cả ngày. Ngoài ra, thành phần của nước biển bao gồm:

Flo.
Nước brom.
Canxi.
Kali.
Clo.
các muối sunfat.
Vàng.

Đúng, tính theo tỷ lệ phần trăm, tất cả các nguyên tố này đều nhỏ hơn nhiều so với muối.

Tại sao bạn không thể uống nước biển?

Chúng ta đã đề cập đến chủ đề này một cách ngắn gọn, chúng ta hãy xem xét nó chi tiết hơn một chút. Cùng với nước biển, hai ion đi vào cơ thể - magiê và natri.

Natri	Magiê
Tham gia vào việc duy trì sự cân bằng nước-muối, một trong những ion chính cùng với kali.	Tác dụng chính trên hệ thần kinh trung ương.
Với sự gia tăng về số lượng Na trong máu, chất lỏng được giải phóng từ các tế bào.	Đào thải rất chậm ra khỏi cơ thể.
Tất cả các quá trình sinh học và hóa sinh đều bị rối loạn.	Cơ thể dư thừa sẽ dẫn đến tiêu chảy, làm trầm trọng thêm tình trạng mất nước.
Thận của con người không có khả năng đối phó với quá nhiều muối trong cơ thể.	Có lẽ sự phát triển của rối loạn thần kinh, tình trạng không đủ.

Không thể nói rằng một người không cần tất cả các chất này, nhưng nhu cầu luôn phù hợp trong giới hạn nhất định. Sau khi uống một vài lít nước như vậy, bạn sẽ đi quá xa giới hạn của chúng.

Tuy nhiên, ngày nay nhu cầu cấp thiết về việc sử dụng nước biển có thể chỉ nảy sinh ở những nạn nhân của vụ đắm tàu.

Điều gì quyết định độ mặn của nước biển?

Thấy con số cao hơn một chút 3,5 ppm , bạn có thể nghĩ rằng đây là hằng số đối với bất kỳ nước biển nào trên hành tinh của chúng ta. Nhưng mọi thứ không đơn giản như vậy, độ mặn tùy thuộc vào từng vùng. Nó chỉ xảy ra rằng khu vực nằm càng xa về phía bắc, giá trị này càng lớn.

Ngược lại, miền nam tự hào có biển và đại dương không quá mặn. Tất nhiên, tất cả các quy tắc đều có ngoại lệ. Nồng độ muối trong biển thường thấp hơn một chút so với trong đại dương.

Sự phân chia địa lý nói chung là gì? Nó không được biết, các nhà nghiên cứu coi đó là đương nhiên, có tất cả mọi thứ. Có lẽ câu trả lời nên được tìm kiếm trong những thời kỳ trước của sự phát triển của hành tinh chúng ta. Không phải ở thời điểm mà sự sống được sinh ra - sớm hơn nhiều.

Chúng ta đã biết rằng độ mặn của nước phụ thuộc vào sự hiện diện của:

magie clorua.
natri clorua.
các muối khác.

Có lẽ, ở một số vùng của vỏ trái đất, sự lắng đọng của các chất này có phần lớn hơn ở các vùng lân cận. Mặt khác, không có người hủy bỏ hải lưu, sớm muộn gì trình độ chung quy cũng phải chững lại.

Vì vậy, rất có thể, một sự khác biệt nhỏ có liên quan đến các đặc điểm khí hậu của hành tinh chúng ta. Không phải là ý kiến vô căn cứ nhất, nếu bạn nhớ những ngày băng giá và xem xét những gì chính xác nước có hàm lượng muối cao đóng băng chậm hơn.

Khử muối nước biển.

Về khử mặn thì chắc ai cũng đã từng nghe qua ít nhiều, giờ có người còn nhớ đến phim “Thủy giới”. Thực tế đến mức nào khi đặt một chiếc máy chưng cất di động như vậy trong mỗi ngôi nhà và mãi mãi quên đi vấn đề nước uống cho nhân loại? Vẫn là hư cấu, không phải thực tế.

Đó là tất cả về năng lượng tiêu tốn, bởi vì để hoạt động hiệu quả cần phải có công suất lớn, không kém gì một lò phản ứng hạt nhân. Một nhà máy khử muối ở Kazakhstan hoạt động theo nguyên tắc này. Ý tưởng cũng đã được đệ trình ở Crimea, nhưng sức mạnh của lò phản ứng Sevastopol không đủ cho những khối lượng như vậy.

Nửa thế kỷ trước, trước vô số thảm họa hạt nhân, người ta vẫn có thể cho rằng một nguyên tử hòa bình sẽ xâm nhập vào mọi nhà. Thậm chí còn có một khẩu hiệu. Nhưng rõ ràng là không sử dụng các lò phản ứng vi mô hạt nhân:

Trong các thiết bị gia dụng.
Tại các xí nghiệp công nghiệp.
Trong việc chế tạo ô tô và máy bay.
Và có, trong giới hạn thành phố.

Không được mong đợi trong thế kỷ tới. Khoa học có thể có một bước nhảy vọt khác và khiến chúng ta ngạc nhiên, nhưng cho đến nay đây chỉ là những tưởng tượng và hy vọng của những câu chuyện lãng mạn bất cẩn.

Nước biển có thể đóng băng ở nhiệt độ nào?

Nhưng câu hỏi chính vẫn chưa được trả lời. Chúng ta đã biết rằng muối làm chậm quá trình đóng băng của nước, biển sẽ được bao phủ bởi một lớp băng không phải ở nhiệt độ không mà ở nhiệt độ dưới 0. Nhưng các chỉ số nhiệt kế phải đi đến âm bao nhiêu để người dân vùng ven biển không nghe thấy âm thanh thông thường của sóng khi họ rời khỏi nhà của họ?

Để xác định giá trị này, có một công thức đặc biệt, phức tạp và chỉ có thể hiểu được đối với các bác sĩ chuyên khoa. Nó phụ thuộc vào chỉ số chính - độ mặn. Nhưng vì chúng ta có một giá trị trung bình cho chỉ số này, chúng ta cũng có thể tìm thấy điểm đóng băng trung bình không? Ồ chắc chắn rồi.

Nếu bạn không cần phải tính toán mọi thứ lên đến hàng trăm, cho một khu vực cụ thể, nhớ nhiệt độ ở -1,91 độ.

Có vẻ như sự khác biệt không quá lớn, chỉ có hai độ. Nhưng trong những biến động nhiệt độ theo mùa, điều này có thể đóng một vai trò to lớn khi nhiệt kế rơi xuống ít nhất là 0. Nó sẽ chỉ mát hơn 2 độ, những cư dân ở cùng châu Phi hoặc Nam Mỹ có thể nhìn thấy băng gần bờ biển, nhưng than ôi. Tuy nhiên, chúng tôi không nghĩ rằng họ rất buồn trước sự mất mát như vậy.

Vài lời về đại dương.

Và các đại dương, trữ lượng nước ngọt, mức độ ô nhiễm thì sao? Chúng ta hãy thử tìm hiểu:

Các đại dương vẫn đứng yên, chưa có gì xảy ra với chúng. Trong những thập kỷ gần đây, mực nước ngày càng dâng cao. Có lẽ đây là một hiện tượng theo chu kỳ, hoặc có thể các sông băng đang thực sự tan chảy.
Nước ngọt cũng là quá đủ, còn quá sớm để hoảng sợ chuyện này. Nếu một cuộc xung đột toàn cầu khác xảy ra, lần này với việc sử dụng vũ khí hạt nhân, chúng ta có thể và sẽ, giống như trong Mad Max, cầu nguyện để tiết kiệm độ ẩm.
Điểm cuối cùng được các nhà bảo tồn rất thích. Và tài trợ không quá khó để đạt được, các đối thủ cạnh tranh sẽ luôn trả tiền cho những chiêu trò PR đen, đặc biệt là khi nói đến các công ty dầu khí. Nhưng chính chúng mới là kẻ gây ra thiệt hại chính cho vùng biển và đại dương. Không phải lúc nào bạn cũng có thể kiểm soát được việc sản xuất dầu và các tình huống khẩn cấp, và hậu quả là lần nào cũng thảm khốc.

Nhưng đại dương có một lợi thế hơn loài người. Nó được cập nhật liên tục và khả năng tự làm sạch thực sự của nó là rất khó đánh giá. Rất có thể, anh ta sẽ có thể sống sót qua nền văn minh của loài người và chứng kiến sự suy tàn của nó ở trạng thái hoàn toàn có thể chấp nhận được. Vâng, sau đó nước sẽ có hàng tỷ năm để tự xóa sạch tất cả các "quà tặng".

Thậm chí khó tưởng tượng ai cần biết nước biển đóng băng ở nhiệt độ nào. Một thực tế giáo dục chung, nhưng nó thực sự hữu ích cho ai trong thực tế là một câu hỏi.

Video thí nghiệm: nước biển đóng băng

Nếu bạn làm nguội dung dịch muối trong nước, bạn sẽ thấy rằng điểm đóng băng đã giảm xuống. Không độ được vượt qua, và sự đông đặc không xảy ra. Chỉ ở nhiệt độ dưới 0 độ một vài tinh thể mới xuất hiện trong chất lỏng. Đây là những tinh thể nước đá tinh khiết; muối không tan trong nước đá rắn.

Điểm đóng băng phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch. Bằng cách tăng nồng độ của dung dịch, chúng ta sẽ giảm nhiệt độ kết tinh. Dung dịch bão hòa có điểm đóng băng thấp nhất. Sự giảm điểm đóng băng của dung dịch không hề nhỏ: ví dụ, một dung dịch bão hòa muối ăn trong nước sẽ đóng băng ở -21 ° C. Với sự trợ giúp của các muối khác, nhiệt độ có thể giảm xuống nhiều hơn nữa; chẳng hạn như clorua canxi, cho phép bạn đưa nhiệt độ đông đặc của dung dịch đến -55 ° C.

Bây giờ chúng ta hãy xem xét quá trình đóng băng diễn ra như thế nào. Sau khi tinh thể nước đá đầu tiên rơi ra khỏi dung dịch, độ bền của dung dịch sẽ tăng lên. Bây giờ số lượng tương đối của các phân tử nước ngoài sẽ tăng lên, sự can thiệp vào quá trình kết tinh của nước cũng sẽ tăng lên, và điểm đóng băng sẽ giảm xuống. Nếu nhiệt độ không được hạ thấp hơn nữa, quá trình kết tinh sẽ dừng lại.

Khi nhiệt độ giảm hơn nữa, các tinh thể nước (dung môi) tiếp tục tách ra. Cuối cùng, dung dịch trở nên bão hòa. Việc làm giàu thêm dung dịch với chất hòa tan trở nên không thể, và dung dịch đông đặc ngay lập tức, và nếu chúng ta kiểm tra hỗn hợp đông lạnh qua kính hiển vi, chúng ta có thể thấy rằng nó bao gồm các tinh thể nước đá và tinh thể muối.

Do đó, dung dịch đóng băng khác với chất lỏng đơn giản. Quá trình đóng băng kéo dài trong một khoảng nhiệt độ lớn.

Điều gì xảy ra nếu bạn rắc muối lên bề mặt băng giá? Câu trả lời cho câu hỏi này đã được các nhà vệ sinh biết rõ: ngay sau khi muối tiếp xúc với đá, băng sẽ bắt đầu tan chảy. Để hiện tượng xảy ra, tất nhiên, điểm đông đặc của dung dịch muối bão hòa phải thấp hơn nhiệt độ không khí. Nếu điều kiện này được đáp ứng, thì hỗn hợp muối đá nằm trong vùng ngoại lai của trạng thái, cụ thể là trong vùng tồn tại ổn định của dung dịch. Do đó, hỗn hợp nước đá và muối sẽ chuyển thành dung dịch, tức là nước đá sẽ tan chảy và muối sẽ hòa tan trong nước tạo thành. Cuối cùng, hoặc tất cả băng sẽ tan chảy, hoặc một dung dịch có nồng độ như vậy được hình thành, điểm đóng băng của nó bằng nhiệt độ của môi trường.

Diện tích sân 100 m 2 được bao phủ bởi một lớp băng dày 1 cm - đây không phải là một ít băng, khoảng 1 tấn. Hãy tính xem cần bao nhiêu muối để làm sạch sân nếu nhiệt độ là -3 ° C. Nhiệt độ kết tinh (nóng chảy) này thu được dung dịch muối có nồng độ 45 g / l. Khoảng 1 lít nước tương ứng với 1 kg đá. Điều này có nghĩa là cần 45 kg muối để làm tan chảy 1 tấn băng ở -3 ° C. Trong thực tế, họ sử dụng số lượng nhỏ hơn nhiều, vì chúng không đạt được sự tan chảy hoàn toàn của tất cả băng.

Khi đá được trộn với muối, đá sẽ tan ra và muối sẽ hòa tan trong nước. Nhưng tan chảy cần nhiệt, và băng lấy nó từ môi trường xung quanh. Do đó, thêm muối vào nước đá sẽ khiến nhiệt độ giảm xuống.

Bây giờ chúng ta đã quen với việc mua kem do nhà máy sản xuất. Trước đây, kem được làm ở nhà, đồng thời, hỗn hợp đá và muối đóng vai trò tủ lạnh.

Bảng này cho thấy các tính chất nhiệt lý của dung dịch canxi clorua CaCl 2 phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ muối: nhiệt dung riêng của dung dịch, độ dẫn nhiệt, độ nhớt của dung dịch nước, độ khuếch tán nhiệt của chúng và số Prandtl. Nồng độ% của muối CaCl 2 trong dung dịch từ 9,4 - 29,9%. Nhiệt độ tại đó các thuộc tính được xác định bởi hàm lượng muối của dung dịch và nằm trong khoảng từ -55 đến 20 ° C.

clorua canxi CaCl 2 có thể không đóng băng lên đến âm 55 ° С. Để đạt được hiệu ứng này, nồng độ muối trong dung dịch phải là 29,9% và khối lượng riêng của nó là 1286 kg / m 3.

Với sự gia tăng nồng độ muối trong dung dịch, không chỉ mật độ của nó tăng lên, mà còn tăng các tính chất nhiệt lý như độ nhớt động học và động học của dung dịch nước, cũng như số Prandtl. Ví dụ, độ nhớt động lực học của dung dịch CaCl 2 với nồng độ muối 9,4% ở nhiệt độ 20 ° C là 0,001236 Pa s, và khi tăng nồng độ canxi clorua trong dung dịch lên 30% thì độ nhớt động lực của nó tăng đến giá trị 0,003511 Pa s.

Cần lưu ý rằng nhiệt độ có ảnh hưởng mạnh nhất đến độ nhớt của dung dịch nước muối này. Khi dung dịch canxi clorua được làm lạnh từ 20 đến -55 ° C, độ nhớt động lực của nó có thể tăng lên 18 lần và động học gấp 25 lần.

Đưa ra những điều sau đây tính chất nhiệt lý của dung dịch CaCl 2:

, kg / m 3;
điểm đóng băng ° С;
độ nhớt động lực của dung dịch nước, Pa s;
Số Prandtl.

Khối lượng riêng của dung dịch canxi clorua CaCl 2 phụ thuộc vào nhiệt độ

Bảng này cho thấy các giá trị về khối lượng riêng của dung dịch canxi clorua CaCl 2 có nồng độ khác nhau tùy thuộc vào nhiệt độ.
Nồng độ canxi clorua CaCl 2 trong dung dịch là từ 15 đến 30% ở nhiệt độ -30 đến 15 ° C. Khối lượng riêng của dung dịch nước canxi clorua tăng khi nhiệt độ của dung dịch giảm và nồng độ muối trong đó tăng.

Độ dẫn nhiệt của dung dịch CaCl 2 phụ thuộc vào nhiệt độ

Bảng cho biết khả năng dẫn nhiệt của dung dịch canxi clorua CaCl 2 có nồng độ khác nhau ở nhiệt độ thấp.
Nồng độ của muối CaCl 2 trong dung dịch từ 0,1 đến 37,3% ở nhiệt độ -20 đến 0 ° C. Khi nồng độ muối trong dung dịch tăng lên, khả năng dẫn nhiệt của nó giảm.

Nhiệt dung của dung dịch CaCl 2 ở 0 ° С

Bảng này cho thấy các giá trị của nhiệt dung khối của dung dịch canxi clorua CaCl 2 có nồng độ khác nhau ở 0 ° C. Nồng độ% của muối CaCl 2 trong dung dịch từ 0,1 - 37,3%. Cần lưu ý rằng khi tăng nồng độ muối trong dung dịch, nhiệt dung của nó giảm.

Điểm đông đặc của các dung dịch muối NaCl và CaCl 2

Bảng cho biết điểm đông đặc của các dung dịch muối natri clorua NaCl và canxi CaCl 2 phụ thuộc vào nồng độ muối. Nồng độ muối trong dung dịch từ 0,1 đến 37,3%. Điểm đông đặc của dung dịch muối được xác định bởi nồng độ muối trong dung dịch và đối với natri clorua, NaCl có thể đạt đến giá trị âm 21,2 ° C đối với dung dịch eutectic.

Cần lưu ý rằng dung dịch natri clorua có thể không đông đến nhiệt độ âm 21,2 ° C, và dung dịch canxi clorua không bị đóng băng ở nhiệt độ lên đến âm 55 ° C.

Khối lượng riêng của dung dịch NaCl là một hàm của nhiệt độ

Bảng cho thấy các giá trị của khối lượng riêng của một dung dịch natri clorua NaCl có nồng độ khác nhau tùy thuộc vào nhiệt độ.
Nồng độ của muối NaCl trong dung dịch từ 10 đến 25%. Các giá trị tỷ trọng của dung dịch được chỉ ra ở nhiệt độ từ -15 đến 15 ° C.

Độ dẫn nhiệt của dung dịch NaCl là một hàm của nhiệt độ

Bảng này cho thấy các giá trị độ dẫn nhiệt của dung dịch natri clorua NaCl có nồng độ khác nhau ở nhiệt độ âm.
Nồng độ của muối NaCl trong dung dịch là từ 0,1 đến 26,3% ở nhiệt độ -15 đến 0 ° C. Theo bảng, có thể thấy rằng độ dẫn nhiệt của dung dịch nước natri clorua giảm khi nồng độ của muối trong dung dịch tăng lên.

Nhiệt dung riêng của dung dịch NaCl ở 0 ° С

Bảng này cho thấy các giá trị của nhiệt dung riêng khối lượng của dung dịch nước natri clorua NaCl có nồng độ khác nhau ở 0 ° C. Nồng độ của muối NaCl trong dung dịch từ 0,1 đến 26,3%. Theo bảng, có thể thấy rằng khi tăng nồng độ của muối trong một dung dịch, thì nhiệt dung của nó giảm.

Tính chất nhiệt lý của dung dịch NaCl

Bảng cho biết các tính chất nhiệt lý của dung dịch natri clorua NaCl phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ muối. Nồng độ natri clorua NaCl trong dung dịch từ 7 đến 23,1%. Cần lưu ý rằng khi làm lạnh dung dịch nước natri clorua, nhiệt dung riêng của nó thay đổi một chút, độ dẫn nhiệt giảm và độ nhớt của dung dịch tăng lên.

Đưa ra những điều sau đây tính chất nhiệt lý của dung dịch NaCl:

tỷ trọng dung dịch, kg / m 3;
điểm đóng băng ° С;
nhiệt dung (khối lượng) riêng, kJ / (kg deg);
hệ số dẫn nhiệt, W / (m deg);
độ nhớt động lực học của dung dịch, Pa s;
độ nhớt động học của dung dịch, m 2 / s;
độ khuếch tán nhiệt, m 2 / s;
Số Prandtl.

Tỷ trọng của dung dịch natri clorua NaCl và canxi CaCl 2 tùy thuộc vào nồng độ ở 15 ° C

Bảng cho biết giá trị khối lượng riêng của các dung dịch natri clorua NaCl và canxi CaCl 2 tùy thuộc vào nồng độ. Nồng độ của muối NaCl trong dung dịch từ 0,1 đến 26,3% ở nhiệt độ dung dịch là 15 ° C. Nồng độ của canxi clorua CaCl 2 trong dung dịch nằm trong khoảng từ 0,1 đến 37,3% ở nhiệt độ 15 ° C. Khối lượng riêng của dung dịch natri clorua và canxi tăng khi hàm lượng muối tăng.

Hệ số nở thể tích của dung dịch natri clorua NaCl và canxi CaCl 2

Bảng này cho thấy các giá trị của hệ số nở trung bình theo thể tích của dung dịch nước natri clorua NaCl và canxi CaCl 2 phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ.
Hệ số nở thể tích của dung dịch muối ăn NaCl được biểu thị ở nhiệt độ từ -20 đến 20 ° C.
Hệ số nở thể tích của dung dịch clorua CaCl 2 được cho ở -30 đến 20 ° C.

Nguồn:

Danilova G. N. và cộng sự. Tuyển tập các nhiệm vụ về quá trình truyền nhiệt trong công nghiệp thực phẩm và điện lạnh. M.: Công nghiệp thực phẩm, 1976.- 240 tr.