Будівництво та ремонт

При якій температурі замерзає вода

Вода — диво природи: секрети замерзання

Вода — це одна з найунікальніших і найважливіших речовин на нашій планеті. Вона оточує нас скрізь, без неї неможливе життя. Ви коли-небудь задумувалися над тим, чому вода замерзає і кипить? Які дивовижні процеси відбуваються під час переходу води з одного агрегатного стану в інший? Сьогодні ми розкриємо таємниці води і дізнаємося все про температуру її замерзання. Готові до захопливої пригоди?

 під час замерзання води

Три обличчя води

Вода може існувати в трьох агрегатних станах: твердому (лід), рідкому і газоподібному (пара). Саме ці переходи з одного стану в інший роблять воду такою захопливою субстанцією.

  1. Лід — крижана казка Коли температура знижується, молекули води сповільнюються і починають формувати міцні водневі зв’язки між собою. В результаті утворюється гексагональна кристалічна структура, яку ми знаємо як лід. Ці прекрасні сніжинки — наочний приклад такої упорядкованої будови льоду.
  2. Рідка вода — основа життя
    У рідкому стані молекули води досить вільно рухаються, хоча й пов’язані слабкими водневими зв’язками. Саме така рухлива і гнучка структура робить воду ідеальним розчинником та середовищем для життя.
  3. Пара — невидимий газ Коли ж молекули нагріваються, їхня енергія стає надто високою, щоб зберегти зв’язки. В результаті вони повністю розпадаються і утворюють пару — газоподібний стан води, невидимий для наших очей.

Фазові переходи: кипіння та замерзання

Процеси переходу між цими станами завжди були загадкою для вчених. Візьмемо, наприклад, кипіння. Коли вода нагрівається, її молекули починають рухатися все швидше і швидше, зіштовхуючись одна з одною. Зрештою, їхня кінетична енергія стає настільки високою, що водневі зв’язки просто не витримують і розриваються. Ось тоді й настає момент кипіння — вода перетворюється на пару.

Зворотний процес — конденсація. Коли пара охолоджується, її молекули сповільнюються і знову починають утворювати зв’язки, перетворюючись на краплі рідини. Класичний приклад — запотівання скла.

А от із замерзанням справи йдуть трохи інакше. Під час охолодження молекули води не просто сповільнюються, а й упорядковуються в жорсткі кристалічні структури льоду. Протилежний процес називається таненням — усім знайомий феномен, коли лід у напої поступово перетворюється на воду.

Цікавий факт: гаряча вода насправді замерзає швидше, ніж холодна! Це пояснюється особливостями конвекційних потоків усередині рідини.

Температура кипіння води

Ох, ці всі хитромудрі наукові деталі про температуру кипіння води! Чесно кажучи, коли я вперше почав вивчати цю тему, то в мене аж голова пішла обертом. Ну як можна запам’ятати всі ці цифри, формули і залежності?

Але згодом я зрозумів, що це зовсім не складно, якщо пояснити все доступною, людською мовою. А ще краще — навести живі приклади з повсякденного життя. Тоді все одразу стає на свої місця!

Тому сьогодні я розповім вам про температуру кипіння води максимально просто і зрозуміло. Ніяких нудних формул і термінів — лише цікаві факти та пізнавальні історії. Запасаймося терпінням і вухами навстижку!

Почнемо з основ. 100 градусів за Цельсієм — це та сама температура, за якої вода у каструлі починає клекотіти і паруватися. Чули таку? То от, саме при 100°С відбувається перехід води з рідкого стану в газоподібний. Фізики складно це називають «точкою кипіння».

Але погодьтеся, коли ми вдома ставимо чайник на плиту, то навряд чи думаємо про ці самі «точки кипіння». Просто чекаємо, поки закипить, і все. Бо це ж така банальна, буденна річ для кожного з нас.

Тільки от насправді кипіння води — це доволі цікавий і навіть місцями дивакуватий процес! Просто уявіть: змінивши тиск або додавши трохи солі, ми можемо зробити так, що вода у чайнику закиплятиме вже зовсім за іншої температури. Чи не дивина?

Наприклад, якщо ви колись опинитеся десь високо в горах, то ваша звична каструлька ніяк не захоче кипіти на плиті. Бо там, на висоті кількох тисяч метрів, атмосферний тиск значно нижчий. А це означає, що для кипіння води знадобиться значно менша температура, ніж стандартні 100°С. От лишенько!

Через цю забавну особливість багато туристів і альпіністів просто шаленіють від того, що їхня юшка ніяк не звариться. І все тому, що вони ніяк не зважають на зниження тиску! А все ж треба було менше часу витрачати на навігатори в горах і частіше згадувати уроки фізики.

А ось якщо ви колись натраплите на чийсь домашній самогонний апарат (звичайно ж, випадково!), то помітите, що температура кипіння там значно перевищує 100°С. Тепер ви вже знаєте, чому — бо при збільшенні тиску температура кипіння рідини теж зростає. Фізика, одне слово!

Не забуваймо і про склад води. Купа всіляких домішок, включно з розчиненими солями, здатна сильно вплинути на температуру закипання. Згадаймо хоча б звичайний маринад — чи не гарячіший він за суху воду? А все через ті самі солі та спеції.

Напевно, найцікавіше спостерігати за цим процесом у засніжених горах. Бачили коли-небудь, як альпіністи люблять розтоплювати сніг, щоб зробити гарячий напій? Чудова ідея, правда? Тільки от вони змушені запалювати потужніші гірські пальники, щоб компенсувати низький тиск. Інакше їм доведеться вічно чекати окропу.

Ну що, я вас ще не наситив фактами про температуру кипіння? Тоді слухайте ще одну цікавинку. Це вже буде про згубний вплив великих висот на процес кулінарії. Уявіть ситуацію: ми з вами піднялися на Еверест і вирішили зварити собі пачку звичайнісінької вермішелі. За інструкцією варимо 10 хвилин при 100°С. Але на вершині, де тиск мізерний, 100 градусів нам не світить. Максимум 70°С — і то добре. Що робити? Правильно, варити не 10, а цілих 20-25 хвилин! Інакше ваша вермішель залишиться крихкою, немов пластикова.

Заплуталися в цих філософських дебрях кипіння чи ще не все второпали? Тоді не біда — ще один наочний приклад для вас. Згадаймо похід у гори, далекий від цивілізації. Вечоріє, надворі холодно. В наметі ставимо газовий пальник і намагаємося розігріти обід — звичайну юшку. Та мине й година, а вона все буруниться і буруниться на вогні, ну ніяк не закипаючи. Чому? Тому що для цього потрібно підняти температуру далеко за 100°С із-за різниці атмосферних тисків!

Втомились від такої купи інформації про кипіння? Ну то тепер уявіть, скільки зусиль довелося докласти мені, щоб пояснити це все максимально людською мовою. Але я старався, бо розумів, наскільки важлива ця тема для кожного з нас. Вода — джерело життя, а кипіння — один із найважливіших її природних процесів. Знати про нього — означає краще розуміти навколишній світ!

То як, допоміг я вам розібратися з усіма цими тонкощами температури кипіння? Тепер ви вже точно не будете шаленіти, якщо ваш гірський чайничок відмовиться кипіти по-людськи. Адже тепер ви експерт у цьому питанні!

агрегатні стани води

Ефект розширення при замерзанні

Одна з найдивовижніших властивостей води — її розширення при замерзанні. На перший погляд, це здається абсурдним — адже під час утворення кристалічної структури речовина, як правило, стискається.

Проте для води все навпаки: коли вона перетворюється на лід, відстані між молекулами збільшуються. Утворюється більш розріджена й «пухка» структура. Тому щільність льоду менша, ніж щільність рідкої води — саме тому лід плаває на поверхні води!

Цей незвичайний ефект можна легко зрозуміти, якщо подивитися на будову молекул води до і після замерзання:

Будова рідкої та твердої води

До замерзання — молекули води хаотично рухаються і займають менший об’єм.

Після замерзання — тверда кристалічна структура утворює більший проміжок між молекулами.

Саме через розширення при замерзанні крига грає життєво важливу роль для існування живих організмів у водоймах. Вона «спливає» на поверхню, утворюючи ізолюючий шар, який не дає всій товщі води повністю замерзнути.

при якій температурі замерзає дистильована вода

Унікальність чистої води

А чи знали ви, що ідеально чиста вода — дистильована — має зовсім іншу температуру замерзання? Саме вона стала еталоном для градуса Цельсія.

При нормальному атмосферному тиску дистильована вода замерзає точно при 0°С або 32°F за Фаренгейтом. Важливо, що на цій точці базується уся шкала Цельсія. А от температура кипіння рідкої води — 100°С або 212 °F. Ці значення при перерахунку в інші шкали становлять 273К і 373К відповідно.

Чим пояснюється така особливість дистильованої води? Все через її ідеальну чистоту й відсутність будь-яких домішок та розчинених речовин. В такій «ідеальній» воді бракує центрів кристалізації, які б започаткували процес замерзання. Завдяки цьому переохолоджена вода може існувати аж до вражаючих -48°С!

Вплив домішок і тиску

На відміну від дистильованої, натуральні води (річкова, озерна, морська) містять різноманітні розчинені речовини. А це означає, що і точки їх замерзання також будуть іншими.

Зокрема, наявність солей зміщує температуру замерзання нижче нуля. Візьмемо, для прикладу, розчин звичайної кухонної солі (хлориду натрію):

  • 1,5% розчин замерзає при -0,9°С;
  • 20% розчин — аж при -16,6°С!

Як бачите, чим більше солей у воді, тим нижчою має бути температура, щоб вона замерзла. Саме тому морська вода починає перетворюватися на кригу приблизно при -1,8°С.

Але температура замерзання може змінюватися також залежно від тиску! Цікаво, що при дуже високому тискові лід здатен розтавати навіть за кімнатної температури. А от при низькому тиску 0,006 атм вода взагалі не може існувати в рідкому стані, переходячи відразу з твердої фази у газоподібну (процес сублімації).

Вплив тиску на температуру кипіння води

Тиск, атм Температура кипіння, °С
0,01 7
0,05 29
0,1 45
0,6 85
0,987 (норма) 99,63
1 100
2 120
6 158
218 374,1

Як бачите, залежність між тиском і температурою кипіння води досить лінійна. На вершинах гір, де тиск нижчий, вода закипає швидше. Наприклад, на висоті 4000 м над рівнем моря вона закипає вже при 85°С. А на піку Евересту (8848 м) — взагалі при 72°С!

Тому туристи, які відвідують високогірні райони, часто стикаються з проблемами приготування їжі та кип’ятіння води. Доводиться шукати спеціальні способи і обладнання.

Підсумок

Як бачите, вода — це дійсно унікальна й часом навіть загадкова речовина. Здавалося б, що може бути простіше процесу замерзання? Але вже тут ми стикаємося з низкою аномалій та особливостей води.

Вона розширюється при замерзанні, замерзає при різних температурах залежно від домішок, тисків і чистоти. Ідеально чиста вода взагалі може переохолоджуватися, не перетворюючись на лід.

Тож цінуйте воду і дивуйтеся її чудовим властивостям. Адже якби не її унікальна природа, життя на нашій планеті було б абсолютно неможливим. Вода — основа існування, і водночас нескінченна загадка для вчених усього світу!

Дальше

Related Articles

Добавить комментарий

Back to top button