При какой температуре замерзает морская вода? Фото и видео с экспериментами. Опыты со льдом

В разделе на вопрос какую можно достичь наи-низчайшую температуру водно-солевого раствора обычной (поваренной, NaCl) соли заданный автором Европейский лучший ответ это Благодаря добавлению соли в воду скорость таяния льда увеличивается, а температура таяния льда опускается ниже. Это объясняется тем, что добавление соли вызывает ослабление молекулярного сцепления и разрушение кристаллических решеток льда. Таяние льдосоляной смеси протекает с отбором теплоты от окружающей среды, в результате чего окружающий воздух охлаждается и температура его понижается. С повышением содержания соли в льдосоляной смеси температура плавления ее понижается. Раствор соли с самой низкой температурой таяния называется эвтектическим, а температура его таяния - криогидратной точкой. Криогидратная точка для льдосоляной смеси с поваренной солью -21,2°С, при концентрации соли в растворе 23,1% по отношению к общей массе смеси, что примерно равно 30 кг соли на 100 кг льда. При дальнейшем повышении концентрации соли происходит не понижение температуры таяния льдосоляной смеси, а повышение температуры таяния (при 25%-ной концентрации соли в растворе к общей массе температура таяния повышается до -8°С).
При замораживании водного раствора поваренной соли в концентрации, соответствующей криогидратной точке, получается однородная смесь кристаллов льда и соли, которая называется эвтектическим твердым раствором.
Температура плавления эвтектического твердого раствора поваренной соли -21,2°С, а теплота плавления - 236 кДж/кг. Эвтектический раствор применяют для зероторного охлаждения. Для этого в зероты - наглухо запаянные формы - заливают эвтектический раствор поваренной соли и замораживают их. Замороженные зероты используют для охлаждения прилавков, шкафов, охлаждаемых переносных сумок-холодильников и т. д. (откройте морозилку бытового холодильника - найдете такой контейнер).В торговле льдосоляное охлаждение широко применялось до массового выпуска оборудования с машинным способом охлаждения.

Ответ от Просохнуть [гуру]
самая низкая температура из любой температуры - абсольтный ноль, около - 273 градуса цельсия

Ответ от Оля [эксперт]
температура зависит от концентрации соли в растворе, чем больше концентрация, тем ниже температура замерзания.Точных цифр не скажу, т.к. справочник у меня на время отобрали)) но если исходить из того, что морская вода-это солевой раствор, то можно сделать вывод, что температура замерзания гараздо ниже нуля....градусов -15-20

Ответ от способный [гуру]
22,4 %-ный водный раствор NaClзамерзает при 21,2 °С
Ответ
ссылка
на вопрос
Водный раствор NaCl "температура кристаллизации"

Ответ от Ёергей Незнамов [новичек]
Таблица 10.8. Температура замерзания раствора NaCl
Содержание NaCl, г в 100 г воды Температура замерзания, ?С
1,5 - -0,9
3,0 - - 1,8
4,5 - -2,6
5,9 - -3,5
7,5 - -4,4
9,0 - -5,4
10,6 - -6,4
12,3 - -7,5
14,0 - -8,6
15,7 - -9,8
17,5 - -11,0
19,3 - - 12,2
21,2 - -13,6
23,1 - - 15,1
25,0 - - 16,0
26,9 - -18,2
29,0 - -20,0
30,1 - -21,2

Если вы заметили, то в море вода замерзает при температуре значительно ниже нуля градусов. Почему так происходит? Все зависит от концентрации в ней соли. Чем ее больше, тем ниже температура замерзания. В среднем, увеличение солености воды на два промилле понижает температуру ее замерзания на одну десятую градуса. Вот и посудите сами, какой должна быть температура окружающего воздуха, чтобы на поверхности моря, с соленостью воды 35 промилле, образовался тонкий слой льда. Как минимум, должно быть два градуса мороза.

То же Азовское море, с соленостью воды 12 промилле, замерзает при температуре минус 0,6 градуса. При этом примыкающий к нему Сиваш остается незамерзшим. Все дело в том, что соленость его воды составляет 100 промилле, а значит, для образования здесь льда необходимо не менее шести градусов мороза. Чтобы льдом покрылась поверхность Белого моря, где уровень солености воды достигает 25 промилле, нужно чтобы температура понизилась до минус 1,4 градуса.

Самое удивительное в том, что в охлажденной до минус одного градуса морской воде, снег не таит. Он просто продолжает в ней плавать, до тех пор, пока не превратится в кусок льда. Но попадая в охлажденную пресную воду, он тут же таит.

Процесс замерзания морской воды имеет свои особенности. Вначале начинают формироваться первичные ледяные кристаллы, которые невероятно похожи на тоненькие прозрачные иглы. Соль в них отсутствует. Она выдавливается из кристаллов и остается в воде. Если собрать такие иголки, и растопить в какой — нибудь посуде, то мы получим пресную воду.

Каша из ледяных иголок, внешне похожая на огромное жирное пятно, плавает на поверхности моря. Отсюда и ее оригинальное название – сало. При дальнейшем понижении температуры сало смерзается, образуя гладкую и прозрачную ледяную корку, которая носит название нилас. В отличие от сала, нилас содержит соль. Она появляется в нем в процессе смерзания сала и захватывания иголками, капелек морской воды. Это довольно хаотичный процесс. Именно поэтому соль в морском льде распределяется неравномерно, как правило, в виде отдельных вкраплений.

Ученые выяснили, что количество соли в морском льде зависит от температуры окружающего воздуха, которая имела место в момент его образования. При небольшом морозе скорость образования ниласа низкая, иглы захватывают мало морской воды, отсюда и соленость льда невысокая. При большом морозе ситуация прямо противоположная.

При таянии морского льда из него, в первую очередь, выходит соль. В результате, он постепенно становится пресным.

Температурный режим определяет в первую очередь скорость протекания процесса вымораживания.

Температура в области положительных и отрицательных значений влияет на скорость реакций, растворимость соединений, скорость растворения, коагуляции, а также на концентрацию недиссоциированных ионных пар. Различают несколько разновидностей температуры в растворах: структурная, температура замерзания. Температура начала кристаллизации (температура замерзания) - температура, при которой в результате охлаждения раствора начинается образование кристаллов. Понижение температуры замерзания ΔТз - разность между температурой замерзания чистого растворителя и раствора. Температура замерзания рассола всегда ниже температуры замерзания чистой воды и зависит от концентрации растворенных солей. Эта зависимость для рассолов может быть выражена уравнением:

где К - коэффициент пропорциональности; С - концентрация растворённого вещества в растворе.

В менее разбавленных растворах температура начала кристаллизации определяется по диаграмме состояния соответствующей системы. Поскольку температура замерзания морских вод и высокоминерализованных природных рассолов будет различной, то мы предполагаем, что расчёт этой температуры следует вести по разным формулам.

Нами была произведена аппроксимация экспериментальных данных по температурам замерзания растворов поваренной соли, морской воды и используемых в работе природных рассолов. Зависимости изменения температур замерзания в графической и аналитической формах представлены на рисунках 41-43.

Рис. 41. Зависимость температуры замерзания от минерализации раствора поваренной соли

Рис. 42. Зависимость температуры замерзания морской воды от минерализации

Рис. 43. Зависимость температуры замерзания рассола от минерализации

Из представленных значений температур замерзания (табл. 9) видно, что температура замерзания понижается по мере увеличения общей минерализации раствора и по мере увеличения числа компонентов, входящих в замораживаемую систему - ΔТз(NaCl) < ΔТз(морск.вода) < ΔТз(рассол).

Таблица 9. Анализ построенных графических зависимостей

Собщ, г/дм 3	Температура замерзания, °С
	раствор NaCl	морская вода
	t=8∙10 -5 M 2 -0.0945M+1.0595,	0.0557M+0.0378,	t=-2∙10 -4 M 2 -0.0384M-0.7035,

* R 2 - достоверность аппроксимации

Известно, что вымораживание индивидуальных солей из опресняемой воды происходит при различных температурах, - так, при температуре -2°С выпадает углекислый кальций. При - 3,5°С сернокислый натрий. При понижении температуры до -20°С выпадает поваренная соль, до - 25,5-26°С хлориды магния и при очень низких температурах - 40-55°С выпадают хлориды калия и кальция . Для отрицательных температур специфичен процесс образования кристаллогидратов, неустойчивых при температурах ниже 0°С. Например, гидрогалит NaCl*2H 2 O образуется при -0,15°С, MgCl 2 *12H 2 O стабилен при -15°С, а MgCl 2 *8H 2 O - ниже 0°С, Na 2 CO 3 *7H 2 O формируется только при -10°С. KCl кристаллизуется при 0°С в виде KCl, при -6,6°С сосуществуют уже две фазы - KCl и KCl*H 2 O, при -10,6°С осаждается лишь KCl*H 2 O. При отрицательной температуре формируются индивидуальные кристаллогидраты с максимально возможным количеством молекул кристаллизационной воды соответственно координационным числам при данном её значении и их смеси (но не смешанные кристаллы). Следует отметить аномальное понижение температур замерзания концентрированных растворов.

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

Вода в морях и океанах очень сильно отличается от речной и озерной. Она соленая – и это определяет многие ее свойства. От этого фактора зависит и температура замерзания морской воды. Она не равняется 0 °C, как в случае с пресной водой. Чтобы покрыться льдом, морю требуется мороз покрепче.

Сказать однозначно, при какой температуре замерзает морская вода, невозможно, так как этот показатель зависит от степени ее солености. В разных местах мирового океана она разная.

Самое соленое – Красное море. Здесь концентрация соли в воде достигает 41‰ (промилле). Меньше всего соли в водах Балтийского залива – 5‰. В Черном море этот показатель равен 18‰, а в Средиземном – 26‰. Соленость Азовского моря – 12‰. А если брать в среднем, соленость морей составляет 34,7‰.

Чем выше соленость, тем больше должна охладиться морская вода для перехода в твердое состояние.

Это хорошо видно из таблицы:

Соленость, ‰	Температура замерзания, °C	Соленость, ‰	Температура замерзания, °C
0 (пресная вода)		20	-1,1
2	-0,1	22	-1,2
4	-0,2	24	-1,3
6	-0,3	26	-1,4
8	-0,4	28	-1,5
10	-0,5	30	-1,6
12	-0,6	32	-1,7
14	-0,8	35	-1,9
16	-0,9	37	-2,0
18	-1,0	39	-2,1

Там, где соленость еще выше, как, например, в озере Сиваш (100 ‰), заливе Кара-Богаз-Гол (250 ‰), в Мертвом море (свыше 270 ‰), вода может замерзнуть только при очень большом минусе – в первом случае – при -6,1 °C, во втором – ниже -10 °C.

За средний же показатель для всех морей можно принять -1,9 °C.

Этапы замерзания

Очень интересно наблюдать, как замерзает морская вода. Она не покрывается сразу равномерной ледяной коркой, как пресная. Когда часть ее превращается в лед (а он пресный), остальной объем становится еще более соленым, и для его замерзания требуется еще более крепкий мороз.

Виды льда

По мере охлаждения в море образуется лед разных видов:

снежура;
шуга;
иглы;
сало;
нилас.

Если море еще не замерзло, но очень близко к этому, и в это время выпадает снег, он при соприкосновении с поверхностью не тает, а пропитывается водой и образует вязкую кашеобразную массу, которая называется снежурой. Смерзаясь, эта каша превращается в шугу, которая очень опасна для кораблей, попавших в шторм. Из-за нее палуба мгновенно покрывается ледяной коркой.

Когда столбик термометра достигает нужной для замерзания отметки, в море начинают образовываться ледяные иглы – кристаллы в форме очень тонких шестигранных призм. Собрав их сачком, смыв с них соль и растопив, вы обнаружите, что они пресные.

Сначала иглы растут горизонтально, потом они принимают вертикальное положение, и на поверхности видны только их основания. Они напоминают пятна жира в остывшем супе. Поэтому лед на этой стадии называют салом.

Когда еще больше холодает, сало начинает смерзаться и образует ледяную корку, такую же прозрачную и хрупкую, как стекло. Такой лед называют нилас, или склянка. Он соленый, хотя и образован из пресных игл. Дело в том, что во время смерзания иглы захватывают мельчайшие капли окружающей соленой воды.

Только в морях наблюдается такое явление, как плавучие льды. Возникает оно потому, что вода здесь быстрее остывает у берегов. Образующийся там лед примерзает к береговой кромке, почему и получил название припай. По мере усиления морозов во время тихой погоды он быстро захватывает новые территории, достигая порой десятков километров в ширину. Но стоит подняться сильному ветру – и припай начинает разламываться на куски различной величины. Эти льдины, часто огромных размеров (ледяные поля), разносятся ветром и течением по всему морю, создавая проблемы судам.

Температура таяния

Тает морской лед не при той же температуре, при которой замерзает морская вода, как можно было бы подумать. Он менее соленый (в среднем в 4 раза), поэтому его превращение обратно в жидкость начинается раньше достижения этой отметки. Если средний показатель замерзания морской воды – -1,9 °C, то среднее значение температуры таяния образовавшегося из нее льда – -2,3 °C.

Замерзание солёной воды: Видео

Плотность раствора хлористого кальция CaCl 2 в зависимости от температуры

В таблице указаны значения плотности раствора хлористого кальция CaCl 2 различной концентрации в зависимости от температуры.
Концентрация хлорида кальция CaCl 2 в растворе от 15 до 30 % при температуре от -30 до 15°С. Плотность водного раствора хлористого кальция увеличивается при снижении температуры раствора и увеличением в нем концентрации соли.

Теплопроводность раствора CaCl 2 в зависимости от температуры

В таблице представлены значения теплопроводности раствора хлористого кальция CaCl 2 различной концентрации при отрицательных температурах.
Концентрация соли CaCl 2 в растворе от 0,1 до 37,3 % при температуре от -20 до 0°С. По мере роста концентрации соли в растворе его теплопроводность снижается.

Теплоемкость раствора CaCl 2 при 0°С

В таблице представлены значения массовой теплоемкости раствора хлористого кальция CaCl 2 различной концентрации при 0°С. Концентрация соли CaCl 2 в растворе от 0,1 до 37,3 %. Следует отметить, что с повышением концентрации соли в растворе, его теплоемкость снижается.

Температура замерзания растворов солей NaCl и CaCl 2

В таблице приведена температура замерзания растворов солей хлористого натрия NaCl и кальция CaCl 2 в зависимости от концентрации соли. Концентрация соли в растворе от 0,1 до 37,3 %. Температура замерзания солевого раствора определяется концентрацией соли в растворе и для хлорида натрия NaCl может достигать значения минус 21,2°С для эвтектического раствора.

Необходимо отметить, что раствор хлористого натрия может не замерзать до температуры минус 21,2°С , а раствор хлористого кальция не замерзает при температуре до минус 55°С .

Плотность раствора NaCl в зависимости от температуры

В таблице представлены значения плотности раствора хлористого натрия NaCl различной концентрации в зависимости от температуры.
Концентрация соли NaCl в растворе от 10 до 25 %. Значения плотности раствора указаны при температуре от -15 до 15°С.

Теплопроводность раствора NaCl в зависимости от температуры

В таблице даны значения теплопроводности раствора хлористого натрия NaCl различной концентрации при отрицательных температурах.
Концентрация соли NaCl в растворе от 0,1 до 26,3 % при температуре от -15 до 0°С. По данным таблицы видно, что теплопроводность водного раствора хлорида натрия снижается по мере роста концентрации соли в растворе.

Удельная теплоемкость раствора NaCl при 0°С

В таблице представлены значения массовой удельной теплоемкости водного раствора хлористого натрия NaCl различной концентрации при 0°С. Концентрация соли NaCl в растворе от 0,1 до 26,3 %. По данным таблицы видно, что с повышением концентрации соли в растворе, его теплоемкость снижается.

Теплофизические свойства раствора NaCl

В таблице представлены теплофизические свойства раствора хлористого натрия NaCl в зависимости от температуры и концентрации соли. Концентрация хлорида натрия NaCl в растворе от 7 до 23,1 %. Необходимо отметить, что при охлаждении водного раствора хлорида натрия его удельная теплоемкость меняется слабо, теплопроводность снижается, а значение вязкости раствора увеличивается.

Даны следующие теплофизические свойства раствора NaCl :

плотность раствора, кг/м 3 ;
температура замерзания °С;
удельная (массовая) теплоемкость, кДж/(кг·град);
коэффициент теплопроводности, Вт/(м·град);
динамическая вязкость раствора, Па·с;
кинематическая вязкость раствора, м 2 /с;
коэффициент температуропроводности, м 2 /с;
число Прандтля.

Плотность растворов хлористого натрия NaCl и кальция CaCl 2 в зависимости от концентрации при 15°С

В таблице представлены значения плотности растворов хлористого натрия NaCl и кальция CaCl 2 в зависимости от концентрации. Концентрация соли NaCl в растворе от 0,1 до 26,3 % при температуре раствора 15°С. Концентрация хлорида кальция CaCl 2 в растворе находится в диапазоне от 0,1 до 37,3 % при его температуре 15°С. Плотность растворов хлорида натрия и кальция растет при увеличении содержания в нем соли.

Коэффициент объемного расширения растворов хлористого натрия NaCl и кальция CaCl 2

В таблице даны значения среднего коэффициента объемного расширения водных растворов хлористого натрия NaCl и кальция CaCl 2 в зависимости от концентрации и температуры.
Коэффициент объемного расширения раствора соли NaCl указан при температуре от -20 до 20°С.
Коэффициент объемного расширения раствора хлорида CaCl 2 представлен при температуре от -30 до 20°С.

Источники:

Данилова Г. Н. и др. Сборник задач по процессам теплообмена в пищевой и холодильной промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1976.- 240 с.