Чи замерзає вода із сіллю. За якої температури замерзає морська вода

Температурний режим визначає насамперед швидкість протікання процесу виморожування.

Температура у сфері позитивних і негативних значень впливає швидкість реакцій, розчинність сполук, швидкість розчинення, коагуляції, і навіть на концентрацію недисоциированных іонних пар. Розрізняють кілька різновидів температури у розчинах: структурна, температура замерзання. Температура початку кристалізації (температура замерзання) - температура, за якої в результаті охолодження розчину починається утворення кристалів. Зниження температури замерзання ΔТз - різниця між температурою замерзання чистого розчинника та розчину. Температура замерзання розсолу завжди нижча від температури замерзання чистої води і залежить від концентрації розчинених солей. Ця залежність для розсолів може бути виражена рівнянням:

де До- Коефіцієнт пропорційності; З- Концентрація розчиненої речовини в розчині.

У менш розведених розчинах температура початку кристалізації визначається за діаграмою стану відповідної системи. Оскільки температура замерзання морських вод і високомінералізованих природних розсолів буде різною, ми припускаємо, що розрахунок цієї температури слід вести за різними формулами.

Нами була проведена апроксимація експериментальних даних за температурами замерзання розчинів кухонної солі, морської води та природних розсолів, що використовуються в роботі. Залежно зміни температур замерзання в графічній та аналітичній формах представлені на рисунках 41-43.

Мал. 41. Залежність температури замерзання від мінералізації розчину кухонної солі

Мал. 42. Залежність температури замерзання морської води від мінералізації

Мал. 43. Залежність температури замерзання розсолу від мінералізації

З представлених значень температур замерзання (табл. 9) видно, що температура замерзання знижується в міру збільшення загальної мінералізації розчину і в міру збільшення числа компонентів, що входять в систему, що заморожується - ΔТз(NaCl)< ΔТз(морск.вода) < ΔТз(рассол).

Таблиця 9. Аналіз побудованих графічних залежностей

* R 2 - достовірність апроксимації

Відомо, що виморожування індивідуальних солей з води, що опрісняється відбувається при різних температурах, - так, при температурі -2°С випадає вуглекислий кальцій. При -3,5°С натрій сірчанокислий. При зниженні температури до -20 ° С випадає кухонна сіль, до - 25,5-26 ° С хлориди магнію і при дуже низьких температурах - 40-55 ° С випадають хлориди калію і кальцію. Для негативних температур специфічний процес утворення кристалогідратів, нестійких при температурах нижче 0°С. Наприклад, гідрогаліт NaCl*2H 2 O утворюється при -0,15°С, MgCl 2 *12H 2 O стабільний при -15°С, а MgCl 2 *8H 2 O - нижче 0°С, Na 2 CO 3 *7H 2 O формується лише за -10°С. KCl кристалізується при 0°С у вигляді KCl, при -6,6°С співіснують вже дві фази - KCl і KCl*H 2 O, при -10,6°С осаджується лише KCl*H 2 O. При негативній температурі формуються індивідуальні кристалогідрати з максимально можливою кількістю молекул кристалізаційної води відповідно координаційним числам при даному її значенні та їх суміші (але не змішані кристали). Слід зазначити аномальне зниження температур замерзання концентрованих розчинів.

Пропонуємо до вашої уваги журнали, що видаються у видавництві «Академія Природознавства»

Якщо ви помітили, то в морі вода замерзає при температурі значно нижче від нуля градусів. Чому так відбувається? Усе залежить від концентрації у ній солі. Чим її більше, тим нижча температура замерзання. У середньому збільшення солоності води на два проміле знижує температуру її замерзання на одну десяту градуса. Ось і посудіть самі, якою має бути температура навколишнього повітря, щоб на поверхні моря, із солоністю води 35 проміле, утворився тонкий шар льоду. Як мінімум, має бути два градуси морозу.

Те саме Азовське море, із солоністю води 12 проміле, замерзає при температурі мінус 0,6 градуса. При цьому Сиваш, що примикає до нього, залишається незамерзлим. Вся справа в тому, що солоність його води становить 100 проміле, а отже, для утворення тут льоду необхідно не менше шести градусів морозу. Щоб льодом покрилася поверхня Білого моря, де рівень солоності води досягає 25 проміле, потрібно, щоб температура знизилася до мінус 1,4 градуса.

Найдивовижніше в тому, що в охолодженій до мінус одного градуса морській воді сніг не таїть. Він просто продовжує в ній плавати, доки не перетвориться на шматок льоду. Але потрапляючи в охолоджену прісну воду, він відразу таїть.

Процес замерзання морської води має особливості. Спочатку починають формуватися первинні крижані кристали, які неймовірно схожі тонкі прозорі голки. Сіль у них відсутня. Вона вичавлюється з кристалів і залишається у воді. Якщо зібрати такі голки, і розтопити в якомусь посуді, то ми отримаємо прісну воду.

Каша з крижаних голок, зовні схожа на величезну жирну пляму, плаває на поверхні моря. Звідси та її оригінальна назва – сало. При подальшому зниженні температури сало змерзається, утворюючи гладку і прозору крижану кірку, що зветься нілас. На відміну від сала, нілас містить сіль. Вона з'являється в ньому в процесі змерзання сала та захоплення голками, крапель морської води. Це досить хаотичний процес. Саме тому сіль у морському льоді розподіляється нерівномірно, як правило, у вигляді окремих вкраплень.

Вчені з'ясували, що кількість солі в морському льоді залежить від температури навколишнього повітря, яка мала місце у момент його утворення. При невеликому морозі швидкість утворення ніласу низька, голки захоплюють мало морської води, звідси й солоність льоду невисока. При великому морозі ситуація прямо протилежна.

При таненні морського льоду з нього насамперед виходить сіль. В результаті він поступово стає прісним.

Вода в морях та океанах дуже сильно відрізняється від річкової та озерної. Вона солона – і це визначає багато її властивостей. Від цього чинника залежить температура замерзання морської води. Вона не дорівнює 0 °C, як у випадку з прісною водою. Щоб покритися льодом, морю потрібен мороз міцніший.

Сказати однозначно, за якої температури замерзає морська вода, неможливо, оскільки цей показник залежить від ступеня її солоності. У різних місцях Світового океану вона різна.

Найсолоніше – Червоне море. Тут концентрація солі у воді досягає 41 ‰ (проміле). Найменше солі у водах Балтійської затоки – 5‰. У Чорному морі цей показник дорівнює 18 ‰, а в Середземному – 26 ‰. Солоність Азовського моря - 12 ‰. А якщо брати в середньому, солоність морів становить 34,7 ‰.

Чим вище солоність, тим більше повинна охолоне морська вода для переходу в твердий стан.

Це добре видно з таблиці:

Там, де солоність ще вища, як, наприклад, в озері Сиваш (100 ‰), затоці Кара-Богаз-Гол (250 ‰), у Мертвому морі (понад 270 ‰), вода може замерзнути лише за дуже великого мінусу – у першому у разі – при -6,1 °C, у другому – нижче -10 °C.

За середній показник для всіх морів можна прийняти -1,9 °C.

Етапи замерзання

Дуже цікаво спостерігати, як замерзає морська вода. Вона не покривається відразу рівномірною крижаною кіркою, як прісна. Коли частина її перетворюється на лід (а він прісний), решта об'єму стає ще більш солоним, і для його замерзання потрібно ще міцніший мороз.

Види льоду

У міру охолодження у морі утворюється лід різних видів:

• сніжура;
• шуга;
• голки;
• сало;
• нілас.

Якщо море ще не замерзло, але дуже близько до цього, і в цей час випадає сніг, він при зіткненні з поверхнею не тане, а просочується водою і утворює в'язку кашоподібну масу, що називається сніжурою. Змерзаючись, ця каша перетворюється на шугу, яка дуже небезпечна для кораблів, що потрапили у шторм. Через неї палуба миттєво покривається крижаною кіркою.

Коли стовпчик термометра досягає потрібної для замерзання позначки, у морі починають утворюватися крижані голки – кристали у вигляді дуже тонких шестигранних призм. Зібравши їх сачком, змивши з них сіль і розтопивши, ви виявите, що вони прісні.

Спочатку голки ростуть горизонтально, потім вони приймають вертикальне положення, і поверхні видно лише їх підстави. Вони нагадують плями жиру в остиглий суп. Тому кригу на цій стадії називають салом.

Коли ще більше холодає, сало починає змерзати і утворює крижану кірку, таку ж прозору і тендітну, як скло. Такий лід називають нілас, або склянка. Він солоний, хоч і утворений із прісних голок. Справа в тому, що під час змерзання голки захоплюють дрібні краплі оточуючої солоної води.

Тільки морях спостерігається таке явище, як плавучі льоди. Виникає воно тому, що вода тут швидше остигає біля берегів. Лід, що там утворюється, примерзає до берегової кромки, чому й отримав назву припай. У міру посилення морозів під час тихої погоди він швидко захоплює нові території, досягаючи часом десятків кілометрів завширшки. Але варто піднятися на сильний вітер – і припай починає розламуватися на шматки різної величини. Ці крижини, часто величезних розмірів (крижані поля), розносяться вітром і течією по всьому морю, створюючи проблеми судам.

Температура танення

Тане морський лід не за тієї ж температури, за якої замерзає морська вода, як можна було б подумати. Він менш солоний (в середньому в 4 рази), тому його перетворення назад на рідину починається раніше досягнення цієї позначки. Якщо середній показник замерзання морської води – -1,9 °C, то середнє значення температури танення льоду, що утворився з неї, – -2,3 °C.

Замерзання солоної води: Відео

Читайте також

Як зробити водопровідну воду дистильованою
Що знаєте про температуру кипіння води?
Як морська вода впливає на волосся?

У таблиці представлені теплофізичні властивості розчину хлористого кальцію CaCl 2 залежно від температури та концентрації солі: питома теплоємність розчину, теплопровідність, в'язкість водних розчинів, їх температура та число Прандтля. Концентрація солі CaCl 2 у розчині від 9,4 до 29,9%. Температура, при якій наведені властивості, визначається вмістом солі в розчині і знаходиться в діапазоні від -55 до 20°С.

Хлориду кальцію CaCl 2 може не замерзати до температури мінус 55°С. Для досягнення цього ефекту концентрація солі в розчині має бути 29,9%, а його густина складе величину 1286 кг/м 3 .

При збільшенні концентрації солі у розчині збільшується як його щільність, а й такі теплофізичні властивості, як динамічна і кінематична в'язкість водних розчинів, і навіть число Прандтля. Наприклад, динамічна в'язкість розчину CaCl 2з концентрацією солі 9,4% при температурі 20°С дорівнює 0,001236 Па·с, а зі збільшенням концентрації хлориду кальцію в розчині до 30% його динамічна в'язкість збільшується до значення 0,003511 Па·с.

Слід зазначити, що на в'язкість водних розчинів цієї солі найбільше впливає температура. При охолодженні розчину кальцію хлориду з 20 до -55°С його динамічна в'язкість може збільшитися в 18 разів, а кінематична - в 25 разів.

Дані наступні теплофізичні властивості розчину CaCl 2:

• , кг/м3;
• температура замерзання °З;
• динамічна в'язкість водних розчинів, Па·с;
• число Прандтля.

Щільність розчину кальцію хлористого CaCl 2 в залежності від температури

У таблиці наведено значення щільності розчину хлористого кальцію CaCl 2 різної концентрації в залежності від температури.
Концентрація хлориду кальцію CaCl 2 у розчині від 15 до 30% при температурі від -30 до 15°С. Щільність водного розчину хлористого кальцію збільшується при зниженні температури розчину та збільшенням у ньому концентрації солі.

Теплопровідність розчину CaCl 2 в залежності від температури

У таблиці подано значення теплопровідності розчину хлористого кальцію CaCl 2 різної концентрації при негативних температурах.
Концентрація солі CaCl 2 розчині від 0,1 до 37,3 % при температурі від -20 до 0°С. У міру зростання концентрації солі у розчині його теплопровідність знижується.

Теплоємність розчину CaCl 2 за 0°С

У таблиці подано значення масової теплоємності розчину хлористого кальцію CaCl 2 різної концентрації при 0°С. Концентрація солі CaCl 2 у розчині від 0,1 до 37,3%. Слід зазначити, що з підвищенням концентрації солі в розчині його теплоємність знижується.

Температура замерзання розчинів солей NaCl та CaCl 2

У таблиці наведено температуру замерзання розчинів солей хлористого натрію NaCl та кальцію CaCl 2 залежно від концентрації солі. Концентрація солі у розчині від 0,1 до 37,3 %. Температура замерзання сольового розчину визначається концентрацією соліу розчині та для хлориду натрію NaCl може досягати значення мінус 21,2°С для евтектичного розчину.

Необхідно відмітити, що розчин хлористого натрію може не замерзати до температури мінус 21,2°С, а розчин хлористого кальцію не замерзає при температурі до мінус 55°С.

Щільність розчину NaCl в залежності від температури

У таблиці представлені значення густини розчину хлористого натрію NaCl різної концентрації в залежності від температури.
Концентрація солі NaCl у розчині від 10 до 25%. Значення густини розчину вказані при температурі від -15 до 15°С.

Теплопровідність розчину NaCl залежно від температури

У таблиці наведено значення теплопровідності розчину хлористого натрію NaCl різної концентрації при негативних температурах.
Концентрація солі NaCl у розчині від 0,1 до 26,3 % за температури від -15 до 0°С. За даними таблиці видно, що теплопровідність водного розчину хлориду натрію знижується зі зростанням концентрації солі в розчині.

Питома теплоємність розчину NaCl за 0°С

У таблиці представлені значення масової питомої теплоємності водного розчину натрію хлористого NaCl різної концентрації при 0°С. Концентрація солі NaCl у розчині від 0,1 до 26,3%. За даними таблиці видно, що з підвищенням концентрації солі в розчині його теплоємність знижується.

Теплофізичні властивості розчину NaCl

У таблиці представлені теплофізичні властивості розчину хлористого натрію NaCl залежно від температури та концентрації солі. Концентрація хлориду натрію NaCl у розчині від 7 до 23,1 %. Слід зазначити, що з охолодженні водного розчину хлориду натрію його питома теплоємність змінюється слабко, теплопровідність знижується, а значення в'язкості розчину увеличивается.

Дані наступні теплофізичні властивості розчину NaCl:

• щільність розчину, кг/м 3;
• температура замерзання °З;
• питома (масова) теплоємність, кДж/(кг·град);
• коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м·град);
• динамічна в'язкість розчину, Па·с;
• кінематична в'язкість розчину, м2/с;
• коефіцієнт температуропровідності, м2/с;
• число Прандтля.

Щільність розчинів натрію хлористого NaCl і кальцію CaCl 2 в залежності від концентрації при 15°С

У таблиці представлені значення густини розчинів хлористого натрію NaCl і кальцію CaCl 2 залежно від концентрації. Концентрація солі NaCl у розчині від 0,1 до 26,3 % за температури розчину 15°С. Концентрація хлориду кальцію CaCl 2 у розчині знаходиться в діапазоні від 0,1 до 37,3 % за його температури 15°С. Щільність розчинів хлориду натрію та кальцію зростає зі збільшенням вмісту в ньому солі.

Коефіцієнт об'ємного розширення розчинів хлористого натрію NaCl та кальцію CaCl 2

У таблиці наведено значення середнього коефіцієнта об'ємного розширення водних розчинів хлористого натрію NaCl і кальцію CaCl 2 залежно від концентрації та температури.
Коефіцієнт об'ємного розширення розчину солі NaCl вказаний за температури від -20 до 20°С.
Коефіцієнт об'ємного розширення розчину хлориду CaCl 2 представлений при температурі -30 до 20°С.

Джерела:

1. Данилова Г. Н. та ін. Збірник завдань з процесів теплообміну в харчовій та холодильній промисловості. М: Харчова промисловість, 1976. - 240 с.

У розділі на питання яку можна досягти найнижчу температуру водно-сольового розчину звичайної (кухонної, NaCl) солі, заданий автором Європейськийнайкраща відповідь це Завдяки додаванню солі у воду швидкість танення льоду збільшується, а температура танення льоду опускається нижче. Це тим, що додавання солі викликає послаблення молекулярного зчеплення і руйнація кристалічних решіток льоду. Танення льодосоляної суміші протікає з відбором теплоти від навколишнього середовища, у результаті навколишнє повітря охолоджується і температура його знижується. З підвищенням вмісту солі в льодосоляній суміші температура плавлення її знижується. Розчин солі з найнижчою температурою танення називається евтектичним, а температура його танення - кріогідратною точкою. Кріогідратна точка для льодосоляної суміші з кухонною сіллю -21,2°З при концентрації солі в розчині 23,1% по відношенню до загальної маси суміші, що приблизно дорівнює 30 кг солі на 100 кг льоду. При подальшому підвищенні концентрації солі відбувається не зниження температури танення льодосоляної суміші, а підвищення температури танення (при 25% концентрації солі в розчині до загальної маси температура танення підвищується до -8°С).
При заморожуванні водного розчину кухонної солі в концентрації, що відповідає кріогідратній точці, виходить однорідна суміш кристалів льоду та солі, яка називається евтектичним твердим розчином.
Температура плавлення твердого евтектичного розчину кухонної солі -21,2°С, а теплота плавлення - 236 кДж/кг. Евтектичний розчин застосовують для зероторного охолодження. Для цього в зероти – наглухо запаяні форми – заливають евтектичний розчин кухонної солі та заморожують їх. Заморожені зероти використовують для охолодження прилавків, шаф, переносних сумок-холодильників, що охолоджуються, і т. д. (відкрийте морозилку побутового холодильника - знайдете такий контейнер). У торгівлі льодосоляне охолодження широко застосовувалося до масового випуску обладнання з машинним способом охолодження.

Відповідь від Просохнути[гуру]
найнижча температура з будь-якої температури - абсольтний нуль, близько - 273 градуси цельсія

Відповідь від Оля[експерт]
температура залежить від концентрації солі в розчині, чим більша концентрація, тим нижча температура замерзання. Точних цифр не скажу, т.к. довідник у мене на якийсь час відібрали)) але якщо виходити з того, що морська вода-це сольовий розчин, то можна зробити висновок, що температура замерзання набагато нижче нуля....градусів -15-20

Відповідь від здатний[гуру]
22,4% водний розчин NaClзамерзає при 21,2 °С
Відповідь
посилання
на питання
Водний розчин NaCl "температура кристалізації"

Відповідь від Єергій Незнамов[Новичок]
Таблиця 10.8. Температура замерзання розчину NaCl
Зміст NaCl, г 100 г води Температура замерзання, ?З
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