Содержание
- TL; DR (слишком долго; не читал)
- Когда молекулы замерзают
- Смешивая это
- Снятие давления
- Удивительный горячий лед
Два вида изменений, одно химическое и одно физическое, могут повлиять на температуру замерзания вещества. Вы можете снизить температуру замерзания некоторых жидкостей, смешав в них второе растворимое вещество; именно так дорожная соль предотвращает повторное замерзание талой воды при низких температурах. Физический подход, изменяя давление, также может снизить температуру замерзания жидкости; Он также может производить необычные твердые формы вещества, не видимого при нормальном атмосферном давлении.
TL; DR (слишком долго; не читал)
Антифриз снижает температуру замерзания воды, сохраняя ее жидкой при низких температурах. И сахар, и соль тоже это сделают, хотя и в меньшей степени.
Когда молекулы замерзают
Электрические силы между молекулами определяют температуры, при которых вещество замерзает и кипит; чем сильнее силы, тем выше температура. Например, многие металлы связаны сильными силами; температура плавления железа составляет 1535 градусов по Цельсию (2797 градусов по Фаренгейту). Силы между молекулами воды значительно слабее; вода замерзает при нуле градусов по Цельсию (32 градуса по Фаренгейту). Смеси растворителей и изменения давления уменьшают силы между молекулами, понижая температуру замерзания жидкостей.
Смешивая это
Смешивая одну жидкость с другим совместимым веществом, вы понижаете температуру замерзания жидкости. Вещества должны быть совместимы для обеспечения полного смешивания; масло и вода, например, разделяются и не изменят температуру замерзания. Смесь поваренной соли и воды имеет более низкую температуру замерзания, как и водно-спиртовая смесь. Химики могут предсказать разницу температур точки замерзания, применяя формулу, которая учитывает количество вовлеченного вещества и константу, связанную со вторым веществом. Например, если вы рассчитываете для воды и хлорида натрия, а результат равен -2, это означает, что температура замерзания смеси на 2 градуса C (3,6 градуса F) ниже, чем для чистой воды.
Снятие давления
Изменения давления могут повышать или понижать температуру замерзания вещества. Обычно давление ниже 1 атмосферы ниже температуры, при которой вещество замерзает, но для воды более высокое давление дает более низкую температуру замерзания. Сила изменения давления превращается в молекулярные силы, уже действующие в веществе. Для воды при низком давлении пар напрямую превращается в лед, не превращаясь в жидкость.
Удивительный горячий лед
Вода имеет несколько твердых фаз, каждая из которых наблюдается при различном давлении. Стандартный лед, который ученые называют «Лед I», существует при атмосферном давлении и имеет характерную гексагональную кристаллическую структуру. При температуре ниже минус 80 градусов по Цельсию (минус 112 градусов по Фаренгейту) кубические ледяные кристаллы могут образовываться из пара при давлении в 1 атмосферу. При высоких давлениях образуются экзотические виды льда; ученые идентифицируют их как от льда II до льда XV. Эти формы льда могут оставаться твердыми при температурах, превышающих 100 градусов C (212 градусов F) - точка кипения воды при давлении в 1 атмосферу.