A víz és a jég fagyása és olvadása Néhány következménye. Cikk: 2006. február, 2012. februárban helyreállt. Francisco Martín León és Miguel Martín del Río. Együttműködő. David Pascual Mielgo, Pasku

kísérlet

Francisco Martin Leon

A víz és a jég fagyása és olvadása
Néhány következménye
Cikk 2006. február, letöltve 2012 februárjában

Francisco Martin Leon
Miguel Martin del Rio

Együttműködő. David Pascual Mielgo, Pasku

Cél. Elemezze a víz és a jég fagyás- és olvadáspontjának változását
Nehézség. Lejön
Anyagok. Jégkockák a hűtőszekrényből, finom bőr vagy madzag, pohár víz, hideg víz, konyharuha és só
Időtartam. 5 perc.
Veszélyesség. Nulla Ha kiskorú vagy, csináld felnőttel.

Ez a kísérlet két részre oszlik.

I. Vegyünk két jégkockát és egy konyharuhát. Csatlakozzon a hűtőből éppen kivett jégkockákhoz, és tegye őket érintkezésbe sík felületükön. Nyomja rájuk a kezét, körülbelül egy percig védve magát a konyharuhával.

Mi történt a jégkockákkal, amikor befejezte a kísérletet? Miért?

II. Igyon egy pohár hideg csapvizet és egy vékony zsineget vagy zsineget. Mártsa be a szál középső darabját a vízbe, és távolítsa el. Tegyen egy jégkockát a pohár vízére: a jég lebegni fog. Tegye a nedves húrdarabot a jégre úgy, hogy a húr végei kijöjjenek az üvegből. A húr vagy kötél egy részének a jégen kell nyugodnia. Öntsön finom sót a húr azon részén, amely a jégen nyugszik. Hagyjon egy percet vagy tovább. Ez idő után vegye fel a cérna végeit és emelje meg.

Mi történt és miért?

Részt veszek a kísérletben

A fagyási hőmérséklet a nyomás függvénye az egykomponensű fázisváltozásoknál

A jégről vízre történő állapotváltozás termodinamikája azt mondja, hogy az olvadáspont a nyomás növekedésével csökken. Normál körülmények között a jég 0 ° C-on megolvad és megfagy, de ez nem történik meg, ha a rá gyakorolt ​​nyomás emelkedik. A fagyás vagy olvadáspont csökkentése a jégre gyakorolt ​​nyomással nagyon fontos bizonyos földi eseményeknél és víz-jéggel rendelkező hideg bolygóknál.

Amikor a két jégkockát állandó hőmérsékleten nyomjuk meg, akkor olvadnak, miközben kézzel növeljük a nyomást az érintkezési felületen. Ilyenkor az érintkezési felületek között egy kis vízzáró képződik, amely nem fagy meg, amikor a fagyáspont csökken.

A jégkockák felszabadításával a kezünk által kifejtett nyomásból visszatérünk a normál és a kezdeti viszonyokhoz: a nyomás csökken, a vízréteg újra megfagy, de ezúttal 0 ° C hőmérsékleten, mint kezdetben volt. Ha megnyomja a jeget, megolvad, és ha abbahagyja a víz nyomását, újra lefagy, és mindkét jégkockát összeköti a keletkezett kis mennyiségű felolvadt víz miatt.

Egy kis elmélet. Clapeyron egyenlete

A fagyáspont a víz-jég egyensúlyi rendszer nyomásával csökken. Ez a tény sok emberi tevékenységet és rendszert érint, néha észrevétlenül marad a szemünk előtt:

A nyomás és a hőmérséklet hatása

A Clapeyron-egyenlet lehetővé teszi az egykomponensű rendszer két fázis közötti egyensúlyi vonal meredekségének kiszámítását. Ez az egyenlet a termodinamika egyik alapja, és szabályozza az anyag fázisátmeneteit:

Amiben o a nyomás, T az a hőmérséklet, amelyen az átmenet bekövetkezik, ∆H a hőtartalom változása és ∆V az átmenet vagy a fázisváltás során bekövetkezett térfogatváltozás.

Ez az egyenlet a nyomás és az olvadás-megszilárdulás hőmérsékletének változásait viszonyítja a fázisváltozásban részt vevő hőhöz. A második tag értéke és jele megmondja, hogy a fázisváltozás hőmérsékletének változásai hogyan változnak, amikor módosítjuk a nyomást az átalakításban.

Ha a folyadék-szilárd fázis változásaira összpontosítunk, az egyenlet a következő lesz:

Lény vl Y vs. a folyékony és a szilárd fázis fajlagos térfogata, illetve H a látens hő, amelyet az említett fázisváltás végrehajtására használtak. Általában a folyadék fajlagos térfogata nagyobb, mint a szilárd anyagé, mivel olvadáskor tágulnak. A második tag általában pozitív, és a P-T görbe meredeksége (dp/dT) a fázisváltozásban általában pozitív, ami:

Az olvadékban a nyomás növekedésének, vagy szilárdból folyadékká válásnak meg kell felelnie az olvadási hőmérséklet növekedésének. Minél nagyobb a nyomás, amely egy szilárd anyagnak van kitéve, általában a hőmérséklet növekedése megfelel annak, hogy a szilárd anyag folyékonyvá váljon. A nyomás növekedése hajlamos arra, hogy a szilárd részecskéket közelebb tartsa egymáshoz, és a folyadékra való áttérés a hőmérséklet további növelésével történik.

A jeges víz esete

A víz ismét ezen normákon kívül esik, mivel a jég fajlagos térfogata nagyobb, mint a vízé, és a második tag negatívvá válik. Ily módon a dp/dT negatív: amikor növeljük a jégre nehezedő nyomást, az olvadási hőmérséklet csökken.

Ezek a tények nagyon jól láthatók a különböző anyagok fázisváltozási diagramjain, mivel mindegyiknek megvan a maga. Ha felépítünk egy nyomás-hőmérséklet diagramot, ahol egy anyag különböző fázisokban létezik együtt, akkor a szilárd-folyadék (vörös), a folyadék-gáz (zöld) és a gáz-szilárd (kék) egyensúlyi állapotokhoz képest görbék halmaza lenne. A termodinamikában a különböző anyagállapotok közötti határok grafikus ábrázolását, általában a nyomás és a hőmérséklet függvényében, fázisdiagramnak vagy állapotváltozási diagramnak nevezzük.

A szén-dioxidot az alábbiakban mutatjuk be. Meg kell figyelnünk, hogy a színes görbék meredekségei (dp/dT) mind pozitívak, mint a legtöbb anyagnál. Ha a szilárd-folyékony fázis változásaira (piros vonal) összpontosítunk, akkor a görbe meredeksége pozitív: a szilárd CO2 nyomásának növekedése hajlamos növelni a folyadékhoz jutáshoz szükséges olvadási hőmérsékletet.

A víz esetében a fázisdiagram a következő:

Normál körülmények között, 1 atmoszférás nyomás mellett az olvadás hőmérséklete 0 ° C. Vegye figyelembe, hogy a jég-víz görbe negatív meredekségű (dp/dT). Ezért a jég nyomásának növekedésével az olvadási hőmérséklet csökkenése, vagyis, a jég összenyomásával olvad, ellentétben a legtöbb olyan anyaggal, amely összenyomódva megszilárdul. Nagy nyomás esetén a jég 0 ° C alatt olvad.

Röviden, amikor a jeget kezével nyomja meg, növeljük a nyomást, az olvadási hőmérséklet csökken, emiatt megolvad a két felület érintkezési területén, vékony vízréteget képezve. Amikor abbahagyjuk a víz nyomását az említett felületek között, az újra lefagy, csatlakozva a használt jégkockákhoz.

A kísérlet II. Része

Bármely oldószerben oldott anyag csökkenti az oldószer fagyáspontját. Só esetén hajlamos arra, hogy elméletben -16 ºC-ig csökkenjen a víz fagyáspontja, ahol oldódik, a vízben oldott só koncentrációjától függően. Például 5% -os sókoncentráció esetén a fagyás hőmérséklete -3 ° C-ra csökken, ha a só százalékos aránya 10%, akkor a víz fagyási hőmérséklete nem 6 ° C, hanem 0 ° C; minél több sót oldottunk fel, annál alacsonyabb volt az oldat fagyáspontja. A való életben a konyhasó a víz fagyási hőmérsékletét -9 ° C -10 ° C-ra csökkentheti. Emiatt a sót a hóesés előtti pillanatokban és alatt dobják a földre, és elkerülik a jég- és hórétegek kialakulását.

Ezért, amikor sót teszünk a kötélre, amely a jégen nyugszik, a fagyáspont csökken és a jég megolvad. A víz képződésével apránként hígítja a sót, és kiküszöböli a fagyáspont csökkentésének hatását, így a fonal vagy a kötél megfagy, amikor a fagyáspont ismét növekszik, és a normál körülmények értékére megy. A kötelet, a befagyott vizet és a jégkockát összekötötték. Most kivehetjük a pohár vízből, anélkül, hogy a végeit kifeszítenénk.

És most ezeknek a kísérleteknek a fotóival járunk, amelyek a "konyhában" elvégezhetők.

David Pascual Mielgo, Pasku együttműködése

Nos, most volt egy kicsit, és elkezdtem csinálni. Ez a churro van nálam.

1. rész

Ezután két jégkockát és egy ruhát látunk mellette, hogy meghúzódjon, bár jól, de fogyasztható

A két kocka egymás tetején.

Más szempontból

Aztán megnyomtam a jeget, és hát, ami történt, az megtörtént, egymáshoz tapadtak. És fiú kitartottak-e. Akkor nekem került különválasztani őket.

Miért? Nos, ezt már nem tudom megmagyarázni.

2. rész

Van mellettünk a pohár víz és egy cérna.

A fazék sót. és valami jobbat a csónak mögött.

Aztán meglátjuk a jeget a vízben, a cérna központi részét a jégben pihentetjük, a tetején pedig a sót.

Hagytuk, hogy egy perc és. felemeljük a fonalat a végeinél.

Mint láthatjuk, a cérna a jéghez van rögzítve. Az ok? Én sem tudom. sajnálom

jegyzet. Köszönjük "Pasku" fényképeit és megjegyzéseit.

Hivatkozások

Egykomponensű fázisátmenetek. Clapeyron-egyenlet.