Как и почему замерзает вода

5. Свойства воды при нагревании и охлаждении

При на­гре­ва­нии вода «рас­ши­ря­ет­ся». Это может до­ка­зать про­стой опыт: в колбу с водой опу­сти­ли стек­лян­ную труб­ку и за­ме­ри­ли уро­вень воды в ней; затем колбу опу­сти­ли в сосуд с теп­лой водой и после на­гре­ва­ния воды по­втор­но за­ме­ри­ли уро­вень в труб­ке, ко­то­рый за­мет­но под­нял­ся, по­сколь­ку вода при на­гре­ва­нии уве­ли­чи­ва­ет­ся в объ­е­ме.

Рис. 14. Колба с труб­кой, циф­рой 1 и чер­той обо­зна­чен пер­во­на­чаль­ный уро­вень воды

Рис. 15. Колба с труб­кой, циф­рой 2 и чер­той обо­зна­чен уро­вень воды при на­гре­ва­нии

При охла­жде­нии вода «сжи­ма­ет­ся». Это может до­ка­зать сход­ный опыт: в этом слу­чае колбу с труб­кой опу­сти­ли в сосуд со льдом, после охла­жде­ния уро­вень воды в труб­ке по­ни­зил­ся от­но­си­тель­но пер­во­на­чаль­ной от­мет­ки, по­то­му что вода умень­ши­лась в объ­е­ме.

Рис. 16. Колба с труб­кой, циф­рой 3 и чер­той обо­зна­чен уро­вень воды при охла­жде­нии

Так про­ис­хо­дит, по­то­му что ча­сти­цы воды, мо­ле­ку­лы, при на­гре­ва­нии дви­жут­ся быст­рее, стал­ки­ва­ют­ся между собой, от­тал­ки­ва­ют­ся от сте­нок со­су­да, рас­сто­я­ние между мо­ле­ку­ла­ми уве­ли­чи­ва­ет­ся, и по­это­му жид­кость за­ни­ма­ет боль­ший объем. При охла­жде­нии воды дви­же­ние её ча­стиц за­мед­ля­ет­ся, рас­сто­я­ние между мо­ле­ку­ла­ми умень­ша­ет­ся, и жид­ко­сти тре­бу­ет­ся мень­ший объем.

Рис. 17. Мо­ле­ку­лы воды обыч­ной тем­пе­ра­ту­ры

Рис. 18. Мо­ле­ку­лы воды при на­гре­ва­нии

Рис. 19. Мо­ле­ку­лы воды при охла­жде­нии

Та­ки­ми свой­ства­ми об­ла­да­ет не толь­ко вода, но и дру­гие жид­ко­сти (спирт, ртуть, бен­зин, ке­ро­син).

Зна­ние этого свой­ства жид­ко­стей при­ве­ло к изоб­ре­те­нию тер­мо­мет­ра (гра­дус­ни­ка), где ис­поль­зу­ет­ся спирт или ртуть.

Рис. 20. Тер­мо­метр (Ис­точ­ник)

История наблюдений и исследований

Парадоксальный эффект люди наблюдали ещё с давних времён, но никто не придавал ему особого значения. Так не состыковки по скорости замерзания холодной и горячей воды отмечал в своих записях Арестотель, а также Рене Декарт и Френсис Бэкон. Необычное явление часто проявлялось в быту.

Долгое время явление никак не изучалось и не вызывало особого интереса среди учёных.

Начало изучения необычного эффекта было положено в 1963 году когда любознательный школьник из Танзании — Эрасто Мпемба, заметил, что горячее молоко для мороженного замерзает быстрее чем холодное. В надежде получить объяснение причин возникновения необычного эффекта, молодой человек задал вопрос своему учителю физики в школе. Однако учитель лишь посмеялся над ним.

Позднее Мпемба повторил эксперимент, однако в своём опыте он использовал уже не молоко, а воду и парадоксальный эффект вновь повторился.

Спустя 6 лет — в 1969 году Мпемба задал этот вопрос профессору физики Деннису Осборну приехавшему в его школу. Профессора заинтересовало наблюдение юноши, в итоге был проведён эксперимент, который подтвердил наличие эффекта, однако причин данного феномена установлено не было.

С тех пор явление называли эффектом Мпембы.

За всю историю научных наблюдений было выдвинуто множество гипотез о причинах возникновения феномена.

Так в 2012 году британским Королевским химическим обществом бы объявлен конкурс гипотез, объясняющих эффект Мпембы. В конкурсе участвовали учёные со всего Мира, всего было зарегистрировано 22 000  научных работ. Не смотря на столь внушительное количество статей, ни одна из них не внесла ясности в парадокс Мпембы.

Наиболее распространённой была версия согласно которой, горячая вода замерзает быстрее, так как она просто быстрее испаряется, её объём становится меньше, и по мере уменьшения объёма, скорость её остывания увеличивается. Самая распространённая версия в итоге была опровергнута так как был проведён эксперимент, в котором было исключено испарение, а эффект тем не менее подтверждался.

Другие учёные считали, что причина эффекта Мпембы заключается в испарении растворённых в воде газов. По их мнению, в процессе нагревания испаряются растворённые в воде газы, за счёт чего она обретает более высокую плотность чем холодная. Как известно, повышение плотности приводит к изменению физических свойств воды (увеличению теплопроводности), а следовательно и увеличению скорости охлаждения.

Помимо этого, был выдвинут ряд гипотез, описывающих скорость циркуляции воды, в зависимости от температуры. Во многих исследованиях была предпринята попытка установить взаимосвязь между материалом контейнеров в которых располагалась жидкость. Очень многие теории казались весьма правдоподобными, однако научно подтвердить их не удавалось из-за недостатка исходных данных противоречиях в других экспериментах, или же из-за того, что выявленные факторы были просто не сопоставимы со скоростью охлаждения воды. Некоторые учёные в своих работах ставили под сомнение существование эффекта.

В 2013 году, исследователи из Технологического университета Наньян в Сингапуре заявили, что разгадали загадку эффекта Мпембы. Согласно проведённому ими исследованию, причина феномена кроется в том, что количество энергии, запасённой в водородных связях между молекулами холодной и горячей воды существенно отличается.

Методы компьютерного моделирования показали следующие результаты: чем выше температура воды, тем большим оказывается расстояние между молекулами из-за того, что отталкивающие силы увеличиваются. А следовательно водородные связи молекул растягиваются, запасая большее количество энергии. При охлаждении молекулы начинают сближаться друг с другом, высвобождая энергию из водородных связей. При этом отдача энергии сопровождается понижением температуры.

В октябре 2017 года Испанские физики в ходе очередного исследования выяснили, что большую роль в формировании эффекта играет именно выведение вещества из равновесия (сильный нагрев перед сильным охлаждением). Они определили условия при которых вероятность проявления эффекта максимальна. Помимо этого, ученые из Испании подтвердили существование обратного эффекта Мпембы. Они выявили, что при нагревании более холодный образец может достичь высокой температуры быстрее, чем теплый.

Не смотря на исчерпывающие сведения и многочисленные эксперименты, учёные намерены продолжать изучение эффекта.

Состояния и виды воды

Вода на планете Земля может принимать три основных агрегатных состояния: жидкое, твёрдое и газообразное, которые способны трансформироваться в разные формы, одновременно сосуществующие друг с другом (айсберги в морской воде, водяной пар и кристаллы льда в облаках на небе, ледники и свободно текущие реки).

В зависимости от особенностей происхождения, назначения и состава вода может быть:

• пресной;
• минеральной;
• морской;
• питьевой (сюда же отнесём водопроводную воду);
• дождевой;
• талой;
• солоноватой;
• структурированной;
• дистиллированной;
• деионизированной.

Наличие изотопов водорода делает воду:

1. лёгкой;
2. тяжёлой (дейтериевой);
3. сверхтяжёлой (тритиевой).

Все мы знаем о том, что вода бывает мягкой и жёсткой: этот показатель определяется содержанием катионов магния и кальция.

Каждый из перечисленных нами видов и агрегатных состояний воды имеет свою температуру замерзания и плавления.

Вода – это источник жизни

Вода – самый большой по объему потребления “продукт питания” в рационе человека. В растениях содержится до 90% воды, а в теле взрослого человека – около 70%. Значение воды в жизни человека очень велико. Достаточное поступление воды в организм является одним из основных условий здорового образа жизни. Вода доставляет питательные вещества в каждую клетку, выводит токсины, шлаки и излишки солей, содействует понижению кровяного давления. Потребление достаточного количества воды — это один из лучших способов предотвратить образование камней в почках. Вода как бы «смазывает» суставы, а также регулирует температуру тела и обеспечивает эластичность кожи. Вода необходима для нормального пищеварения. Участвуя в обмене веществ, эта уникальная жидкость позволяет уменьшить жировые накопления и снизить вес. Не стоит забывать о значении воды в жизни животных. Всё, что мы говорим о человеке в равной степени можно сказать и о животных, и даже больше. Ведь многие животные не могут жить без воды даже мгновения, потому что это их среда обитания.

На нашей планете вода занимает гораздо больше места, чем суша. 71 процент поверхности нашей планеты покрыты водой. В этом я убедилась рассматривая глобус. Большая часть воды на Земле – это морская, солёная вода, а запасы пресной воды находятся в реках, озерах и ледниках. И только 3 процента пресной воды пригодна для употребления, но даже большая часть этих трех процентов не доступна, т.к. содержится в ледниках.

Вода – это основа жизни, все возможные живые организмы, животные и растения состоят из воды. Так , например, от общей массы тела: животные на 75 процентов состоят из воды, рыбы – на 75 процентов, медузы – на 99 процентов, картофель – на 76 процентов, яблоки на – 85 процентов, огурцы на – 95 процентов, даже человек состоит из воды. 86 процентов воды содержится у новорожденного человека и до 50 процентов у пожилых людей.

Вода – играет важнейшую роль во всех жизненных процессах и явлениях, происходящих на нашей планете.

Вода – прозрачная бесцветная жидкость, представляющая собой в чистом виде химическое соединение водорода и кислорода. Химическая формула воды – H2O. Это означает, что каждая молекула воды содержит два атома водорода и один атом кислорода.

Вода содержит минеральные вещества, которые вымываются ею из окружающей почвы и камней, и может существовать в трёх состояниях – твёрдом (лёд), жидком и газообразном (водяной пар).

При температуре ниже 0 градусов по Цельсию вода замерзает и превращается в твёрдый лёд. При температуре 100 градусов по Цельсию вода закипает и начинает превращаться в пар.

Если такой пар поднимается над водой в реке, над летним лугом или дорогой или обволакивает город, мы называем его туманом. В это времы воздух становиться очень влажным, то есть содержать большое количество частичек воды. Ночью воздух остывает, а соприкасаясь с теплой землёй, испаряется: водяные пары в воздухе переходят в жидкое состояние и образуют мельчайшие капельки. Эти капельки слишком легкие, чтобы опуститься на землю, но слишком тяжёлые, чтобы подняться вверх. Когда солнце сильно разогревает воздух, они опять превращаются в пар и туман рассеивается.

Часто капельки сливаются, тяжелеют и опускаются на землю в виде росы. Росу можно наблюдать не только на траве и листьях.

Водные ресурсы существуют благодаря постоянному кругообороту воды в природе. Водообмен в природе – это процесс выпаривания воды из поверхности океана и суши, переноса водных паров, их конденсация со следующими осадками, перераспределения, всех видов состояния, которое в конечном результате приводит к возвращению воды в океан, на Землю.

Дожди, талые воды орошали землю, приносят полезные для растений вещества, оживляя саму среду природы.

Наблюдения:

У каждого дома в холодильнике есть формочки для замораживания воды и получения кубиков льда. Эти кубики мы используем для охлаждения напитков, соков в жаркие летние дни. Это твердое состояние воды — лед.

Когда были летние каникулы, мы ездили в горы. Там я наблюдала как с гор стекала вода, это были тысячи ручейков. Они спускались как по серпантину в низ. У подножья горы эти ручьи собирались в одну бурлящую реку. Значит вода — это жидкость, она течет. Ручьи, реки, моря и т.д. – это жидкое состояние воды.

Недавно я была в парке экзотических бабочек, и узнала, что этим насекомым нужен влажный воздух, как в их естественной среде обитания. Чтобы поддерживать необходимый для них климат, помещение всё время увлажняю, испаряя воду и превращая её специальным аппаратом в пар. Поэтому там всегда запотевшие окна и в воздухе летают мелкие капельки воды, такое ощущение что ты в тумане. Это газообразное состояние воды — пар.

Слайд 27 До изобретения такого обыденного и простого для нашей повседневной

жизни измерительного прибора как термометр, о тепловом состоянии люди могли судить только по своим непосредственным ощущениям: тепло или прохладно, горячо или холодно. История термодинамики началась, когда в 1592 году Галилео Галилей создал первый прибор для наблюдений за изменениями температуры, назвав его термоскопом. Термоскоп представлял собой небольшой стеклянный шарик с припаянной стеклянной трубкой. Шарик нагревали, а конец трубки опускали в воду. Когда шарик охлаждался, давление в нем уменьшалось, и вода в трубке под действием атмосферного давления поднималась на определенную высоту вверх. При потеплении уровень воды в трубки опускался вниз. Недостатком прибора было то, что по нему можно было судить только об относительной степени нагрева или охлаждения тела, так как шкалы у него еще не было. Позднее флорентийские ученые усовершенствовали термоскоп Галилея, добавив к нему шкалу из бусин и откачав из шарика воздух. В 17 веке воздушный термоскоп был преобразован в спиртовой флорентийским ученым Торричелли. Прибор был перевернут шариком вниз, сосуд с водой удалили, а в трубку налили спирт. Действие прибора основывалось на расширении спирта при нагревании, — теперь показания не зависели от атмосферного давления. Это был один из первых жидкостных термометров. На тот момент показания приборов еще не согласовывались друг с другом, поскольку никакой конкретной системы при градуировке шкал не

1. История появления термометра

Секреты воды

Современная наука продолжает изучать и находит новые свойства воды. Изучая свойства воды, мы узнали очень интересный факт. Вода обладает «памятью» – накапливает и сохраняет сообщаемую ей информацию. Если воде при замерзании произнести добрые слова или красивую музыку, то получаются великолепной красоты кристаллы, если же слова и музыка были агрессивными – кристаллы получаются мелкими и уродливыми. Этими исследованиями более двадцати лет занимается Японский ученый Масару Емото.

Предполагается, что вода океана хранит память о созданиях, обитавших в его глубинах. Ледники тоже могут вмещать в себя миллионы лет истории нашей планеты. По мнению руководителя лаборатории научно-экспериментального центра Минздрава РФ Станислава Зинина, вода состоит не из отдельных молекул, а из крупных соединений, включающих до 900 молекул — так называемых кластеров.

Вода, состоящая из множества кластеров различных типов, воспринимает, хранит и передает самую различную информацию. Вода реагирует на мысли и эмоции окружающих ее людей, на события, происходящие с населением. Кристаллы, образовавшиеся из только что полученной очищенной воды, имеют простую форму хорошо известных шестиугольных снежинок.

Накопление информации меняет их строение, усложняя, повышая их красоту, если информация добрая, и, напротив, искажая или даже разрушая первоначальные формы, если информация злая, оскорбительная. Наблюдали такую ситуацию, когда кристаллы, образовавшиеся из воды, находившейся рядом с цветком, повторили его форму.

Таким образом, вода обладает памятью, которая ей позволяет даже после значительного разбавления распознавать хранящуюся в молекулах информацию. При этом негативная (в смысле вредная) информация также сохраняется. Вода циркулирует вокруг земного шара, протекает через наши тела и разносится по всему миру. Если бы мы могли прочесть информацию, которая хранится в памяти воды, то узнали бы историю.

При проведении анкетированиямы задали ребятам вопрос о «святой» воде. Оказывается, у многих дома она есть, но свойства ее не известны. В рамках исследовательской работы о физических свойствах воды мы выяснили следующее. Святая вода по-гречески называется «великая агиазма», то есть «великая святыня». На Руси с давних времен верили, что в день Крещения вода приобретает особые целительные свойства: в ней нельзя простудиться, она убережет человека от болезней, порчи и сглаза.

Верили также и в то, что в ночь на Крещение вода во всех источниках освящается сама собой, независимо от церковных церемоний. Но ученые доказали, что святая вода отличается повышенным содержанием серебра, имеет в связи с этим большие очищающие возможности и действительно помогает человеческому организму, исправляя работу нездоровых органов.

Вывод: понять воду — значит понять вселенную, все чудеса природы и саму жизнь.

Физические свойства

Н2О и ее свойства зависят от многих ключевых факторов. Основные из них:

• Кристаллическая решетка. Строение воды, а точнее ее кристаллической решетки, обусловлено агрегатным состоянием. Она имеет рыхлое, но очень прочное строение. Снежинки показывают решетку в твердом состоянии, а вот в привычном – жидком, у воды нет четкости в строении кристаллов, они подвижны и изменчивы.
• Строение молекулы – шар. Но влияние земного притяжения заставляет воду принимать форму сосуда, в котором находится. В космосе она будет геометрически правильной формы.
• Реагирует вода с другими веществами, в том числе с теми, кто обладает неразделенными электронными парами, среди них спирт и аммиак.
• Обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью, быстро нагревается и долго не остывает.
• Еще со школы известно, что температура кипения 100 градусов Цельсия. В жидкости появляются кристаллы при понижении до +4 градусов, а вот лед образуется при еще большем снижении. Температура кипения зависит от давления, в которое поместить Н2О. Есть эксперимент, при котором температура химического соединения достигает 300 градусов, при этом жидкость не кипит, а плавит свинец.
• Еще одним важным свойством является поверхностное натяжение. Формула воды позволяет ему быть очень прочным. Ученые выяснили, чтобы разорвать его потребуется сила с массой больше 100 тонн.

Интересно! Н2О, очищенная от примесей (дистиллированная), не может проводить ток. Это свойство оксида водорода появляется лишь при наличии растворенных в нем солей.

Важность для человека

Очень давно люди поняли неоценимое значение жидкости для всего живого и планеты в целом. Без нее человек не может прожить и недели. Какого же полезное действие от этого самого распространенного на Земле вещества?

• Самое главное применение это наличие в организме, в клетках, где проходят все важнейшие реакции.
• Образование водородных связей благоприятно сказывается на живых существах, ведь при изменении температуры жидкость в теле не замерзает.
• Человек давно применяет Н2О в бытовых нуждах, кроме приготовления пищи, это: стирка, уборка, купание.
• Ни один промышленный завод не может работать без жидкости.
• Н2О – источник жизни и здоровья, она является лекарством.
• Растения используют ее на всех этапах своего развития и жизни. С ее помощью они производят кислород, такой необходимый для жизни живых существ, газ.

Кроме самых очевидных полезных свойств, их имеется еще очень много.

Важность воды для человека

Критическая температура

У Н2О, как и у всех веществ, есть температура, которая называется критической. Критическая температура воды определяется методом ее нагрева. До 374 градусов по Цельсию жидкость называют паром, она еще может превратиться обратно в привычное жидкое состояние, при определенном давлении. Когда температура вышей этой критической отметки, то вода как химический элемент, превращается в газ безвозвратно.

Может ли Море замёрзнуть полностью?

По примерным подсчётам учёных, в зависимости от времени года, около 15% всей площади мирового океана замерзает. При пересчёте на километры квадратные, это 10 миллионов, что достаточно внушительно. Чтобы вы понимали, площадь России составляет 17 098 246 километров квадратных. Представляете каток таких размеров?

Считается, что Чёрное море так сильно прогревается в течение лета, что не успевает остыть настолько, чтобы покрыться льдом. Но если вы скажете об этом жителям г. Геленджик, они могут рассмеяться вам в лицо, так как не раз наблюдали подобное. Хотя, заметим, это зона субтропиков!

Но это ещё цветочки! А ниже — ягодки!

Согласно исторической справке в 17 веке Чёрное море замёрзло полностью!

В 763 году знаменитые проливы Босфор и Дарданеллы промёрзли на глубину до 75 сантиметров.

859 год — такое же случилось в Адриатике. И вновь повторилось уже зимой 1210 года: в Венецию можно было добраться пешком без лодки или судна.

В 1010 году на Средиземноморском побережье отмечались сильнейшие морозы. Дело дошло до того, что замёрзло не только прибрежье, но и низина Египетского Нила. А это, на минуточку, уже Африка!

Уже в современной истории случалось, что лёд сковывал Азовское море. Но стоит заметить, оно одно из самых мелких и наименее солёное.

Другие особенности

Лед – это уникальное состояние, которое свойственно оксиду водорода. Он образует рыхлые связи, которые легко деформируются. Кроме того, расстояние между частицами значительно увеличивается, делая плотность льда намного ниже жидкости. Это позволяет водоемам не промерзать полностью в зимний период, сохраняя жизнь под слоем льда. Ледники – большой запас пресной воды.

Интересно! У Н2О есть уникальное состояние, которое называется явлением тройной точки. Это когда она находится сразу в трех своих состояниях. Возможно это условие, лишь при температуре 0,01 градус и давлении 610 Па.

Разница кристаллизации воды и воска

Ледяной кубик воды имеет на поверхности небольшую выпуклость, что связано с процессом замерзания Н2О: с краев в середину. То есть вода в центре кристаллизуется в самую последнюю очередь и за счет давления выдавливает корку наружу.

Воск замерзает в точности наоборот и образует вогнутую поверхность, что связано с процессом равномерного сжатия при кристаллизации.

Уважаемые читатели! Спасибо, что читаете наш блог! Получайте самые интересные публикации раз в месяц оформив подписку. Новым читателям предлагаем попробовать нашу воду бесплатно, при первом заказе выберите 12 бутылок (2 упаковки) минеральной воды BioVita или питьевой воды Stelmas. Операторы свяжутся с Вами и уточнят детали. Тел. 8 (800) 100-15-15

* Акция для Москвы, МО, Санкт-петербурга, ЛО

Источник

Слайд 12Лёд – является кристаллическим состоянием воды. Этот минерал имеет химическую формулу

. Структура кристаллов льда схожа со структурой алмаза: любая молекула находится в окружении четырех ближайших к ней молекул, которые располагаются на равных 2,76А расстояниях от нее и находящихся в углах правильного тетраэдра. Поскольку координационное число низкое, то лед имеет ажурную структуру, что сказывается на его плотности (0,917). Вода, превращаясь в лёд, увеличивает свой объём примерно на 9 %. Лёд, будучи легче жидкой воды, образуется на поверхности водоёмов, что препятствует дальнейшему замерзанию воды. Высокая удельная теплота плавления льда, равная 330 кДж/кг, (для сравнения — удельная теплоты плавления железа равна 270 кДж/кг) , служит важным фактором в обороте тепла на Земле. Так, чтобы растопить 1 кг льда или снега, нужно столько же тепла, сколько требуется, чтобы нагреть литр воды от 0 до 80 °C. Лёд встречается в природе в виде собственно льда (материкового, плавающего, подземного) , а также в виде снега, инея и т. д. Под действием собственного веса лёд приобретает пластические свойства и текучесть. Природный лёд обычно значительно чище, чем вода, так как при кристаллизации воды в первую очередь в решётку встают молекулы воды. Лёд может содержать механические примеси — твёрдые частицы, капельки концентрированных растворов, пузырьки газа. Наличием кристалликов соли и капелек рассола объясняется солоноватость морского льда. А также он является бесцветным. Синеватый оттенок лед получает в немалых скоплениях. Имеет стеклянный блеск. Прозрачный. Не обладает спайностью. Твердость – 1,5. Непрочный. Показатель преломления весьма низкий (n = 1,309).

лёд

В каком океане теплая вода

Для определения теплоты воды необходимо разобраться, какие воды принимать во внимание – поверхностные или глубинные. Учитывая, что дно океана изучено всего лишь на 5 %, а глубоководные массы имеют относительно постоянный показатель в 2°С, отталкиваться необходимо от поверхностных вод. Тем более, что солнечное тепло проникает на глубину только около 2 метров

Тем более, что солнечное тепло проникает на глубину только около 2 метров.

Если исходить из названия, сразу становится понятно, что наиболее холодные воды находятся в Северном ледовитом (от 0°С до -4°С), подтверждением чему являются льдины и айсберги.

Соседствует с Северным ледовитым Атлантический. Благодаря своему географическому положению (между двух полюсов) средняя температура воды в нем составляет всего около 16°С. Хотя местами (вблизи экватора) температура вод может доходить и до +27°С.

Что касается Индийского океана, то благодаря ассоциациям с жаркой Индией, многие считают его одним из теплых океанов. И хотя в него впадает Красное море (самое теплое море планеты), где температура доходит до 35°С и выше, до звания самого теплого океана на Земле Индийский не дотягивает. Его средняя температура из-за плавающих в южной части айсбергов составляет всего лишь 17°С.

И все это благодаря его площади, поскольку его воды, находящиеся в жарких широтах, гораздо больше по размеру вод других океанов, пролегающих там же. Для примера, Тихий омывает такие курорты как Таити, Гавайи и Австралия.

Замерзание воды и водных растворов в различных условиях

Процессы замерзания воды и ее растворов отличаются многообразием. Например, в грунте при отрицательной температуре некоторая часть влаги все-таки сохраняется в жидком состоянии, хотя в природе чистая вода замерзает при 0оС. В работах Н.А.Цытовича продемонстрировано, что по мере нагревания (при фоновой отрицательной температуре) содержание жидкой воды в грунте увеличивается.

Существуют особенности в процессе замерзания воды, содержащей растворенные соли. Когда ее температура опускается до точки замерзания, первыми обнаруживаются ледяные кристаллы, которые выглядят как шестигранные призмы, похожие на иглы. Эти кристаллы содержат чистую воду, соли по-прежнему находятся в растворе, их концентрация при этом увеличивается. В связи с тем, что лед легче воды, ледяные иглы поднимаются на поверхность, делая внешний вид водоема похожим на пятна жира.

Определить точную температуру кристаллизации льда легко для бесконечно разбавленных смесей. В случае же концентрированных растворов, протекающие процессы более сложные, поэтому численные результаты требуют дополнительной обработки.

При таянии морского льда вначале вытаивает соль, т. е. остается в жидком растворе. По этой причине полярный лед превращается в пресную субстанцию.

В районе морского берега лед образовывается раньше, чем на глубине. «Прилипая» к береговой линии, он формирует припай, который при тихой погоде может занять территорию до нескольких десятков километров. Сильные ветры могут отрывать части припая и уносить на глубину.

Особенности замерзания морской воды проявляются также в зависимости температуры замерзания от ее химического состава. Известно, что в различных морях различное количество солей. Так, в озере Сиваш она имеет соленость 100 промилле, а в Кара-Богаз-Голе — 250 промилле. Температуры замерзания этих вод соответственно -6 оС и -10 оС.

Существует специальная таблица, по которой можно определить, при каких значениях температуры воздуха произойдет замерзание воды, содержащей примеси:

Соленость в °/00	Температура замерзания(в градусах)	Соленость в °/00	Температура замерзания(в градусах)
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

Согласно таблице при увеличении солености на каждые 2 промилле, температура замерзания воды понижается на 0,1 оС. Так, для замерзания воды в океане (соленость 35 промилле) необходима температура около -2оС.

Анализируя таблицу, можно сделать вывод, что соленость Азовского моря, равная 12 промилле, обеспечивает снижение температуры его замерзания до -0,6 оС. А воды Белого моря (его открытой части), имея соленость 25 промилле, замерзнут при температуре -1,4 оС.

Применение и значение воды

Благодаря особым свойствам воды на Земле существует жизнь. То, что она, имея температуру, приемлемую для земных организмов, остается в жидком состоянии, обеспечило современное состояние земной поверхности, способствовало зарождению всех форм жизни.

При протекании химических реакций вода часто выступает в роли катализатора или растворителя. Ее роль в аккумуляторных электролитах, лекарственных формах, напитках, буферных растворах огромна. Из природных растворов методом выпаривания получают чистые химические вещества. Однако и в природном состоянии их применяют в ходе физиотерапевтических процедур, при водолечении, бальнеолечении и т.п. Проведение таких процедур позволяет ускорить выздоровление больных.

Говоря о роли воды в природе, нельзя не упомянуть о ее влиянии на формирование климата. Будучи веществом с высокой теплоемкостью, она в составе океанов поглощает тепло, которое в последующем отдает обратно, в атмосферу, что делает климат на планете более мягким. Важную роль играют холодные и теплые течения, например, Гольфстрим. Из-за него климат в Англии, Мурманске теплее и мягче, чем на континентальной части.

Воду в виде пара содержит атмосфера. Именно эта влага способна задерживать тепло, которое излучает Земля. Ученые считают, что, благодаря такому эффекту (парниковый эффект), наша планета сохраняет практически постоянную температуру и сохраняет жизнь во всех формах ее сегодняшнего проявления.

Что такое дегазация?

Существует методика увеличения биологической активности замороженной воды путём дегазации. Для этого водопроводную воду пропускают через фильтр, нагревают до температуры 93-96 градусов, дожидаясь, когда в глубине и на поверхности жидкости образуется большое количество мелких пузырьков, но не доводя её до кипения. Затем быстро понижают температуру жидкости – опускают ёмкость в ванну с холодной водой или выставляют кастрюлю на улицу (в зимний период). После этого жидкость должна пройти все вышеперечисленные этапы оттаивания и разморозки.

Очистка воды вымораживанием – дело не быстрое. При этом получившаяся вода с правильной кристаллической решёткой сохраняет свои свойства только в течение суток. В идеале её необходимо употребить в течение 4-5 часов после приготовления. При нагревании структура замороженной воды нарушается, и она теряет часть свойств. Поэтому её нежелательно использовать для приготовления супов и чая, хотя она безусловно будет полезней обычной фильтрованной водопроводной воды. Срок хранения жидкости можно увеличить, если не вынимать её из холодильника.

Многие задаются вопросом, какую ёмкость можно использовать для замораживания? Лучше всего подходят толстостенные стеклянные чаши, расширяющиеся снизу-вверх. Некоторые используют 1,5 литровые бутылки в которых обычно продают газировку. Правда, чтобы удалить из такой ёмкости лед, придётся её разрезать. Использовать стеклянные банки для консервирования тоже не желательно, поскольку лёд их может порвать при быстром замерзании.

Как замерзает вода?

Практически все жидкости при охлаждении сжимаются, что приводит к сокращению их объема и увеличению концентрации. Например, твердый воск опускается на дно сосуда с расплавленным воском из-за более высокой массы. Точно так же ведет себя и вода, которую охлаждают до +4 градусов Цельсия. Она сжимается. Но после этой отметки происходит нечто странное. При дальнейшем замораживании, вода вдруг начинает расширяться и становиться менее плотной. Таким образом, лед, полученный заморозкой воды при 0 градусе Цельсия, оказывается легче незамерзшего слоя воды с температурой на 4-5 градуса выше нуля.

Замерзание водоема происходит в несколько этапов:

• Вода охлаждается до +4 градусов Цельсия, становится более плотной и, соответственно, опускается на дно водоема. Теплые слои поднимаются вверх, где также охлаждаются и снова уходят на дно.
• Конвекция несколько замедляется после остужения всех слоев водоема до +4 градусов.
• Дальнейшее понижение температуры в верхней части запускает процесс расширения и уменьшения плотности слоев на поверхности. Опуститься ниже он уже не может, поэтому продолжает замерзать и кристаллизоваться.
• При нулевой температуре верхний слой превращается в лёд, а нижние слои так и остаются в жидком состоянии.

Сохранение плюсовой температуры в нижних слоях водоема дает возможность живым организмам выживать в условиях суровых зим. Ведь если бы этого эффекта не было, то вся фауна и флора погибла бы.