Какая вода быстрее замерзает соленая или пресная. При какой температуре замерзает морская вода. Из чего состоит морская вода

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

Читайте также

Как сделать водопроводную воду дистиллированной
Что вы знаете о температуре кипения воды?
Как морская вода влияет на волосы?

Морская вода замерзает при температурах ниже нуля градусов. Чем больше соленость морской воды, тем ниже температура ее замерзания. Это можно видеть из следующей таблицы:

Соленость в °/ 00	Температура замерзания (в градусах)	Соленость в °/ 00	Температура замерзания (в градусах)
0 (пресная вода)	0	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

Эта таблица показывает, что увеличение солености на 2 °/ 00 понижает температуру замерзания приблизительно на одну десятую градуса.

Для того чтобы начала замерзать вода с океанической соленостью 35 °/ 00 , ее нужно охладить ниже нуля почти на два градуса.

Выпадая на незамерзшую пресную речную воду, обычный снег с температурой таяния, равной нулю градусов, как правило, тает. Если же этот самый снег выпадает на незамерзшую морскую воду с температурой -1°, то он не тает.

Зная соленость воды, можно определить температуру замерзания любого моря, пользуясь приведенной выше таблицей.

Соленость воды Азовского моря зимой около 12 °/ 00 ; следовательно, вода начинает замерзать только при температуре 0°,6 ниже нуля.

В открытой части Белого моря соленость доходит до 25 °/ 00 . Значит, для замерзания вода должна охладиться ниже минус 1°,4.

Вода с соленостью 100 °/ 00 (такую соленость можно встретить в Сивашах, отделенных от Азовского моря Арабатской стрелкой) будет замерзать при температуре минус 6°,1, а в Кара-Богаз-Голе соленость больше 250 °/ 00 , и вода замерзает только тогда, когда ее температура опускается значительно ниже 10° мороза!

Когда соленая морская вода охлаждается до соответствующей температуры замерзания, в ней начинают появляться первичные ледяные кристаллы, имеющие форму очень тонких шестигранных призм, похожих на иглы.

Поэтому их обыкновенно называют ледяными иглами. Первичные ледяные кристаллы, образующиеся в соленой морской воде, не содержат соли, она остается в растворе, увеличивая его соленость. В этом легко убедиться. Собрав ледяные иглы сачком из очень тонкой марли или тюля, надо ополоснуть их пресной водой, чтобы смыть соленую воду, а затем растопить в другой посуде. Получится пресная вода.

Лед, как известно, легче воды, поэтому ледяные иглы всплывают. Их скопления на поверхности воды напоминают по внешнему виду пятна жира на остывшем супе. Эти скопления так и называются салом.

Если мороз усиливается и поверхность моря быстро теряет тепло, то сало начинает смерзаться и при тихой погоде возникает ровная, гладкая, прозрачная ледяная корка, которую поморы, жители нашего северного побережья, называют нилас. Он так чист и прозрачен, что в хижинах, сделанных из снега, его можно употреблять вместо стекла (конечно, если внутри такой хижины нет отопления). Если растопить нилас, то вода окажется соленой. Правда, соленость ее будет ниже, чем воды, из которой образовались ледяные иглы.

Отдельные ледяные иглы не содержат соли, а в образовавшемся из них морском льде появляется соль. Это происходит потому, что беспорядочно расположенные ледяные иглы, смерзаясь, захватывают мельчайшие капельки соленой морской воды. Таким образом, в морском льде соль распределяется неравномерно - отдельными включениями.

Соленость морского льда зависит от температуры, при которой он образовался. При небольшом морозе ледяные иглы смерзаются медленно и захватывают мало соленой воды. При сильном морозе ледяные иглы смерзаются гораздо быстрее и захватывают много соленой воды. В этом случае морской лед окажется более соленым.

Когда морской лед начинает таять, то из него прежде всего вытаивают соленые включения. Поэтому старый, многолетний полярный лед, несколько раз «перелетовавший», становится пресным. Полярные зимовщики используют для питьевой воды обычно снег, а когда его нет, то старый морской лед.

Если во время образования льда идет снег, то он, не растаивая, остается на поверхности морской воды, пропитывается ею и, смерзаясь, образует мутный, белесоватый, непрозрачный неровный лед - молодик. И нилас и молодик при ветре и волнении разламываются на куски, которые, сталкиваясь друг с другом, обивают углы и постепенно превращаются в круглые льдины - блинки. Когда волнение ослабевает, блинки смерзаются, образуя сплошной блинчатый лед.

У берегов, на отмелях, морская вода остывает скорее, поэтому лед появляется раньше, чем в открытом море. Обычно лед примерзает к берегам, это припай. Если морозы сопровождаются тихой погодой, припай быстро растет, достигая иногда ширины многих десятков километров. Но сильные ветры и волнения разламывают припай. Оторвавшиеся от него части уплывают по течению, уносятся ветром. Так возникают плавучие льды. В зависимости от размеров они носят различные названия.

Ледяным полем называются плавучие льды площадью более одной квадратной морской мили.

Обломками ледяного поля называют плавучие льды длиной больше одного кабельтова.

Крупнобитый лед короче одного кабельтова, но больше одной десятой кабельтова (18,5 м). Мелкобитый лед не превышает одной десятой кабельтова, а ледяная каша состоит из мелких кусков, кувыркающихся на волнах.

Течения и ветер могут прижать плавучие льдины к припаю или друг к другу. Давление ледяных полей друг на друга вызывает дробление плавучих льдов. При этом обычно создаются нагромождения мелкобитого льда.

Когда одиночная льдина становится на дыбы и в таком положении вмерзает в окружающий лед, она образует ропак. Ропаки, засыпанные снегом, плохо видны с самолета и при посадке могут быть причиной катастрофы.

Часто при давлении ледяных полей образуются ледяные валы - торосы. Иногда торосы достигают высоты в несколько десятков метров. Торосистый лед трудно проходим, особенно для собачьих упряжек. Он представляет собой серьезное препятствие даже для мощных ледоколов.

Обломок тороса, возвышающийся над поверхностью воды и легко уносимый ветром, называется несяком. Несяк, севший на мель, называют стамухой.

Вокруг Антарктиды и в Северном Ледовитом океане встречаются ледяные горы - айсберги. Это обычно обломки материкового льда.

В Антарктиде, как это недавно установили исследователи, айсберги образуются и в море, на материковой отмели. Над поверхностью воды видна лишь часть айсберга. Большая же его доля (около 7/8) находится под водой. Площадь подводной части айсберга всегда гораздо больше, чем надводная. Поэтому айсберги опасны для кораблей.

Теперь айсберги легко обнаруживаются вдали и в тумане посредством точных радиоприборов на корабле. Раньше же были случаи столкновений кораблей с айсбергами. Так погиб, например, в 1912 г. огромный океанский пассажирский пароход «Титаник».

КРУГОВОРОТ ВОДЫ В МИРОВОМ ОКЕАНЕ

В приполярных зонах вода, остывая, становится более плотной и опускается на дно. Оттуда она медленно сползает к экватору. Поэтому на всех широтах глубинные воды холодные. Даже у экватора придонные воды имеют температуру только 1-2° выше нуля.

Так как от экватора течения уносят теплую воду в умеренные широты, то на ее место из глубины очень медленно поднимается холодная вода. На поверхности она снова прогревается, уходит в приполярные зоны, где остывает, опускается на дно и по дну снова перемещается к экватору.

Таким образом, в океанах существует своеобразный круговорот воды: по поверхности вода движется от экватора в приполярные зоны и по дну океанов - из приполярных зон к экватору. Этот процесс перемешивания воды наряду с другими явлениями, о которых говорилось выше, создает единство Мирового океана.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

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.

В таблице представлены теплофизические свойства раствора хлористого кальция CaCl 2 в зависимости от температуры и концентрации соли: удельная теплоемкость раствора, теплопроводность, вязкость водных растворов, их температуропроводность и число Прандтля. Концентрация соли CaCl 2 в растворе от 9,4 до 29,9 %. Температура, при которой приведены свойства определяется содержанием соли в растворе и находится в диапазоне от -55 до 20°С.

Хлорида кальция CaCl 2 может не замерзать до температуры минус 55°С . Для достижения этого эффекта концентрация соли в растворе должна быть 29,9%, а его плотность составит величину 1286 кг/м 3 .

При увеличении концентрации соли в растворе увеличивается не только его плотность, но и такие теплофизические свойства, как динамическая и кинематическая вязкость водных растворов, а также число Прандтля. Например, динамическая вязкость раствора CaCl 2 с концентрацией соли 9,4 % при температуре 20°С равна 0,001236 Па·с, а при увеличении концентрации хлорида кальция в растворе до 30% его динамическая вязкость увеличивается до значения 0,003511 Па·с.

Следует отметить, что на вязкость водных растворов этой соли наиболее сильное влияние оказывает температура. При охлаждении раствора хлорида кальция с 20 до -55°С его динамическая вязкость может увеличиться в 18 раз, а кинематическая — в 25 раз.

Даны следующие теплофизические свойства раствора CaCl 2 :

, кг/м 3 ;
температура замерзания °С;
динамическая вязкость водных растворов, Па·с;
число Прандтля.

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.