Вода замерзает при температуре 0 °C. Это значение принято для чистой воды при нормальном атмосферном давлении и соответствует 273,15 K по шкале Кельвина. При достижении этой температуры вода переходит из жидкого состояния в твёрдое — превращается в лёд.

Вода замерзает при 0 °C — объяснение с физикой процесса

Почему температура замерзания именно такая

Молекулы воды всё время движутся: в жидкости они скользят друг мимо друга, сталкиваются, меняют место. Чем ниже температура, тем медленнее это движение. При 0 °C энергии молекул уже не хватает, чтобы преодолевать притяжение соседних молекул, и они выстраиваются в упорядоченную структуру — кристаллическую решётку льда.

Эта решётка у воды устроена необычно: молекулы располагаются так, что между ними остаётся больше пустого пространства, чем в жидкой воде. Поэтому лёд легче воды и плавает на поверхности, а не тонет. Это, кстати, объясняет, почему зимой водоёмы замерзают сверху, а не со дна — рыбы и другие обитатели переживают холода подо льдом.

Что происходит в момент перехода

Замерзание — не мгновенный процесс. Пока вода превращается в лёд, температура самой смеси льда и воды держится на нуле градусов, даже если вокруг холоднее. Дело в том, что при переходе выделяется скрытая теплота кристаллизации: энергия, которая раньше удерживала молекулы в подвижном жидком состоянии, высвобождается в окружающую среду. Только когда вся вода превратится в лёд, температура твёрдого куска начнёт опускаться дальше.

Об этом же: При какой температуре закипает вода.

Обратный процесс — таяние — идёт при той же температуре, 0 °C, но теплота уже поглощается, а не выделяется. Поэтому лёд в стакане долго не тает: он забирает тепло из окружающей жидкости или воздуха, и пока не растает весь, температура смеси остаётся около нуля.

От чего зависит точка замерзания

0 °C — это значение для чистой воды и обычного атмосферного давления. На практике температура замерзания может смещаться из-за двух факторов.

  • Давление. При повышении давления температура замерзания воды немного понижается — это редкое свойство, у большинства веществ всё наоборот.
  • Примеси. Растворённые вещества мешают молекулам воды выстраиваться в кристаллическую решётку, поэтому раствор замерзает при более низкой температуре, чем чистая вода. Именно так работает соль на дорогах зимой: она не даёт воде замёрзнуть даже при небольшом морозе.

Морская вода из-за растворённых солей замерзает не при 0 °C, а при температуре немного ниже — обычно около минус двух градусов, в зависимости от солёности конкретного водоёма.

Температура замерзания в разных шкалах

В физике температуру измеряют не только в градусах Цельсия. На контрольных и в задачах могут встретиться другие шкалы, и полезно помнить соответствия для точки замерзания воды.

ШкалаЗначение
Цельсия0 °C
Кельвина273,15 K
Фаренгейта32 °F

Шкала Кельвина используется в физике потому, что отсчёт в ней ведётся от абсолютного нуля — самой низкой возможной температуры, при которой прекращается тепловое движение частиц. Ноль градусов Цельсия — это не абсолютный ноль, а просто удобная точка отсчёта, привязанная к замерзанию воды.

Примеры из повседневной жизни

Замерзание воды легко наблюдать вокруг себя. Лужи на асфальте покрываются коркой льда, как только температура воздуха опускается ниже нуля. В морозильной камере холодильника вода в формочке превращается в лёд обычно за несколько часов — точное время зависит от объёма воды и мощности морозильника. Иней на окнах зимой и узоры на стекле — тоже результат перехода воды из одного состояния в другое, только не из жидкого, а сразу из парообразного состояния в твёрдое, минуя жидкую фазу.

А вот лужи с солью, которой посыпают тротуары зимой, могут оставаться жидкими даже при небольшом морозе — соль понижает температуру, при которой вода замерзает.

Частые вопросы про замерзание воды

Почему солёная вода замерзает при более низкой температуре, чем пресная?

Растворённые в воде частицы соли мешают молекулам воды объединяться в правильную кристаллическую решётку льда. Чтобы преодолеть это сопротивление, воде нужна более низкая температура. Чем выше концентрация соли, тем ниже точка замерзания — этим объясняется, почему морскую воду сложнее заморозить, чем воду из-под крана.

Может ли вода остаться жидкой при температуре ниже 0 °C?

Да, такое явление называют переохлаждением. Если в очень чистой воде нет пылинок, пузырьков или других центров, вокруг которых могли бы начать образовываться кристаллы льда, вода способна оставаться жидкой даже при температуре в несколько градусов ниже нуля. Стоит слегка встряхнуть такую воду или бросить в неё крупинку — и она мгновенно замёрзнет.

При какой температуре вода кипит и почему это число другое?

Чистая вода при нормальном атмосферном давлении кипит при 100 °C. Замерзание и кипение — это два разных перехода между агрегатными состояниями: в первом случае вода превращается в твёрдое тело, во втором — в пар. Оба значения, 0 °C и 100 °C, легли в основу построения самой шкалы Цельсия: температуру между ними разделили на сто равных частей.

Чаще всего путают саму температуру замерзания с температурой, при которой вода становится ледяной на ощупь: вода, охлаждённая до плюс одного-двух градусов, уже кажется очень холодной, но лёд из неё ещё не образуется. Запомнить проще всего так: 0 °C — это граница, а не просто "холодно".

Читайте также