Vad är fryspunkten för vatten?

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


En vätskas fryspunkt eller stelningspunkt motsvarar den karakteristiska temperaturen vid ett givet tryck, vid vilket nämnda vätska blir en fast substans. Med andra ord är det den temperatur vid vilken stelning eller frysning av en vätska som vatten sker.

I princip är denna fasförändring en reversibel förändring som kan nå jämvikt med den omvända processen, som kallas fusion. Till exempel, när det gäller vatten:

vattnets fryspunkt

Av denna anledning kan vattnets fryspunkt också definieras som den temperatur vid vilken fasjämvikt upprättas mellan fast och flytande vatten vid det tryck vid vilket systemet finns .

Eftersom det finns en balans mellan smältning och stelning, så visar sig fryspunkten vara densamma som smältpunkten.

Fryspunkt kontra normal fryspunkt för vatten

Det bör klargöras att fryspunkten för något ämne inte är en bestämd kvantitet, eftersom den beror på trycket vid vilket systemet hittas. Det betyder att vatten till exempel inte kommer att smälta vid samma temperatur vid havsnivån, där trycket är runt 1 atm, som på ett berg på 2 000 möh, där trycket är mindre än 0,8 atm.

Detsamma kan sägas om de andra fasförändringarna, och effekten är ännu värre för kokpunkten än för själva fryspunkten.

Det är dock värt att fråga, varför talas det då om ”fryspunkt” som om det bara vore en? Anledningen är väldigt enkel. För att undvika förvirring etablerades begreppet normal frys- eller smältpunkt , vilket motsvarar fryspunkten vid ett tryck på exakt 1 atm. Denna fryspunkt är unik och karakteristisk för varje ren substans. Det finns ett likvärdigt koncept för kokpunkten och sublimeringspunkten.

Så när vi talar om fryspunkten för vatten syftar vi nästan alltid på den normala fryspunkten.

Vad är frys- eller smältpunkten för vatten?

Vattnets fryspunkt vid normaltrycket 1 atmosfär (det vill säga vattnets normala fryspunkt) är exakt referenstemperaturen på Celsiustemperaturskalan, och därför är den värd 0°C. Å andra sidan, när Fahrenheit fastställde temperaturskalan som bär hans namn, satte han som referenspunkt den lägsta temperaturen han kunde registrera, till vilken han tilldelade värdet 0°F, och sedan tilldelade han smältpunkten, eller frysning vatten en temperatur på 32°F.

Utöver dessa två populära temperaturenheter finns det även två andra som är lika viktiga, som är Kelvins absoluta temperaturskala och Rankine-skalan. Följande tabell visar vattnets fryspunkt i de fyra nämnda temperaturskalorna:

Skala vattnets fryspunkt
Celsius (°C) 0°C
Kelvin (K) 273.15K
Fahrenheit (°F) 32°F
Rankine (°R) 491,67°R

Faktorer som påverkar vattnets fryspunkt

Trycket

Vi har redan sett att tryck kan påverka vattnets fryspunkt. I detta fall, ju högre tryck, desto lägre fryspunkt, eftersom flytande vatten är tätare än is. Med andra ämnen händer det motsatta. Den totala effekten är dock ganska liten.

För att observera effekten av tryck på vattnets fryspunkt presenteras den i följande tabell vid flera olika tryck.

Tryck (atm) T f (°C) T f (°F) Tf ( K) T f (°R)
0,01 0 32 273,20 491,70
0,1 0 32 273,20 491,70
1 0 32 273,15 491,67
10 -0,1 31,9 273,10 491,60
100 -0,8 30.6 272,40 490,30

lösta ämnen eller föroreningar

Förutom trycket kan vattnets fryspunkt variera på grund av närvaron av föroreningar eller lösta ämnen i det. Detta är en konsekvens av en kolligativ egenskap hos lösningar som kallas ”fryspunktsdepression”. Ju högre den totala koncentrationen av lösta ämnen (eller föroreningar), desto lägre fryspunkt för vatten. Denna egenskap används för att smälta is på vägar efter ett snöfall och för att förhindra att flytande vatten fryser inuti motorer under vintern.

Följande tabell visar frys- eller smältpunkten för vatten vid ett tryck på 1 atmosfär men vid olika koncentrationer av vanligt salt (NaCl):

NaCl-koncentration (%m/m) T f (°C) T f (°F) Tf ( K) T f (°R)
0 0 32 273,15 491,67
0,5 -0,3 31,46 272,85 491,13
1 -0,59 30,94 272,56 490,61
2 -1.19 29,86 271,96 489,53
3 -1,79 28,78 271,36 488,45
4 -2,41 27,66 270,74 487,33
5 -3.05 26,51 270,1 486,18
6 -3.7 25.34 269,45 485,01
7 -4,38 24.12 268,77 483,79
8 -5.08 22,86 268,07 482,53
9 -5,81 21.54 267,34 481,21
10 -6,56 20.19 266,59 479,86
12 -8.18 17.28 264,97 476,95
14 -9,94 14.11 263,21 473,78
16 -11.89 10.6 261,26 470,27
18 -14.04 6,73 259,11 466,4
tjugo -16.46 2,37 256,69 462,04
26 -19.18 -2,52 253,97 457,15

Som man kan se kan saltkoncentrationen starkt påverka vattnets fryspunkt och minska den med 20°C eller ännu mer.

Referenser

Chang, R. (2008). Fysikalisk kemi (1: a uppl. ). New York, New York: McGraw Hill.

Ingenjörsverktygslåda. (nd). Is / vatten – smältpunkter vid högre tryck. Hämtad 15 juni 2021 från https://www.engineeringtoolbox.com/water-melting-temperature-point-pressure-d_2005.html?vA=40&units=B#

kolligativa egenskaper. (2020, 30 oktober). Hämtad 29 juni 2021 från https://espanol.libretexts.org/@go/page/1889

-Annons-

mm
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados

Flamfärgtestet