Σημείο τήξης του νερού σε βαθμούς Κελσίου, Φαρενάιτ και Κέλβιν

Το σημείο τήξης του νερού είναι η θερμοκρασία όπου ο στερεός πάγος μετατρέπεται σε υγρό νερό, που είναι 0 °C, 32 °F ή 273 K.

Διαφορά μεταξύ σημείου πήξης και σημείου τήξης

Ως επί το πλείστον, το σημείο πήξης και το σημείο τήξης του νερού είναι η ίδια θερμοκρασία. Όμως, μερικές φορές το σημείο πήξης είναι πολύ χαμηλότερο από το σημείο τήξης. Το νερό βιώνει υπερψύξη. Υπερψύξη είναι όταν πολύ καθαρό νερό, απαλλαγμένο από αέρια ή ακαθαρσίες, δεν έχει θέσεις πυρήνωσης που επιτρέπουν το σχηματισμό πάγου. Η υπερψύξη δυνητικά μειώνει το σημείο πήξης του νερού έως και -48,3 °C ή -55 °F!

Επίδραση της πίεσης στο σημείο τήξης του νερού

Η πίεση επηρεάζει το σημείο βρασμού, το σημείο πήξης και το σημείο τήξης του νερού. Δύο τρόποι για να εκτιμήσουμε την επίδραση της πίεσης στο σημείο τήξης είναι να συμβουλευτείτε ένα διάγραμμα φάσης και να χρησιμοποιήσετε την εξίσωση Clausius-Clapeyron, η οποία συσχετίζει την πίεση και τη θερμοκρασία μεταξύ δύο φάσεων της ύλης. Η αύξηση της πίεσης μειώνει το σημείο τήξης του νερού. Για παράδειγμα, στα 800 bars (11603 psi) πίεσης, το σημείο τήξης του νερού είναι -6,9 °C. Καθώς μειώνετε την πίεση, τελικά φτάνετε σε ένα σημείο όπου ο στερεός πάγος εξατμίζεται αντί να λιώνει σε υγρό.

Άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν το σημείο τήξης του νερού

Εκτός από την πίεση, άλλοι παράγοντες επηρεάζουν το σημείο τήξης, συμπεριλαμβανομένων των ακαθαρσιών, της δομής του πάγου και του αρχικού μεγέθους του στερεού.

Οι ακαθαρσίες διαταράσσουν τους δεσμούς μεταξύ των μορίων, καθιστώντας ευκολότερο να ξεπεραστούν οι διαμοριακές δυνάμεις μεταξύ τους. Στο νερό και στις περισσότερες άλλες ενώσεις, οι ακαθαρσίες αυξάνουν το σημείο τήξης. Έτσι, ο βρώμικος πάγος λιώνει σε υψηλότερη θερμοκρασία από τον καθαρό πάγο.

Η γνωστή μορφή του στερεού νερού είναι ο εξαγωνικός πάγος (πάγος Ih), αλλά τα μόρια του νερού οργανώνονται σε άλλες κρυσταλλικές μορφές που έχουν διαφορετικά σημεία τήξης.

Στον πάγο νανοκλίμακας, το φαινόμενο της κατάθλιψης του σημείου τήξης μπαίνει στο παιχνίδι. Η κατάθλιψη του σημείου τήξης είναι η μείωση του σημείου τήξης με μείωση του μεγέθους του δείγματος. Στον καθημερινό κόσμο, ο πάγος αποτελείται από πολλά μόρια νερού, επομένως η κατάθλιψη του σημείου τήξης δεν αποτελεί πρόβλημα. Αλλά, εάν έχετε μόνο λίγα μόρια νερού, το σημείο τήξης μειώνεται επειδή ο πάγος έχει μεγαλύτερη αναλογία επιφάνειας προς όγκο από το κανονικό. Η συνοχή μεταξύ μερικών μορίων αυξάνεται, καθιστώντας δυσκολότερο τον διαχωρισμό τους και την αλλαγή φάσης. Βασικά, τα μόρια του νερού συνδέονται πιο ισχυρά μεταξύ τους επειδή δεν έχουν τόσα γειτονικά μόρια που τα επηρεάζουν με διαμοριακές δυνάμεις.

Η κατάθλιψη σημείου τήξης είναι μια πολύ διαφορετική διαδικασία από την κατάθλιψη σημείου πήξης, στην οποία οι ακαθαρσίες μειώνουν το σημείο πήξης μιας ουσίας. Όπως αναφέρθηκε, οι ακαθαρσίες αυξάνουν αντί να μειώνουν το σημείο τήξης του πάγου.

Αναφορές

• Clapeyron, M. C. (1834). “Mémoire sur la puissance motrice de la chaleur”. Journal de l'École polytechnique . 23:153–190.
• Feistel, R.; Wagner, W. (2006). «Μια νέα εξίσωση κατάστασης για το H₂ O Ice Ih”. J. Phys. Chem. Αναφ. Δεδομένα . 35 (2):1021–1047. doi:10.1063/1.2183324
• Haynes, William M., ed. (2011). Εγχειρίδιο CRC Χημείας και Φυσικής (92η έκδ.). Τύπος CRC. ISBN 978-1439855119.