Innehåll
Två typer av förändringar, en kemisk och en fysisk, kan påverka fryspunkten för ett ämne. Du kan sänka fryspunkten för vissa vätskor genom att blanda en andra, löslig substans i dem; det är så vägsalt hindrar smältvatten från att frysa igen i kalla temperaturer. Det fysiska tillvägagångssättet, genom att ändra trycket, kan också sänka vätskans fryspunkt; Det kan också ge ovanliga fasta former av ett ämne som inte ses vid normalt atmosfärstryck.
TL; DR (för lång; läste inte)
Frostskyddsmedel sänker vattenens fryspunkt och håller den flytande vid låga temperaturer. Både socker och salt kommer att göra detta också, även om det i mindre utsträckning.
När molekyler fryser
Elektriska krafter mellan molekyler bestämmer temperaturen vid vilken ett ämne fryser och kokar; ju starkare krafter, desto högre temperatur. Många metaller är till exempel bundna av starka krafter; smältpunkten för järn är 1 535 grader Celsius (2 777 grader Fahrenheit). Krafterna mellan vattenmolekyler är betydligt svagare; vatten fryser vid noll grader C (32 grader F). Lösningsmedelsblandningar och tryckvariationer minskar krafterna mellan molekyler och sänker vätskans fryspunkt.
Blanda upp det
Genom att blanda en vätska med en annan kompatibel substans sänker du vätskans fryspunkt. Ämnen måste vara kompatibla för att säkerställa fullständig blandning. olja och vatten, till exempel, separerar och kommer inte att ändra fryspunkten. En blandning av bordsalt och vatten har en lägre fryspunkt, liksom en vatten-alkoholblandning. Kemister kan förutsäga fryspunktens temperaturskillnad genom att tillämpa en formel som tar hänsyn till mängderna av ämnet som är involverat och en konstant förknippad med den andra substansen. Om du till exempel beräknar för vatten och natriumklorid och resultatet är -2 betyder det att blandningens fryspunkt är 2 grader C (3,6 grader F) lägre än för rent vatten.
Ta av trycket
Förändringar i tryck kan höja eller sänka fryspunkten för ett ämne. I allmänhet sänker tryck under 1 atmosfär temperaturen vid vilken ett ämne fryser, men för vatten ger ett högre tryck en lägre fryspunkt. Kraften från ett tryck ändrar siffror till molekylkrafterna som redan spelas i ett ämne. För vatten vid låga tryck vänds ånga direkt till is utan att bli vätska.
Fantastisk het is
Vatten har flera fasta faser, var och en observeras vid olika mängder tryck. Standardis, som forskarna kallar ”Ice I”, finns vid atmosfärstryck och har en karakteristisk hexagonal kristallstruktur. Vid temperaturer under minus 80 grader (minus 112 grader F) kan kubiska iskristaller bildas från ånga vid en tryckatmosfär. Vid högt tryck bildas exotiska istyper; forskare identifierar dem som Ice II till Ice XV. Dessa former av is kan förbli fast vid temperaturer över 100 grader (212 grader F) - kokpunkten för vatten vid en tryckatmosfär.