Gibt es eine Temperatur, bei der Eis dichter als Wasser ist?

Normalerweise würde Eis auf Wasser schwimmen, da seine Dichte im Vergleich zu Wasser als Flüssigkeit geringer ist. Aber ist es möglich, dass seine Dichte durch eine sehr niedrige Temperatur zunimmt oder ist Eis ohnehin leichter als Wasser?

Die Dichte der Feststoffe (und Flüssigkeiten) variiert nicht so stark mit der Temperatur (und sogar mit dem Druck), und wir gehen normalerweise davon aus, dass ihre Dichte konstant ist.
@lucas: Wir tun?…
@lucas: Denn wenn wir das tun, steht uns ein böses Erwachen bevor: Wasser zum Beispiel schwankt um fast 10 % über den alles in allem betrachtet ziemlich engen Bereich von 4 °C bis 100 °C. Das ist eine große Variation, die man direkt ignorieren kann.
@WillihamTotland Du hast Recht. Danke fürs Unterrichten.
@lucas: Darüber hinaus einer der Hauptgründe für die Entwicklung des auf Konstanten basierenden SI-Systems (z. B. wo der Meter als die vom Licht zurückgelegte Entfernung in 1/299 792 458 s anstelle der Länge eines metergroßen Stabs definiert ist ) ist, dass sich der Stab je nach Temperatur und Druck zusammenzieht und ausdehnt; obwohl, ja, für praktische Zwecke scheint das ein degenerierter Fall zu sein. Aber wenn man Eisenbahnen baut, muss man die Schienen in einem bestimmten Abstand lassen, sonst stauen sie sich bei heißem Wetter aneinander und verursachen alle möglichen Übel. (Die Entstehung des kthunk-kthunk von Zügen, btw.)
@lucas Wir nehmen die Dichte von Festkörpern per Definition oft als konstant , weil wir alle Verformungen eines Objekts auf seine ursprüngliche Konfiguration zurückführen. Aber zum Beispiel verlängert sich die Metallauspuffanlage Ihres Autos um etwa 6 mm, wenn sie heiß wird, das können Sie bei der Entscheidung, wie Sie sie am Auto befestigen, sicherlich nicht ignorieren - sonst würde schnell etwas kaputt gehen!

Antworten (1)

Eis kann für bestimmte Werte von dichter als Wasser sein P , T . Schauen Sie sich diese beiden Bilder an, die von hier gemacht wurden :

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die dunkleren Bereiche im zweiten Bild bezeichnen Bereiche mit größerer Dichte. Sie können also deutlich sehen, dass Eis entlang der Koexistenzlinie dichter als Wasser wird, wenn der Druck erhöht wird.

Zum Beispiel bei T = 400 K-Eis VII ist entlang der Koexistenzlinie deutlich dichter als Wasser ( P ≃ 2 GPA).

Zitat von der Seite:

Mit zunehmendem Druck werden die Eisphasen dichter. Sie erreichen dies, indem sie zunächst Bindungen biegen, engere Ring- oder helikale Netzwerke bilden und schließlich größere Mengen an Netzwerkdurchdringung einschließen. Dies wird besonders deutlich, wenn man Eis-Fünf mit den metastabilen Eisen (Eis-Vier und Eis-Zwölf) vergleicht, die in seinem Phasenraum existieren können.

Bei atmosphärischem Druck , P a t m ≃ 100 kPa = 10 5 Pa, gewöhnliches Eis ist immer weniger dicht als Wasser.

Update: So lesen Sie die Bilder

Als ich diese Antwort veröffentlichte, ging ich vielleicht davon aus, dass jeder diese Art von Phasendiagramm lesen konnte, aber da es so aussieht, als hätte ich mich geirrt, werde ich versuchen, sie besser zu erklären.

Das erste Diagramm zeigt die verschiedenen Phasen des Wassers als Funktion der beiden Parameter P , T . Als erstes muss beachtet werden, dass die Druckachse logarithmisch ist, während die Temperaturachse linear ist. Das bedeutet, dass der Plot in vertikaler Richtung "komprimiert" wird (Sie können sehen, dass die T Achse geht ab 1 zu 800 (fast 3 Größenordnungen) während die P Achse geht ab 0,1 zu 10 12 (13 Größenordnungen!)).

Die schwarzen Linien sind Koexistenzlinien . Dies bedeutet, dass entlang dieser Linien zwei Phasen koexistieren können. Wenn wir Wasser und Eis vergleichen wollen, ist meiner Meinung nach der einzig sinnvolle Weg, sie entlang der Koexistenzlinie zu vergleichen, denn nur dort wird es möglich sein, beide zu haben. Sie können zum Beispiel sehen, dass Eis VIII niemals mit flüssigem Wasser koexistieren kann.

Unsere Welt befindet sich in P = 1 Bar ≃ 10 5 Pa (rote Linie):

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Sie können tatsächlich sehen, dass an der roten Linie der Fest-Flüssig-Übergang stattfindet 273 K ( 0 °C) und der Flüssigkeitsdampf ist bei 373 K ( 100 °C) - wie erwartet.

Aber bei unterschiedlichem Druck wird es anders. Zum Beispiel bei 10 6 Pa ( 10 × Atmosphärendruck), der Flüssigkeit-Dampf-Übergang ist bei 450 K und bei 10 2 Pa ( 1 / 1000 Atmosphärendruck) Eis sublimiert direkt in Dampf (es gibt keinen flüssigen Zustand!).

Jetzt die Dichte. Sie müssen sich das zweite Diagramm ansehen, um die Dichte zu sehen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Nehmen wir zum Beispiel die 400 K- 2 ⋅ 10 9 Pa-Punkt (gelber Pfeil im ersten Diagramm). Um die Dichte zu sehen, sehen Sie sich den entsprechenden Punkt im zweiten Diagramm an. Sie können sehen, dass der Bereich, der Eis entspricht (Eis VII), dunkler ist als der Bereich, der Wasser entspricht, sodass Sie erkennen können, dass Eis dort dichter als Wasser ist, und so weiter.

Wenn Sie P= nehmen 10 5 Pa (atm.pressure), man sieht, dass dort Eis immer weniger dicht ist als Wasser (hellere Schattierung).

Es sieht also so aus, als wäre es nur mit Druck möglich?
@Marijn Bei atmosphärischem Druck ist es nicht möglich, dass Eis dichter als Wasser ist, wenn Sie das meinen.
Wissen Sie, warum die Dampfkurve bei etwa 200 K beginnt, sind das nicht etwa -73 ° C? Ist das nicht zu wenig zum Verdampfen? Und habe ich Recht, dass Eisform XI nur bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt 0K entsteht?
@Marijn "zu niedrig zum Verdampfen" ist nur eine subjektive Aussage, weil wir an atmosphärische Bedingungen gewöhnt sind. Wenn der Druck sinkt, sinkt auch die Verdampfungstemperatur und weit unter den atmosphärischen Bedingungen erscheinen die Dinge seltsam. Was sich hier normal anfühlt, ist unter anderen Bedingungen nicht normal.
+1, obwohl ich die Grafiken nicht vollständig verstehe, da ich solche Grafiken noch nie gesehen habe. Die wichtigen Erkenntnisse sind, dass Eis bei normaler Atmosphärentemperatur immer weniger dicht als Wasser ist, aber bei bestimmten Drücken dichter sein könnte. Die offensichtliche Folgerung lautet: Bei welchem ​​Druck ist das Eis dichter?
@Marijn Wie Sie sehen können, sinkt die zum Verdampfen von Wasser erforderliche Temperatur mit dem Druck, und bei Temperaturen unter etwa 600 Pa (0,6% einer Standardatmosphäre) kann die flüssige Phase überhaupt nicht existieren und Eis sublimiert direkt hinein Dampf. Bei 600 Pa geschieht dies bei etwa 273 K (daher hat die flüssige Phase keine Chance zu existieren), und wenn der Druck sinkt, wird er niedriger, bis auf etwa 210 K.
@valerio92 Sie schreiben, dass Eis VII bei T = 400 T = 400 K deutlich dichter als Wasser ist. Aber woher wissen Sie das? Und ist es möglich, aus der Figur alle Zahlen von Eis zu destillieren, die dichter als Wasser sind? Sind zB Eisformen von VII bis XI alle dichter?
@Marijn Ich habe die Antwort aktualisiert und versucht, alles besser zu erklären.
Gibt es eine Temperatur, bei der Eis dichter als Wasser ist?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 2v