Wenn flüssiges Wasser im Gefäß eingeschlossen ist und die Temperatur unter den Gefrierpunkt fällt, bildet sich dann Eis?

Wenn flüssiges Wasser im Gefäß eingeschlossen ist und die Temperatur unter den Gefrierpunkt fällt, welcher Druck würde gemessen werden, vorausgesetzt, das Gefäß ist unzerbrechlich? Oder anders ausgedrückt: Bildet sich Eis, wenn sich das Wasser nicht ausdehnen darf?

Sie können das Phasendiagramm auf en.wikipedia.org/wiki/Ice auschecken , was sehr komplex ist

Antworten (4)

Ja, das Wasser wird gefrieren, aber nicht in die normale sechseckige kristalline Eisform, mit der wir vertraut sind. Unter der Annahme, dass der Behälter einem Innendruck von mindestens 300 Megapascal (etwa 43.500 Pfund Kraft pro Quadratzoll) standhalten kann, gefriert das Wasser in seine rhomboedrische Kristallform Ice II .

Dies setzt auch voraus, dass das Wasser bei 4 Grad Celsius in den Behälter eingebracht wurde, bei denen flüssiges Wasser am dichtesten ist. Wenn es wärmer wäre, würde es zunächst etwas schrumpfen und einen Dampfraum schaffen, in dem sich zuerst etwas normales Eis bilden würde.

Je nachdem, wie schnell es gefriert, bildet sich bei sehr schnellem Einfrieren ein ungeordneter Feststoff, der das Gefäß ohne Überdruck füllt.

Wenn Sie es langsam einfrieren, werden sich Eiskristalle mit geringerer Dichte bilden und ausdehnen. Irgendwann würde die Eisbildung aufhören und es würde aufgrund des Druckanstiegs Wasser unter seinem Gefrierpunkt geben.

Wasser, das in einem geschlossenen Raum wie den Leitungen in einem Haus oder dem Motorblock in einem Auto eingeschlossen ist und dann zum Gefrieren gezwungen wird, dehnt sich aus und erzeugt dabei ausreichend Druck, um diese Rohre zu platzen oder diesen Motorblock zu beschädigen.

Der tatsächlich erforderliche Druck, um das Gefrieren von Wasser zu verhindern, übersteigt bei weitem den Druck, der unter alltäglichen Umständen aufgebaut werden kann, und kann durch Ablesen eines Zustandsdiagramms für das System Eis/Wasser/Wasserdampf bestimmt werden.

Der Gefrierpunkt hängt vom äußeren Druck ab, der auf eine Flüssigkeit einwirkt (siehe diesen Link Wie ändert sich die Gefriertemperatur von Wasser in Abhängigkeit vom Druck? )

Der Druck aus dem Behälter verursacht also eine Senkung des Gefrierpunkts (unter der Annahme, dass der Behälter einen Volumenausdehnungskoeffizienten von 0 hat ( a v ), damit es sein Volumen nicht ändert und unter hohem Druck nicht bricht). Wenn Sie weiter unter 4 °C fallen, dehnt sich das Wasser aus und erzeugt Druck auf den Behälter, der wiederum Druck auf das Wasser ausübt, was zu einer immer stärkeren Senkung des Gefrierpunkts führt.

Wenn Sie also das Volumen unverändert lassen und die Temperatur verringern, erreichen Sie unangemessen hohe Drücke.

Also in der theoretischen Idealität

Kein Wasser wird niemals gefrieren

Aber jede Praxis hat zwangsläufig Grenzen und der Cointaner wird irgendwann platzen.

Eine Nicht-Null a v führt dazu, dass der Münzbehälter dazu neigt, sein Volumen zu verringern, was zu einer thermischen Belastung des Münzbehälters führt, was das Problem verkompliziert. Also ich habe es vernachlässigt.
Als ich über das Einfrieren von Wasser nachdachte und wie es funktioniert, dachte ich, die Antwort auf meine Frage wäre relativ einfach. Ich finde heraus, dass dem nicht so ist. Wasser ist ein komplexes Zeug. Mir war nicht klar, dass es eine Reihe von Formen von festem Wasser gibt, von denen jede ihre eigenen Eigenschaften hat. Ich muss noch ein bisschen recherchieren. Ich danke Ihnen für Ihre Antwort.
Ja, Wasser ist in der Tat sehr komplex, hauptsächlich aufgrund seiner außergewöhnlichen Eigenschaft, eine große Anzahl von Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden (insbesondere in Eis, wo Sie käfigartige tetraedrische Einheiten haben). Ich lasse dieses ziemlich chemische Phänomen in meiner Antwort aus, aber es ist so H ich D D e N in der Tatsache, dass sich der Gefrierpunkt von Wasser mit dem Druck ändert.
Wenn flüssiges Wasser im Gefäß eingeschlossen ist und die Temperatur unter den Gefrierpunkt fällt, bildet sich dann Eis?
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