Номер 2, страница 60 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

Это любопытно. Параграф 16. График плавления и отвердевания кристаллических тел. Глава 1. Тепловые явления - номер 2, страница 60.

Условие.

2. Почему морская вода не замерзает при температуре 0 °С?

Решение 1.

Решение 2.

Решение 3.

Решение 4.

2. Морская вода, в отличие от пресной, не замерзает при температуре 0 °C, поскольку является раствором солей. Этот эффект, известный как понижение температуры замерзания (или криоскопический эффект), является фундаментальным свойством растворов.

Основных причин две:

1. Наличие растворенных солей. На молекулярном уровне процесс замерзания воды представляет собой образование упорядоченной кристаллической решетки льда, где молекулы $H_2O$ связаны друг с другом водородными связями. Когда в воде растворены соли, такие как хлорид натрия (NaCl), они диссоциируют на ионы (Na⁺ и Cl⁻). Эти ионы распределяются между молекулами воды и физически мешают им сблизиться и выстроиться в правильную структуру кристалла. Для того чтобы преодолеть это препятствие и сформировать лед, системе требуется отдать больше энергии, что соответствует охлаждению до более низкой температуры.

Зависимость понижения температуры замерзания $ΔT_з$ от концентрации растворенного вещества описывается вторым законом Рауля: $ΔT_з = i \cdot K_з \cdot m$, где $i$ — это фактор Вант-Гоффа (количество частиц, на которые распадается вещество в растворе), $K_з$ — криоскопическая константа растворителя (для воды $1.86 \text{ °C·кг/моль}$), а $m$ — моляльная концентрация раствора. Средняя соленость Мирового океана составляет примерно 3.5%, или 35 грамм солей на килограмм воды. При такой концентрации температура замерзания морской воды опускается до -1.9 °C.

2. Особенности плотности. Плотность пресной воды максимальна при +4 °C, поэтому при дальнейшем охлаждении более холодные и менее плотные слои остаются на поверхности, что ускоряет образование льда. У соленой воды, напротив, плотность продолжает расти по мере охлаждения вплоть до точки замерзания. В результате более холодная вода у поверхности становится более плотной и опускается вниз, а ее место занимают более теплые глубинные воды. Этот процесс, называемый конвекцией, эффективно перемешивает воду и препятствует быстрому охлаждению поверхностного слоя до температуры замерзания.

Ответ: Морская вода не замерзает при 0 °C, так как растворенные в ней соли понижают температуру замерзания. Для воды со средней океанической соленостью (3.5%) температура замерзания составляет около -1.9 °C. Присутствие ионов солей мешает молекулам воды формировать кристаллическую структуру льда. Дополнительным фактором является то, что плотность морской воды увеличивается при охлаждении, что вызывает перемешивание воды и замедляет замерзание поверхности.