Вода, которая никогда не замерзает

Группа физиков и химиков из Швейцарии нашла необычный способ, который мешает воде кристаллизоваться. При экстремальных минусовых температурах – даже при -263 градусах по Цельсию – вода сохраняет характеристики жидкости.

Сделать кубики льда очень просто: берем обычный пластиковый лоток для кубиков льда, наполняем его водой и ставим в морозильник. Вскоре вода кристаллизуется и превращается в лед. Если проанализировать структуру кристаллов льда, мы увидим, что молекулы воды расположены в виде правильных решетчатых структур. В воде же, напротив, молекулы расположены не в строгом порядке, хоть и близко друг к другу: иначе вода не могла бы течь.

А что, если бы вода никогда не превращалась в лед? И возможно ли это?

«Стеклянная» вода

Группа физиков и химиков из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) и Цюрихского университета во главе с профессорами Раффаэле Мецценга (Raffaele Mezzenga) и Эхудом Ландау (Ehud Landau) нашла необычный способ, который мешает воде кристаллизоваться, сообщается на сайте ETH. При экстремальных минусовых температурах – даже при -263 градусах по Цельсию – вода сохраняет характеристики жидкости.

По порядку – о поиске нового метода. На первом этапе исследователи разработали и синтезировали новый класс липидов (молекул жира) для создания новой формы «мягкой» биологической субстанции, известной как липидная мезофаза. Мезофазой называется агрегатное состояние вещества, промежуточное между жидкостью и твердым телом. Самый известный пример мезофазы – желатин. В этом материале липиды самопроизвольно собираются и объединяются, образуя мембраны, которые ведут себя так же, как молекулы натурального жира. Эти мембраны затем формируют сети соединенных каналов диаметром менее одного нанометра. Температура и количество воды, а также новая структура разработанных липидных молекул определяют структуру, которую принимает липидная мезофаза.

Затем воду смешали с липидной мезофазой. Используя жидкий гелий, исследователи смогли охладить липидную мезофазу, состоящую из химически модифицированного моноацилглицерина, до температуры -263 градуса по Цельсию (что всего на 10 градусов выше абсолютного «нуля»), и кристаллы льда не образовались. При этой температуре вода стала «стеклообразной», что исследователи смогли продемонстрировать и подтвердить при моделировании. В отличие от пластикового лотка для кубиков льда с крупными «лунками», в узких каналах липидной мезофазы нет места для образования кристаллов льда, поэтому вода остается беспорядочной даже при экстремальных минусовых температурах. Липиды тоже не замерзают. Результаты исследования этого необычного поведения воды, когда она заключена в липидную мезофазу, были описаны в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology.

«Ключевым фактором является соотношение липидов и воды», – объясняет профессор Раффаэле Мецценга из Лаборатории пищевых и мягких материалов в ETH Zurich. Соответственно, именно содержание воды в смеси определяет температуру, при которой изменяется геометрия мезофазы. Если, например, смесь содержит 12% воды, структура мезофазы будет переходить при температуре около -15 градусов Цельсия из кубической решетки в пластинчатую структуру.

Естественный «антифриз» для бактерий

«Что делает разработку этих липидов настолько сложной, так это их синтез и очистка», – говорит Эхуд Ландау, профессор химии в Цюрихском университете. Так происходит потому, что молекулы липидов состоят из двух частей: одна является гидрофобной (отталкивает воду), а другая – гидрофильной (наоборот, притягивает воду). С ними чрезвычайно сложно работать, отмечает ученый.

Мягкий биоматериал, образованный из липидных мембран и воды, имеет сложную структуру, которая сводит к минимуму контакт воды с гидрофобными частями и максимизирует ее взаимодействие с гидрофильными частями.

Исследователи смоделировали новый класс липидов на мембранах определенных бактерий. Эти бактерии также вырабатывают особый класс самоорганизующихся липидов, которые могут естественным образом ограничивать количество воды в их внутреннем пространстве, позволяя микроорганизмам выживать в очень холодных условиях.

У нового класса тоже есть свой хитрый механизм. Новизна этих липидов заключается в том, что молекулы гидрофобных частей липидов образуют маленькие кольца, которые создают необходимую «кривизну» для образования крошечных водяных каналов и предотвращают кристаллизацию липидов.

Мягкая материя для исследований

Для чего понадобятся липидные мезофазы, которые не дают воде замерзнуть? Главным образом, они будут служить инструментом для других исследователей. Например, для биологов, которые изучают структуру и функции крупных биомолекул, таких как белки или крупные молекулярные комплексы. Обычно такие образцы помещают в быстро охлажденную воду, чтобы сохранить их и в дальнейшем изучить. Но как только они превращаются в ледяные кристаллы, разрушаются их мембраны и важные составляющие молекул.

Существует метод витрификации – «стеклования» живых клеток. В криобиологии этот термин используют для обозначения метода сверхбыстрого замораживания живых образцов. Криопротекторный раствор, в котором находятся живые объекты, не кристаллизуется при охлаждении, а переходит в стекловидное состояние. Этот метод активно используют при криоэлектронной микроскопии, которая помогает изучить структуры биомеолекул в растворах. Новый способ, который использует липидные мезофазы, может стать альтернативой при подобных исследованиях. 

«Наше исследование прокладывает путь для будущих проектов, чтобы определить, как белки могут сохраняться в своей первоначальной форме и взаимодействовать с липидными мембранами при очень низких температурах», – говорит профессор Швейцарской высшей технической школы Цюриха.

[Фото: Peter Rüegg / ETH Zurich]

Какая незамерзайка не замерзает зимой? — Авто

От состава и качества незамерзайки зависит безопасность езды. Автомобилисты стараются покупать жидкость, на этикетке которой указаны низкие температуры застывания. Но соответствует ли этикетка реальности и чем опасна незамерзайка с обочины?

Согласно статистики, в 2020 году автомобилисты экономили при подготовке к зиме, потратив вдвое меньше денег, чем в 2019 году. Сказался рост цен и изменения курса валют. Экономили, в том числе и не покупке стеклоочистителя, стараясь выбирать более дешевый вариант на полках в магазинах, или покупая незамерзайку у обочины «с рук».

Эксперты передачи «НашПотребНадзор» проверили, пишут ли производители правду на этикетах незамерзайки, и что на самом деле входит в состав стеклоочистителей. Для эксперимента взяли жидкость шести марок: «Ека», «Чисто Плюс», «Delta», «Татнефть», «Gibson» и безымянную незамерзайку, купленную у дороги.

Сначала градус, при котором застывает жидкость, решили проверить с помощью рефрактометра. Этот прибор измеряет показатель преломления света.

«Когда луч света из воздуха в жидкость попадает, из-за того, что скорость света в воздухе и жидкости разная, луч изменяет угол своего падения. Вот то, на какой угол луч отклоняется переходя в жидкость и измеряют рефрактометром. Чем больше преломления, тем больше в жидкости спирта», — объяснил кандидат химических наук Андрей Дорохов.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕНовая Lada Niva Travel: что изменилось внешне и технически

Согласно показаниям прибора, самые быстрозамерзающие — это жидкости с рук и стеклоочиститель «Gibson». Они якобы застывают при 5-6 градуса ниже нуля. А самые морозостойкие— «Татнефть» и «Delta». Они замерзают при минус 38 и минус 26 соответственно.

Однако эксперты подчеркивают, рефрактометр хорош, когда жидкость состоит исключительно из изопропилового спирта и воды. Но подавляющее большинство производителей используют добавки — поверхностно-активные вещества (ПАВ), красители, отдушки. 

ПАВы умеют «обволакивать» мельчайшие пылинки, попавшие на стекло и при смывке они не будут царапать поверхность. Качественные ПАВы делают жидкость хорошо пенящейся и грязь со стекла исчезает быстрее.

Проверка огнем и азотом

Второй способ, который опробовали эксперты — огонь. Он широко распространен в среде автомобилистов. Считается, что если жидкость хорошо горит, значит спирта много и стеклоочиститель не замерзнет. В ходе эксперимента загорелась только незамерзайка от «Татнефти».

Но этот способ, во-первых, опасный, во-вторых, недостоверный. Огненный способ может не помочь в определении доли изопропилового спирта в жидкости. Узнать о его содержании в продукте может только прибор ареометр. Этот прибор показал наличие изопропилового спирта во всех незамерзайках, кроме той, что куплена у обочины.

Но это не значит, что спирта в ней нет, просто спирт там метиловый. Он дешевле, чем изопропиловый, и не имеет такого противного запаха. А значит в него не надо добавлять большое количество отдушек, поэтому и цена ниже.

Раньше подавляющее большинство незамерзаек в России делали с добавлением метилового спирта, но, к сожалению, некоторые соотечественники использовали стеклоочиститель не по назначению, а в качестве горячительного напитка и травились.

С 2000 года приказом главного санитарного врача в России запрещается использование метанола для производства стелкоомывающих жидкостей. Но подпольных производителей это не останавливает. Такая незамерзайка активно продается — она дешевле, но и опаснее.

Смертельная доза метилового спирта — 50 миллилитров. При меньшей дозе наступает слепота. Конечно, автомобилист заливший в бак такую незамерзайку вряд ли ослепнет. Но если ее пары попадут в салон через вентиляцию, головокружение и головная боль владельцу авто обеспечены.

#Авторынок

Рейтинг нешипованных «липучек»

По стандартам ГОСТ, температуру замерзания стеклоочистителя определяют с помощью жидкого азота. Дома этого сделать не получится. А в лаборатории можно. Из проведенного эксперимента выяснилось, что почти все жидкости кроме одной не соответствуют заявленной температуре замерзания.

Обещанный градус (минус 10) выдерживает лишь очиститель «Ека». Но это слишком «теплая» температура для российской зимы. «Жидкость внутри пластиковых бачков авто (при замерзании) расширяется и ломает пластик», — предупредил ведущий научный сотрудник ВНИИ холодильной промышленности Владимир Корниенко.

Впрочем, подвели и остальные жидкости: «Чистоплюс» застыл при минус 11, хотя на этикетке написано, что мерзнет при 20 градусах ниже нуля. «Delta» замерзла при минус 13,5 при заявленных 20 градусах.

Даже самая дорогая незамерзайка от «Татнефти» превратилась в лед при минус 18, хотя производитель уверял, что выдержит и минус 26. «Гибсон» замерз при температуре в минус 21, а безымянный стеклоочиститель при минус 18.

При какой температуре замерзает «незамерзайка»? | Автомобили | Полезный выбор

Вопреки своему названию, «незамерзайка» — жидкость, которую используют для удаления грязи с лобового стекла автомобиля, все-таки может замерзнуть. Дело в том, что в составе средства содержится спирт, и в зависимости от его концентрации в смеси оно замерзает при различных температурах. Также на замерзание омывающей жидкости влияет такой параметр, как температура кристаллизации.

Из чего делают «незамерзайку»?

В России законодательно запрещено производить и продавать омывающую жидкость на основе метилового спирта (метанола), поскольку он очень токсичен. Поэтому в основном производители «незамерзаек» используют изопропиловый спирт — он менее летуч, соответственно, испаряющаяся пленка на стекле образуется дольше. 

Изопропиловый спирт обладает низкой температурой кристаллизации, хорошими омывающими свойствами и небольшой токсичностью. Тем не менее он может вызывать набухание лакокрасочных покрытий и резиновых оконных прокладок при больших концентрациях. Кроме того, в составе стеклоомывателей может быть и более дешевый этиловый спирт (с содержанием менее 9%).

Поскольку спирты не способны растворять жировые и масляные загрязнения, для этого в стеклоомывающие жидкости добавляют ПАВ — поверхностно-активные вещества. Также «незамерзайки» содержат отдушки, красители и воду. Поскольку после омыва стекла стеклоомывающие жидкости могут попадать в подкапотное пространство машины и вызывать коррозию металлических деталей кузова и других частей автомобиля, в состав «незамерзайки» добавляют антикоррозионную присадку.

Когда «незамерзайка» замерзает?

На этикетке стеклоомывающей жидкости обязательно должна быть указана температура замерзания. Однако стоит помнить, что эта цифра соответствует чистой жидкости, не разбавленной водой. Соответственно, при разбавлении она начинает замерзать быстрее. Некоторые автолюбители, чтобы сэкономить, добавляют в жидкость для стеклоомывателя воду. Чем больше в «незамерзайку» залить воды, тем при более высокой температуре она начнет замерзать.

О том, при какой температуре незамерзающая жидкость перейдет из жидкого состояния в твердое, свидетельствует такой параметр, как температура кристаллизации. При этом будет ошибкой думать, что если разбавить водой «незамерзайку» для 20-градусных морозов в соотношении 1:1, как рекомендуют некоторые производители, то получится жидкость, предназначенная для использования при −10 градусах.

Например, по данным справочного технического портала Engineering ToolBox, при концентрации в 30% температура замерзания изопропилового спирта составляет −15 градусов по шкале Цельсия, в 40% — −18 градусов, в 50% — −21, в 60% — −23 градусов, в 70% — −29 градусов. Однако, как поясняют эксперты, зависимость температуры замерзания от концентрации спирта в омывателе не является прямолинейной. Проверить на практике, при какой температуре замерзнет жидкость для стеклоочистителя, можно с помощью морозильной камеры (там средняя температура составляет от −15 до −25 градусов) и уличного термометра.

В каких концентрациях встречается в продаже изопропиловый спирт?

В России нет отдельных регламентирующих документов по составу и изготовлению стеклоомывающих жидкостей. Существует ГОСТ 32478-2013, устанавливающий требования к товарам бытовой химии (там среди прочего указаны и «незамерзайки»). Также на подобные средства распространяются «Единые санитарно-эпидемиологические и гигиенические требования к продукции (товарам), подлежащей санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю)» Таможенного союза.

К некоторым компонентам предъявляются нормативные требования в соответствии с безопасностью и эффективностью применения. Примерный состав зимней жидкости для омывателя стекол со знаком соответствия РСТ по межгосударственному стандарту (ГОСТ): более 30% изопропанола (он же изопропиловый спирт), не менее 30% диминерализированной воды, до 5% ПАВ, 5% стабилизатора пропиленгликоля, 1% водогрязеотталкивающий компонента, 1% буферного агента, 5% ароматизаторов и 5% красителей. В составе незамерзайки не должно быть токсичных соединений вроде метанола или ядовитого этиленгликоля.

Как отмечают в Роспотребнадзоре, на незамерзающую жидкость обязательно должно быть оформлено свидетельство о государственной регистрации, копия которого должна храниться у продавца, а также предоставляться производителем с партией отпускаемой продукции.

Что делать, если стеклоомывающая жидкость замерзла?

Если «незамерзайка» все-таки замерзла, то необходимо отогнать машину в отапливаемый гараж и подождать, пока жидкость в патрубках подачи стеклоомывателя оттает. Затем нужно слить стеклоомыватель и залить новый. Еще один способ — хорошо прогреть двигатель и подкапотное пространство, где находится бачок с замерзшей стеклоомывающей жидкостью. Но этот совет не работает в случае, если бачок омывателя находится далеко от двигателя или активно продувается потоками встречного воздуха. Кроме того, не стоит использовать некачественную «незамерзайку» и покупать дешевые жидкости у дороги. Специалисты также советуют выбирать жидкость с запасом по критической температуре.

Незамерзайка может быть незамерзшей в бачке, но замерзнуть на стекле. В этом случае нужно включить печку, чтобы горячий воздух дул на лобовое стекло.

Незамерзающая жидкость для системы отопления дома: какую выбрать?

Автономные системы отопления в загородных домах могут работать на различных принципах. Очень популярной конструкцией для создания частных отопительных систем является оборудование с жидким теплоносителем.

Частный дом с незамерзающей жидкостью в системе отопления

Она состоит из нагревательного котла, системы трубопроводов и отопительных радиаторов.

Обычно в качестве теплоносителя используется обычная вода. Для того, чтобы предотвратить образование накипи в такую «техническую» воду зачастую добавляют химические присадки. Но такая система требует постоянного нагрева – в случае замерзания воды внутри трубопроводной системы последняя выходит из строя. Для того, чтобы обеспечить возможность пауз в работе используется незамерзающая жидкость для отопления.

Почему в системе отопления лучше использовать незамерзающую жидкость, а не воду?

Незамерзающая жидкость (или антифриз) в системе отопления существенно упрощает работу с оборудованием. Если вы используете в качестве теплоносителя обыкновенную воду, то отопительную систему приходится оборудовать дополнительными устройствами, например крана для выпуска воздуха из расширительного бачка. Кроме того, в варианте не постоянно используемого загородного дома – воду в отопительную систему придется сливать или заливать при каждом посещении, иначе зимой она просто замерзнет.

С одной стороны вода обладает большей теплоемкостью и при перемещении по трубопроводам системы отопления дольше сохраняет тепло. Именно это обуславливает более широкое применение воды, как теплоносителя в частных загородных домах.

Можно ли использовать антифриз?

схема теплоснабжения с антифризом вместо воды

Антифризы или незамерзающие жидкости известны практически каждому. Они широко используются в системах охлаждения автомобилей в зимний период. В автомобильном двигателе антифриз переносит излишнее тепло от двигателя, охлаждая его. При этом даже в самые сильные морозы он не замерзает. Именно эти свойства – способность переносить тепло даже в самые низкие температуры и обусловили использование антифризов для строительства систем отопления. Особенно актуально применение такого теплоносителя в системе, часть трубопровода которой проходит по открытой местности.

Хорошей особенностью «незамерзайки» является и то, что она меньше, чем обычная вода провоцирует образование коррозии на внутренней поверхности трубопроводных систем. Еще одним несомненным плюсом является отсутствие в незамерзающих жидкостях взвешенных растворов известняка – таким образом вы можете не беспокоиться по поводу возможного образования накипи.

Существует несколько модификаций незамерзающих жидкостей, которые можно использовать в отопительных системах .Выбор конкретной разновидности производится с учетом климатических условий и конфигурации системы отопления вашего дома.

Что такое промывочная жидкость для отопительной системы и нужно ли ее промывать?

Кроме собственно теплоносителя – при эксплуатации отопительной системы вам придется еще приобрести жидкость, предназначенную для промывки трубопроводом и радиаторов отопления.

Конечно, в крайнем случае можно провести промывку внутренней поверхности труб и обычной водопроводной водой, но лучше это сделать все-таки с помощью специальных жидкостей, в которые введены специальные химические добавки.

промывка отопления

Альтернативным вариантом промывки может являться использование воды с добавленным в нее раствором каустической соды. Такая смесь заливается в систему отопления и примерно в течении часа остается внутри ее. Раствор соды вступает в контакт с накипью на внутренней поверхности системы и растворяет ее. Кроме того, раствор соды растворит участки с коррозией.

 Как выбрать жидкость для отопительной системы?

• Прежде всего необходимо определить рабочие параметры системы. Здесь вам будут важны два крайних значения – максимальная температура теплоносителя при нагреве в котле и минимальная температура окружающего воздуха.
• Далее вам необходимо внимательно изучить технические характеристики вашей отопительной системы. Собственно, основное внимание нужно обратить на характеристики теплообменника в котле. Некоторые производители могут не допускать использование незамерзающих жидкостей.
• И, наконец, после определения допустимости использования незамерзающей жидкости и ее возможных температурных параметров – приступайте непосредственно к выбору марки жидкости, делая упор на ее наименьшую токсичность. Все-таки отопительная система будет расположена в жилом помещении, и возможные утечки жидкости не должны приводить к отравлениям.

Использование спирта в качестве теплоносителя

Как бы не кощунственно это звучало для мужского уха – но допускается использование спирта в качестве теплоносителя. Спирт не замерзает и может использоваться в широком диапазоне температур. Естественно в таком качестве используется технический спирт, который для человека является смертельным ядом. Однако многие производители котлов и теплообменников критические относятся к использованию в качестве теплоносителя таких жидкостей как бишофит или этиленгликоль.

бишофит

Минусом использования чистого спирта в качестве теплоносителя является его высокая испаряемость – примерно пять литров за год у вас будет испаряться через микроскопические поры в системе.

Какую марку антифриза выбрать?

Немаловажным фактором при выборе незамерзающей жидкости для отопительной системы станет подбор совместимости жидкости с материалом изготовления трубопроводной системы. Так, в качестве материала изготовления труб в системах отопления могут использовать полипропилен, алюминий, сталь или чугун. С каждым из материалом определенные марки незамерзающих жидкостей могут вести себя по-разному.

незамерзайка «Теплый дом»

Кроме того очень важен и максимальный температурный режим, которому будет подвергаться жидкость-теплоноситель. Этот параметр во многом зависит от топлива, используемого в отопительной системе. Так жидкие сорта топлива, например солярка имеют гораздо большую температуру горения, нежели обычные березовые дрова. Соответственно и жидкость-теплоносителя в таких системах будет нагреваться в большей степени.

При использовании антифриза необходимо учитывать и его повышенную текучесть и проницаемость, вызванную небольшим коэффициентом поверхностного натяжения. Вследствие этого антифризы могут просачиваться буквально сквозь мельчайшие поры в соединениях. Таким образом использование антифриза предусматривает тщательную ревизию всех соединительных узлов в системе отопления вашего дома.

Учтите, что разные марки антифризов от разных производителей могут иметь разный химический состав. «Антифриз» — это просто общее название рода незамерзающих жидкостей. Соответственно поведение каждой жидкости с индивидуальным химическим составом будет также индивидуальным.

Последствия применения незамерзайки с этиденгликолем

Очень часто в состав незамерзающей жидкости производителями вводится этиленгликоль. Помните, что этиленгликоль представляет собой агрессивное и ядовитое химическое вещество. Вследствие этого при эксплуатации систем отопления с теплоносителем-антифризом необходимо соблюдать ряд мер безопасности. В любом случае при использовании незамерзающих жидкостей система теплоснабжения и система горячего водоснабжения вашего дома должны быть физически разделены, чтобы не допустить смешивания используемых в них жидкостей. В крайнем случае, при реальной возможности попадания теплоносителя в систему горячего водоснабжения необходимо использовать пропиленгликоль. Он обладает меньшей эффективностью, чем этиленгликоль, но гораздо менее токсичен.

Перед первой заливкой незамерзающей жидкости в отопительную систему не забудьте провести промывку внутренней поверхности трубопроводов.

Как производят антифриз?
Основным компонентом незамерзающих жидкостей является обычная вода. И от ее качества и чистоты во много зависит эффективность работы отопительной системы. Дело в том, что мельчайшие примеси загрязнения в воде являются теми участками, вокруг которых начинается ее замерзание. Хорошо очищенная, дистиллированная вода не замерзает даже при небольших минусовых температурах.

Кроме того, примеси в воде – это и есть накипь, которая образуется на внутренних стенках трубопроводах. Чем чище будет вода, используемая при производстве незамерзающей жидкости – тем меньше вероятность образования накипи, тем меньше

Для снижения негативных эффектов при производстве «незамерзайки» используются различные химические присадки. Они полностью растворяются в воде и препятствуют началу коррозии металлических поверхностей, играя в происходящих химических реакциях роль ингибиторов.

Какие присадки добавляются в незамерзающую жидкость?

Среди химических присадок, используемых при производстве «незамерзаек» можно выделить следующие:

• Ингибиторы, то есть вещества, тормозящие химические реакции с металлом. К нем можно отнести силикаты и фосфаты.
• Гибридные присадки, выполняющие одновременно несколько функции. Эти смеси бывают на органической и на неорганической основе.
• Добавки на основе карбосиликатов. Это довольно свежее решение в этой отрасли и оно имеет широкую перспективу в развитии.

 Преимущества и недостатки теплоносителя на основе антифризов

Самым главным преимуществом жидкостей на основе антифризов при их использовании в отопительных системах является из способность сохранять текучее состоянии при отрицательных температурах. Даже при очень низкой температуре такая жидкость не становится твердым веществом а образует субстанцию, напоминающую кашицу, которая не сможет повредить трубопроводы и оборудование вашей системы. Кроме того, при низкой температуре и частичном замерзании антифриз не увеличивается в размерах. После повышения температуры он полностью восстанавливает свои свойства.

Но за такую эффективность при низких температурах антифризу приходится расплачиваться пониженной теплоемкостью, которая снижена на величину до 15 процентов относительно обычной воды. Это приводит к повышенному расходу энергоносителей для нагрева жидкости в отопительной системы. Также при использовании «незамерзаек» придется использовать более мощные радиаторы отопления, с большим количеством секций. Антифриз более вязок, чем вода и перемещать его по системе придется более мощными насосами.

Учтите, что после заполнения системы отопления незамерзающей жидкостью ей необходимо дать выстояться в течении двух-трех часов. За это время из жидкости выйдет присутствующий в ней воздух. Только после этого в системе можно создавать рабочее давление.

Чтобы избежать подсоса воздуха в жидкость в ходе работы системы – в ней необходимо установить расширительный бачок. По сравнению с системами, работающими на воде бачок должен иметь больший объем, что связано с большим коэффициентом расширения от тепла для «незамерзаек». Также незамерзающая жидкость может иметь склонность к вспениванию, что также должно компенсироваться бачком расширения.

При эксплуатации отопительной системы с антифризом недопустимо допускать ее перегрева, что может привести к необратимым последствиям и потребовать полной замены жидкости в системе.

Обучающее видео по незамерзающим жидкостям для систем отопления в частных домах

Найден способ хранить воду жидкой при минусовой температуре

Исследователи одной из больниц Бостона (США) придумали незатратный способ хранить жидкости при отрицательной температуре в жидком состоянии. Метод позволяет улучшить условия хранения крови. Об этом рассказывает журнал Nature Communications.

Известно, что вода кристаллизируется при отрицательной температуре. Однако существующие методы переохлаждения действуют кратковременно, и они весьма затратны. Изобретенный способ простой и дешевый, эффективен в течение нескольких дней.

Ученые назвали его «глубоким переохлаждением». Суть в том, что поверхность жидкости отделяется от воздуха специальным веществом. При этом состав не смешивается с водой.

Открытие произошло случайно: исследователи заметили, как во время герметизации верхнего слоя воды пленкой из масла (оливковое или пальмовое) на углеродной основе жидкость не замерзает даже при температуре ниже 13 градусов по Цельсию. При использовании более сложных масел жидкость остается в такой субстанции около 100 дней при температуре минус 20.

Подобный способ применим и к содержанию крови. Раньше ее можно было хранить шесть недель при температуре четыре градуса Цельсия, новый способ позволяет не изменять структуру крови на протяжении 100 дней при минус 13. Сейчас ученые надеются адаптировать новый способ для хранения органов. 

Ранее в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США) создали 3D-принтер, который способен печатать трехмерные структуры, состоящие исключительно из жидкостей. Устройство оснастили шприцом особого устройства. Устойчивость жидким фигурам в жидкой среде (минеральное масло с полимером) придает специальная пленка толщиной в несколько микрон, которая образуется на стыке двух жидкостей.

Как выбрать незамерзайку, советы по подбору незамерзающей жидкости

Найти эффективную зимой, безопасную для здоровья незамерзайку не так просто, как кажется. Она может хорошо отмывать лобовое стекло и фары, но при этом быть чрезвычайно токсичной. Приобретая незамерзающую жидкость, надо обратить внимание:

• на изготовителя;
• насколько выбранная марка соответствует заявленным характеристикам (очистка фар, лобового стекла, точка замерзания и т.п.).

Особенности спиртовых незамерзающих растворов

В состав практически всех незамерзающих жидкостей входят различные виды спирта и вода, от процентного соотношения которых зависит температура замерзания раствора. Чем больше содержится спирта, тем ниже температура замерзания в мороз. Например, при концентрации спирта 50% это -20 градусов по Цельсию, а при концентрации 70% это минус 30 град.С.

На сегодня используются 3 вида спирта.

1. Этиловый спирт.

   Безопасен в применении, растворим в воде, но на него налагается высокий акцизный сбор, что делает применение его в незамерзайке экономически невыгодным.

2. Метиловый спирт.

   Практически отсутствует запах, дешевый, но токсичен настолько, что его применение в незамерзающих жидкостях в РФ запрещено законом.

3. Изопропаноловый спирт.

   Имеет характерный ацетоновый запах, широко применяется для производства различных марок незамерзайки, используемой для мытья автомобиля в мороз.

Помимо перечисленных выше спиртов и воды в очищающую жидкость добавляют ароматизаторы, красители и вещества, защищающие внешнее покрытие корпуса автомобиля. Основными потребительскими свойствами качественной жидкости являются:

• не замерзает в мороз;
• очищает лобовое стекло и фары от грязи;
• не повреждает краску и лак на корпусе автомобиля;
• испаряется со стекла, не оставляя разводов;
• не агрессивна к пластмассе и резине.

На что обращать внимание при выборе жидкости

1. Покупать незамерзайку необходимо только в проверенных специализированных торговых точках, имеющих хорошую деловую репутацию. Такие магазины избегают продавать контрафактную продукцию и в случае возникновения обоснованных претензий со стороны покупателя стараются иди ему на встречу.
2. Стоимость зависит от концентрации спирта, которая определяет температуру замерзания жидкости на морозе. Если незамерзайка уже при минус 3-5 градусов превращается в кашицу, это означает, что спирта в ней слишком мало и, соответственно, цена жидкости невысокая.
3. Наличие запаха. Если он отсутствует, высока вероятность, что в составе жидкости присутствует токсичный метанол. Использовать такой состав зимой можно, но следует не забывать, что он опасен для здоровья. Кроме того, отсутствие запаха свидетельствует, что покупаемое средство контроль на качество и содержание спирта скорее всего не проходило.
4. Пена. Появление пены после встряхивания незамерзайки свидетельствует о ее качестве.
5. Осадок. Если в жидкости присутствует осадок, это указывает на наличие посторонних примесей. Качественное средство прозрачно и осадка не бывает.
6. Информация на этикетке. Обязательно указывается информация о производителе, составе, дате выпуска.
7. Внешний вид упаковки: пробка герметична, отсутствуют подтеки, надписи четкие и хорошо читаются, этикетка наклеена ровно. У подделки все эти признаки или часть отсутствуют.
8. Температура, при которой жидкость замерзает. Лучше покупать средство, имеющее запас по температуре, особенно это правило касается незамерзающих жидкостей от незнакомых производителей, в отличие от которых, проверенные указывают точную информацию.

При какой температуре замерзает «незамерзайка»? | Обслуживание | Авто

Вопреки своему названию, «незамерзайка» — жидкость, которую используют для удаления грязи с лобового стекла автомобиля, все-таки может замерзнуть. Дело в том, что в составе средства содержится спирт, и в зависимости от его концентрации в смеси оно замерзает при различных температурах. Также на замерзание омывающей жидкости влияет такой параметр, как температура кристаллизации.

Из чего делают «незамерзайку»?

В России законодательно запрещено производить и продавать омывающую жидкость на основе метилового спирта (метанола), поскольку он очень токсичен. Поэтому в основном производители «незамерзаек» используют изопропиловый спирт — он менее летуч, соответственно, испаряющаяся пленка на стекле образуется дольше. 

Изопропиловый спирт обладает низкой температурой кристаллизации, хорошими омывающими свойствами и небольшой токсичностью. Тем не менее он может вызывать набухание лакокрасочных покрытий и резиновых оконных прокладок при больших концентрациях. Кроме того, в составе стеклоомывателей может быть и более дешевый этиловый спирт (с содержанием менее 9%).

Поскольку спирты не способны растворять жировые и масляные загрязнения, для этого в стеклоомывающие жидкости добавляют ПАВ — поверхностно-активные вещества. Также «незамерзайки» содержат отдушки, красители и воду. Поскольку после омыва стекла стеклоомывающие жидкости могут попадать в подкапотное пространство машины и вызывать коррозию металлических деталей кузова и других частей автомобиля, в состав «незамерзайки» добавляют антикоррозионную присадку.

Когда «незамерзайка» замерзает?

На этикетке стеклоомывающей жидкости обязательно должна быть указана температура замерзания. Однако стоит помнить, что эта цифра соответствует чистой жидкости, не разбавленной водой. Соответственно, при разбавлении она начинает замерзать быстрее. Некоторые автолюбители, чтобы сэкономить, добавляют в жидкость для стеклоомывателя воду. Чем больше в «незамерзайку» залить воды, тем при более высокой температуре она начнет замерзать.

О том, при какой температуре незамерзающая жидкость перейдет из жидкого состояния в твердое, свидетельствует такой параметр, как температура кристаллизации. При этом будет ошибкой думать, что если разбавить водой «незамерзайку» для 20-градусных морозов в соотношении 1:1, как рекомендуют некоторые производители, то получится жидкость, предназначенная для использования при −10 градусах.

Например, по данным справочного технического портала Engineering ToolBox, при концентрации в 30% температура замерзания изопропилового спирта составляет −15 градусов по шкале Цельсия, в 40% — −18 градусов, в 50% — −21, в 60% — −23 градусов, в 70% — −29 градусов. Однако, как поясняют эксперты, зависимость температуры замерзания от концентрации спирта в омывателе не является прямолинейной. Проверить на практике, при какой температуре замерзнет жидкость для стеклоочистителя, можно с помощью морозильной камеры (там средняя температура составляет от −15 до −25 градусов) и уличного термометра.

В каких концентрациях встречается в продаже изопропиловый спирт?

В России нет отдельных регламентирующих документов по составу и изготовлению стеклоомывающих жидкостей. Существует ГОСТ 32478-2013, устанавливающий требования к товарам бытовой химии (там среди прочего указаны и «незамерзайки»). Также на подобные средства распространяются «Единые санитарно-эпидемиологические и гигиенические требования к продукции (товарам), подлежащей санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю)» Таможенного союза.

К некоторым компонентам предъявляются нормативные требования в соответствии с безопасностью и эффективностью применения. Примерный состав зимней жидкости для омывателя стекол со знаком соответствия РСТ по межгосударственному стандарту (ГОСТ): более 30% изопропанола (он же изопропиловый спирт), не менее 30% диминерализированной воды, до 5% ПАВ, 5% стабилизатора пропиленгликоля, 1% водогрязеотталкивающий компонента, 1% буферного агента, 5% ароматизаторов и 5% красителей. В составе незамерзайки не должно быть токсичных соединений вроде метанола или ядовитого этиленгликоля.

Как отмечают в Роспотребнадзоре, на незамерзающую жидкость обязательно должно быть оформлено свидетельство о государственной регистрации, копия которого должна храниться у продавца, а также предоставляться производителем с партией отпускаемой продукции.

Что делать, если стеклоомывающая жидкость замерзла?

Если «незамерзайка» все-таки замерзла, то необходимо отогнать машину в отапливаемый гараж и подождать, пока жидкость в патрубках подачи стеклоомывателя оттает. Затем нужно слить стеклоомыватель и залить новый. Еще один способ — хорошо прогреть двигатель и подкапотное пространство, где находится бачок с замерзшей стеклоомывающей жидкостью. Но этот совет не работает в случае, если бачок омывателя находится далеко от двигателя или активно продувается потоками встречного воздуха. Кроме того, не стоит использовать некачественную «незамерзайку» и покупать дешевые жидкости у дороги. Специалисты также советуют выбирать жидкость с запасом по критической температуре.

Незамерзайка может быть незамерзшей в бачке, но замерзнуть на стекле. В этом случае нужно включить печку, чтобы горячий воздух дул на лобовое стекло.

Вода, которая никогда не замерзает — ScienceDaily

Изготовление кубиков льда — это простой процесс: вы берете пластиковый лоток для кубиков льда, как в большинстве домашних хозяйств, наполняете его водой и кладете в морозильную камеру. Вскоре вода кристаллизуется и превращается в лед.

Если бы вы проанализировали структуру кристаллов льда, вы бы увидели, что молекулы воды расположены в виде регулярных трехмерных решетчатых структур. В воде, напротив, молекулы неорганизованы, поэтому вода течет.

Стеклянная вода

Группа физиков и химиков из ETH Zurich и Цюрихского университета под руководством профессоров Раффаэле Меззенги и Эхуда Ландау определила необычный способ предотвращения образования кристаллов льда водой, так что даже при экстремальных отрицательных температурах вода сохраняет аморфную форму. характеристики жидкости.

На первом этапе исследователи разработали и синтезировали новый класс липидов (молекул жира), чтобы создать новую форму «мягкого» биологического вещества, известную как липидная мезофаза.В этом материале липиды спонтанно самоорганизуются и объединяются с образованием мембран, ведя себя так же, как молекулы природного жира. Эти мембраны затем принимают однородное расположение, образуя сеть соединенных каналов, диаметр которых составляет менее одного нанометра. Температура и содержание воды, а также новая структура разработанных липидных молекул определяют структуру липидной мезофазы.

Нет места для кристаллов воды

Что такого особенного в этой структуре, так это то, что — в отличие от лотка для кубиков льда — в узких каналах нет места для воды, чтобы образовывать кристаллы льда, поэтому она остается неупорядоченной даже при экстремальных отрицательных температурах.Липиды тоже не замерзают.

Используя жидкий гелий, исследователи смогли охладить липидную мезофазу, состоящую из химически модифицированного моноацилглицерина, до температуры минус 263 градусов по Цельсию, что всего на 10 градусов выше температуры абсолютного нуля, при этом кристаллы льда все еще не образовывались. При этой температуре вода становилась «стекловидной», что исследователи смогли продемонстрировать и подтвердить с помощью моделирования. Их исследование этого необычного поведения воды, заключенной в липидной мезофазе, было недавно опубликовано в журнале Nature Nanotechnology .

«Ключевым фактором является соотношение липидов к воде», — поясняет профессор Раффаэле Меззенга из лаборатории пищевых продуктов и мягких материалов ETH Zurich. Соответственно, именно содержание воды в смеси определяет температуры, при которых изменяется геометрия мезофазы. Если, например, смесь содержит 12 процентов воды по объему, структура мезофазы при температуре около минус 15 градусов Цельсия перейдет из кубического лабиринта в пластинчатую структуру.

Натуральный антифриз против бактерий

«Что делает разработку этих липидов настолько сложной, так это их синтез и очистка», — говорит Эхуд Ландау, профессор химии в Цюрихском университете.Он объясняет это тем, что молекулы липидов состоят из двух частей; один гидрофобный (отталкивает воду) и один гидрофильный (притягивает воду). «Это делает их чрезвычайно трудными для работы», — говорит он.

Мягкий биоматериал, образованный из липидных мембран и воды, имеет сложную структуру, которая сводит к минимуму контакт воды с гидрофобными частями и максимизирует ее взаимодействие с гидрофильными частями.

Исследователи смоделировали новый класс липидов на мембранах определенных бактерий.Эти бактерии также производят особый класс самоорганизующихся липидов, которые могут естественным образом удерживать воду внутри себя, что позволяет микроорганизмам выживать в очень холодных условиях.

«Новизна наших липидов заключается во введении сильно напряженных трехчленных колец в определенные положения внутри гидрофобных частей молекул», — говорит Ландау. «Они обеспечивают необходимую кривизну для образования таких крошечных водных каналов и предотвращают кристаллизацию липидов».

Мягкая материя для исследований

Эти новые липидные мезофазы будут служить в первую очередь инструментом для других исследователей.Их можно использовать для неразрушающей изоляции, сохранения и изучения больших биомолекул в среде, имитирующей мембраны, например, с помощью криогенной электронной микроскопии. Биологи все чаще обращаются к этому методу для определения структур и функций больших биомолекул, таких как белки или большие молекулярные комплексы.

«В процессе нормального замораживания, когда образуются кристаллы льда, они обычно повреждают и разрушают мембраны и важные большие биомолекулы, что не позволяет нам определить их структуру и функцию, когда они взаимодействуют с липидными мембранами», — говорит Мезенга.

Но не с новой мезофазой, которая является неразрушающей и сохраняет такие молекулы в их первоначальном состоянии и в присутствии другого ключевого строительного блока жизни, то есть липидов. «Наши исследования прокладывают путь для будущих проектов по определению того, как белки могут сохраняться в своей первоначальной форме и взаимодействовать с липидными мембранами при очень низких температурах», — говорит профессор ETH.

Холодная жидкость, не замерзающая

1

Аткинс, П. В. Physical Chemistry 4-е изд. (Oxford Univ.Press, 1990).

Google Scholar

2

Дебенедетти, П. Г. Метастабильные жидкости (Princeton Univ. Press, 1996).

Google Scholar

3

Марч, Н. Х. и Този, М. П. Введение в жидкое состояние (World Scientific, 2002).

Google Scholar

4

Баррат, Дж. Л. и Хансен, Дж.С. Основные понятия для простых и сложных жидкостей (Cambridge Univ. Press, 2003).

Google Scholar

5

Smallenburg, F. & Sciortino, F. Nature Phys. 9 , 554–558 (2013).

ADS Статья Google Scholar

6

Kern, N. & Frenkel, D. J. Chem. Phys. 118 , 9882–9889 (2003).

ADS Google Scholar

7

Martinez-Veracoechea, F.J., Младек, Б.М., Ткаченко, А.В., Френкель, Д. Phys. Rev. Lett. 107 , 045902 (2011).

ADS Статья Google Scholar

8

Lennard-Jones, J. E. Proc. R. Soc. Лондон. A | 106 , 441–462 (1924).

ADS Статья Google Scholar

9

Ингебригтсен, Т. С., Шредер, Т. Б. и Дайр, Дж. К. Phys. Ред. X 2 , 011011 (2012).

Google Scholar

10

Kauzmann, W. Chem. Ред. 43 , 219–256 (1948).

Артикул Google Scholar

11

Энджелл, К. А. Наука 267 , 1924–1935 (1995).

ADS Статья Google Scholar

12

Дайр, Дж.C., Hecksher, T. & Niss, K. J. Non-Cryst. Твердые тела 355 , 624–627 (2009).

ADS Статья Google Scholar

13

Lubchenko, V. & Wolynes, P. G. Annu. Rev. Phys. Chem. 58 , 235–266 (2007).

ADS Статья Google Scholar

14

Адам, Г. и Гиббс, Дж. Х. J. Chem. Phys. 43 , 139–146 (1965).

ADS Статья Google Scholar

Ученые создают воду, которая не замерзает даже при очень низких температурах

Ученые из ETH Zurich и Цюрихского университета нашли способ предотвратить образование кристаллов льда в воде даже при экстремальных отрицательных температурах. При температуре всего 263 градуса по Цельсию вода приобретает аморфные характеристики жидкости.Первым шагом в процессе, обнаруженном исследователем, был синтез нового класса липидов для создания мягкой формы биологического вещества, называемого липидной мезофазой.

В этом материале липиды спонтанно самоорганизуются и объединяются с образованием мембран, которые ведут себя как молекулы природного жира. Мембраны имеют конструкцию, образующую сеть соединенных каналов диаметром менее нанометра. Особенность структуры липидов заключается в том, что в узких каналах внутри нет места для образования кристаллов льда.

Даже при экстремальных минусовых температурах вода и липиды не замерзают. Команда использовала жидкий гелий для охлаждения липидной мезофазы, содержащей химически модифицированный моноацилглицерин, до минус 263 градусов по Цельсию, всего на десять градусов выше абсолютного нуля. Даже при такой очень низкой температуре кристаллы льда не образовывались.

Ученые говорят, что ключевым моментом является соотношение липидов к воде. Содержание воды в смеси контролирует температуру, при которой изменяется геометрия мезофазы.Один из предлагаемых примеров состоит в том, что если смесь содержит 12% воды по объему, структура мезофазы будет переходить примерно при минус 15 градусах Цельсия из кубического лабиринта в пластинчатую структуру.

Ученые говорят, что они смоделировали новый класс липидов на мембранах некоторых бактерий. Эти мембраны помогают бактериям выжить в очень холодных условиях. Команда говорит, что новый класс мягкого вещества, который они разработали, можно использовать в приложениях, где необходимо предотвратить замерзание воды.

Метод суперохлаждения сохраняет жидкости в жидком состоянии значительно ниже точки замерзания

Замораживание — один из простейших методов сохранения продуктов питания, биологических тканей и других скоропортящихся продуктов, но образование кристаллов льда может повредить клетки. Теперь исследователи из Массачусетской больницы общего профиля (MGH) разработали новый способ «переохлаждения» воды и аналогичных растворов, чтобы поддерживать их в жидкой форме значительно ниже обычной точки замерзания.

Всем известно, что вода замерзает при 0 ° C (32 ° F), но не все знают, что это не так просто. Это момент, когда жидкость начинает замерзать, поскольку молекулы воды на поверхности начинают кристаллизоваться в лед, который распространяется на соседние молекулы, пока не замерзнет вся вода. В некотором смысле понижение температуры просто увеличивает вероятность того, что любая молекула жидкости замерзнет.

У замораживания вещей есть свои плюсы и минусы.С одной стороны, чем холоднее что-то, тем медленнее происходят определенные метаболические процессы и химические реакции. Это означает, что бактерии не будут расти, а ткани не так быстро разлагаются. К сожалению, в процессе замораживания между клетками образуются кристаллы льда, которые повреждают их. Поиск способов сохранять вещи очень холодными без их надлежащего замораживания может помочь нам хранить и транспортировать продукты питания, ткани, органы и лекарства намного дольше.

Зная, что процесс замерзания начинается на поверхности, где вода встречается с холодным воздухом, метод MGH на удивление прост — держите воду и воздух отдельно друг от друга.Для этого команда запечатала поверхность углеводородным маслом и обнаружила, что они могут остановить образование льда в образце объемом 1 мл (0,03 унции), хранящемся при -13 ° C (9 ° F) до неделя.

«Наш подход, который мы назвали« глубокое переохлаждение », заключается в том, чтобы просто покрыть поверхность такой жидкости раствором, который не смешивается с водой, например минеральным маслом, чтобы заблокировать поверхность раздела между водой и воздухом, которая является — главный сайт кристаллизации », — говорит О. Берк Уста, соавтор исследования.«Этот удивительно простой, практичный и недорогой подход к решениям для переохлаждения в течение продолжительных периодов времени может позволить использовать многие медицинские методы и методы хранения пищевых продуктов, а также фундаментальные эксперименты, которые ранее были невозможны».

Основываясь на этих первых тестах, исследователи экспериментировали с более сложными маслами и чистыми простыми углеводородами, такими как спирты и алканы. Используя их, они смогли переохлаждать 1-миллилитровые образцы воды и клеточных суспензий до -20 ° C (-4 ° F) в течение 100 дней. Увеличивая его до более пригодных к употреблению количеств жидкости, им удалось сохранить 100 мл (3.2 унции) образцы охлаждали в течение недели.

Затем команда перешла к проверке того, насколько хорошо этот метод может сохранять такие вещи, как красные кровяные тельца. В их предварительных экспериментах удалось сохранить 100 мл суспензии эритроцитов переохлажденными при -13 ° C в течение до 100 дней — в два раза дольше, чем 42-дневный максимум, возможный при существующей практике.

«В настоящее время мы проводим эксперименты по увеличению объема хранимых образцов эритроцитов до более клинически значимого диапазона от 300 до 500 мл (от 10 до 17 унций)», — говорит Уста.«Мы также работаем над применением этого метода к другим клеткам и над его переносом на большие ткани и целые органы, такие как печень. Помимо потенциальных применений в медицине и консервировании пищевых продуктов, мы также считаем, что это изобретение может быть использовано для изучения химических реакций в жидкое состояние при низких температурах без обычного дорогостоящего и сложного оборудования высокого давления ».

Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications .

Источник: Массачусетская больница общего профиля

Кухня «Наука для детей» {Что замерзнет в первую очередь?}

Когда дело доходит до науки, я обычно позволяю своим детям задавать вопросы и предлагаю провести расследование на основе этого.Однажды утром на прошлой неделе мой сын не допил молока, и я попросила его положить его в холодильник, чтобы он мог съесть его с обедом. Вместо этого он спросил, можно ли положить его в морозильную камеру, чтобы посмотреть, что произойдет. Конечно, я был в игре. После того, как он положил его в морозильную камеру, я спросил его, что, по его мнению, произойдет. В 6 лет это не было шоком, что он думал, что он замерзнет, ​​поэтому я спросил его, сколько времени, по его мнению, это займет. Это привело к простому научному эксперименту на кухне, который мы провели несколько дней спустя. Мои дети любят кухонные науки для детей, и мне нравится заниматься этим с ними.Веселитесь вместе с наукой!

Наш вопрос был: Какая кухонная жидкость замерзнет первой?

1. Соберите свои материалы. Вам понадобится лоток для кубиков льда, набор различных кухонных жидкостей, таймер (не обязательно) и морозильная камера. У нас тоже была мерная ложка! Нашими жидкостями были вода, уксус, шоколадный сироп, соус ранчо, мыло для посуды, молоко и яблочный сок.
2. Начните с наполнения лотка разными жидкостями. Прежде чем попросить детей сделать прогнозы, спросите их, что они уже знают о различных жидкостях.Мы с детьми отметили, что мы все время замораживаем воду, и это занимает час или два. Они отметили, что молоко замерзнет, ​​поэтому знали, что замерзнуть может не только вода. После того, как они ознакомятся со всеми своими базовыми знаниями, попросите их сделать гипотезу или прогноз, если вы больше сосредотачиваетесь на результатах, а не на их причине. Если они делают прогноз, просто скажите: «Как вы думаете, почему это произойдет?» и вуаля, вы также получите из них гипотезу.
3. Заморозь! Мы установили таймер моего iPhone, чтобы он срабатывал через определенные промежутки времени.
4. Понаблюдайте за происходящим. Яблочный сок первым образовал кристаллы. Когда мы в следующий раз проверили, вода быстро собралась. В мыле для посуды образовывались прохладные пузырьки, и его становилось все труднее перемешивать, а шоколад по-прежнему имел прекрасный вкус, хотя на самом деле он никогда не был заморожен. Мы проверили лоток в течение 3 часов, и к концу этого времени все было твердым, кроме шоколадного сиропа, у которого через несколько дней все еще есть текстура теста.
5. После получения результатов спросите ребенка, что он заметил.Моя дочь заметила, что уксус и вода довольно легко замерзают, а шоколад — нет. Мой сын заметил, что более густые жидкости замерзают намного медленнее, чем их более тонкие аналоги. Вот тогда я и ухватился за слово вязкий. Мы говорили о том, что вода, молоко, уксус и яблочный сок замерзают быстрее, потому что все они имеют более низкую вязкость, чем мыло для посуды, соус ранчо и шоколадный сироп. Я сделал это очень просто, объяснив, что чем менее вязкая жидкость, тем легче ей принять другую форму и холод проникает в каждую ее часть.Более густую жидкость было труднее заморозить, потому что холодному воздуху приходилось работать усерднее, чтобы вся она была достаточно холодной, чтобы замерзнуть. Я склонен чрезмерно объяснять вещи своим детям и узнал их сигналы, когда мой ответ превращается в лекцию. Если они продолжают задавать вопросы, продолжайте отвечать на них, но эти пустые взгляды — верный признак того, что вам следует сохранять простоту, по крайней мере, сейчас!

Самое лучшее в простой кухонной науке для детей — это то, что она позволяет вашим детям увидеть, что наука повсюду.Он находится на их кухне и доступен всем.

Завтра мы поговорим о том, как научить маленьких детей научному методу с Джиллиан из книги «Мама с планом урока»!

Может ли вода оставаться жидкой при температуре ниже нуля градусов Цельсия?

Категория: Химия Опубликовано: 9 декабря 2013 г.

Температура замерзания воды опускается ниже нуля градусов Цельсия при приложении давления. Public Domain Image, источник: Кристофер С. Бэрд.

Да, вода может оставаться жидкой при температуре ниже нуля градусов Цельсия. Это может произойти несколькими способами.

Прежде всего, фаза материала (будь то газ, жидкость или твердое тело) сильно зависит как от его температуры , так и от давления . Для большинства жидкостей приложение давления повышает температуру, при которой жидкость замерзает до твердого состояния. Твердое тело образуется, когда рыхлые извилистые молекулы жидкости становятся достаточно медленными и достаточно близкими, чтобы образовать устойчивые связи, которые закрепляют их на месте.Когда мы оказываем давление на жидкость, мы заставляем молекулы сближаться. Поэтому они могут образовывать стабильные связи и становиться твердыми, даже если их температура выше точки замерзания при стандартном давлении. Однако вода в чем-то уникальна. Молекулы воды распространяются, когда они соединяются в твердую кристаллическую структуру. Это растекающееся действие приводит к тому, что лед становится менее плотным, чем жидкая вода, что приводит к плаванию льда. Это расширяющее действие молекул воды во время замерзания также означает, что приложение давления к воде понижает точку замерзания.Если вы приложите достаточное давление (что затрудняет распространение молекул воды в твердую структуру), вы можете получить жидкую воду на несколько градусов ниже нуля по Цельсию.

Даже если вы не применяете давление, вы все равно можете получать жидкую воду при минусовых температурах с использованием добавок. Добавки, такие как соль, могут мешать химическому связыванию, необходимому для образования твердого вещества, и, следовательно, могут снизить температуру замерзания воды. Соль состоит из сильных ионов натрия и хлора. При растворении в воде молекулы воды имеют тенденцию прилипать к ионам соли, а не друг к другу, и поэтому они не так быстро замерзают.По мере того, как вы добавляете больше соли в воду, ее точка замерзания продолжает падать до тех пор, пока вода не достигнет насыщения и не сможет больше удерживать соль. Если вы добавите достаточно соли, точка замерзания воды может упасть до -21 градус Цельсия. Это означает, что вода с температурой -21 градус Цельсия может оставаться жидкой, если добавить достаточно соли. Вместо того, чтобы предохранять жидкую воду от замерзания, это мощное свойство соли также можно использовать для превращения льда обратно в воду. Рассыпание соли на обледенелых тротуарах снижает температуру замерзания льда ниже температуры окружающей среды, и лед тает.Но посыпать ледяные дорожки солью не поможет, если температура окружающего воздуха ниже -21 градуса Цельсия. Влияние соли на точку замерзания воды также оказывает сильное влияние на океаны Земли.

Даже если вы не применяете давление и ничего не добавляете в воду, у вас все равно может быть жидкая вода при температуре ниже нуля градусов Цельсия. Для того, чтобы вода замерзла до состояния льда, ей нужно что-нибудь заморозить, чтобы начать процесс. Мы называем эти отправные точки «центрами зародышеобразования».В большинстве случаев небольшое количество пыли, примесей или даже небольшие колебания в воде создают центры зародышеобразования, на которых вода может замерзнуть. Но если ваша вода очень чистая и неподвижная, молекулам воды не на чем кристаллизоваться. В результате вы можете охлаждать очень чистую воду до температуры ниже нуля градусов по Цельсию, не замерзая. Вода в таком состоянии называется «переохлажденной». При стандартном давлении чистая вода может быть переохлаждена примерно до -40 градусов по Цельсию. Переохлажденная вода не замерзает только из-за отсутствия центров зародышеобразования.Следовательно, как только создаются центры зародышеобразования (что может быть столь же простым, как вибрация), переохлажденная вода быстро замерзает. Ледяной дождь — естественный пример переохлажденной жидкой воды. Как только ледяной дождь попадает на объект на поверхности земли, этот объект образует центры зародышеобразования, и дождь превращается в лед.

Темы: замораживание, точка замерзания, ледяной дождь, лед, фазовая диаграмма, давление, переохлаждение, температура, вода

Почему водка не замерзает? Алкоголь vs.Точка замерзания

Люди, которые пьют водку, обычно хранят ее в морозильной камере. Водка становится красивой и холодной, но не замерзает. Вы когда-нибудь задумывались, почему это так? Водка когда-нибудь замерзнет?

Точка замерзания водки

Водка состоит в основном из воды и этанола (зерновой спирт). Чистая вода имеет точку замерзания 0ºC или 32ºF, а чистый этанол имеет точку замерзания -114ºC или -173ºF. Поскольку водка представляет собой комбинацию химических веществ, она не замерзает при той же температуре, что и вода или спирт.

Конечно, водка замерзнет, ​​но не при температуре обычного морозильника. Это связано с тем, что водка содержит достаточно алкоголя, чтобы снизить температуру замерзания воды ниже -17 ° C в вашей обычной морозильной камере. Это то же самое явление понижения точки замерзания, которое возникает, когда вы добавляете соль на ледяную прогулку или антифриз в машине. В случае русской водки, которая стандартизирована для содержания этанола 40% по объему, точка замерзания воды понижается до -26,95 ° C или -16,51 ° F. Эта водка может замерзнуть на открытом воздухе в течение сибирской зимы, и вы можете заморозить его в промышленной морозильной камере или с использованием жидкого азота, но он останется жидким в обычной морозильной камере, температура которой обычно не ниже –23–18 ° C (от –9 ° F до 0 ° F).Другие спиртные напитки ведут себя так же, как водка, поэтому вы можете положить текилу, ром или джин в морозильную камеру с примерно таким же результатом.

Пиво и вино замерзнут в домашней морозильной камере, потому что они содержат гораздо меньше алкоголя, чем в дистиллированных спиртных напитках. Пиво обычно содержит 4-6% алкоголя (иногда до 12%), а вино — около 12-15% алкоголя по объему.

Использование замораживания для обогащения спирта водки

Один из удобных трюков для увеличения процентного содержания алкоголя в водке, особенно если содержание алкоголя ниже, чем 40 единиц, — это применить метод, известный как перегонка замораживанием.Этого можно добиться, налив водку в открытую емкость, например, таз, и поместив ее в морозильную камеру. Как только жидкость остынет ниже точки замерзания воды, в чашу можно добавить один или несколько кубиков льда. Кубики льда служат ядрами кристаллизации, во многом как использование затравочного кристалла для выращивания более крупных кристаллов для научного проекта. Свободная вода в водке кристаллизуется (образует лед), оставляя более высокую концентрацию алкоголя.

Хранение водки в морозильной камере

Вероятно, хорошо, что водка обычно не замерзает в морозильной камере, потому что в противном случае вода в ликере расширилась бы.Давления от расширения могло быть достаточно, чтобы разбить контейнер. Об этом стоит помнить, если вы планируете добавить воды в водку, чтобы заморозить ее и усилить стойкость. Не переполняйте бутылку, иначе она разобьется при замерзании воды! Если вы замораживаете алкогольный напиток, выберите гибкий пластиковый контейнер, чтобы свести к минимуму риск несчастных случаев или поломки.