Что нужно для нагревания льда

Какое вещество называют горячий лед и можно ли его получить в домашних условиях?

Само по себе выражение «горячий лед» с трудом укладывается в наших головах. Ведь мы привыкли, что лед, неважно, маленький это кубик в стакане или огромный айсберг в океане, ледяной. А тут почему-то горячий. Разберемся, что же это за вещество, как получается и проведем опыт в домашних условиях. Итак — горячий лед.

Вещество с таким названием

Все прекрасно знают, что лед — это вода, находящаяся в твердом агрегатном состоянии, в которое переходит уже при 0 °C. Но, проводя опыты над водой, английский физик Бриджмен обнаружил, что под большим давлением происходит перестройка кристаллической решетки, она становится более плотной.

Под давлением чуть меньше 21 тыс. атмосфер вода становится льдом уже при температуре +76 °C. А при 30 тыс. атмосфер — при 180 °C! Вот это действительно горячий лед. Обжечься можно сильно. Но прикоснуться к нему невозможно, ведь такое давление выдержать человеку нереально. Физики изучают свойства такого льда лишь косвенно.

Благодаря опытам англичанин определил, что лед бывает нескольких сортов, где под сортом I находится всем знакомый лед, образованный при нуле, и дальше, с возрастанием давления, переходит из одного сорта в другой. При 30 тыс. атмосфер он становится сортом VII. Так как кристаллическая решетка изменяется, то и свойства у горячего льда другие. Он тяжелее воды и его плотность составляет 1,05 г/см 3 .

Еще одно вещество с таким названием

Провести в домашних условиях эксперимент «Горячий лед», чтобы проверить теорию Бриджмена, естественно, не получится. Но химия как наука предлагает вам другой опыт, не менее эффектный.

Он так и называется — «Горячий лед». Ацетат натрия — вещество, которое понадобится вам для его проведения. Не слышали? А на кухне мы часто получаем его при приготовлении различной выпечки, смешивая соду и уксус. Остается лишь разобраться, как сделать горячий лед из этой пены. Давайте разбираться.

Формула и уравнение реакции

Ацетат натрия (еще ее называют натриевой солью уксусной кислоты) представляет собой белые кристаллы со слегка солоноватым вкусом и запахом, который напоминает уксусный. Его формула — CH₃COONa. В лаборатории соль получают из уксусной кислоты и карбонатов, гидроксида или гидрокарбоната натрия.

Кому интересно, уравнение реакции следующее:

Хозяйки знают, что процент уксусной кислоты может быть разным. Но нет разницы, какой вы найдете в шкафчике на кухне, просто понадобится разное количество соды. Пропорции следующие:

• 750 г уксуса 8% и 84 грамма соды;
• 86 г эссенции 70% и 84 грамма соды;
• 200 г уксуса 30% и 87,4 г соды.

В результате реакции у нас получается раствор, но путем выпаривания воды мы получим 82 г ацетата натрия в виде кристаллов.

Химия — наука, которая не терпит варианта «насыпать на глаз». Если хотите, чтобы химический опыт «Горячий лед» удался, составляйте пропорцию из веществ с помощью весов. Более точными являются электронные.

Опыт в домашних условиях

Так как при проведении опыта используется кислота, а эксперимент «Горячий лед» требует еще и нагревания до высоких температур, то присутствие взрослых обязательно. Итак, приступим к колдовству.

Готовим «Горячий лед» в домашних условиях.

1. В небольшой эмалированной кастрюльке смешайте уксус и соду в указанных выше пропорциях, в зависимости от процентного содержания уксуса, найденного на кухне. Поставьте ее на плиту, на маленький огонь и немного подогрейте полученное колдовское варево. Готовьтесь, пены будет много, но как только реакция пройдет и в кастрюле останется вода и ацетат натрия, раствор станет абсолютно прозрачным.
2. Обязательно проверьте, готов ли ваш раствор, капнув капелькой уксуса. Появилась пена? Значит, изначально взят неправильный вес соды, продолжаем по чуть-чуть добавлять уксус, пока пена не перестанет появляться. Ну а если запах уксуса очень сильно бьет в нос, значит, было взято изначально много уксусной кислоты. Добавляйте в раствор понемногу соды, пока не перестанет в кастрюльке образовываться пена, иначе запах уксуса из квартиры долго придется выветривать.
3. Только когда пена перестала подниматься, кастрюльку с варевом можно ставить на огонь, чтобы убрать из нее лишнюю воду. Не забываем следить за происходящим. Как только на поверхности начала образовываться корочка, похожая на лед, сразу снимаем тару с огня и на 5 минут оставляем в покое.
4. Пока колдовской напиток остывает, в чайнике ставим кипятиться воду. Затем медленно, буквально по каплям, начинаем лить кипяток в уже остывшую смесь, чередуя добавление с помешиванием. Делаем процедуру до полного растворения корочки и всех видимых кусочков. Раствор должен быть абсолютно прозрачным, но при этом слегка вязким.
5. Берем абсолютно чистую емкость и наливаем в нее небольшое количество вещества из кастрюльки. Если баночка или кружечка окажутся запачканными — раствор станет кристаллизоваться не тогда, когда вам захочется, а пока будет охлаждаться. Ставим в холодильник и охлаждаем до комнатной температуры. Нужно понимать, что у нас получился перенасыщенный раствор, так что теперь температура процесса кристаллизации ниже, чем обычно.

Прикоснитесь к охлажденному вареву зубочисткой, опущенной острием в поваренную соль. Если все сделано правильно, раствор начнет затвердевать, образуя рисунок из кристаллов, похожих на льдинки, каждый раз новый и неповторимый. При этом высвобождается большое количество энергии, которую вы прочувствуете как волну тепла.

После образования горячего льда его можно использовать для повтора опыта. Просто поставьте емкость на водяную баню и начинайте помешивать ложечкой. Увидели, что корочка из кристаллов образовалась? Повторяем пункты 4-6 и наслаждаемся результатом снова и снова.

Почему не получился эксперимент? Работа над ошибками

Вариантов, почему не получился опыт, не так и много, но рассмотрим их все:

1. При реагировании соды с уксусом какой-то реагент оказался в избытке и повлиял на дальнейшее приготовление перенасыщенного раствора. В следующий раз внимательно следите за количеством веществ при приготовлении или просто купите натриевую соль уксусной кислоты в уже готовом виде.
2. Емкость, в которой охлаждали приготовленный раствор, оказалась загрязненной.
3. Слишком поздно была снята кастрюлька с огня, или не до конца растворили образовавшуюся корочку.

Где используют эту реакцию?

Сам опыт «Горячий лед» имеет и практическое применение, в химических грелках и обогревателях используется именно перенасыщенный раствор, который даже при комнатной температуре, как вы сами видели, не переходит в твердую фазу.

Только в грелках вы воздействуете на раствор не зубочисткой, а специальным диском (чаще всего металлическим). В процессе перехода перенасыщенного раствора в твердую фазу выделяется от 264 до 289 кДж/кг. Так у вас образовывался «горячий» лед, а грелка действует на тело выделяемым теплом, при этом ожег исключен, так как выделяемой температуры недостаточно.

Кстати, как источник тепла, перенасыщенный раствор ацетата натрия используют и в некоторых моделях скафандров. «Горячий лед» рулит.

Источник

При какой температуре тает лед? Количество теплоты для нагревания льда

Каждому известно, что вода может находиться в природе в трех агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном. При плавлении происходит превращение твердого льда в жидкость, а при дальнейшем нагревании жидкость испаряется, образуя водяной пар. Каковы же условия плавления, кристаллизации, испарения и конденсации воды? При какой температуре тает лед или образуется пар? Об этом мы поговорим в данной статье.

Вода на Земле

Нельзя сказать, что водяной пар и лед редко встречаются в повседневной жизни. Однако наиболее распространенным является именно жидкое состояние – обычная вода. Специалисты выяснили, что на нашей планете находится более 1 млрд кубических километров воды. Однако не более 3 млн км 3 воды принадлежат пресным водоемам. Достаточно большое количество пресной воды «покоится» в ледниках (около 30 млн кубических километров). Однако растопить лед таких огромных глыб далеко не просто. Остальная же вода соленая, принадлежащая морям Мирового океана.

Вода окружает современного человека повсюду, во время большинства ежедневных процедур. Многие считают, что запасы воды неиссякаемы, и человечество сможет всегда использовать ресурсы гидросферы Земли. Однако это далеко не так. Водные ресурсы нашей планеты постепенно истощаются, и уже через несколько сотен лет пресной воды на Земле может не остаться вовсе. Поэтому абсолютно каждому человеку нужно бережно относиться к пресной воде и экономить ее. Ведь даже в наше время существуют государства, в которых запасы воды катастрофически малы.

Свойства воды

Прежде чем говорить о температуре таяния льда, стоит рассмотреть основные свойства этой уникальной жидкости.

Итак, воде присущи следующие свойства:

• Отсутствие цвета.
• Отсутствие запаха.
• Отсутствие вкуса (однако качественная питьевая вода имеет приятный вкус).
• Прозрачность.
• Текучесть.
• Способность растворять различные вещества (например, соли, щелочи и т. д.).
• Вода не имеет собственной постоянной формы и способна принимать форму сосуда, в который попадает.
• Способность очищаться посредством фильтрования.
• При нагревании вода расширяется, а при охлаждении сжимается.
• Вода может испаряться, превращаясь в пар, и замерзать, образуя кристаллический лед.

В этом списке представлены основные свойства воды. Теперь разберемся, каковы особенности твердого агрегатного состояния этого вещества, и при какой температуре тает лед.

Снег и лед

Лед – это твердое кристаллическое вещество, которое имеет достаточно неустойчивую структуру. Он, как и вода, прозрачен, не имеет цвета и запаха. Также лед обладает такими свойствами, как хрупкость и скользкость; он холодный на ощупь.

Снег также представляет собой замерзшую воду, однако обладает рыхлой структурой и имеет белый цвет. Именно снег каждый год выпадает в большинстве стран мира.

Как снег, так и лед – крайне неустойчивые вещества. Чтобы растопить лед, не нужно прикладывать особых усилий. Когда же он начинает таять?

Плавление льда

В природе твердый лед существует только при температуре 0 °C и ниже. Если же температура окружающей среды поднимается и становится больше 0 °C, лед начинает таять.

При температуре таяния льда, при 0 °C, происходит и другой процесс – замерзание, или кристаллизация, жидкой воды.

Данный процесс можно наблюдать всем жителям умеренно континентального климата. Зимой, когда температура на улице опускается ниже 0 °C, достаточно часто выпадает снег, который не тает. А жидкая вода, находившаяся на улицах, замерзает, превращаясь в твердый снег или лед. Весной же можно увидеть обратный процесс. Температура окружающей среды поднимается, поэтому лед и снег тают, образуя многочисленные лужи и грязь, которую можно считать единственным минусом весеннего потепления.

Таким образом, можно сделать вывод, что, при какой температуре начинает таять лед, при такой же температуре начинается и процесс замерзания воды.

Количество теплоты

В такой науке, как физика, часто используется понятие количества теплоты. Данная величина показывает количество энергии, необходимой для нагревания, плавления, кристаллизации, кипения, испарения или конденсации различных веществ. Причем каждый из перечисленных процессов имеет свои особенности. Поговорим о том, какое количество теплоты для нагревания льда требуется в обычных условиях.

Чтобы нагреть лед, нужно сначала его растопить. Для этого необходимо количество теплоты, нужное для плавления твердого вещества. Теплота равняется произведению массы льда на удельную теплоту его плавления (330-345 тысяч Джоулей/кг) и выражается в Джоулях. Допустим, что нам дано 2 кг твердого льда. Таким образом, чтобы его растопить, нам понадобится: 2 кг * 340 кДж/кг = 680 кДж.

После этого нам необходимо нагреть образовавшуюся воду. Количество теплоты для данного процесса рассчитать будет немного сложнее. Для этого нужно знать начальную и конечную температуру нагреваемой воды.

Итак, допустим, что нам требуется нагреть получившуюся в результате плавления льда воду на 50 °C. То есть разница начальной и конечной температуры = 50 °C (начальная температура воды – 0 °C). Тогда следует умножить разность температур на массу воды и на ее удельную теплоемкость, которая равняется 4 200 Дж*кг/°C. То есть количество теплоты, необходимое для нагревания воды, = 2 кг * 50 °C * 4 200 Дж*кг/°C = 420 кДж.

Тогда получаем, что для плавления льда и последующего нагревания получившейся воды нам потребуется: 680 000 Дж + 420 000 Дж = 1 100 000 Джоулей, или 1,1 Мегаджоуль.

Зная, при какой температуре тает лед, можно решить множество непростых задач по физике или химии.

В заключение

Итак, в данной статье мы узнали некоторые факты о воде и о двух ее агрегатных состояниях – твердом и жидком. Водяной пар, однако, представляет собой не менее интересный объект для изучения. Например, в нашей атмосфере содержится приблизительно 25*10 16 кубических метров водяного пара. К тому же, в отличие от замерзания, испарение воды происходит при любой температуре и ускоряется при ее нагревании или при наличии ветра.

Мы узнали, при какой температуре тает лед и замерзает жидкая вода. Такие факты всегда пригодятся нам в повседневной жизни, так как вода окружает нас повсюду. Важно всегда помнить о том, что вода, в особенности пресная, является иссякаемым ресурсом Земли и нуждается в бережном к ней отношении.

Источник

Как добиться того, чтобы лед не таял на протяжении длительного времени? Как создать лед? Рекомендации

Если вы планируете выезжать на природу и брать с собой лед для придания свежести напиткам, то его нужно хранить правильно. Соблюдая определенные условия. В этом случае лед продержится в замороженном состоянии довольно долго. И вы сможете с легкостью применять его в своих целях.

Мы расскажем о том, как хранить лед. Рассмотрим рекомендации, которых вам предстоит придерживаться. А также поговорим о других полезных лайфхаках для создания льда.

Используйте для сохранения температуры контейнер-кулер или специальное ведерко

Приобретите емкость, оттенок которой — светлый

Вам необходимо приобрести специальный контейнер или обычное ведерко, которые обладают изотермическими свойствами. Они должны быть изготовлены из материалов светлых оттенков. Изделия подобного типа, благодаря своему цвету, поглощают минимальное количество тепла. Соответственно, лед в них тает намного медленнее.

Контейнеры, а также ведра из пластика — довольно удобные изделия. По той причине, что температура у льда здесь будет держаться не менее суток. Откажитесь от применения контейнеров и ведер из металла. Они очень непрактичные, поскольку впитывают большое количество тепла. Соответственно, лед в них может довольно быстро растаять.

Укрепите стены вашего контейнера (или ведра) с помощью фольги

Фольга должна быть алюминиевой. В этом случае вы сможете обезопасить лед. Не допустить того, чтобы он растаял. Чтобы улучшить состояние льда, в обязательном порядке застелите с помощью фольги края контейнера. Аналогичным образом можно поступить и с ведерком.

Возьмите полотенце, и заверните в него емкость со льдом

Еще один эффективный способ, с помощью которого можно сохранить температуру емкости — взять полотенце. А затем с помощью него обернуть контейнер. Либо же ведро для льда.

Этот способ довольно эффективный, но не долгосрочный. Безусловно, полотенце сделает так, что лед будет таять медленнее. Однако, это все равно произойдет. И очень быстро. Буквально в течение часа после того, как вы вынесите лед на воздух.

Как сделать большие кубики льда?

При создании кубиков льда, применяйте кипяченую воду

Откажитесь от применения сточной воды при создании кубиков льда. Учитывайте, что их вы будете бросать в напитки. Если в кубиках будет не кипяченая вода, это возымеет негативные последствия. Вы выпьете ее, и в ваш организм попадут микробы. Чтобы этого не произошло, всегда делайте кубики из кипяченой воды.

А еще, это положительно повлияет на внешний вид льда. В кипяченой воде содержится меньше пузырьков. А лед будет продолжать пребывать в чистоте. И будет прозрачным.

Воду можно залить в специальные формочки для льда большого размера

Приобретите в магазине масштабные формочки для льда. Те из них, из которых будут получаться крупные изделия. В качестве альтернативы можно взять формочки, предназначенные для кексов. После того, как подготовите их к использованию, в обязательном порядке залейте с помощью воды. А затем разместите в морозильнике. До тех пор, пока формочки полностью не замерзнут. И не превратятся в лед.

Использовать большие куски очень удобно. За счет того, что подобный лед имеет крупную поверхность, он довольно медленно тает. Как следствие, для вечеринок на природе крупные кусочки подойдут лучше всего.

Застелите контейнер или ведерко с помощью полотенца, и уже после этого можете класть туда кубики льда

Полотенце — очень практичное в использовании. Оно позволит вам сделать так, что лед будет находиться в изоляции от стенок емкости. Как следствие, вы будете поддерживать низкую температуру внутри изделия.

Чтобы изолировать лед от попадания тепла еще больше, можете сначала застелить стенки емкости с помощью специальной пленки. Она должна быть пузырчатой. После чего на пленку уже можно будет положить полотенце. А сверху — лед.

Как правильно хранить лед?

Существует несколько правил хранения льда. Рассмотрим их.

Лед нужно держать в максимально прохладном месте

Вне зависимости от того, насколько хорошо держит температуру ваша емкость, контейнер нужно изолировать от прямых солнечных лучей. Если вы отправились на пикник, то установите его в самом прохладном месте. Например, под деревом. Или в местечке с тенью.

Ни в коем случае не стоит оставлять контейнер на солнце. Или рядом с различными теплыми блюдами. Это приведет к тому, что лед растает. И вы не сможете им воспользоваться.

Воспользуйтесь специальными пузырями для льда

Доктора иногда применяют специализированные замороженные пузыри. Их можно разместить внутри контейнера. Для того, чтобы он оставался холодным. И чтобы лед не растаял.

Если у вас нет возможности приобрести пузыри для льда, то можете воспользоваться альтернативным вариантом. Возьмите несколько полулитровых бутылок. Залейте в них воду. А затем разместите в холодильнике на несколько часов. После того, как самодельные пузыри для льда будут сделаны, разместите их в контейнере. Так вы сможете поддерживать оптимальную температуру.

Периодически загружайте в контейнер новые порции льда

Делать это очень важно. Периодическое пополнение контейнера с помощью льда положительно на него повлияет. Емкость будет охлаждаться. И старые льдинки будут оставаться в том же температурном состоянии, что и раньше. Как следствие, лед будет таять медленнее.

Как сделать лед самостоятельно?

Лед можно либо приобрести в магазине, либо сделать самостоятельно. Если вы выбрали последний вариант, то проделайте следующие шаги:

1. Обеспечьте себя достаточным количеством воды. Учитывайте, что для каждого человека, который будет на пикнике, понадобится не менее пятисот-шестисот грамм льда. Это оптимальное количество для того, чтобы всем хватило льда.
2. Когда вода будет набрана, вам необходимо будет налить ее в кастрюлю. А затем начать кипятить. После чего вам необходимо будет накрыть кастрюлю с помощью крышки и немного подождать. До тех пор, пока она не охладится.
3. После того, как жидкость остынет, ее необходимо будет прокипятить повторно. Для того, чтобы окончательно избавиться от пузырьков внутри.

После того, как вода будет готова, переходите к следующему этапу. Залейте жидкость в специальные формы. Накройте их с применением пищевой пленки. А затем разместите формочки в морозильнике. Держите их там до тех пор, пока они не превратятся в лед.

Что нужно учитывать при изготовлении льда?

Когда будете готовить лед, помните о следующих моментах:

1. Морозилка должна пребывать в состоянии идеальной чистоты. Это необходимо для того, чтобы в создаваемый вами лед не проникли различные бактерии. А также для того, чтобы он не пропитался различными не очень вкусными запахами. Лед ни в коем случае нельзя создавать на той же полке, на которой содержится рыба, а также мясо.
2. Для недопущения появления пузырьков, жидкость необходимо наливать на формочки аккуратно. В несколько этапов. Сначала воду необходимо будет лить на дно. После чего — до середины. А затем уже доливать прямо до краев формы. При этом, очень важно предоставлять слоям возможность застыть перед тем, как доливать в них воду.
3. Вы можете использовать для заморозки и горячую кипяченую воду. Но только в том случае, если подобную возможность предоставляет мощность морозилки. Однако, мы рекомендуем замораживать лед обычной температуры. Чтобы это не возымело негативные последствия.
4. Держать лед в морозильнике можно любое количество времени. Главное — соблюдать условия хранения. Если не делать этого, то ситуация может закончиться довольно плохо. Лед испортится.

Заключение

Самое главное — обращать внимание на то, куда вы кладете формочки со льдом. Ни в коем случае не размещайте их с продуктами, от которых исходят запахи. Например, рядом с мясом, рыбой и любой другой подобной пищей. В противном случае, это возымеет негативные последствия. Вы же не хотите, чтобы ваш любимый напиток, после добавления в него льда, возымел рыбный или мясной привкус?

Соблюдайте условия хранения, транспортировки льда, и никаких проблем у вас не возникнет. Вы сможете охлаждать свои напитки. И у вас будет лед до конца вечеринки.

Источник