¿Qué sucede con el enfriamiento del agua a volumen constante pero por encima del punto de congelación?

Relacionado con esta pregunta popular: ¿ Qué tan fuerte es la fuerza de expansión del hielo cuando se congela?

Estamos enfriando H2O hasta el cero absoluto mientras mantenemos el volumen (densidad) constante. Las respuestas se enfocan en la porción sólida ya que el H2O normalmente se expande cuando se congela.

Pero, ¿qué pasa con la porción líquida del enfriamiento?

Mantenemos la densidad general, pero es mejor pensar en ello como el equivalente a "una cámara de tamaño fijo y calor que se elimina".

Si comenzamos a presión y temperatura ambiente, durante el enfriamiento del agua a 0C, ¿no debería disminuir (muy levemente) la densidad de la parte líquida? No puedo decidir si:

  1. El líquido se acumularía bajo un pequeño vacío mayormente con algo de vapor de agua, todavía casi exactamente a la presión ambiente.

  2. La presión disminuiría hasta que la densidad del líquido a 0 °C coincidiera con la densidad del líquido a 30 °C y el agua todavía llena la cámara.

¿Qué pasaría? ¿La presencia de la gravedad lo cambia? (Por favor, asegúrese de considerar ambas preguntas)

¿A qué temperatura y presión (o densidad) comienza a enfriar?
Temperatura y presión de la habitación

Respuestas (2)

De acuerdo con los diagramas de fase en el enlace, si comienza con agua líquida a, digamos, 20 °C y 1 atm y la enfría, manteniendo el equilibrio de fase, el líquido se contraerá y se evaporará (en la parte superior, en un campo de gravedad) para mantener una presión de 3,2 kPa, descendiendo a 0,6 kPa a 0°C. (El líquido comenzará a expandirse a los 4 °C, pero no lo suficiente como para volver a llenar el recipiente). Luego, el vapor desaparecerá y el espacio se llenará completamente con una granizada de hielo líquido Ih hasta llegar a -22 °C. momento en el cual el líquido se congelará para producir una mezcla de hielo-Ih y hielo-III.

Está bien. Gracias. Vi coeficientes de compresión y densidad por temperatura. parece que el agua solo puede enfriarse como una centésima de grado SI la presión baja a cero (lo que no sucedería) para que la presión expanda el agua lo suficiente como para mantener la densidad. ¿No entiendo los 3.2 atm que escribiste? Entonces el vapor viene como dijiste. Entonces, cuando llega a 0C por primera vez, es agua y vapor, luego se forma hielo en la parte del agua y tiene una densidad más baja; Entonces, cuando se forma suficiente hielo, el vapor desaparece, ¿entonces la presión comienza a aumentar a medida que aumenta el hielo? No veo cómo en los diagramas si es evaporación o ebullición. ¿Es lo mismo vapor que gas?
Quise decir 3.2 kpa no atm. También veo que debe ser p para la transición de fase a 20C, así que no importa. Además, si tenemos hielo y vapor y agua, ese tiene que ser el punto triple. aa y acabo de comprobar que el 0,6 es la presión del punto triple 😀. Eso deja las últimas dos oraciones en lo anterior, dos preguntas, si lo desea. gracias de nuevo
Vapor a menudo significa gas en equilibrio con una fase condensada debajo, como es el caso aquí. El líquido no herviría (es decir, no nuclearía burbujas), ya que se supone que todos estos procesos ocurren lo suficientemente lento como para que la evaporación superficial sea adecuada para mantener el equilibrio. (Pero si aplica un vacío al agua líquida rápidamente, puede hervir). Sí, cuando el vapor desaparece a 0 °C, la presión aumenta enormemente, como se explica en la otra respuesta.
Gracias. Siempre pensé en el vapor y la evaporación como fundamentalmente diferentes, con el vapor no como una fase, sino como un poco de vapor, o incluso como partículas del líquido, que migran o se difunden. Sospecho que la mayoría de la gente lo hace, incluso mucha gente técnica. Eso no es correcto, aunque obviamente. Supongo que no hay una gran diferencia, solo que el proceso de "evaporación rápida" de algún tipo se llama ebullición. De todos modos que tengas una buena.

Puede usar los diagramas de fase de las preguntas y respuestas anteriores que vinculó.

Generalmente, si la presión cae fuera de lo que una fase puede soportar a cierta temperatura, aparece otra fase para "fijar" la presión a un valor aceptable para ambas fases.

Si comienza con, por ejemplo, agua a 100 ° C a una presión de 1 bar, la fase de "ayuda" será vapor, al menos hasta 0 ° C. Todos los estados de volumen constante por debajo de esta temperatura tendrán una presión más baja Y algo de volumen ocupado por el vapor de agua.

En el punto triple, parte del agua se congelará y expandirá, consumiendo el volumen de la fase de vapor.

Luego, obtendrá una mezcla entre líquido y el hielo habitual (Ih) hasta llegar a la formación de hielo III.

Gracias. Excelente. Entonces, cuando llega por primera vez a aproximadamente 0C, es agua y vapor por debajo de 1 atm, luego se forma hielo en la parte del agua y tiene una densidad más baja; Entonces, cuando se forma suficiente hielo, el vapor desaparece, ¿entonces la presión comienza a aumentar a medida que aumenta el hielo? No veo cómo en los diagramas si es evaporación o ebullición. ¿Es lo mismo vapor que gas?
errr... estoy equivocado. Actualizar.
Nunca deseé tanto poder dar dos cheques verdes jajaja. Su actualización responde a mi primera pregunta anterior, solo la última oración de mi comentario si está dispuesto
¿Qué sucede con el enfriamiento del agua a volumen constante pero por encima del punto de congelación?
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