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Titolo: Domanda su congelamento acqua

Mettiamo il caso di riempire un contenutore veramente resistente e
ermeticamente sigillato con acqua...se si mette nel freezer cosa
succede? L'acqua congela, aumenta di volume e schianta il contenitore,
oppure essendo come detto il contenitore veramente resisente non
riesce a romperlo? E in tal caso cosa succede?

 wrote:

Provaci. Secondo l'acqua nella parte centrale del contenitore non
congela. Ma occhio!!! non ci deve essere aria!!
-- 
Guru       Non coltivate i beni terreni,
               non rimarrà niente.
         Coltivate l'amore delle persone,
            vale più di qualsiasi oro. 


Il contenitore si dilata.
Se poi il contenitore ha elevato spessore e modulo di elasticità da
poterne trascurare la dilatazione, allora la pressione nell'acqua
aumenta notevolmente. A questo punto, per stabilire se l'acqua congela
o rimane liquida bisogna vedere il diagramma di stato P - V dell'acqua.


secondo me pero' Cippe voleva proprio capire
<<ma chi vince?>>
Se il ghiaccio ad espandersi o il contenitore a non farlo espandere?
Diciamo: se l'acqua ha volume V, puo' transire a ghiaccio senza che
varii di un dV?

 varii di un dV?
Sempre nelle condizioni di cui sopra, (ed escludendo
fasi metastabili, tipo acqua sottoraffreddata) certamente no:
il ghiaccio I (quello 'normale' che si forma ed e' stabile
nelle succitate condizioni) occupa un volume maggiore
rispetto a quello dell'acqua liquida alla stessa T e cio' e'
tassativamente dettato dalla sua struttura cristallina.
Se estendiamo P oltre un certo limite (non ricordo),
allora puo' avvenire la transizione ad una fase di ghiaccio
(anche qui non ricordo quale, ma c'e') avente densita'
maggiore della corrispondente fase liquida nelle stesse
condizioni di P e T.
Ciao
Patrizio

 varii di un dV?
Mantenendo la T costante = 0°C? No. Abbassando la temperatura si. Non
chiedermi di quanto perchè non ne ho idea.

 Se il ghiaccio ad espandersi o il contenitore a non farlo espandere?
Diciamo che ignorantemente (discussione nata tra questo mio dubbio e altre 
persone non molto più ferrate di me in materia) mi sfuggiva il fatto che, 
come mi hanno risposto su un forum, il congelamente dell'acqua dipende dalla 
pressione...in pratica l'acqua puà scendere anche a -2 -3 gradi senza 
ghiacciarsi, come avviene nei fondali marini o sul fondo di laghi di 
montaglia 

 riesce a romperlo?
Schianta il contenitore, perchč il diagramma di fase (pressione/stato)
č molto ripido,
con la pressione cambia poco. A -100C č appena 1% piů denso.
A meno che non sia in grado di reggere pressioni altissime, cioč Kbar.
In questo caso passi a altri tipi di ghiaccio, piů densi
http://www.uwgb.edu/dutchs/GRAPHIC0/ROCKMIN/PhaseDiagrams/IcePhase.gif


Prova a schiantare un contenitore di cemento armato con pareti di un
metro di spessore con 1 litro d'acqua.

 montaglia
Trovato!!!!!!!!!!!!!
Il calo del punto di congelamento è 1°C ogni130atmosfere.
In un lago di 1.300metri, l'acqua sul fondo congela a -1C. Valore
simile
per una bombola piuttosto robusta.
Conseguenza: non è vero che gli sci/pattini creino uno strato d'acqua
per compressione  (ce ne vuole tanta), come comunemente si dice, è
dovuto all'energia rilasciata dallo sfregamento.

Albert0 ha scritto:

quanto al calcolo della pressione esercitata in condizioni 
operative normali, avrei qualche perplessità sull'attendibilità 
della stima che ti da tanta sicurezza.
Se ragioniamo a modelli astratti, OK : dividi il peso del 
pattinatore per l'area dei coltelli e magari immagini che 
tocchino con l'intera superficie ben coplanare rispetto ad una 
superficie altrettanti liscia di ghiaccio levigato.
Se però cominci a metterci angoli di contatto imperfetti, 
granelli di polvere (anche di ghiaccio stesso), rugosità 
superficiali, solchi e quant'altro, penso diventi ovvio che 
localmente in certi punti (magari di scala di micron) le 
pressioni saranno abnormemente elevate mentre su vaste zone in 
apparente contatto praticamente si è lontani ALMENO varie volte 
la somma dei raggi di atomici degli atomi più prossimi (e quindi 
non ci sono forze rilevanti).
Quindi localmente la fusione avviene eccome.
Praticamente siccome il ghiaccio è rigido e l'acciaio anche 
avviene l'opposto del fenomeno di ripartizione della pressione 
che consente al fachiro di sdraiarsi su una moltitudine di 
chiodi (e che mi lascia cautamente prendere i ricci senza guanti).
C'è il classico esperimento del rigelo, col cavetto armonico con 
attaccati i pesi che taglia e attraversa un blocco di ghiaccio 
(che però si risalda appena passato il filo). O meglio, sui 
libri liceali c'è .... se poi magari è una bufala non saprei, ho 
sempre ritenuto di no.
ciao
Soviet_Mario


 dovuto all'energia rilasciata dallo sfregamento.
C'e' anche chi sostiene una spiegazione parzialmente alternativa,
cioe' che sulla superficie del ghiaccio, anche a temperature molto
basse, sarebbe naturalmente presente uno strato sottilissimo di
acqua liquida; cio' renderebbe conto del fatto che sul ghiaccio
e' molto piccolo anche il coefficiente di attrito statico.
Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani

 metro di spessore con 1 litro d'acqua.
???
In cemento comunque ha una sua elasticità.


Allora non è vero che schianta, come hai affermato te!
E comunque, benchè sia vero che ogni struttura ha sempre una sua
elasticità, in questo caso la puoi trascurare. Mica penserai che il
congelamento dell'acqua sia in grado di produrre una pressione
infinita, vero?

 simile per una bombola piuttosto robusta.
E' gia' qualcosa: finalmente si vede un numero...
Ma questo solo dato non basta: vedi fra poco.
Occupiamoci ora della prima domanda.
La risposta richhiede di considerare *tre* diversi parametri
dell'acqua:
1) IL coeff. di dilatazione termica a P costante:
a = (1/V)(dV/dT)_P
2) Il coeff. di compressibilita' isoterma:
k = -(1/V)(dV/dP)_T
3) Il coeff. di Clapeyron b = dP/dT all'equilibrio delle due fasi,
liquida e solida.
Se si conoscono a, k si puo' calcolare il coeff. di pressione:
w = (dP/dT)_V.
(Nota: i simboli sono miei, del tutto arbitrari.)
La relazione e'
w = a/k.
Dimostrazione:
Per avere V costante variando insieme T e P dovremo avere:
0 = dV = a*V*dT - k*V*dP
da cui dP/dT = a/k.
Notare che k e' sempre positivo (grazie al segno "meno" nella
definizione) mentre per l'acqua a 1 atm e sotto 4^C a<0. Ne segue w<0.
Ma anche b<0, e avremo possibilita' di solidificazione raffreddando a
V costante se e solo se |w|>|b| (fate un diagramma (T,P) per capirlo).
Ora occorrono i valori numerici. Secondo Albert0, b = -1.3e-7 Pa/K.
Io ho trovato un dato un po' diverso: -1.4.
Trovo poi:
k = 4.6e-10 Pa^(-1) a P = 1 atm, T non specificata
a = -1e-4 K^(-1) a P 1 atm, T = 273 K (valore grossolano).
Da qui vremmo
w = -2.2e5 Pa/K
e sembra dunque che sia |w|>|b|.
Quindi la transizione a solido *e' possibile*.
 
-- 
Elio Fabri

 
http://encarta.msn.com/media_461541579/Phase_Diagram_for_Water.html
non ho capito, cosa sarebbe il triple point ^_^;? 

 (che però si risalda appena passato il filo).
Però potremmo trovarci in una situazione diversa: siamo già al punto
di fusione
, cioè a 0.0°C, con le due fasi mescolate.
Che è cosa diversa dal sciogliere del ghiaccio per compressione a -2C
Nel primo scenario  forse basta una leggera pressione e il ghiaccio
fonde.
La risposta stà in dei calcoli con qualche dP, dV ecc

 Ma questo solo dato non basta: vedi fra poco.
Qui c'è un ricco elenco di parametri:
http://www.lsbu.ac.uk/water/anmlies.html

 non ho capito, cosa sarebbe il triple point ^_^;?
il punto in cui ghiaccio, acqua e vapore coesistono.
piu' esattamente, fase solida, liquida e gassosa.
ciao
luh
-- 
Satellite Computer HW&SW Multimedia Audio Video Foto Ottica
http://www.drl.it
 - 
http://www.derosaluciano.it
Leggi le FAQ di IHSatD:   
http://ihsatd.cjb.net
Togli    _NOSPAM_     per rispondere in privato


E' il "punto triplo". La figura stessa te lo spiega: il punto al quale
coesistono le tre fasi solido, liquido, gas.

 infinita, vero?
Hai anche il calcolo esplicito di Fabbri: 140atm/°C

 E' gia' qualcosa: finalmente si vede un numero...
Ne aggiungo qualcun altro;
Un diagramma di statodell' acqua, con dettaglio delle varei forme 
cristalline del ghiaccio è illustrato all'indirizzo 
http://ulisse.sissa.it/chiediAUlisse/domanda/2005/Ucau050806d001/
 a cura di 
Valentina Domenici Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale, Università 
di Pisa.
In sintesi: sono state identificate 12 fasi cristalline del ghiaccio 
d'acqua.
Il ghiaccio II si forma a temperature inferiori a 200 K e a pressioni 
attorno a 300 MPa, cristallizza a celle romboeddriche, ha una densità 
superiore a quella dell'acqua liquida: a pressione ambiente é di 1.17 g/cm3 
(contro 0.96 g/cm3 del ghiaccio *normale* che cristallizza nel sistema 
esagonale).
I riferimenti bibliografici indicati sono:
1. N. H. Fletcher, The Chemical Physics of Ice, Cambridge University Press, 
1970.
2. P. Krindel e I. Eliezer, "Coord. Chem. Rev.", 1971, vol. 3, pag. 217.
Pertanto la risposta alla domanda originaria di Cippe mi sembra sia 
semplicemente che il ghiaccio assume una delle forma cristalline (e quindi 
un volume) determinate dalla sua temperatura e pressione.
G. De M.
Granelli di sabbia: La fantascienza non racconta un pauroso futuro, ma 
l'insopportabile oggi
http://www.delosstore.it/librinuovi/scheda.php?id=24874
recensioni: 
http://www.fantascienza.com/magazine/libri/9611/

 Elio Fabri
ma |-2.2e5 Pa/K| è minore di |-1.3e7 Pa/K| , non maggiore.

 ma |-2.2e5 Pa/K| è minore di |-1.3e7 Pa/K| , non maggiore.
Grandioso!
Si puo' proprio dire che "ho dato i numeri"!
Dunque *non puo'*.
-- 
Elio Fabri

 V costante se e solo se |w|>|b| (fate un diagramma (T,P) per capirlo).
Però facendo il diagramma mi verrebbe da dire che la condizione per la
transizione liquido --> solido è |w| minore di |b|, non maggiore: se,
ad esempio, si parte da acqua liquida ad 1 atmosfera (~ 1e5Pa) e T +1°C e si riduce la T di 2°C, fino a -1°C, se l'acqua rimanesse
liquida, la pressione varierebbe di w*deltaT = (-2.2e5)*(-2) = 4.4e5
Pa.
Con tale incremento di pressione, però, il punto di fusione del
ghiaccio varia di: (4.4e5 Pa)/(-1.3e7Pa/°K) = - 3.4e(-2)°K = - 0.034°C
(variazione °K = variazione °C) quindi diventerebbe 0 - 0.034 = -
0.034°C. Perciò a -1°C l'acqua non potrebbe essere allo stato liquido.

 ...
Niente da dire: hai ragione.
Ho detto "guardate il diagramma" e poi l'ho guardato in modo sbagliato
:-<
Infatti se fosse |w| > |b| la transizione liquido --> solido si
avrebbe *aumentando* la temperatura, non diminuendola.
Il che, tra parentsi, mi suona cosi' assurdo che forse deve esserci
qualche ragione termodinamica per cui non puo' essere |w| > |b|/
Al momento pero' non la vedo...
BTW (tanto per avere ragione su qualche punto :-)) ) guarda che la
temperatura assoluta si misura in K (kelvin) che si scrive senza il
tondino, a differenza dei gradi Celsius.
 
-- 
Elio Fabri