Visa fråga/svar

 

Värme [16785]

Fråga:
Hej! När vatten fryser så skall väl entropin öka, dvs oordningen hos omgivande atomer öka mer än ordningen hos hos atomerna i iskristallerna ökar, mätt i någon enhet, eftersom entropin naturligt ökar. Min fråga gäller underkylt regn. Detta vatten har en temperatur under noll grader celsius och borde ha frusit. Betyder det att "oordningsvinsten" av någon anledning är för liten, mindre än "ordningsförlusten" och att vattnet därför kvarstår i flytande tillstånd, eler är det så att oordningen mer väntar på att få tillfälle att realiseras, att fryskärnorna saknas och att entropin "vill öka" men kan inte i brist på möjligheter för vattnet att frysa. nur fungerar formlerna för entropi, entalpi, fri energi, inre energi o s v för underkylt regn??
/Thomas Å, Arlandagymnasiet, Märsta

Svar:
Tomas! Jag tror inte man lär sig mycket med att blanda in entropi. Jag tycker att en enkel modell för hur ett fenomen fungerar mikroskopiskt är bättre än den makroskopiska, matematiska och väldigt teoretiska termodynamiken. Låt oss först se vad underkylning är.

Rent vatten fryser inte omedelbart vid 0oC. Vattnet kan kylas till flera minusgrader och fortfarande vara flytande. En störning (omskakning, om man tillsätter t.ex. sand) får en del av det underkylda vattnet att frysa. Resultatet blir emellertid inte stora fina iskristaller utan vattenblandat snömos. Anledningen till att inte allt det underkylda vattnet fryser är att man måste bortföra värmeenergi för att bilda is från vatten och denna energi upptas av det vatten som blir kvar. För att frysa hela vattenmassan behöver man bortföra energi till omgivningen genom ytterligare kylning.

Nedan finns en video från länk 1 som visar hur underkylt vatten fryser när man rör om i glaset.

Förklaringen till effekten är helt analog med överhettat vatten (se fråga 14395 nedan) och övermättad vattenånga. Det finns hinder att gå från ett aggregationstillstånd till ett annat. Dels kan det vara att små enheter av den nya aggregationstillståndet inte är stabila (små bubblor i kokande vatten, små vattendroppar som kondenseras i vattenånga, små nybildade iskristaller i vatten). Dels kan det finnas en energibarriär som måste övervinnas - ytspänningen i vattnet skapar t.ex. en barriär som motverkar bildandet av små bubblor.

Små fasta partiklar kan i alla ovanstående exempel hjälpa till som kondensationskärnor. Aerosolpartiklar är ju t.ex. mycket viktiga som kondensationskärnor vid molnbildning. Det är inte svårt att förstå att sannolikheten att två fria vattenmolekyler slår sig ihop är ganska liten, medan det går mycket lättare om de har en yta den kan klibba fast vid. Denna effekt anses även viktig när stjärnor och planeter bildas ur interstellära moln av gas och stoft.

Se vidare fråga 16786 nedan, Supercooling och Underkylt_regn .
/Peter E

Se även fråga 14395 och fråga 16786

Nyckelord: vatten/is [33]; aerosol [3];

1 http://quadpoint.org/articles/supercooling

*

 

 

Frågelådan innehåller 7234 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2018-02-13 11:37:39.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.