¿Cómo varía la temperatura de congelación del agua con respecto a la presión?

Question

Sé que cuando la presión se reduce, la temperatura de ebullición del agua también se reduce. ¿Pero cómo afecta la presión al punto de congelación del agua?

En un ambiente de baja presión, ¿es la temperatura de congelación del agua más alta o más baja que $0\sideset{^{\circ}}{}{\mathrm{C}} \, ?$

Answer 1

Puedes echar un vistazo a este diagrama de fases de la presión y temperatura del agua:

Diagrama de fases tomado de la página web de Martin Chaplin, bajo licencia CC-BY-NC-ND. Esta página web es muy recomendable, con un montón de enlaces y artículos útiles.

Para referencia, el diagrama muestra un punto etiquetado como $`` \textbf{E} "$ para condiciones humanas bastante estándar, alrededor de $25\sideset{^{\circ}}{}{\mathrm{C}} ~ \left(\sim 77\sideset{^{\circ}}{}{\mathrm{F}}\right)$ y presión atmosférica normal.

La frontera de fase entre $\color{darkblue}{\textbf{Sólido Ih}}$ y $\color{green}{\textbf{Líquido}}$ representa las combinaciones de temperatura/presión en las cuales el agua coexiste entre agua líquida e hielo sólido. Esta frontera muestra que la temperatura de congelación es aproximadamente constante en un amplio rango de presiones, desde alrededor del punto triple (donde sólido, líquido y vapor pueden coexistir) y hasta una presión de aproximadamente $200 \, \mathrm{MPa} .$

Answer 2

Si disminuyes la presión, el punto de congelación del agua aumentará ligeramente. Desde 0° C a 1 atm de presión, aumentará hasta 0.01° C a 0.006 atm. Este es el punto triple del agua. A presiones por debajo de esto, el agua nunca estará líquida. Cambiará directamente entre la fase sólida y la fase gaseosa (sublimación). La temperatura para este cambio de fase, el punto de sublimación, disminuirá a medida que la presión se reduzca aún más.

Answer 3

Aquí hay un artículo interesante que muestra cómo el agua se congela a alta temperatura bajo presión

http://www.azom.com/news.aspx?newsID=8016

Aquí hay un extracto Sandia convierte agua en hielo en nanosegundos Publicado el 19 de marzo de 2007 a la 1:15 AM La enorme máquina Z de Sandia, que genera temperaturas más calientes que el sol, ha convertido el agua en hielo en nanosegundos.

“Las tres fases del agua tal como las conocemos —hielo frío, líquido a temperatura ambiente y vapor caliente— en realidad son solo una pequeña parte de los estados del agua,” dice el investigador de Sandia Daniel Dolan. “Comprimir el agua habitualmente la calienta. Pero bajo una compresión extrema, es más fácil para el agua densa entrar en su fase sólida [hielo] que mantener la fase líquida más energética [agua].” Sandia es un laboratorio de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear (NNSA por sus siglas en inglés).

“Aparentemente es virtualmente imposible evitar que el agua se congele a presiones superiores a 70,000 atmósferas,” dice Dolan.

Answer 4

Cuando se aplica una presión alta a un gas, se convierte en forma líquida. De manera similar, si se aplica más presión al líquido, la fuerza de atracción aumenta de tal manera que el líquido se convierte en estado sólido. A medida que la presión aumenta, también lo hace la tasa de cristalización, es decir, el punto de congelación también aumenta.

Answer 5

¿Qué sucede cuando el agua se convierte en hielo - se expande.

Con un cambio de presión aplica el principio de Le Châtelier - "Si un sistema en equilibrio se ve sometido a un cambio de presión . . . . . . . entonces el equilibrio se desplaza de tal manera que deshace el efecto del cambio".

Por lo tanto, en el caso de que el volumen de hielo sea mayor que el volumen de agua cuando se aumenta la presión, el sistema intenta reducir la presión convirtiendo el hielo en agua.