Точка промерзания
Достоверно указать местонахождение этой точки в конструкции непросто. Вычисляется она приблизительно, на основе математических расчётов и температурных графиков. Возьмем, к примеру, стену любого дома. Какой бы толщины она не была — всегда найдется точка, где уличный температурный «минус» меняется на домашний «плюс». Стена дома служит барьером для проникновения мороза внутрь, и существует некая граница, где отрицательная температура переходит в положительную, соответственно минуя «нулевое» значение. Именно эта точка прохождения нулевого значения и называется «точка промерзания».
До наступления эпохи применения минеральных утеплителей, точка промерзания всегда
находилась внутри стены. Именно поэтому была необходимость строительства стен «метровой
толщины». Такая «стеночка» не только от татаро-монгольских набегов
убережет, но и остыть дому не даст. И если стены еще можно утеплить за счет
толщины, то, как быть с крышей — ее же нельзя бесконечно утяжелять! Таким
образом, несмотря на солидность, толстыми стенами особого эффекта не добиться.
Использование современных утеплителей позволило «вынести» данную точку за
наружную границу стены. При этом дом, превращается в своеобразный термос: в
холод — тепло, в жару – прохладно. Теплоизоляционное покрытие позволяет дому
свободно «дышать» и, в отличие от обычного термоса, избыточная
эксплуатационная влажность зданию не грозит. При этом теплоизоляционный
комплекс не пропускает вглубь стены атмосферную влагу. Ставим ли мы чайник,
моем полы или купаемся — любое из этих действий наполняет наше жилище влажностью.
Покинуть наш дом она в состоянии только через дверные, оконные и вентиляционные
проёмы, а так же непосредственно через сами стены и потолок. Любая из этих
конструкций, при нарушении газообмена, покрывается капельками влаги. Постоянная
влажность приводит к появлению плесени, грибковых образований, разрушению
поверхности. Бороться с данным явлением призваны вентиляционная система и
«дышащие» поверхности. Кроме повышения температуры внутренней стены,
теплоизоляция защищает наружную поверхность от перепада температур.
Теплоизоляция на основе базальтовых волокон призвана служить теплохранителем конструкций, но если влага сумеет найти дорожку к тепловой защите, то в лучшем случае, изоляция потеряет свои свойства, а в худшем — станет источником новых проблем. Так что всевозможные минеральные (минераловатные) плиты и маты нужно уберечь от сырости и влажности при помощи специальных
Для предотвращения проникновения пара изнутри здания в конструктив — используют гидрофобные краски, полиэтилен высокой прочности или пленку (иногда армированную алюминиевой фольгой). Все эти преграды способны защитить несущую конструкцию от проникновения внутренней влаги. От пронзительного ветра, стена дома защищена теплоизоляционным материалом с заданными свойствами. Жесткая или полужесткая минеральная плита не только примет на себя порывы ветра, но и сможет минимизировать так называемые «мостики холода», образованные металлическими направляющими, которые обладают достаточно высокой теплопроводностью.
Современная теплоизоляция — это не только экономия стенового материала и снижение трудоемкости, это качественно новый подход к решению «холодной» проблемы.
Глубина промерзания грунта в Подмосковье
Из данной статьи вы узнаете, что собою представляет понятие глубины промерзания грунта и почему его необходимо учитывать при проектировании фундаментов.
Мы рассмотрим нормативные величины ГПГ для разных регионов России и узнаем, как определить фактическую и расчетную величину глубины промерзания почвы согласно действующим нормативам СНиП.
Оглавление:
Глубина промерзания грунта (ГПГ) — нормативное понятие, которое описывает среднестатистическую глубину, на которою почва промерзает в холодное время года.
Для расчета глубины промерзания берется среднестатистический показатель сезонного промерзания в конкретном регионе за последние 10 лет.
Рис. 1.0: Карта нормативной глубины промерзания почвы в разных регионах России
Уровень промерзания почвы — одна из основных величин, которые учитываются при проектировании фундаментов любого типа. Если в основе расчетов будет лежать неправильный показатель ГПГ, либо данный фактор будет не учитываться вообще, проектировщик не сможет рассчитать требуемую глубину заложения фундамента.
Важно учесть! Плитные и ленточные фундаменты, не обладающие достаточной глубиной заложения, отличаются чрезмерной подверженностью воздействиям морозного пучения почвы — они неустойчивы, подвержены деформациям и разрушениям.
Рис. 1.1: Характерный признак неправильно рассчитанной глубины заложение фундамента и, как следствие, повреждение здания под воздействием пучения грунта
Морозное пучение происходит в промерзших пластах почвы, пропитанных влагой. Грунтовые воды, при замерзании, склонны к увеличению своего объема на 2-9%, в результате такого расширения пропитанная водой почва начинает подниматься вверх и давить на фундамент здания, оказывая на него выталкивающее воздействие.
Важно! Чтобы избежать негативных влияний пучения, ленточные и плитные фундаменты должны закладываться ниже глубины промерзания почвы.
При таком расположении основание полностью лишено воздействия вертикальных сил пучения (выталкивающего давление почвы, находящейся под фундаментной лентой). Фундамент подвергается лишь касательному пучению (в результате трения стенок основания и боковых пластов пучинистой почвы), влияние которого можно устранить с помощью обустройства уплотняющей отсыпки по периметру стенок фундамента.
Рис 1.2: Схема промерзания участка застройки
Перед началом любого строительства, проводящегося на пучинистых грунтах, необходимо выяснить ГПГ в конкретном регионе, чтобы в дальнейшем иметь возможность подобрать оптимальную глубину заложения фундамента.
Внимание! Как неправильный расчет нагрузки на фундамент может привести к большим финансовым потерям: ссылка.
Глубина промерзания СНИП
ГПГ — величина, которую без наличия специального оборудования невозможно определить непосредственно перед началом строительства, поскольку ее расчеты требуют предварительного анализа конкретной местности на протяжении более чем 10-ти лет. В строительной практике, для определения глубины промерзания, используются нормативные данные о ГПГ и базовая информация для ее расчета, заложенная в документах СНиП.
До недавнего времени основным документом, в котором были приведены данные о глубине промерзания грунта, являлся СНиП № 20101-82 «Климатология и геофизика строительства», и сопутствующие ему карты разных регионов Российской Федерации.
| Важное замечание! С недавних пор данный нормативный документ был разделен на две отдельные справки — СНИП № 20201-83 «Фундаменты зданий о сооружений» и СНИП № 2301-99 «Климатология строительства». |
В данный документах приведены среднестатистические показатели глубины промерзания почвы для конкретных регионов РФ, ознакомится с которыми вы можете в таблице 1.1
| Город | Сезонная глубина промерзания разных видов почвы (см) | ||
|---|---|---|---|
| Глиняный грунт и суглинок | Супеси и мелкие сухие пески | Крупные и гравелистые пески | |
| Ярославль | 143 | 174 | 186 |
| Архангельск | 156 | 190 | 204 |
| Челябинск | 173 | 211 | 226 |
| Вологда | 143 | 174 | 186 |
| Тюмень | 173 | 210 | 226 |
| Екатеринбург | 157 | 191 | 204 |
| Сургут | 222 | 270 | 290 |
| Казань | 143 | 175 | 187 |
| Саратов | 119 | 144 | 155 |
| Курск | 106 | 129 | 138 |
| Санкт-Петербург | 98 | 120 | 128 |
| Москва | 110 | 134 | 144 |
| Самара | 154 | 188 | 201 |
| Нижний Новгород | 145 | 176 | 189 |
| Рязань | 136 | 165 | 177 |
| Новосибирск | 183 | 223 | 239 |
| Ростов на Дону | 66 | 80 | 86 |
| Орел | 110 | 134 | 144 |
| Псков | 97 | 118 | 127 |
| Пермь | 159 | 193 | 207 |
Таблица 1.
1: Нормативная глубина промерзания почвы в разных городах России
Косвенным фактором, влияющим на ГПГ, является толщина снежного покрова, которым укрыт грунт — чем он толще, тем меньшей будет глубина промерзания. Стоит учитывать, что данные, указанные в нормативных таблицах СНИП, не учитывают толщину снежного покрова, поэтому фактическая величина ГПГ в регионе всегда будет меньшей, чем глубина, указанная в таблице 1.1.
Рис. 1.3: Схема зависимости ГПГ от толщины снежного покрова
Важное замечание! Всем домовладельцам, сталкивающимся с проблемой пучения почвы, стоит помнить о том, что они сами себе могут доставить дополнительных неприятностей, очищая снег и формируя сугробы возле стен дома.
Неравномерное пучение, которое происходит в местах, где почва обладает разной глубиной промерзания, крайне негативно сказывается на состоянии фундамента — из-за различных выталкивающих сил, воздействующих на фундаментную ленту, основание дома перекашивается, в результате чего возникают трещины на стенах и цоколе. Если вы очищаете снег вокруг постройки — делайте это по всем периметру здания, и не формируйте сугробы возле одной из стен дома.
Глубина промерзания грунта в Подмосковье
Как свидетельствуют отзывы опытных строителей, свыше 80% грунтов в Москве и области представлены пучинистой почвой — суглинком, глиной, песками, супесями. При строительстве домов на таких грунтах крайне важно учитывать глубину их промерзания, поскольку фундамент, заложенный выше требуемого уровня, не будет обладать ожидаемой от него надежностью и долговечностью.
ГПГ в Подмосковье варьируется достаточно сильно — от 90 до 200 сантиметров. Такие колебания обусловлены разной плотностью грунтов — чем большая плотность, и чем выше уровень залегания грунтовых вод, тем сильнее будет промерзать почва.
Среднестатистической расчетной величиной ГПГ, учитываемой при строительстве зданий в Подмосковье, принято считать 140 сантиметров. Более детальные показатели для разных городов Подмосковья вы можете увидеть в таблице 1.
2.
| Город | Сезонная глубина промерзания почвы (см) |
|---|---|
| Дубна | 150 |
| Талдом | 130 |
| Сергиев Посад, Александров | 140 |
| Орехово-Зуево | 130 |
| Егорьевск | 130 |
| Коломна | 110 |
| Ступино | 120 |
| Серпухово | 100 |
| Обнинск | 110 |
| Балабаново | 110 |
| Можайск | 125 |
| Волоколамск | 120 |
| Клин, Солнечногорск | 120 |
| Звенигород, Истра | 110 |
| Наро-Фоминск | 125 |
| Чехов | 120 |
| Воскресенск | 110 |
| Павловский Посад, Ногинск, Пушкино | 110 |
| Дмитров | 140 |
| Пушкино, Щепково, Балашиха | 150 |
| Одинцово, Болицыно, Кубинка | 140 |
| Подольск, Домодедово, Люберцы | 100 |
| Железнодорожный | 110 |
| Мытища, Лобня | 140 |
Таблица 1.
2: Глубина промерзания грунта в Московской области
Внимание! Почему пучение способно разрушить ваше будущее строение:как обезопасить себя
Расчетная глубина промерзания грунта
Расчетная величина ГПГ, согласно нормативам СНИП, определяется по формуле: h = √M*k, в которой:
- М — сумма максимальных показателей минусовых температур в холодное время года;
- k — коэффициент, отличающийся для разных видов грунтов.
Величина коэффициента, использующегося в расчетной формуле, составляет:
- 0,23 — для глинистой почвы и суглинков;
- 0,28 — для пылеватой и мелкой песчаной почвы, супесей;
- 0,3 — для средне крупных гравелистых и крупных песков;
- 0,34 — для почвы с вкраплениями крупнообломочных горных пород.
Для примера, определим расчетную величину ГПГ для Вологды. Данные среднемесячных минусовых температур для этого города мы можем взять в документе СНИП № 2101.
99.
Для Вологды она составляет:
Из данной таблицы мы определяем значение M — для этого нам нужно суммировать показатели месяцев, обладающих минусовыми температурами.
- M = 11,6 + 10,7 + 5,4 + 2,9 + 7,9 = 38,5.
Теперь нам нужно извлечь квадратный корень из получившейся величины:
Что позволяет выполнить расчеты согласно основной формуле, учитывая коэффициент типа грунта, на котором будут выполняться строительные работы. Для примера используем коэффициент суглинистой почвы, он равен 0,23.
В результате мы получаем расчетную величину промерзания суглинистой почвы в Вологде равную 143 сантиметрам. Аналогичным образом расчеты выполняются для любых видов почв в других городах России.
Как определить реальную глубина промерзания грунта
Внимание! Фактические и нормативные показатели ГПГ всегда будут отличаться между собой из-за ряда сопутствующих факторов, таких как толщина снега и льда, которыми укрыт грунт.
Рис.
1.4: Нормативная глубина промерзания грунта в РФ (данные на 2006 год)
Для определения реальной глубины промерзания используется специальный прибор — мерзлотомер. Данное устройство представляет собою обсадную трубку, внутри которой размещен наполненный водой шланг с внутренними ограничителями передвижения льда. На шланг нанесена сантиметровая разметка.
Мерзлотомер погружается в грунт на глубину, равную фактической величине ГПГ (все измерения проводятся в холодное время года). Вода в трубке мерзлотомера превращается в лед на участке, где с прибором контактирует промерзшая почва.
Рис. 1.5: Фактическая глубина промерзания почвы в РФ
Спустя 10-12 часов после погружения устройства в почву шланг с водой изымается из обсадной трубки и по замершему участку воды определяется реальная глубина промерзания почвы.
Наши услуги
Услуги компании «Богатырь» это забивка свай и лидерное бурение. Мы имеем собственный автопарк бурильно-сваебойной техники и готовы поставлять сваи на объект с дальнейшим их погружением на строительной площадке.
Цены на забивку свай представлены на странице: цены на забивку свай. Для заказа работ по забивке железобетонных свай, оставьте заявочку.
Глубина промерзания грунта в Новосибирске. Как промерзает грунт
Как происходит промерзание грунта?
Каждую зиму грунт промерзает на некоторую глубину, при этом содержащаяся в грунте вода замерзает, превращается в лед и расширяется, тем самым, увеличивая объем грунта. Этот процесс называется пучение грунта. Увеличиваясь в объеме, грунт действует на фундамент дома, сила этого воздействия может быть очень велика и составлять десятки тонн на квадратный метр поверхности фундамента. Воздействие такой силы может двигать фундамент, нарушая нормальное положение всего здания. Таким образом, промерзание грунта оказывает негативное влияние. Для того, чтобы силы пучения не действовали на основание фундамента, нужно его закладывать на глубину ниже глубины промерзания.
От чего зависит глубина промерзания грунта?
Глубина промерзания грунта в Новосибириске: 2,20м — 2,42м
Глубина промерзания грунта зависит, во-первых, от типа грунта: глинистые грунты промерзают чуть меньше песчаных, потому что обладают большей пористостью. Пористость глины колеблется от 0,5 до 0,7, в то время как пористость песка — от 0,3 до 0,5.
Во-вторых, глубина промерзания зависит от климатических условий, а именно от среднегодовой температуры: чем она ниже, тем больше глубина промерзания.
Нормативные глубины промерзания (по данным СНиП) в сантиметрах для разных городов и типов грунта представлены ниже в таблице.
Глубина промерзания грунта в Новосибирке составляет:
для глинистых грунтов (глина, суглинок) — 2,20 м
для песчаных грунтов (песок, супесь) — 2,42 м
Фактические глубины промерзания на самом деле будут отличаться от нормативных, приведенных в СНиП, потому что нормативные данные приведены для самого плохого случая — отсутствие снежного покрова. Нормативная глубина промерзания грунта, представленная в этой таблице, — это максимальная глубина. Снег и лед – хорошие теплоизоляторы, и наличие снежного покрова уменьшает глубину промерзания. Под домом грунт так же промерзает меньше, тем более, если дом отапливается круглый год. Таким образом, реальная глубина промерзания земли может быть на 20-40% меньше нормативной.
Как уменьшить влияние промерзания грунта?
Промерзание грунта можно уменьшить: для этого грунт вокруг дома утепляют. Лента хорошего утеплителя шириной 1-2 метра, уложенная вокруг дома, способна обеспечить минимальную глубину промерзания грунта, окружающего фундамент дома. Благодаря такому приему возможно заложение мелкозаглубленных фундаментов, которые закладываются на глубину выше глубины промерзания, но благодаря утеплению грунта остаются устойчивыми.
| Суглинки и глина | |||||
| Супесь, пески мелкие и пылеватые | |||||
| Пески гравелистые, крупные и средней крупности | |||||
| Крупнообломочные грунты | |||||
| * Значения нормативной глубины сезонного промерзания грунта рассчитаны
для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м. (п. 5.5.3 (
СП 22.13330.2011)) Нормативная глубина промерзания грунта в районах, где dfn > 2,5 м, а также в горных районах (где резко изменяются рельеф местности, инженерно-геологические и климатические условия), должна определяться теплотехническим расчетом в соответствии с требованиями СП 25.13330. |
|||||
| ** Глубина заложенных труб, считая до низа, должна быть на 0,5 м больше расчетной глубины проникания
в грунт нулевой температуры. При прокладке трубопроводов в зоне отрицательных температур материал труб и элементов стыковых соединений
должен удовлетворять требованиям морозоустойчивости. (п. 11.40
СП 31.13330.2012) Примечание — Меньшую глубину заложения труб допускается принимать при условии принятия мер, исключающих: замерзание арматуры, устанавливаемой на трубопроводе; недопустимое снижение пропускной способности трубопровода в результате образования льда на внутренней поверхности труб; повреждение труб и их стыковых соединений в результате замерзания воды, деформации грунта и температурных напряжений в материале стенок труб; образование в трубопроводе ледяных пробок при перерывах подачи воды, связанных с повреждением трубопроводов. |
|||||
| *** Наименьшую глубину заложения канализационных трубопроводов необходимо определять теплотехническим
расчетом или принимать на основании опыта эксплуатации сетей в данном районе. (п. 6.2.4
СП 32.13330.2012 ) При отсутствии данных минимальную глубину заложения лотка трубопровода допускается принимать для труб диаметром до 500 м — 0,3 м, а для труб большего диаметра — 0,5 м менее большей глубины проникания в грунт нулевой температуры, но не менее 0,7 м до верха трубы, считая от поверхности земли или планировки (во избежание повреждения наземным транспортом). |
|||||
Карта промерзания грунтом Москвы и области
В разных районах области глубина промерзания грунта будет различной. Это обусловлено отличием видов грунта, климата, уровня грунтовых вод, зеленых насаждений, количества осадков в зимний период, рельефа. Поэтому глубина промерзания постоянно изменяется.
Глубина промерзания грунта в Московской области
В зависимости от всех вышеперечисленных факторов определяется глубина промерзания, которая для Московской области составляет 0,5-1,8 м. Такие разные границы обусловлены разнообразием почв, которые имеют ряд закономерностей:
- плотный грунт промерзает глубже;
- влажная почва промерзает быстро и глубоко;
- сухое основание промерзает меньше.
Нормативные акты не предусматривают единой усредненной глубины промерзания, но обычно для расчетов берут показатель в 1,4 м. Его получают при расчете глубины по формуле из СП, он имеет достаточно большой запас.
На самом деле глубина варьируется в пределах 1 м, при этом на западе показатель составляет порядка 65 см в самых неблагоприятных условиях, а на севере и востоке в среднем показатель составляет 75 см. Даже при самых сложных условиях – мороз, мало снега, влажный грунт – этот показатель не превышает 1,5 м.
В окрестностях Москвы встречаются практически все типы грунтов, кроме IV категории. Поэтому точное значение глубины промерзания грунта может рассчитать только специалист – геолог, геодезист, проектировщик. Приблизительные показатели приведены в нормативных документах. Здесь есть карта промерзания грунта, а также приблизительная глубина для крупных городов.
Где применяются данные о промерзании грунта?
В зависимости от глубины промерзания грунта предусматривается прокладка трубопровода. Также этот показатель учитывают при проектировании фундаментов. Если они будут заглублены недостаточно, будет происходить их промерзание, при этом разрушение произойдет намного быстрее, чем предусмотрено проектом. В грунте содержится вода, которая при замерзании расширяется. Кроме того, в бетонных фундаментах присутствуют поры, которые заполняются влагой и водой. Капиллярные трещины также заполняются влагой, и в результате множественных циклов замораживания и оттаивания (которые происходят в течение одной зимы) происходит значительное снижение прочности. Для свайных стальных фундаментов такие воздействия не так страшны.
Чтобы защитить столбчатый или ленточный фундамент от промерзания, предусматривается создание утепленной отмостки. Если утепление не предусматривается, фундамент закладывают на 100 мм ниже уровня промерзания в песчаных грунтах, на 250 мм ниже для остальных типов основания. Если эти условия не соблюдаются, происходят осадки здания, что приводит к деформациям и отказу от нормальной эксплуатации.
Глубина промерзания грунта / Фундамент / Каркасный дом своими руками
Каждую зиму грунт промерзает на некоторую глубину. При этом содержащаяся в грунте вода замерзает, превращается в лед и расширяется, тем самым, увеличивая объем грунта. Этот процесс называется пучением грунта. Увеличиваясь в объеме, грунт действует на фундамент дома. Сила этого воздействия может быть очень велика и составлять десятки тонн на квадратный метр поверхности фундамента. Воздействие такой силы может двигать фундамент, нарушая нормальное положение всего здания. Таким образом, промерзание грунта оказывает негативное влияние. Для того, чтобы силы пучения не действовали на основание фундамента, нужно его закладывать на глубину ниже глубины промерзания.
Глубина промерзания грунта зависит, во-первых, от типа грунта: глинистые грунты промерзают чуть меньше песчаных, потому что обладают большей пористостью. Пористость глины колеблется от 0,5 до 0,7, в то время как пористость песка — от 0,3 до 0,5.
Во-вторых, глубина промерзания зависит от климатических условий, а именно от среднегодовой температуры: чем она ниже, тем больше глубина промерзания.
Нормативные глубины промерзания (по данным СНиП) в сантиметрах для разных городов и типов грунта представлены в таблице.
| Город | глина, суглинки | пески, супеси |
| Архангельск | 160 | 176 |
| Астрахань | 80 | 88 |
| Брянск | 100 | 110 |
| Волгоград | 100 | 110 |
| Вологда | 140 | 154 |
| Воркута | 240 | 264 |
| Воронеж | 120 | 132 |
| Екатеринбург | 180 | 198 |
| Ижевск | 160 | 176 |
| Казань | 160 | 176 |
| Кемерово | 200 | 220 |
| Киров | 160 | 176 |
| Котлас | 160 | 176 |
| Курск | 100 | 110 |
| Липецк | 120 | 132 |
| Магнитогорск | 180 | 198 |
| Москва | 120 | 132 |
| Набережные Челны | 160 | 176 |
| Нальчик | 60 | 66 |
| Нарьян Мар | 240 | 264 |
| Нижневартовск | 240 | 264 |
| Нижний Новгород | 140 | 154 |
| Новокузнецк | 200 | 220 |
| Новосибирск | 220 | 242 |
| Омск | 200 | 220 |
| Орел | 100 | 110 |
| Оренбург | 160 | 176 |
| Орск | 180 | 198 |
| Пенза | 140 | 154 |
| Пермь | 180 | 198 |
| Псков | 80 | 88 |
| Ростов-на-Дону | 80 | 88 |
| Рязань | 140 | 154 |
| Салехард | 240 | 264 |
| Самара | 160 | 176 |
| Санкт-Петербург | 120 | 132 |
| Саранск | 140 | 154 |
| Саратов | 140 | 154 |
| Серов | 200 | 220 |
| Смоленск | 100 | 110 |
| Ставрополь | 60 | 66 |
| Сургут | 240 | 264 |
| Сыктывкар | 180 | 198 |
| Тверь | 120 | 132 |
| Тобольск | 200 | 220 |
| Томск | 220 | 242 |
| Тюмень | 180 | 198 |
| Уфа | 180 | 198 |
| Ухта | 200 | 220 |
| Челябинск | 180 | 198 |
| Элиста | 80 | 88 |
| Ярославль | 140 | 154 |
Фактические глубины промерзания на самом деле будут отличаться от нормативных, приведенных в СНиП, потому что нормативные данные приведены для самого плохого случая — отсутствие снежного покрова. Нормативная глубина промерзания грунта, представленная в этой таблице, — это максимальная глубина. Снег и лед – хорошие теплоизоляторы, и наличие снежного покрова уменьшает глубину промерзания. Под домом грунт так же промерзает меньше, тем более, если дом отапливается круглый год. Таким образом, реальная глубина промерзания земли может быть на 20-40% меньше нормативной.
Промерзание грунта можно уменьшить: для этого грунт вокруг дома утепляют. Лента хорошего утеплителя шириной 1,5-2 метра, уложенная вокруг дома, способна обеспечить минимальную глубину промерзания грунта, окружающего фундамент дома. Благодаря такому приему возможно заложение мелкозаглубленных фундаментов, которые закладываются на глубину выше глубины промерзания, но благодаря утеплению грунта остаются устойчивыми.
Уровень грунтовых вод
Грунтовые воды – это первый от поверхности земли подземный водоносный слой, который залегает выше первого водоупорного слоя. Они оказывают негативное воздействие на свойства грунта и фундаменты домов, уровень грунтовых вод необходимо знать и учитывать при заложении фундамента.Пучинистый грунт
Пучинистый грунт – это такой грунт, который подвержен морозному пучению, при промерзании он значительно увеличивается в объеме. Силы пучения достаточно велики и способны поднимать целые здания, поэтому закладывать фундамент на пучинистом грунте без принятия мер против пучения нельзя.Силы морозного пучения грунтов
Морозное пучение – это увеличение объема грунта при отрицательных температурах, то есть зимой. Происходит это из-за того, что влага, содержащаяся в грунте, при замерзании увеличивается в объеме. Силы морозного пучения действуют не только на основание фундамента, но и на его боковые стенки и способны выдавить фундамент дома из грунта.Расчет фундамента для дома: нагрузка на фундамент и грунт
На этапе проектирования будущего дома в числе прочих расчетов необходимо выполнить расчет фундамента. Цель этого расчета – определить, какая нагрузка будет действовать на фундамент и грунт, и какой должна быть опорная площадь фундамента. Для того, чтобы определить суммарную нагрузку на фундамент, необходимо посчитать вес будущего дома со всеми эксплуатационным нагрузками (проживающими там людьми, мебелью, инженерным оборудованием и т.п.)Несущая способность грунтов Несущая способность грунтов – это его основанная характеристика, которую необходимо знать при строительстве дома, она показывает какую нагрузку может выдержать единица площади грунта. Несущая способность определяет, какой должна быть опорная площадь фундамента дома: чем хуже способность грунта выдерживать нагрузку, тем больше должна быть площадь фундамента.
Читайте так же:
Глубина промерзания грунта
Глубина промерзания грунта – это глубина замерзающей почвы в холодный период года в регионах с отрицательной температурой воздуха (от 0 и ниже). Эта величина является важнейшим показателем, который необходимо учитывать при возведении любых новых строений – от частных домов до высотных зданий. Глубина промерзания грунта в разных природно-климатических зонах будет отличаться. Поэтому для каждой отдельно взятой географической местности рассчитывается своя норма.
Факторы, влияющие на показатель глубины промерзания грунта:
- Климат региона.
- Наличие близости уровня подземных вод.
- Тип грунта.
От климатических условий региона, от его погодных условий и количества осадков зависит точка промерзания грунтов. Так, например, уровень промерзания земли в Архангельске равен 1,60 м (для глинистых почв) и 1,76 м (для песчаных). А глубина промерзания в Брянской области – от 1,00 до 1,10 м.
Также перед началом фундаментных работ следует определить тип грунта вашего участка. Проанализировать насколько он плотен или сыпуч, каков его вид – глинистый, песчаный, торфяной, скальный, суглинок или хрящевой. От результатов этих исследований будет меняться показатель промерзания почвы и, соответственно, предъявляться индивидуальные требования к нормам закладки фундамента и застройки в целом.
Наличие близости уровня подземных вод – это наиболее неблагоприятное явление, оказывающее негативное влияние на стабильность состояния грунта. В период морозов земля промерзает на установленную для данного региона специалистами глубину, достигнув же водоносного слоя, происходит образование льда. Как следствие возникает дополнительное вздутие почвы, растяжение и сжатие грунтов.
Это обстоятельство считается не настолько плачевным, если точка замерзания земли находится выше (т.е. ближе к поверхности) отметки почвенных вод. Серьезная проблема возникает в случае, когда промерзший грунт гораздо глубже подземных потоков.
Виды грунтов
- Песчаный вид почвы отлично пропускает воду и не повержен деформации. Однако, находясь в разных стадиях плотности – теряет уровень прочности, проседая под давлением дома.
- Наиболее надежный грунт, состоящий из цельного массива – скальный. Он не деформируется и не промерзает. На скальной почве фундамент возможно возводить, не углубляясь, непосредственно на поверхности.
- Хрящевая почва, являющаяся смесью гравия, обломков камней и хряща, также устойчива к размытию и пучению, однако нормативная документация СНИП требует углубление цоколя не менее чем на 0,5 метра.
- Глинистый тип грунта не пропускает воду, легко поддается размытию, образует комки, глубоко промерзает. Чтобы избежать такого неприятного последствия, как промерзание фундамента и деформация основы всего цоколя, в данном случае важно проводить фундаментные работы, углубляясь ниже точки промерзания земли.
- Торфяная почва максимально подвержена нагрузкам, она сжимается и неравномерно промерзает. Она состоит из смеси органики, глины и песочных масс, поэтому не рекомендована для возведения на ней каких-либо строений.
Способы устранения неблагоприятных факторов, влияющих на глубину промерзания грунтов
Существуют многочисленные способы устранения нежелательных последствий при промерзании почв:
- Работы по прокладке дренажных канав.
- Осушение почвы.
- Утепление цоколя.
- Посадка кустарников по периметру фундамента и др.
Исследовать почву самостоятельно и принять грамотное решение о закладке фундамента крайне сложно. Ведь от прочности и надежности такой важнейшей конструкции, как фундамент, зависит дальнейшая судьба всего дома. Обратившись к специалистам в компанию «Вовкина деревня», вашей выгодой станет крепкое здание, устойчивое к всевозможным неблагоприятным природным явлениям, которое убережет ваш бюджет от внеплановых сложных ремонтов цоколя и дома целиком.
Сезонная нормативная глубина промерзания грунтов СНИП
Верная закладка основы фундамента – залог долголетия построенного дома. Это гарант прочности и геометрической стабильности всего здания. При строительстве необходимо учитывать 2 закона:
- Нижняя точка цоколя никогда не должна быть выше уровня промерзания почвы в самые морозные месяцы года.
- Закладываемый вами фундамент должен твердо стоять на грунте, который характерен высоким уровнем несущей способности.
Промерзание грунта СНИП
Для определения величин промерзания геологами и инженерами разработаны и собраны воедино карты, положения, правила закладки фундамента и нормативы, которыми следует руководствоваться при застройке.
СНИП (сокр.-строительные нормы и правила) – основополагающая база для архитектурно-строительных компаний, проектных организаций и конструкторских бюро. В документации СНИП подготовлены все необходимые требования и знания о возведении прочного, длительного в эксплуатации строения. Опираясь на эту документацию, нормативное (сезонное) промерзание грунта СНИП будет зависеть от ответов на следующие вопросы:
- Что вы строите – загородный дом, АЗС, торгово-развлекательный центр или др.
- Каковым будет общее давление на подошву фундамента. На какую величину углублены соседние здания и коммуникации.
- План рельефа территории застройки сегодня и будет ли он изменен.
- Геологические и инженерные условия проектируемого дома – от характеристики грунта, пластования почвы до карманов выветривания.
- Наличие гидрогеологических параметров на территории застройки.
- Каков уровень глубины промерзания грунта.
Воспользовавшись услугой компании «Вовкина деревня», вам станут доступны все необходимые знания об участке, различные варианты проведения строительных работ, а именно:
- Наличие водоносных слоев под землей, их глубина и возможное влияние на качество цокольной закладки
- Глубина промерзания грунта (Брянск, Вологда, Нижний Новгород, Астрахань и др. городов РФ)
- Методы устранения проблемных ситуаций, связанных с недостатками грунта
- Способы утепления и укрепления стен цокольной части здания при таковой необходимости.
Точка плавления, точка замерзания, точка кипения
Точка плавления, точка замерзания, Температура кипения
Температура плавления и замерзания Путевая точка
Чистые кристаллические твердые вещества имеют характеристическую температуру плавления , температура, при которой твердое вещество плавится и превращается в жидкость. Переход между твердым а жидкость настолько острая для небольших образцов чистого вещества, что точки плавления могут быть измеренным до 0.1 o C. Температура плавления, например, твердого кислорода составляет -218,4 o С.
Жидкости имеют характерную температуру, при которой они превращаются в твердые вещества, известную как их точка замерзания . Теоретически температура плавления твердого тела должна быть то же, что и точка замерзания жидкости. На практике небольшие различия между этими количества можно наблюдать.
Трудно, если не невозможно, нагреть твердое тело выше его точки плавления, потому что тепло, которое входит в твердое тело при его температуре плавления, используется для преобразования твердого вещества в жидкость.Однако возможно охлаждение некоторых жидкостей до температур ниже их точки замерзания. точки, не образуя твердого тела. Когда это сделано, жидкость называется переохлажденной .
Пример переохлажденной жидкости может быть получен путем нагревания твердого ацетата натрия. тригидрат (NaCH 3 CO 2 3 H 2 O). Когда это твердое вещество тает, ацетат натрия растворяется в воде, которая была захвачена кристаллом, с образованием раствора. Когда раствор остынет до комнатной температуры, он должен затвердеть.Но часто этого не происходит. Если в жидкость добавляется небольшой кристалл тригидрата ацетата натрия, однако содержимое колбы затвердевают в течение нескольких секунд.
Жидкость может переохлаждаться из-за того, что частицы твердого тела упакованы в регулярная структура, характерная для данного вещества. Что-нибудь из этого твердые вещества образуются очень легко; другие нет. Некоторым нужна частица пыли или затравочный кристалл, действовать как место, на котором кристалл может расти. Для образования кристаллов натрия тригидрат ацетата, ионы Na + , ионы CH 3 CO 2 — , и молекулы воды должны собраться вместе в правильной ориентации.Это сложно для эти частицы организуются, но затравочный кристалл может обеспечить основу для которые могут расти при правильном расположении ионов и молекул воды.
Потому что трудно нагреть твердые тела до температур выше их точек плавления, и поскольку чистые твердые вещества имеют тенденцию плавиться в очень небольшом диапазоне температур, точки плавления часто используется для идентификации соединений. Мы можем различать три известных сахара как глюкоза ( MP = 150 o C), фруктоза ( MP = 103-105 o C) и сахарозы ( MP = 185-186 o C), для например, путем определения точки плавления небольшого образца.
Измерения температуры плавления твердого тела также могут предоставить информацию о чистота вещества. Чистые кристаллические твердые вещества плавятся в очень узком диапазоне температуры, тогда как смеси плавятся в широком диапазоне температур. Смеси также склонны к плавятся при температурах ниже точек плавления чистых твердых веществ.
Точка кипения
Когда жидкость нагревается, она в конечном итоге достигает температуры, при которой пар давление достаточно велико, чтобы внутри тела жидкости образовывались пузырьки.Эта температура называется точкой кипения . Как только жидкость закипит, температура остается постоянной до тех пор, пока вся жидкость не превратится в газ.
Нормальная температура кипения воды составляет 100 o C. Но если вы попытаетесь приготовить яйцо в кипящей воды во время кемпинга в Скалистых горах на высоте 10 000 футов, вы обнаружит, что яйцо готовится дольше, потому что вода кипит только при температуре 90 o C на этой высоте.
Теоретически нельзя нагревать жидкость до температуры выше нормальной. точка кипения. Однако до того, как микроволновые печи стали популярными, использовались скороварки. чтобы сократить время приготовления пищи. В обычной скороварке вода может оставаться жидкостью при температурах до 120 o C, а пища готовится в меньше одной трети обычного времени.
Чтобы объяснить, почему вода закипает при температуре 90 o C в горах и 120 o C в скороварку, даже если нормальная температура кипения воды составляет 100 o C, мы надо понимать, почему кипит жидкость.По определению жидкость закипает, когда пар давление газа, выходящего из жидкости, равно давлению, оказываемому на жидкость в окружающей среде, как показано на рисунке ниже.
| Жидкости кипят, когда давление их паров равно давлению, оказываемому на жидкость своим окружением. |
Нормальная температура кипения воды составляет 100 o C, потому что это температура при котором давление пара воды составляет 760 мм рт. ст., или 1 атм.В нормальных условиях, когда давление атмосферы примерно 760 мм рт. ст., вода закипает при температуре 100 o C. На высоте 10 000 футов над уровнем моря атмосферное давление составляет всего 526 мм рт. На этих над уровнем моря вода закипает, когда давление ее паров составляет 526 мм рт. ст., что происходит при температуре из 90 o C.
Скороварки оснащены клапаном, который позволяет выходить газу при повышении давления. внутри банка превышает некоторую фиксированную стоимость. Этот клапан часто устанавливается на 15 фунтов на квадратный дюйм, что означает что водяной пар внутри горшка должен достичь давления 2 атм, прежде чем он сможет уйти.Поскольку вода не достигает давления пара 2 атм, пока температура не достигнет 120 o C, он кипит в этом контейнере при 120 o C.
Жидкости часто закипают неравномерно, или поднимает . Они имеют тенденцию натыкаться, когда есть нет ли царапин на стенках емкости, где могут образоваться пузыри. Натыкаясь легко предотвратить, добавив в жидкость несколько кипящих стружек, которые обеспечивают грубую поверхность, на которой могут образовываться пузырьки. При варке чипсов практически все на поверхности этих стружек образуются пузыри, которые поднимаются сквозь раствор.
Гиперглоссарий MSDS: Точка замерзания
Гиперглоссарий MSDS: Точка замерзанияОпределение
Точка замерзания — это температура, при которой жидкость становится твердой при нормальном атмосферном давлении. В качестве альтернативы, точка плавления — это температура, при которой твердое вещество становится жидкостью при нормальном атмосферном давлении.
Более конкретное определение точки замерзания — это температура, при которой твердая и жидкая фазы сосуществуют в равновесии.Нормальная точка замерзания — это температура, при которой вещество плавится (или замерзает) при давлении в одну атмосферу (760 торр = 760 мм рт. Ст. = 14,7 фунт / кв. Дюйм = 101,3 кПа).
Дополнительная информация
Точки плавления можно определить путем визуального осмотра или отслеживания температуры жидкости с течением времени. По достижении точки замерзания температура раствора больше не будет падать, пока вся жидкость не замерзнет.
Температуры плавления можно понизить (понизить) путем добавления растворимого материала в раствор.Степень снижения зависит от растворителя и легко прогнозируется с помощью простого уравнения, которое выходит за рамки данного ресурса (см. Ниже).
Обращайте особое внимание на единицы измерения температуры при сообщении или считывании точки плавления / замерзания. В большинстве научных публикаций используется шкала Цельсия, тогда как (в США) для большинства потребительских товаров используется шкала Фаренгейта. Эти два понятия не взаимозаменяемы.
Соответствие паспорту безопасности (SDS)
Согласно Приложению D 29 CFR 1910.1200, стандарт информирования об опасностях OSHA (HCS), точка плавления / замерзания является обязательной частью данных в паспорте безопасности. Предполагая, что лист был выпущен с 2015 года и соответствует требованиям GHS, вы найдете эти данные, перечисленные в разделе 9 паспорта безопасности. До HCS 2012 не существовало юридически обязательного формата для (M) SDS, и этот фрагмент данных, хотя и требовался, мог появиться в любом месте документа.
HCS 2012 не указывает единицы измерения температуры. Как правило, на паспорте безопасности вы найдете и градусы Фаренгейта, и градусы Цельсия, но это не всегда так, особенно для лабораторных химикатов, поэтому убедитесь, что вы знаете, какая шкала используется!
Температура замерзания / плавления — важное свойство материала, которое необходимо знать, и паспорт безопасности данных является вашим основным источником этой информации.Некоторые материалы необходимо предохранять от замерзания, чтобы защитить их целостность или упаковку продукта. Аналогичным образом, большинство (но не все) материалов расширяются при нагревании выше их точки плавления и могут вылиться из контейнера или лопнуть. Точно так же водные растворы имеют тенденцию расширяться при замерзании, что также может привести к разрыву контейнера.
Дополнительная литература
См. Также: Точка кипения, давление пара.
Дополнительные определения от Google и OneLook.
Последнее обновление записи: 2 февраля 2020 г., воскресенье. Права на эту страницу принадлежат ILPI, 2000-2021 гг. Несанкционированное копирование или размещение на других веб-сайтах категорически запрещено. Присылайте нам предложения, комментарии и пожелания о новых записях (если возможно, укажите URL-адрес) по электронной почте.
Заявление об ограничении ответственности : Информация, содержащаяся в данном документе, считается правдивой и точной, однако ILPI не дает никаких гарантий относительно правдивости любого заявления.Читатель использует любую информацию на этой странице на свой страх и риск. ILPI настоятельно рекомендует читателям проконсультироваться с соответствующими местными, государственными и федеральными агентствами по вопросам, обсуждаемым здесь.
Понижение точки замерзания — Химия LibreTexts
Понижение температуры замерзания — это коллигативное свойство, наблюдаемое в растворах, которое возникает в результате введения молекул растворенного вещества в растворитель. Все точки замерзания растворов ниже, чем у чистого растворителя, и прямо пропорциональны моляльности растворенного вещества.
где \ (\ Delta {T_f} \) — депрессия точки замерзания, \ (T_f \) (раствор) — точка замерзания раствора, \ (T_f \) (растворитель) — точка замерзания растворителя, \ (K_f \) — постоянная депрессии точки замерзания, а м — моляльность.
Введение
Неэлектролиты — это вещества без ионов, только молекулы. С другой стороны, сильные электролиты состоят в основном из ионных соединений, и практически все растворимые ионные соединения образуют электролиты.Следовательно, если мы можем установить, что вещество, с которым мы работаем, является однородным и не ионным, можно с уверенностью предположить, что мы работаем с неэлектролитом, и мы можем попытаться решить эту проблему, используя наши формулы. Скорее всего, это будет иметь место для всех проблем, с которыми вы столкнетесь, связанных с понижением точки замерзания и повышением точки кипения в этом курсе, но это хорошая идея, чтобы следить за ионами. Стоит отметить, что эти уравнения работают как для летучих, так и для нелетучих растворов.Это означает, что для определения депрессии точки замерзания или повышения точки кипения давление пара не влияет на изменение температуры. Также помните, что чистый растворитель — это раствор, в который не было ничего добавлено или растворено. Мы будем сравнивать свойства этого чистого растворителя с его новыми свойствами при добавлении в раствор.
Добавление растворенных веществ к идеальному раствору приводит к положительному ΔS, увеличению энтропии. Из-за этого химические и физические свойства недавно измененного раствора также изменятся.Свойства, которые претерпевают изменения из-за добавления растворенных веществ в растворитель, известны как коллигативные свойства. Эти свойства зависят от количества добавленных растворенных веществ, а не от их идентичности. Двумя примерами коллигативных свойств являются точка кипения и точка замерзания: из-за добавления растворенных веществ точка кипения имеет тенденцию к увеличению, а точка замерзания имеет тенденцию к снижению.
Точка замерзания и кипения чистого растворителя может быть изменена при добавлении в раствор. Когда это происходит, точка замерзания чистого растворителя может стать ниже, а точка кипения может стать выше.Степень, в которой происходят эти изменения, можно определить с помощью формул:
\ [\ Delta {T} _f = -K_f \ times m \]
\ [\ Delta {T} _f = K_b \ times m \]
, где \ (m \) — моляльность растворенного вещества ; , а значения \ (K \) — константы пропорциональности; (\ (K_f \) и \ (K_b \) для замораживания и кипячения соответственно.
Если решение для константы пропорциональности не является конечной целью проблемы, эти значения, скорее всего, будут даны. Некоторые общие значения для \ (K_f \) и \ (K_b \) соответственно:
| Растворитель | \ (К_ф \) | \ (К_б \) |
|---|---|---|
| Вода | 1.86 | . 512 |
| Уксусная кислота | 3,90 | 3,07 |
| Бензол | 5,12 | 2,53 |
| Фенол | 7,27 | 3,56 |
Моляльность определяется как количество молей растворенного вещества на килограмм растворителя . Будьте осторожны, чтобы не использовать массу всего раствора.Часто проблема заключается в изменении температуры и константе пропорциональности, и вы должны сначала определить молярность, чтобы получить окончательный ответ.
Растворенное вещество, чтобы вызвать какие-либо изменения коллигативных свойств, должно удовлетворять двум условиям. Во-первых, он не должен влиять на давление пара в растворе, а во-вторых, он должен оставаться во взвешенном состоянии в растворе даже во время фазовых переходов. Поскольку растворитель перестает быть чистым с добавлением растворенных веществ, мы можем сказать, что химический потенциал растворителя ниже.Химический потенциал — это молярная энергия Гибба, которую один моль растворителя может внести в смесь. Чем выше химический потенциал растворителя, тем больше он способен продвигать реакцию вперед. Следовательно, растворители с более высоким химическим потенциалом также будут иметь более высокое давление пара.
Точка кипения достигается, когда химический потенциал чистого растворителя, жидкости, достигает химического потенциала чистого пара. Из-за снижения химического потенциала смешанных растворителей и растворенных веществ мы наблюдаем это пересечение при более высоких температурах.Другими словами, температура кипения нечистого растворителя будет выше, чем у чистого жидкого растворителя. Таким образом, повышение температуры кипения на происходит при повышении температуры, которое количественно определяется с помощью
.\ [\ Delta {T_b} = K_b b_B \]
где
- \ (K_b \) известна как эбуллиоскопическая постоянная и
- \ (m \) — моляльность растворенного вещества.
Точка замерзания достигается, когда химический потенциал чистого жидкого растворителя достигает химического потенциала чистого твердого растворителя.Опять же, поскольку мы имеем дело со смесями с пониженным химическим потенциалом, мы ожидаем изменения точки замерзания. В отличие от точки кипения, химический потенциал загрязненного растворителя требует более низкой температуры, чтобы он достиг химического потенциала чистого твердого растворителя. Следовательно, наблюдается понижение точки замерзания .
Пример \ (\ PageIndex {1} \)
2,00 г неизвестного соединения снижает температуру замерзания 75,00 г бензола с 5.{\ circ} C / m} \\ [4pt] & = 0,123 м \ end {align *} \]
\ [\ begin {align *} \ text {Amount Solute} & = 0,07500 \; кг \; бензол \ times \ dfrac {0.123 \; m} {1 \; кг \; бензол} \\ [4pt] & = 0,00923 \; м \; solute \ end {align *} \]
Теперь мы можем найти молекулярную массу неизвестного соединения:
\ [\ begin {align *} \ text {Молекулярный вес} = & \ dfrac {2.00 \; грамм \; неизвестно} {0.00923 \; mol} \\ [4pt] & = 216.80 \; г / моль \ end {align *} \]
Понижение точки замерзания особенно важно для водных организмов.Поскольку морская вода замерзает при более низких температурах, организмы могут выжить в этих водоемах.
При какой температуре замерзает вода? | Наука
Название этого поста могло бы показаться подходящим вопросом для экзамена по естествознанию в начальной школе, но ответ намного сложнее, чем кажется на первый взгляд. Нас всех учили, что вода замерзает при 32 градусах по Фаренгейту, 0 градусам Цельсия, 273,15 Кельвина. Однако это не всегда так. Ученые обнаружили жидкую воду с температурой -40 градусов по Фаренгейту в облаках и даже охлаждающую воду до -42 градусов по Фаренгейту в лаборатории.Как низко они могли опуститься?
Оказывается, ответить на этот вопрос непросто. Когда жидкая вода охлаждается ниже -42 градусов по Фаренгейту, она слишком быстро кристаллизуется в лед, и ученые не могут измерить температуру жидкости. Эмили Мур и Валерия Молинеро из Университета штата Юта разработали сложное компьютерное моделирование 32 768 молекул воды (меньше молекул, чем можно найти в капле дождя), которое позволило им увидеть, что происходит с теплоемкостью, плотностью и сжимаемостью воды при ее переохлаждении и переохлаждении. определить, что произошло, когда 4 000 из этих молекул замерзли.Их результаты опубликованы в журнале Nature .
Когда температура воды приближается к -55 градусов по Фаренгейту, молекулы воды образуют тетраэдры, каждая из которых слабо связана с четырьмя другими молекулами. Уменьшается плотность воды, увеличивается ее теплоемкость и увеличивается сжимаемость. «Изменение структуры воды контролирует скорость образования льда», — говорит Молинеро. «Мы показываем, что термодинамика воды и скорость кристаллизации контролируются изменением структуры жидкой воды, которая приближается к структуре льда.«При температуре ниже -55 градусов по Фаренгейту крошечные кусочки жидкой воды все еще могут существовать, но это будет происходить только в течение невероятно короткого времени», — говорит Молинеро.
Такое переохлаждение воды возможно, потому что воде требуется небольшое ядро или затравка льда для молекул, чтобы образовать кристаллы, и в очень чистой воде «единственный способ сформировать ядро - это спонтанно изменить структуру жидкости», — говорит Молинеро. . Эти ядра не сформируются и не станут достаточно большими, пока структура молекул жидкой воды не приблизится к структуре твердого льда, чего не произойдет, пока вода не станет настолько невероятно холодной.
( HT: io9 )
Понравилась статья?
ПОДПИШИТЕСЬ на нашу рассылку новостей
Депрессия точки замерзания | Введение в химию
Цель обучения
- Обсудить влияние растворенного вещества на температуру замерзания растворителя
Ключевые моменты
- Депрессия точки замерзания может быть рассчитана с использованием точки замерзания чистого растворителя и моляльности раствора.
- В точке замерзания давление пара твердой и жидкой формы соединения должно быть одинаковым.
- Точка замерзания вещества — это температура, при которой твердая и жидкая формы находятся в равновесии.
- Для восстановления равновесия температура замерзания смеси растворенного вещества и растворителя понижается по сравнению с исходным чистым растворителем.
Условия
- Понижение точки замерзания Добавление растворенного вещества к растворителю снижает температуру, при которой жидкий растворитель становится твердым.
- давление пара: Давление, которое оказывает пар, или парциальное давление, если он смешивается с другими газами.
- фактор Ван ‘т Гоффа Мера влияния растворенного вещества на коллигативные свойства.
- точка замерзания Температура, при которой жидкость замерзает, а твердая и жидкая фазы находятся в равновесии; обычно такая же, как температура плавления.
Понижение точки замерзания — это явление, которое описывает, почему добавление растворенного вещества к растворителю приводит к снижению точки замерзания растворителя.Когда вещество начинает замерзать, молекулы замедляются из-за снижения температуры, и начинают действовать межмолекулярные силы. Затем молекулы образуют узор и, таким образом, превращаются в твердое тело. Например, когда вода охлаждается до точки замерзания, ее молекулы становятся медленнее, а водородные связи начинают больше «прилипать», в конечном итоге создавая твердое тело. Если в воду добавляется соль, ионы Na + и Cl — притягиваются к молекулам воды и препятствуют образованию крупной твердой сетки, известной как лед.Чтобы добиться твердого состояния, раствор необходимо охладить до еще более низкой температуры.
Понижение температуры замерзания можно также объяснить с точки зрения давления пара. Добавление растворенного вещества в растворитель существенно разбавит молекулы растворителя, и, согласно закону Рауля, это приводит к снижению давления пара. Принимая во внимание тот факт, что давление пара твердой и жидкой форм должно быть одинаковым в точке замерзания, поскольку в противном случае система не была бы в равновесии, снижение давления пара приводит к понижению температуры, при которой давление пара жидкая и замороженная формы раствора будут равны.
Влияние растворенных веществ на физические свойства Трехфазная диаграмма, которая показывает давление и температуру нормальных точек кипения и замерзания растворителя (зеленые линии), а также точек кипения и замерзания раствора (фиолетовые линии). Обратите внимание, что при давлении 1 атм точка замерзания была понижена (обозначена цифрами 2 и 4).Понижение температуры замерзания можно рассчитать по формуле:
[латекс] \ Delta T_f = i \ times K_f \ times моляльность [/ латекс]
В этом уравнении [латекс] \ Delta T_f [/ latex] — это депрессия точки замерзания, Kf, — константа депрессии точки замерзания, а i — фактор Ван ‘т Хоффа.Константа понижения точки замерзания изменяется в зависимости от растворителя, а коэффициент Ван т Хоффа учитывает количество частиц, которые растворяющееся вещество создает в растворе.
Пример
Какова точка замерзания водного раствора при добавлении достаточного количества NaCl для создания 0,25 м раствора? Значение K f для воды составляет 1,858 o C / м.
Чтобы решить эту проблему, вы должны помнить, что NaCl при растворении в воде распадается на два иона: Na + и Cl —.oC [/ латекс]
Может показаться, что проблема решена, но это не так. Значение 0,93 o C — это изменение температуры замерзания. Новая точка замерзания воды, которая обычно составляет 0 o C, равна: 0 — 0,93 = -0,93 o C.
Показать источники
Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета. Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:
Депрессия точки замерзания | Химия для неосновных
Цели обучения
- Определите депрессию точки замерзания.
- Рассчитайте точку замерзания раствора при заданной константе депрессии молярной точки замерзания.
Почему соленые обледенелые дороги?
Коллигативные свойства находят практическое применение, например, при засолке дорог в холодном климате. При нанесении соли на обледеневшую дорогу температура плавления льда снижается, и лед тает быстрее, что делает вождение более безопасным. Чаще всего используются хлорид натрия (NaCl) и хлорид кальция (CaCl 2 ) или хлорид магния (MgCl 2 ) по отдельности или в смеси.Хлорид натрия — наименее дорогой вариант, но он менее эффективен, поскольку диссоциирует только на два иона вместо трех.
Депрессия точки замерзания
На рисунке ниже показана фазовая диаграмма для чистого растворителя и ее изменение при добавлении растворенного вещества. Растворенное вещество снижает давление пара растворителя, что приводит к снижению точки замерзания раствора по сравнению с растворителем. Понижение точки замерзания — это разница температур между точкой замерзания чистого растворителя и температурой раствора.На графике депрессия точки замерзания представлена значком.
Рис. 1. Давление пара раствора (синий) ниже, чем давление пара чистого растворителя (розовый). В результате температура замерзания растворителя снижается, когда в нем растворяется любое растворенное вещество. Рисунок из фонда CK-12 — Кристофер Ауён.
Когда чистый растворитель замерзает, его частицы становятся более упорядоченными, поскольку межмолекулярные силы, действующие между молекулами, становятся постоянными.В случае воды водородные связи образуют гексагональную сеть молекул, которая характеризует структуру льда. При растворении растворенного вещества в жидком растворителе этот процесс упорядочивания нарушается. В результате из раствора необходимо отобрать больше энергии, чтобы заморозить его, а температура замерзания раствора ниже, чем у чистого растворителя.
Величина понижения точки замерзания прямо пропорциональна моляльности раствора. Уравнение:
Константа пропорциональности называется константой депрессии моляльной точки замерзания .Это константа, которая равна изменению точки замерзания для 1-моляльного раствора нелетучих молекулярных растворенных веществ. Для воды значение составляет -1,86 ° C / м . Таким образом, температура замерзания 1-моляльного водного раствора любого нелетучего молекулярного растворенного вещества составляет -1,86 ° C. Каждый растворитель имеет уникальную константу депрессии молярной точки замерзания. Они показаны в таблице ниже, вместе с соответствующим значением точки кипения, называемым .
| Растворитель | Нормальная точка замерзания (° C) | Константа депрессии мольной точки замерзания, K f (° C / м ) | Нормальная температура кипения (° C) | Постоянная превышения мольной точки кипения, Кб (° C / м ) |
| Уксусная кислота | 16.6 | -3,90 | 117,9 | 3,07 |
| Камфора | 178,8 | -39,7 | 207,4 | 5,61 |
| Нафталин | 80,2 | -6,94 | 217,7 | 5,80 |
| Фенол | 40,9 | -7,40 | 181,8 | 3,60 |
| Вода | 0,00 | -1,86 | 100,00 | 0.512 |
Проблема с образцом: точка замерзания неэлектролита
Этиленгликоль (C 2 H 6 O 2 ) представляет собой молекулярное соединение, которое используется во многих коммерческих антифризах. Водный раствор этиленгликоля используется в радиаторах транспортных средств, чтобы снизить температуру замерзания и, таким образом, предотвратить замерзание воды в радиаторе. Рассчитайте температуру замерзания раствора 400 г этиленгликоля в 500 г воды.
Шаг 1: Составьте список известных количеств и спланируйте проблему.
Известный
- масса C 2 H 6 O 2 = 400 г
- молярная масса C 2 H 6 O 2 = 62,08 г / моль
- масса H 2 O = 500,0 г = 0,500 кг
Неизвестно
Это трехэтапная задача. Сначала рассчитайте количество молей этиленгликоля. Затем рассчитайте молярность раствора.Наконец, рассчитайте депрессию точки замерзания.
Шаг 2: Решить.
Нормальная температура замерзания воды составляет 0,0 ° C. Следовательно, поскольку точка замерзания снижается на 24,0 ° C, температура замерзания раствора составляет -24,0 ° C.
Шаг 3. Подумайте о своем результате.
Точка замерзания воды значительно снижается, защищая радиатор от повреждений из-за расширения воды при замерзании. В результате получается три значащих цифры.
Сводка
- Определена депрессия точки замерзания.
- Описаны расчеты с понижением температуры замерзания.
Практика
Решите проблемы на сайте ниже:
http://home.comcast.net/~cochranjim/PDFS3/COLIGWS1A.pdf
Обзор
- Как растворенное вещество влияет на замерзание воды?
- Сколько молей глюкозы потребуется для понижения точки замерзания одного кг воды 3.72 ° С?
- Сколько молей NaCl потребуется, чтобы произвести такое же понижение температуры?
Глоссарий
- Депрессия точки замерзания: Разница в температуре между точкой замерзания чистого растворителя и температуры раствора.
- молярная константа депрессии точки замерзания: Константа, которая равна изменению точки замерзания для 1-моляльного раствора нелетучего молекулярного растворенного вещества.
Что такое точка замерзания по Цельсию?
Вода замерзает при 0 градусах Цельсия.Точка замерзания может быть определена как температура, при которой жидкость превращается в твердое тело при заданном давлении. Точка замерзания обычно определяется после того, как жидкость подвергается воздействию низких температур. Однако в некоторых веществах замерзание происходит после повышения температуры жидкости. Самое распространенное вещество, вода, имеет температуру замерзания 0 o по Цельсию.
Переохлаждение
Переохлаждение — это процесс, при котором жидкость не превращается в твердую форму, несмотря на то, что она подвергается воздействию температур ниже точки замерзания. Такая жидкость будет кристаллизоваться только после добавления в нее дополнительного зародыша затравки или затравочного кристалла. Однако если жидкость сохранит свой первоначальный структурный состав, она затвердеет.Переохлажденные жидкости обладают определенными физическими свойствами, многие из которых еще предстоит окончательно понять ученым. Вода, как известно, остается в жидком состоянии после переохлаждения даже при таких низких температурах, как — (отрицательная) 400 0 Цельсия, а в условиях высокого давления переохлажденная вода будет оставаться в жидком состоянии при низких температурах — (отрицательная ) 700 по Цельсию. Для сравнения, температура замерзания чистой воды в нормальных условиях составляет 0 0 Цельсия.
Кристаллизация
В большинстве жидкостей процесс замораживания включает кристаллизацию.Кристаллизация — это процесс, при котором жидкость превращается в кристаллическую твердую форму под воздействием низких температур и изменением атомной структуры жидкости с образованием кристаллической структуры. Замораживание замедляется во время кристаллизации, и температура остается постоянной до полного замерзания. Помимо температуры на процесс кристаллизации влияют и другие факторы, такие как ионизация и полярность жидкости.
Стеклование
Существует множество веществ, которые не кристаллизуются даже при воздействии низких температур, а вместо этого проходят процесс, известный как стеклование, когда они сохраняют свое жидкое состояние, но низкие температуры изменяют их вязкоупругие свойства.Такие вещества известны как аморфные твердые вещества. Некоторыми примерами этих аморфных твердых веществ являются глицерин и стекло. Известно также, что некоторые формы полимеров подвергаются стеклованию. Процесс стеклования отличается от замораживания, поскольку он определяется как неравновесный процесс, при котором не существует равновесия между кристаллической и жидкой формами.
Экзотермическое и эндотермическое замораживание
Процесс замораживания в большинстве соединений является в первую очередь экзотермическим процессом, что означает, что для перехода жидкости в твердое состояние требуются давление и тепло.Это выделяющееся тепло является скрытой теплотой, также называемой энтальпией плавления. Энтальпия плавления — это энергия, необходимая для превращения жидкости в твердое тело и наоборот. Единственным заметным исключением из этого определения является любая переохлажденная жидкость из-за изменения ее физических свойств. Есть один элемент, который, как известно, демонстрирует эндотермическое замораживание, когда требуется повышение температуры для того, чтобы произошло замораживание. Этим элементом является гелий-3, который при определенном давлении требует повышения температуры для того, чтобы произошло замерзание, и поэтому его можно назвать имеющим отрицательную энтальпию плавления.
Применение замораживания
У процесса замораживания есть много современных применений. Одно из применений — для консервирования еды.Причина успеха замораживания при консервировании пищевых продуктов заключается в том, что оно снижает скорость реакции соединений в пище, а также предотвращает рост бактерий за счет ограничения доступности жидкой воды.