Vlastnosti vody: „Obyčajné zázraky“ v našom živote. Prečo voda pri zamrznutí zväčšuje svoj objem?

Rozširuje sa alebo zmenšuje? Odpoveď znie: s príchodom zimy voda začína proces expanzie. Prečo sa to deje? Táto vlastnosť odlišuje vodu od všetkých ostatných kvapalín a plynov, ktoré sa naopak pri ochladzovaní stláčajú. Aký je dôvod tohto správania tejto nezvyčajnej kvapaliny?

Fyzika 3. ročníka: Zväčšuje sa alebo zmršťuje voda, keď zamrzne?

Väčšina látok a materiálov pri zahrievaní zväčšuje svoj objem a pri ochladzovaní zmenšuje svoj objem. Plyny vykazujú tento efekt výraznejšie, ale rôzne kvapaliny a pevné kovy vykazujú rovnaké vlastnosti.

Jedným z najvýraznejších príkladov expanzie a kontrakcie plynu je vzduch v balóne. Keď vydržíme balón vonku pri mínusovom počasí lopta okamžite zmenšuje veľkosť. Ak loptičku prinesieme do vykúrenej miestnosti, okamžite sa zväčší. Ale ak prinesieme balón do kúpeľov, praskne.

Molekuly vody vyžadujú viac miesta

Dôvodom týchto procesov expanzie a kontrakcie je rôzne látky, sú molekuly. Tie, ktoré dostávajú viac energie (to sa deje v teplej miestnosti), sa pohybujú oveľa rýchlejšie ako molekuly v chladnej miestnosti. Častice, ktoré majú viac energie, sa zrážajú oveľa aktívnejšie a častejšie potrebujú viac priestoru na pohyb. Aby sa udržal tlak vyvíjaný molekulami, materiál sa začne zväčšovať. Navyše sa to deje pomerne rýchlo. Takže sa voda rozťahuje alebo zmršťuje, keď zamrzne? Prečo sa to deje?

Voda tieto pravidlá nedodržiava. Ak vodu začneme chladiť na štyri stupne Celzia, tak zmenší svoj objem. Ale ak teplota naďalej klesá, voda sa zrazu začne rozširovať! Existuje taká vlastnosť ako anomália v hustote vody. Táto vlastnosť nastáva pri teplote štyroch stupňov Celzia.

Teraz, keď sme zistili, či sa voda pri zamrznutí rozširuje alebo zmršťuje, poďme zistiť, ako sa táto anomália vyskytuje. Dôvod spočíva v časticiach, z ktorých sa skladá. Molekula vody je vytvorená z dvoch atómov vodíka a jedného atómu kyslíka. Odvtedy každý pozná vzorec vody základných tried. Atómy v tejto molekule priťahujú elektróny rôznymi spôsobmi. Vodík vytvára kladné ťažisko, kyslík naopak záporné ťažisko. Keď sa molekuly vody navzájom zrazia, atómy vodíka jednej molekuly sa prenesú na atóm kyslíka úplne inej molekuly. Tento jav sa nazýva vodíková väzba.

Voda potrebuje viac miesta, keď sa ochladí

V momente, keď sa začne proces tvorby vodíkových väzieb, sa vo vode začnú objavovať miesta, kde sú molekuly v rovnakom poradí ako v ľadovom kryštáli. Tieto polotovary sa nazývajú zhluky. Nie sú odolné, ako v pevnom kryštáli vody. Keď teplota stúpa, zrútia sa a zmenia svoje umiestnenie.

Počas procesu sa počet zhlukov v kvapaline začne rýchlo zvyšovať. Vyžadujú väčší priestor na šírenie, v dôsledku čoho sa voda po dosiahnutí svojej anomálnej hustoty zväčšuje.

Keď teplomer klesne pod nulu, zhluky sa začnú meniť na drobné ľadové kryštáliky. Začínajú sa dvíhať. V dôsledku toho všetkého sa voda mení na ľad. Ide o veľmi nezvyčajnú schopnosť vody. Tento jav je nevyhnutný pre veľmi veľké množstvá procesy v prírode. Všetci vieme, a ak nevieme, potom si pamätáme, že hustota ľadu je o niečo menšia ako hustota studenej vody alebo studená voda. Vďaka tomu ľad pláva na hladine vody. Všetky vodné plochy začínajú zamŕzať zhora nadol, čo umožňuje vodným obyvateľom na dne pokojne existovať a nezamrznúť. Takže teraz vieme podrobne, či sa voda pri zamrznutí rozťahuje alebo sťahuje.

Horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená. Ak vezmeme dva rovnaké poháre a do jedného nalejeme horúcu vodu a do druhého rovnaké množstvo studenej vody, všimneme si to horúca voda zamrzne rýchlejšie ako zima. To nie je logické, súhlasíte? Horúca voda musí vychladnúť skôr, ako začne mrznúť, ale studená voda nemusí. Ako vysvetliť túto skutočnosť? Vedci dodnes nedokážu vysvetliť túto záhadu. Tento jav sa nazýva „Mpembov efekt“. Objavil ho v roku 1963 vedec z Tanzánie za nezvyčajných okolností. Študent si chcel urobiť zmrzlinu a všimol si, že horúca voda rýchlejšie zamrzne. Podelil sa o to so svojím učiteľom fyziky, ktorý mu najskôr neveril.

zahriaty plameň a v druhom rovnaké množstvo tepla pochádza z relatívne studeného železa.

Experimenty ukázali, že v oboch prípadoch neexistuje rozdiel, a preto teplo, posudzované vo vzťahu k jeho schopnosti ohrievať telesá a meniť ich skupenstvo, je veličina, ktorá podlieha presnému meraniu a nemôže predstavovať kvalitatívne rozdiely.

K. Maxwell. "Teória tepla" % 1883.

Expanzia vody pri mrazení.

Od 4°C. až k bodu mrazu sa voda pri ochladzovaní rozpína ​​a keď sa zmení na ľad, k jej expanzii dochádza rýchlo a náhle. Ľad, ako viete, pláva na vode, pretože vďaka expanzii sa stáva ľahším ako ona.

Sila, s akou dochádza k tejto expanzii vody pri zamrznutí, je obrovská. Aby sme získali predstavu o tomto napätí, urobme experiment: voda sa naleje do železnej nádoby, ktorej steny sú hrubé pol palca. Množstvo vody nie je veľké, ale napĺňa nádobu; potom sa pevne uzavrie vekom priskrutkovaným na hrdlo. Berieme ďalšie podobné plavidlo. Obe nádoby ponorte do chladiacej zmesi. Postupne sa ochladzujú, voda v nich dosahuje bod najväčšej hustoty a nepochybne v tomto momente úplne nenaplní fľaše, ale zanechá vo vnútri malé prázdno. Ale čoskoro sa stláčanie vody zastaví a začne expanzia; prázdnota sa pomaly napĺňa; voda sa postupne mení z kvapalného skupenstva h pevný a jeho objem sa zväčšuje a steny železnej nádoby odolávajú tomuto zväčšeniu objemu. Ale ich odolnosť voči molekulárnym silám je bezmocná: molekuly sú v prestrojení obri. Je počuť náraz: fľaša praskne kryštalizujúcimi časticami; to isté sa stane s druhou fľašou.

V ďalšom experimente hrubé steny delostreleckej bomby praskli s hlasným výbuchom: bomba bola naplnená vodou, pevne priskrutkovaná a umiestnená do vane s chladiacou zmesou. Pri vykonávaní tohto experimentu musíte vaňu zakryť hrubým plátnom: keď som to neurobil, úlomky bomby boli vyhodené k stropu.

Teraz chápete vplyv mrazu na vodovodné potrubia v domoch. Bežne sa predpokladá, že prasknutie potrubia nastáva, keď sa v potrubí topí ľad *), ale v skutočnosti k nemu dochádza počas mrazenia:

*) Kvôli zlý tepelná vodivosť steny A pôda, chladný veľmi pomaly o ide preč cez ich A dosiahne dodávka vody potrubia V domy (najmä V pivnice) s vedieť úctivý meškať je často iba potom Kedy vonku budova mal čas už po mráz poď rozmraziť; V toto, Autor: všetky pravdepodobnosti, A by mal pozri dôvod bežné nogo mylné predstavy ako keby Inštalatérstvo potrubia výbuch nie V mrazenie, A V rozmraziť, tie. nie od zmrazenie voda, A od topenie ľad.- Comp.

11. Prečo sa voda rozpína, keď zamrzne

Zamŕzanie molekuly vody znamená, že stráca svoje zložky z povrchu. chemické prvky nahromadené fotóny slnečného pôvodu. Väčšina týchto fotónov sa hromadí na povrchu vodíka, pretože povrchové vrstvy vodíka obsahujú veľké percento fotónov Yin (absorbujúcich éter). Expozícia vodíka vedie k tomu, že molekuly vody sa začnú navzájom odvíjať. Holý vodík susedných molekúl sa začne navzájom priťahovať. V kvapalnom stave vody bol vodík „pokrytý“ voľnými časticami. Stínili fotóny Yin v ich zložení a týmto spôsobom znížili vonkajší prejav príťažlivých polí týchto fotónov. Medzi slnečnými časticami (vyžarovanými Slnkom) prevládajú častice Yang (vyžarované éterom). Kvôli tomuto tieneniu nie je príťažlivosť vodíka v kvapalnej vode taká silná.

Keď voda zamrzne a molekuly sa "otočia" k sebe svojimi "vodíkovými časťami", "kyslíkové konce" sa tiež obrátia k sebe. V kvapalnom stave sú molekuly spojené takto: "vodík-kyslík-vodík-kyslík" . A v podstate je to takto: "kyslík-kyslík-vodík-vodík-kyslík-kyslík-vodík-vodík" .

Presnejšie povedané, v pevnom stave k spojeniu dochádza v dôsledku vodíkových väzieb. A kyslíkové prvky sú jednoducho nútené otáčať sa k sebe.

Keďže prvky neobsahujú kyslík povrchové vrstvy Existuje toľko fotónov Yin, koľko je vodíka, potom proces zmrazovania – strata voľných fotónov – výrazne neovplyvňuje charakteristiky silového poľa prvkov. Tak ako bolo Odpudivé pole významné svojou veľkosťou, tak to aj zostáva. Preto, keď sú molekuly vody obrátené k sebe kyslíkom, kyslíkové prvky majú na seba transformačný účinok. Pamätajme, že transformácia je zahrievanie, zvýšenie teploty. Prvky k sebe vyžarujú éter (vďaka jangovým časticiam) a. čím sa zahrieva (transformuje). Éter vyžarovaný každým prvkom smerom k druhému mu bráni vo vyžarovaní éteru. V dôsledku tohto pôsobenia sa mení kvalita častíc v zložení prvkov. A zahrievanie, ako je známe, je vždy sprevádzané expanziou hmoty. Preto sa voda pri zamrznutí rozťahuje. Ale nie o veľa. Nie tak, ako sa roztiahne, ak ho začnete variť.

Prešiel bod mrazu, molekuly sa otočili a kyslík sa v molekulách premenil (zohrial). Ale toto zahrievanie je bodové a veľmi slabé. Nejedná sa o ohrievanie, napríklad v dôsledku spaľovania paliva alebo prechodu elektrického prúdu, kedy sa hromadí obrovské číslo voľné častice s odpudivými poľami (Yang).

V budúcnosti, ak bude ochladzovanie vody pokračovať, k ďalšej expanzii nedôjde.

Preto sme analyzovali dôvody expanzie vody počas chladenia.

Dôrazne vám odporúčame prečítať si články o transformácii kvality častíc - v časti 2, venovanej časticovej mechanike. V opačnom prípade vám hlavný dôvod expanzie vody a látok pri zahrievaní zostane nejasný.