Защо ледът не потъва във водата: отговорите

В океана плаващи полярни блокове лед и айсберги, а дори и в напитки, лед никога не потъва до дъното. Може да се заключи, че ледът не потъва във водата. Защо? Ако мислите за него, тогава този въпрос може да изглежда малко странно, защото ледът е твърд и - интуитивно - трябва да е по-тежък от течността. Въпреки че това твърдение е вярно за повечето вещества, водата е изключение от правилото. Водата и ледът се отличават с водородни връзки, които в твърдо състояние правят леда по-лесен, отколкото когато е в течно състояние.

Научният въпрос: защо ледът не потъва във водата

Представете си, че сме в урок, наречен "Светът наоколо" в 3-ти клас. "Защо ледът не потъва във водата?" - учителят пита децата. А децата, които нямат дълбоко познание по физика, започват да спорят. "Може би това е магия?" - казва едно от децата.

Всъщност ледът е изключително необичаен. На практика няма други естествени вещества, които в твърдо състояние биха могли да плават по повърхността на течността. Това е едно от свойствата, които правят водата такава необичайна субстанция, и ако допуснем, тя променя начините на еволюция на планетите.

Има някои планети, които съдържат огромно количество течни въглеводороди, като например амоняк, но когато се замразят, този материал потъва до дъното. Причината, поради която ледът не потъва във водата, е, че когато водата замръзне, водата се разширява и в същото време плътността му намалява. Интересното е, че разширяването на лед може да счупи скалите - толкова необичайно е процесът на заледяване на водата.

Научно казано, в процеса на замразяване се създават бързи цикли на атмосферни влияния и отделни химикали, отделени на повърхността, са способни да разтварят минерали. Като цяло, при замръзване на водата, такива процеси и възможности са свързани, които физическите свойства на други течности не поемат.

Плътност на лед и вода

По този начин, отговорът на въпроса защо ледът не потъва във водата, а плува на повърхността, е, че има по-ниска плътност от течността - но това е първият отговор на ниво. За по-добро разбиране, трябва да знаете защо ледът е с ниска плътност, защо нещата попадат на първо място, как плътността води до плуване.

Нека припомним гръцкия гений на Архимед, който разбра, че след потапяне на определен обект във вода, обемът на водата се увеличава с число, равно на обема на потопения обект. С други думи, ако поставите дълбоко ястие на повърхността на водата и след това поставите тежък предмет в нея, обемът на водата, който ще се излее в чинията, ще бъде точно равен на обема на обекта. Няма значение дали обектът е потънал изцяло или частично.

Свойства на водата

Водата е невероятно вещество, което основно подхранва живота на земята, защото всеки жив организъм се нуждае от това. Едно от най-важните свойства на водата е, че има най-висока плътност при 4 ° С. Така че горещата вода или ледът е по-малко плътен от студената вода. По-малко плътни вещества плуват на върха на по-плътни вещества.

Например, по време на приготвянето на салата можете да видите, че маслото е на повърхността на оцета - това може да се обясни с факта, че има по-ниска плътност. Същият закон важи и за обяснението защо ледът не потъва във вода, а се удавя в бензин и керосин. Само тези две вещества имат по-ниска плътност от лед. Така че, ако пуснете надуваема топка в басейна, тя ще плава по повърхността, ако хвърлите камък във водата - тя ще потъне до дъното.

Какви промени се появяват при водата по време на замръзване

Причината, поради която ледът не потъва във вода, е свързан с водородни връзки, които се променят, когато водата замръзва. Както е известно, водата се състои от един кислороден атом и два водородни атома. Те са свързани чрез ковалентни връзки, които са невероятно силни. Обаче друг тип връзка, който се образува между различните молекули, наречен водородна връзка, е по-слаб. Тези взаимоотношения се формират, защото положително заредените водородни атоми се привличат от отрицателно заредени кислородни атоми на съседни водни молекули.

Когато водата е топла, молекулите са много активни, движат много, бързо образуват и разлагат връзките с други водни молекули. Те имат енергията да се приближават и да се движат бързо. Така че, защо ледът не потъва във водата? Химията скрива отговора.

Физикохимия на лед

Тъй като температурата на водата падне под 4 ° C, кинетичната енергия на течността намалява, така че молекулите вече не се движат. Те нямат енергията да се движат и са толкова леки, колкото са при висока температура, счупване и образуване на връзки. Вместо това те образуват повече водородни връзки с други водни молекули с образуването на шестоъгълни решетъчни структури.

Те образуват тези структури, за да поддържат отрицателно заредените кислородни молекули една от друга. В средата на шестоъгълниците, образувани в резултат на активността на молекулите, има много празнота.

Ледът потъва във вода - причини

Ледът всъщност е с 9% по-малко плътен от течната вода. Поради това ледът заема повече пространство от водата. На практика има смисъл, защото ледът се разширява. Ето защо не се препоръчва замразяване на стъклена бутилка вода - замръзналата вода може да предизвика големи пукнатини дори в бетона. Ако имате литрова бутилка лед и литър бутилка вода, тогава бутилка ледена вода ще бъде по-лесно. Молекулите са по-отдалечени в тази точка, отколкото когато веществото е в течно състояние. Ето защо ледът не потъва във водата.

Когато ледът се топи, стабилната кристална структура се срутва и става по-плътна. Когато водата загрява до 4 ° C, тя получава енергия и молекулите се движат по-бързо и по-далеч. Поради тази причина топлата вода поема повече пространство от студената вода и плава над студена вода - тя е с по-малка плътност. Не забравяйте, че когато сте на езерото, по време на къпане горният слой вода винаги е приятен и топъл, но когато спускате краката си по-дълбоко, усещате студа на долния слой.

Значението на процеса на замръзване на водата във функционирането на планетата

Въпреки факта, че въпросът "защо ледът не се удави във водата?" За трета степен е много важно да разберем защо се осъществява този процес и какво е важно за планетата. Така че плавността на леда има важни последици за живота на Земята. Езерата замръзват през зимата на студени места - това позволява на рибите и другите водни животни да оцелеят под леденото одеяло. Ако дъното е замръзнало, вероятността е висока, че цялото езеро може да бъде замразено.

При такива условия нито един организъм няма да оцелее.

Ако гъстотата на ледта беше по-висока от плътността на водата, тогава в океаните ледът щеше да се снижи и ледените шапки, които щяха да бъдат на дъното, нямаше да позволят на никого да живее там. На дъното на океана щеше да е пълен с лед - и в какво би станало всичко това? Между другото, полярният лед е важен, защото отразява светлината и защитава планетата Земя от прекомерно прегряване.