Полярни ледени блокове и айсберги се носят в океана и дори в напитките ледът никога не потъва на дъното. Може да се заключи, че ледът не потъва във вода. Защо? Ако се замислите, този въпрос може да изглежда малко странен, 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 правят леда по-лек в твърдо състояние, отколкото когато е в течно състояние.
Научен въпрос: защо ледът не потъва във вода
Нека си представим, че сме в урок, наречен "Околният свят" в 3 клас. “Защо ледът не потъва във вода?”, пита учителят децата. И децата, които нямат дълбоки познания по физика, започват да разсъждават. - Може би е магия? казва едно от децата.
Наистина, ледът е изключително необичаен. Практически няма други естествени вещества, които в твърдо състояние да плуват на повърхността на течност. Това е едно от свойствата, които правят водата толкова необичайна субстанция и, честно казано, това е, което променя пътя на планетарната еволюция.
Има някои планети, които съдържат огромни количества течни въглеводороди като амоняк - обаче, когато е замръзнал, този материал потъва на дъното. Причината, поради която ледът не потъва във водата, е, че когато водата замръзне, тя се разширява, а с това и плътността му намалява. Интересното е, че разширяването на леда може да разбие скали - процесът на заледяване на водата е толкова необичаен.
Научно казано, процесът на замразяване създава бързи цикли на изветряне и определени химикали, освободени на повърхността, могат да разтварят минералите. Като цяло, има процеси и възможности, свързани със замръзване на водата, които физическите свойства на други течности не предполагат.
Плътност на лед и вода
Така че отговорът на това защо ледът не потъва във вода, а плува на повърхността е, че има по-ниска плътност от течността - но това е отговор от първо ниво. За да разберете по-добре, трябва да знаете защо ледът има ниска плътност, защо нещата плават на първо място, как плътността води до плуване.
Припомнете си гръцкия гений Архимед, който открива, 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 дълбок съд върху повърхността на водата и след това поставите тежък предмет в него, обемът вода, който ще се излее в съда, ще бъде точно равен на обема на предмета. Няма значение дали обектът е изцяло потопен иличастично.
Свойства на водата
Водата е невероятно вещество, което основно храни живота на земята, защото всеки жив организъм се нуждае от нея. Едно от най-важните свойства на водата е, че има най-висока плътност при 4°C. По този начин горещата вода или ледът са по-малко плътни от студената вода. По-малко плътните вещества плуват върху по-плътните вещества.
Например, докато приготвяте салата, ще забележите, че маслото е на повърхността на оцета - това може да се обясни с факта, че има по-ниска плътност. Същият закон е валиден и за обяснение защо ледът не потъва във вода, а потъва в бензин и керосин. Просто тези две вещества имат по-ниска плътност от леда. Така че, ако хвърлите надуваема топка в басейна, тя ще плува на повърхността, но ако хвърлите камък във водата, тя ще потъне на дъното.
Какви промени се случват с водата, когато замръзне
Причината, поради която ледът не потъва във вода, се дължи на водородните връзки, които се променят, когато водата замръзне. Както знаете, водата се състои от един кислороден атом и два водородни атома. Те са свързани чрез ковалентни връзки, които са невероятно силни. Въпреки това, другият тип връзка, която се образува между различни молекули, наречена водородна връзка, е по-слаба. Тези връзки се образуват, защото положително заредените водородни атоми са привлечени от отрицателно заредените кислородни атоми на съседните водни молекули.
Когато водата е топла, молекулите са много активни,се движат много, бързо образуват и разлагат връзки с други водни молекули. Те имат енергията да се доближат един до друг и да се движат бързо. Така че защо ледът не потъва във вода? Химията крие отговора.
Физическа химия на леда
Когато температурата на водата падне под 4 °C, кинетичната енергия на течността намалява, така че молекулите вече не се движат. Те нямат енергия да се движат и са толкова лесни, колкото при висока температура, да се разрушат и образуват връзки. Вместо това те образуват повече водородни връзки с други водни молекули, за да образуват шестоъгълни решетъчни структури.
Те образуват тези структури, за да държат отрицателно заредените кислородни молекули разделени. В средата на шестоъгълниците, образувани в резултат на дейността на молекулите, има много празнота.
Лед потъва във вода - причини
Ледът всъщност е с 9% по-малко плътен от течната вода. Следователно ледът заема повече място от водата. На практика това има смисъл, защото ледът се разширява. Ето защо не се препоръчва замразяване на стъклена бутилка с вода - замразената вода може да създаде големи пукнатини дори в бетона. Ако имате литрова бутилка лед и литрова бутилка вода, тогава бутилка с ледена вода ще бъде по-лесно. Молекулите са по-далеч една от друга в този момент, отколкото когато веществото е в течно състояние. Ето защо ледът не потъва във вода.
Когато ледът се разтопистабилната кристална структура се разпада и става по-плътна. Когато водата се затопли до 4°C, тя печели енергия и молекулите се движат все по-бързо и по-далеч. Това е причината горещата вода да заема повече място от студената и да плува върху студената вода - има по-малка плътност. Не забравяйте, че когато сте на езерото, докато плувате, горният слой вода винаги е хубав и топъл, но когато спуснете краката си, усещате студа на долния слой.
Значението на процеса на замръзване на водата във функционирането на планетата
Въпреки факта, че въпросът "Защо ледът не потъва във вода?" за 3 клас е много важно да се разбере защо се случва този процес и какво означава това за планетата. По този начин плаваемостта на леда има важни последици за живота на Земята. Езерата замръзват през зимата на студени места - това позволява на рибите и други водни животни да оцелеят под ледената покривка. Ако дъното е замръзнало, тогава има голяма вероятност цялото езеро да е замръзнало.
При такива условия нито един организъм не би оцелял.
Ако плътността на леда беше по-висока от плътността на водата, тогава океаните щяха да потънат в лед, а ледените шапки, които тогава биха били на дъното, нямаше да позволят на никой да живее там. Дъното на океана ще бъде пълно с лед - и в какво ще се превърне всичко това? Освен всичко друго, полярният лед е важен, защото отразява светлината и предпазва планетата Земя от прекалено горещо.
