Bakit lumulutang ang yelo. Gawaing Pananaliksik "Bakit hindi lumulubog ang yelo?". Bakit mapanganib ang yelong ito?
2015-03-27
Ang maligamgam na tubig, habang lumalamig, ay nagiging mas siksik at samakatuwid ay lumulubog sa ilalim. Iyon ay, ang yelo ay dapat mabuo sa ilalim ng lawa sa unang lugar. Ngunit ang prosesong ito ay nangyayari lamang hanggang sa marka ng 4 degrees Celsius, pagkatapos ay ang tubig ay nagsisimulang lumawak muli at nagiging mas siksik. Kaya, sa isang puntong malapit sa pagyeyelo, ang malamig na tubig ay tumataas sa ibabaw at ang mainit na tubig ay lumulubog sa ilalim. Sa kalaunan, ang tubig sa tuktok ng lawa sa mga kondisyon ng taglamig ay magyeyelo at magiging isang layer ng yelo. Gayundin, kapag ang tubig ay nag-freeze at nagiging yelo, ang yelo ay nagiging mas mababa kaysa sa tubig at patuloy na lumulutang sa ibabaw ng lawa.
Ang yelo ay may mas mababang density kaysa sa tubig dahil sa katotohanan na mayroon itong heksagonal na istraktura ng kristal. Ang bawat molekula ng tubig ay binubuo ng dalawang hydrogen atoms na nakagapos sa isang oxygen atom. Kapag nabuo ang yelo, ang mga atomo ng hydrogen ng isang molekula ay bumubuo ng mahinang mga bono ng hydrogen sa mga atomo ng oxygen ng dalawang iba pang molekula ng tubig. Ang mga nakahanay na molekula ng tubig sa modelong ito ay kumukuha ng mas maraming espasyo kaysa sa mga random na pinaghalong molekula sa likidong tubig. Samakatuwid, ang yelo ay hindi gaanong siksik. Para sa parehong dahilan, ang tubig sa ibaba 4 degrees Celsius ay nagiging mas siksik.
Kaya ngayon naiintindihan na natin kung bakit lumulutang ang yelo sa tubig, ngunit paano ito gumagana sa mga anyong tubig? Isipin na ito ay simula ng taglamig at ang temperatura ay kamakailan lamang ay bumagsak sa ilalim ng pagyeyelo. Ang hangin ay nagbabago ng temperatura nang mas mabilis kaysa sa tubig - kaya naman ang tubig sa reservoir ay tila mas mainit sa gabi. Ang hangin ay lumalamig sa gabi, ngunit ang tubig sa reservoir ay nananatiling halos kasing init. Kaya, kahit malamig ang hangin, hindi nagyeyelo ang tubig. Ang tubig sa itaas na bahagi ng reservoir ay direktang nakikipag-ugnayan sa malamig na hangin at patuloy na lumalamig. Ang yelo na nabubuo sa ibabaw ay nagsisilbi ring hadlang, o insulator, sa pagitan ng malamig na hangin at ng mainit na tubig sa ibaba.
Ang huling katotohanan ay nagpapahintulot sa tubig sa mga lawa at lawa na hindi mag-freeze hanggang sa pinakailalim, na nagpapahintulot sa mga halaman at isda na mabuhay sa taglamig sa mga kondisyon ng hilaga.
Ice at tubig.Nabatid na ang isang piraso ng yelo na inilagay sa isang basong tubig ay hindi lumulubog. Ito ay dahil kumikilos ang isang buoyant force sa yelo mula sa gilid ng tubig.
kanin. 4.1. Ice sa tubig.
Gaya ng makikita mula sa fig. 4.1, ang buoyancy force ay ang resulta ng water pressure forces na kumikilos sa ibabaw ng nakalubog na bahagi ng yelo (shaded area sa Fig. 4.1). Ang yelo ay lumulutang sa tubig dahil ang puwersa ng grabidad na humihila dito sa ilalim ay nababalanse ng buoyant force.
Isipin na walang yelo sa baso, at ang lugar na may kulay sa pigura ay puno ng tubig. Dito, hindi magkakaroon ng paghahati sa pagitan ng tubig na nasa loob ng lugar na ito at sa labas nito. Gayunpaman, sa kasong ito rin, ang buoyant na puwersa at ang puwersa ng grabidad na kumikilos sa tubig na nakapaloob sa may kulay na lugar ay nagbabalanse sa isa't isa. Dahil sa parehong mga kaso na isinasaalang-alang sa itaas ang puwersa ng buoyancy ay nananatiling hindi nagbabago, nangangahulugan ito na ang puwersa ng gravity na kumikilos sa isang piraso ng yelo at sa tubig sa loob ng lugar sa itaas ay pareho. Sa madaling salita, pareho sila ng timbang. Tama rin na ang masa ng yelo ay katumbas ng masa ng tubig sa lugar na may kulay.
Kapag natunaw, ang yelo ay magiging tubig ng parehong masa at pupunuin ang dami na katumbas ng dami ng may kulay na lugar. Samakatuwid, ang antas ng tubig sa isang baso ng tubig at isang piraso ng yelo pagkatapos matunaw ang yelo ay hindi magbabago.
Liquid at solid na estado.
Ngayon alam natin na ang dami ng isang piraso ng yelo ay mas malaki kaysa sa dami ng tubig na may pantay na masa. Ang ratio ng mass ng isang substance sa volume na sinasakop nito ay tinatawag na density ng substance. Samakatuwid, ang density ng yelo ay mas mababa kaysa sa density ng tubig. Ang kanilang mga numerical value na sinusukat sa 0 °C ay: para sa tubig - 0.9998, para sa yelo - 0.917 g/cm3. Hindi lamang yelo, kundi pati na rin ang iba pang mga solido, kapag pinainit, umabot sa isang tiyak na temperatura, kung saan nagsisimula ang kanilang paglipat sa isang likidong estado. Sa kaso ng pagkatunaw ng isang purong sangkap, ang temperatura nito ay hindi magsisimulang tumaas kapag pinainit hanggang sa ang buong masa nito ay pumasa sa isang likidong estado. Ang temperaturang ito ay tinatawag na melting point ng substance. Matapos ang pagtunaw ay natapos, ang pag-init ay hahantong sa isang karagdagang pagtaas sa temperatura ng likido. Kung ang likido ay pinalamig, pinababa ang temperatura sa punto ng pagkatunaw, magsisimula itong pumunta sa isang solidong estado.
Para sa karamihan ng mga sangkap, hindi katulad ng kaso sa yelo at tubig, ang density sa solid state ay mas mataas kaysa sa likidong estado. Halimbawa, ang argon, na kadalasang nasa isang gas na estado, ay nagpapatigas sa temperatura na -189.2 ° C; ang density ng solid argon ay 1.809 g/cm3 (sa likidong estado, ang density ng argon ay 1.38 g/cm3). Kaya, kung ihahambing natin ang density ng isang sangkap sa solid state sa isang temperatura na malapit sa natutunaw na punto na may density nito sa likidong estado, lumalabas na sa kaso ng argon ito ay bumababa ng 14.4%, at sa kaso ng sodium - sa pamamagitan ng 2.5%.
Ang pagbabago sa density ng isang sangkap kapag dumadaan sa punto ng pagkatunaw para sa mga metal ay kadalasang maliit, maliban sa aluminyo at ginto (0 at 5.3%, ayon sa pagkakabanggit). Para sa lahat ng mga sangkap na ito, hindi katulad ng tubig, ang proseso ng solidification ay hindi nagsisimula sa ibabaw, ngunit sa ilalim.
Gayunpaman, mayroong mga metal na bumababa ang density sa panahon ng paglipat sa solid state. Kabilang dito ang antimony, bismuth, gallium, kung saan ang pagbaba na ito ay, ayon sa pagkakabanggit, 0.95, 3.35 at 3.2%. Ang Gallium, na ang punto ng pagkatunaw ay -29.8 ° C, kasama ng mercury at cesium, ay kabilang sa klase ng mga mababang natutunaw na metal.
Pagkakaiba sa pagitan ng solid at likidong estado ng bagay.
Sa solid state, sa kaibahan sa liquid state, ang mga molecule na bumubuo sa substance ay nakaayos sa maayos na paraan.
kanin. 4.2. Ang pagkakaiba sa pagitan ng likido at solidong estado ng bagay
Sa fig. Ang 4.2 (sa kanan) ay nagpapakita ng isang halimbawa ng isang siksik na pag-iimpake ng mga molekula (kondisyon na inilalarawan ng mga bilog), na katangian ng isang sangkap sa solidong estado. Ang hindi maayos na istraktura na katangian ng isang likido ay ipinapakita sa tabi nito. Sa likidong estado, ang mga molekula ay nasa malaking distansya mula sa isa't isa, may higit na kalayaan sa paggalaw, at, bilang isang resulta, ang sangkap sa likidong estado ay madaling nagbabago ng hugis nito, iyon ay, mayroon itong isang pag-aari bilang pagkalikido.
Para sa mga likidong sangkap, tulad ng nabanggit sa itaas, ang isang random na pag-aayos ng mga molekula ay katangian, ngunit hindi lahat ng mga sangkap na may tulad na istraktura ay may kakayahang dumaloy. Ang isang halimbawa ay salamin, na ang mga molekula ay random na nakaayos, ngunit hindi ito dumadaloy.
Ang mga kristal na sangkap ay mga sangkap na ang mga molekula ay nakaayos sa isang maayos na paraan. Sa kalikasan, may mga sangkap na ang mga kristal ay may katangian na hitsura. Kabilang dito ang kuwarts at yelo. Ang mga matitigas na metal tulad ng bakal at tingga ay hindi natural na nangyayari sa malalaking kristal. Gayunpaman, ang pag-aaral ng kanilang ibabaw sa ilalim ng mikroskopyo, maaaring makilala ng isa ang mga kumpol ng maliliit na kristal, tulad ng makikita sa litrato (Larawan 4.3).
kanin. 4.3. Micrograph ng ibabaw ng bakal.
Mayroong mga espesyal na paraan upang makakuha ng malalaking kristal ng mga metal na sangkap.
Anuman ang laki ng mga kristal, mayroon silang magkakatulad na pagkakaayos ng mga molekula. Ang mga ito ay nailalarawan din sa pagkakaroon ng isang napaka-tiyak na punto ng pagkatunaw. Nangangahulugan ito na ang temperatura ng isang natutunaw na katawan ay hindi tumataas kapag pinainit hanggang sa ito ay ganap na natunaw. Ang salamin, hindi tulad ng mga kristal na sangkap, ay walang tiyak na punto ng pagkatunaw: kapag pinainit, unti-unti itong lumalambot at nagiging isang ordinaryong likido. Kaya, ang punto ng pagkatunaw ay tumutugma sa temperatura kung saan ang iniutos na pag-aayos ng mga molekula ay nawasak at ang istraktura ng kristal ay nagiging hindi maayos. Sa konklusyon, napansin namin ang isa pang kawili-wiling pag-aari ng salamin, dahil sa kakulangan ng isang mala-kristal na istraktura: sa pamamagitan ng paglalapat ng isang pangmatagalang puwersa ng makunat dito, halimbawa, sa loob ng 10 taon, titiyakin namin na ang salamin ay dumadaloy tulad ng isang ordinaryong likido.
Packaging ng molekula.
Gamit ang X-ray at isang electron beam, maaaring pag-aralan kung paano nakaayos ang mga molekula sa isang kristal. Ang X-ray radiation ay may mas maikling wavelength kaysa sa nakikitang liwanag, kaya maaari itong ma-diffracted ng geometrically regular na kristal na istraktura ng mga atom o molekula. Sa pamamagitan ng pagrehistro ng isang pattern ng diffraction sa isang photographic plate (Larawan 4.4), posible na maitatag ang pag-aayos ng mga atomo sa isang kristal. Gamit ang parehong paraan para sa mga likido, masisiguro ng isa na ang mga molekula sa likido ay random na nakaayos.
kanin. 4.4. X-ray diffraction sa isang pana-panahong istraktura.
kanin. 4.5. Dalawang paraan upang mahigpit na i-pack ang mga bola.
Ang mga molekula ng isang solid, na nasa isang mala-kristal na estado, ay medyo kumplikado na nauugnay sa bawat isa. Ang istraktura ng mga sangkap na binubuo ng mga atomo o molekula ng parehong uri ay mukhang medyo simple, tulad ng, halimbawa, ang argon crystal na ipinapakita sa Fig. 4.5 (kaliwa), kung saan ang mga atom ay karaniwang itinalaga ng mga bola. Maaari mong punan ang isang tiyak na dami ng espasyo nang mahigpit ng mga bola sa iba't ibang paraan. Ang ganitong siksik na pag-iimpake ay posible dahil sa pagkakaroon ng intermolecular attraction forces, na may posibilidad na ayusin ang mga molekula upang ang volume na kanilang sinasakop ay minimal. Gayunpaman, sa katotohanan, ang istraktura sa Fig. 4.5 (kanan) ay hindi nangyayari; Hindi madaling ipaliwanag ang katotohanang ito.
Kaya paano mo naiisip iba't-ibang paraan Ang paglalagay ng mga bola sa kalawakan ay medyo mahirap, isaalang-alang natin kung paano mo mahigpit na ayusin ang mga barya sa eroplano.
kanin. 4.6. Isang iniutos na pag-aayos ng mga barya sa isang eroplano.
Sa fig. 4.6 dalawang ganoong pamamaraan ang ipinakita: sa una, ang bawat molekula ay nakikipag-ugnayan sa apat na kalapit, ang mga sentro nito ay ang mga vertices ng isang parisukat na may gilid d, kung saan ang d ay ang diameter ng barya; sa pangalawang kaso, ang bawat barya ay nakikipag-ugnayan sa anim na kalapit. Nililimitahan ng mga tuldok na linya sa figure ang lugar na inookupahan ng isang barya. Sa unang kaso
ito ay katumbas ng d 2 , at muli ang lugar na ito ay mas maliit at katumbas ng √3d 2 /2.
Ang pangalawang paraan ng paglalagay ng mga barya ay makabuluhang binabawasan ang agwat sa pagitan nila.
Molecule sa loob ng isang kristal. Ang layunin ng pag-aaral ng mga kristal ay upang maitaguyod kung paano nakaayos ang mga molekula sa kanila. Ang mga kristal ng mga metal tulad ng ginto, pilak, tanso ay nakaayos tulad ng mga kristal ng argon. Sa kaso ng mga metal, ang isa ay dapat magsalita ng isang ordered arrangement ng mga ions, hindi molecules. Ang isang tansong atom, halimbawa, ang pagkawala ng isang elektron, ay nagiging isang negatibong sisingilin na tansong ion. Ang mga electron ay malayang gumagalaw sa pagitan ng mga ion. Kung ang mga ions ay kondisyon na kinakatawan sa anyo ng mga bola, nakakakuha kami ng isang istraktura na nailalarawan sa pamamagitan ng malapit na pag-iimpake. Ang mga kristal ng mga metal tulad ng sodium at potassium ay medyo naiiba sa istraktura mula sa tanso. Ang mga molekula ng CO 2 at mga organikong compound, na binubuo ng iba't ibang mga atomo, ay hindi maaaring katawanin bilang mga bola. Ang pagpasa sa solidong estado, bumubuo sila ng isang napaka-komplikadong mala-kristal na istraktura.
kanin. 4.7. Crystal "dry ice" (malaking malalaking bola - carbon atoms)
Sa fig. Ang Figure 4.7 ay nagpapakita ng mga solidong CO2 na kristal na tinatawag na dry ice. Ang brilyante, na hindi isang kemikal na tambalan, ay mayroon ding espesyal na istraktura, dahil ang mga bono ng kemikal ay bumubuo sa pagitan ng mga atomo ng carbon.
Densidad ng likido. Sa paglipat sa isang likidong estado, ang molekular na istraktura ng isang sangkap ay nagiging hindi maayos. Ang prosesong ito ay maaaring sinamahan ng parehong pagbaba at pagtaas sa dami na sinasakop ng isang naibigay na sangkap sa espasyo.
kanin. 4.8. Mga modelo na gawa sa mga brick, naaayon sa istraktura ng tubig at isang solidong katawan.
Bilang isang paglalarawan, isaalang-alang ang ipinapakita sa Fig. 4.8 brick building. Hayaang tumutugma ang bawat brick sa isang molekula. Ang isang gusaling ladrilyo na nawasak ng lindol ay nagiging isang tumpok ng mga ladrilyo, na ang mga sukat nito ay mas maliit kaysa sa mga sukat ng gusali. Gayunpaman, kung ang lahat ng mga brick ay maayos na nakasalansan nang paisa-isa, ang dami ng espasyo na kanilang inookupahan ay magiging mas maliit. Ang isang katulad na relasyon ay umiiral sa pagitan ng density ng bagay sa solid at likidong estado. Ang mga kristal na tanso at argon ay maaaring iugnay sa itinatanghal na siksik na packing ng mga brick. Ang likidong estado sa kanila ay tumutugma sa isang tumpok ng mga brick. Ang paglipat mula sa isang solid hanggang sa isang likidong estado sa ilalim ng mga kondisyong ito ay sinamahan ng isang pagbawas sa density.
Kasabay nito, ang paglipat mula sa isang mala-kristal na istraktura na may malalaking intermolecular na distansya (na tumutugma sa isang gusali ng ladrilyo) sa isang likidong estado ay sinamahan ng isang pagtaas sa density. Gayunpaman, sa katotohanan, maraming mga kristal ang nagpapanatili ng malalaking distansya ng intermolecular sa panahon ng paglipat sa estado ng likido.
Para sa antimony, bismuth, gallium at iba pang mga metal, sa kaibahan sa sodium at tanso, ang siksik na packing ay hindi pangkaraniwan. Dahil sa malaking interatomic na distansya, ang kanilang density ay tumataas sa panahon ng paglipat sa likidong bahagi.
Istraktura ng yelo.
Ang molekula ng tubig ay binubuo ng isang oxygen atom at dalawang hydrogen atoms na matatagpuan sa magkabilang panig nito. Hindi tulad ng molekula ng carbon dioxide, kung saan matatagpuan ang carbon atom at dalawang atomo ng oxygen sa isang tuwid na linya, sa molekula ng tubig, ang mga linya na nagkokonekta sa atom ng oxygen sa bawat isa sa mga atomo ng hydrogen ay bumubuo ng isang anggulo na 104.5 ° sa pagitan nila. Samakatuwid, may mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga molekula ng tubig na likas na elektrikal. Bilang karagdagan, dahil sa mga espesyal na katangian ng hydrogen atom, sa panahon ng pagkikristal, ang tubig ay bumubuo ng isang istraktura kung saan ang bawat molekula ay nauugnay sa apat na kalapit na mga. Ang istraktura na ito ay pinasimple sa Fig. 4.9. Ang malalaking bola ay mga atomo ng oxygen, ang mga maliliit na itim na bola ay mga atomo ng hydrogen.
kanin. 4.9. Kristal na istraktura ng yelo.
Ang malalaking intermolecular na distansya ay natanto sa istrukturang ito. Kaya kapag ang yelo ay natunaw at ang istraktura ay bumagsak, ang dami ng bawat molekula ay bumababa. Ito ay humahantong sa katotohanan na ang density ng tubig ay mas mataas kaysa sa density ng yelo at ang yelo ay maaaring lumutang sa tubig.
Pag-aaral 1
BAKIT PINAKAMATAAS ANG DENSITY NG TUBIG SA 4°C?
Hydrogen bonding at thermal expansion. Pagkatapos matunaw, ang yelo ay nagiging tubig, ang density nito ay mas mataas kaysa sa yelo. Sa karagdagang pagtaas ng temperatura ng tubig, tumataas ang density nito hanggang sa umabot ang temperatura sa 4 °C. Kung sa 0°C ang density ng tubig ay 0.99984 g/cm3, pagkatapos ay sa 4°C ito ay 0.99997 g/cm3. Ang karagdagang pagtaas sa temperatura ay nagdudulot ng pagbaba ng density at sa 8°C muli itong magkakaroon ng parehong halaga tulad ng sa 0°C. kanin. 4.10. Ang mala-kristal na istraktura ng yelo (malalaking bola ay mga atomo ng oxygen).
Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay nauugnay sa pagkakaroon ng isang mala-kristal na istraktura sa yelo. Ang lahat ng mga detalye ay ipinapakita sa Fig. 4.10, kung saan, para sa kalinawan, ang mga atomo ay ipinapakita bilang mga bola, at ang mga kemikal na bono ay ipinapahiwatig ng mga solidong linya. Ang isang tampok ng istraktura ay ang hydrogen atom ay palaging matatagpuan sa pagitan ng dalawang oxygen atoms, na mas malapit sa isa sa kanila. Kaya, ang hydrogen atom ay nag-aambag sa paglitaw ng isang cohesive na puwersa sa pagitan ng dalawang katabing molekula ng tubig. Ang puwersa ng pagbubuklod na ito ay tinatawag na hydrogen bond. Dahil ang mga hydrogen bond ay nangyayari lamang sa ilang mga direksyon, ang pagkakaayos ng mga molekula ng tubig sa isang piraso ng yelo ay malapit sa tetrahedral. Kapag ang yelo, na natunaw, ay nagiging tubig, ang isang makabuluhang bahagi ng mga bono ng hydrogen ay hindi nawasak, dahil sa kung saan ang istraktura ay napanatili, malapit sa tetrahedral na may malalaking intermolecular na distansya na katangian nito. Habang tumataas ang temperatura, tumataas ang rate ng translational at rotational motion ng mga molekula, bilang resulta kung saan nasira ang mga hydrogen bond, bumababa ang intermolecular distance at tumataas ang density ng tubig.
Gayunpaman, kahanay sa prosesong ito, na may pagtaas sa temperatura, nangyayari ang thermal expansion ng tubig, na nagiging sanhi ng pagbawas sa density nito. Ang impluwensya ng dalawang salik na ito ay humahantong sa katotohanan na ang pinakamataas na density ng tubig ay naabot sa 4 °C. Sa mga temperaturang higit sa 4°C, ang salik na nauugnay sa pagpapalawak ng thermal ay nagsisimulang mangibabaw at muling bumababa ang density.
Pag-aaral 2
YELO SA MABABANG TEMPERATURA O MATAAS NA PRESSURE
Mga uri ng yelo. Dahil ang mga intermolecular na distansya ay tumataas sa panahon ng pagkikristal ng tubig, ang density ng yelo ay mas mababa kaysa sa density ng tubig. Kung ang isang piraso ng yelo ay nakalantad mataas na presyon, pagkatapos ay maaaring asahan na ang intermolecular na distansya ay bababa. Sa katunayan, sa pamamagitan ng pagpapailalim ng yelo sa 0°C sa isang presyon na 14 kbar (1 kbar = 987 atm), nakakakuha tayo ng yelo na may ibang kristal na istraktura, na ang density ay 1.38 g/cm3. Kung ang tubig sa ilalim ng naturang presyon ay pinalamig sa isang tiyak na temperatura, magsisimula ito gawing kristal. Dahil ang density ng naturang yelo ay mas mataas kaysa sa tubig, ang mga kristal ay hindi maaaring manatili sa ibabaw nito at lumubog sa ilalim. Kaya, ang tubig sa sisidlan ay nag-kristal simula sa ibaba. Ang ganitong uri ng yelo ay tinatawag na yelo VI; regular na yelo - yelo I.
Sa presyon na 25 kbar at temperatura na 100 °C, ang tubig ay nagpapatigas, nagiging yelo VII na may density na 1.57 g/cm3.
kanin. 4.11. Diagram ng estado ng tubig.
Sa pamamagitan ng pagbabago ng temperatura at presyon, 13 uri ng yelo ang maaaring makuha. Ang mga lugar ng pagbabago ng parameter ay ipinapakita sa diagram ng estado (Larawan 4.11). Mula sa diagram na ito, matutukoy mo kung aling uri ng yelo ang tumutugma sa isang ibinigay na temperatura at presyon. Ang mga solidong linya ay tumutugma sa mga temperatura at presyon kung saan magkakasamang nabubuhay ang dalawang magkaibang istruktura ng yelo. Ang Ice VIII ay may pinakamataas na density na 1.83 g/cm3 sa lahat ng uri ng yelo.
Sa medyo mababang presyon, 3 kbar, umiiral ang yelo II, ang density nito ay mas mataas din kaysa sa tubig, at 1.15 g/cm3. Ito ay kagiliw-giliw na tandaan na sa isang temperatura ng -120 °C, ang kristal na istraktura ay nawawala at ang yelo ay pumasa sa isang malasalamin na estado.
Tulad ng para sa tubig at yelo I, makikita mula sa diagram na habang tumataas ang presyon, bumababa ang punto ng pagkatunaw. Dahil ang density ng tubig ay mas mataas kaysa sa yelo, ang paglipat na "yelo - tubig" ay sinamahan ng isang pagbawas sa dami, at ang presyon na inilapat mula sa labas ay nagpapabilis lamang sa prosesong ito. Sa Yelo III, na ang density ay mas mataas kaysa sa tubig, ang sitwasyon ay eksaktong kabaligtaran - ang pagkatunaw nito ay tumataas sa pagtaas ng presyon.
Bakit lumulutang ang yelo
Alam ng lahat na ang yelo ay hindi lumulubog, ngunit lumulutang sa ibabaw ng tubig. Ang katotohanang ito ay medyo hindi pangkaraniwan, dahil ang yelo ay isang solidong katawan, at ang mga solidong katawan, bilang panuntunan, ay palaging lumulubog sa likido na nabubuo kapag natutunaw.
Ang lahat ng mga sangkap sa kalikasan ay lumalawak kapag pinainit at kumukurot kapag pinalamig. Ang tubig ay sumusunod sa panuntunang ito, ngunit hanggang sa tiyak na temperatura. Ito ay lumiliit, lumalamig hanggang +4°C. Sa temperatura na ito, ang tubig ay may pinakamataas na density at timbang. Lalong lumalamig at nagiging yelo sa 0 ° C, ito ... lumalawak. Sa kasong ito, ang yelo ay tumataas sa dami, habang ang density at timbang ay bumababa. Ang yelo ay nagiging mas magaan kaysa sa tubig kung saan ito nabuo. Iyon ang dahilan kung bakit ang yelo ay hindi natutunaw sa tubig, ngunit lumulutang sa ibabaw nito.
Dahil sa tampok na ito ng yelo, ang tubig sa mga reservoir ay nagyeyelo lamang sa ibabaw. Kung ang yelo ay lulubog sa tubig, ito ay lulubog sa ilalim, ang tubig sa ibabaw ay muling magiging yelo at muling lulubog...sa loob ng ilang araw, ang imbakan ng tubig ay magyeyelo mula sa ibabaw hanggang sa ibaba, at kasama ng tubig, lahat ng mga hayop at halaman ay magyeyelo ... Ang katotohanan na ang yelo ay mas magaan kaysa tubig ay "imbento" ng kalikasan upang ang buhay sa ang tubig ay hindi tumitigil sa pag-iral, at kasama nito ang buhay sa buong mundo.
Kapag ang tubig ay nagyeyelo at nagiging yelo, ito ay lumalawak at tumataas ang volume, hindi sa anumang halaga, ngunit sa halos isang ikasiyam. Nangangahulugan ito na kung mag-freeze ang 9 na litro ng tubig, makakakuha ka ng 10 litro ng yelo.
Kapag lumutang ang yelo, nakikita natin ang ika-siyam na bahagi nito sa ibabaw. Halimbawa, kung ang isang ice floe ay may taas na 2 cm sa itaas ng tubig, pagkatapos ay sa ilalim ng tubig ang layer nito ay 9 beses na mas makapal, iyon ay, 2 beses 9 = 18 cm, at ang kapal ng buong ice floe ay 20 cm.
Sa mga dagat at karagatan, kung minsan ay may malalaking bundok ng yelo - mga iceberg. Ito ay mga glacier na nadulas mula sa mga polar na bundok at dinadala ng agos at hangin sa bukas na dagat. Ang kanilang taas ay maaaring umabot sa 200 metro, at ang dami - ilang milyong metro kubiko. Ang siyam na ikasampu ng buong masa ng iceberg ay nakatago sa ilalim ng tubig. Samakatuwid, ang pakikipagkita sa kanya ay lubhang mapanganib. Kung hindi mapansin ng barko ang gumagalaw na higanteng yelo sa oras, maaari itong mapinsala o mapatay pa sa isang banggaan.
Walang alinlangan na ang yelo ay lumulutang sa tubig; lahat ay nakakita nito nang daan-daang beses kapwa sa lawa at sa ilog.
Ngunit gaano karaming mga tao ang nag-isip tungkol sa tanong na ito: lahat ba ng solid ay kumikilos sa parehong paraan tulad ng yelo, iyon ay, lumulutang sila sa mga likidong nabuo sa panahon ng kanilang pagkatunaw?
Matunaw ang paraffin o wax sa isang garapon at itapon ang isa pang piraso ng parehong solidong sangkap sa likidong ito, agad itong lulubog. Ang parehong ay mangyayari sa tingga, at sa lata, at sa maraming iba pang mga sangkap. Lumalabas, bilang panuntunan, solid na katawan laging nalulunod sa mga likidong nabubuo kapag natutunaw.
Kapag madalas na nakikitungo sa tubig, sanay na tayo sa kabaligtaran na kababalaghan na madalas nating nakakalimutan ang pag-aari na ito, na katangian ng lahat ng iba pang mga sangkap. Dapat tandaan na ang tubig ay isang bihirang eksepsiyon sa bagay na ito. Tanging ang metal bismuth at cast iron ay kumikilos sa parehong paraan tulad ng tubig.
Kung ang yelo ay mas mabigat kaysa sa tubig at hindi mananatili sa ibabaw nito, ngunit lulubog, kung gayon kahit sa malalim na mga imbakan ng tubig ay ganap na magyeyelo ang tubig sa taglamig. Sa katunayan: ang yelo na bumabagsak sa ilalim ng lawa ay pipilitin ang mas mababang mga layer ng tubig pataas, at ito ay mangyayari hanggang ang lahat ng tubig ay naging yelo.
Gayunpaman, kapag ang tubig ay nag-freeze, ang kabaligtaran ay totoo. Sa sandaling ang tubig ay nagiging yelo, ang dami nito ay biglang tumaas ng humigit-kumulang 10 porsiyento, at ang yelo ay hindi gaanong siksik kaysa tubig. Iyon ang dahilan kung bakit ito lumulutang sa tubig, dahil ang anumang katawan ay lumulutang sa isang likido na may mataas na density: isang bakal na kuko sa mercury, isang cork sa langis, atbp. Kung isasaalang-alang natin ang density ng tubig na katumbas ng isa, kung gayon ang density ng magiging 0.91 lang ang yelo. Ang figure na ito ay nagpapahintulot sa amin na malaman ang kapal ng ice floe na lumulutang sa tubig. Kung ang taas ng ice floe sa itaas ng tubig ay, halimbawa, 2 sentimetro, maaari nating tapusin na ang ilalim ng tubig na layer ng ice floe ay 9 beses na mas makapal, iyon ay, ito ay 18 sentimetro, at ang buong ice floe ay 20 sentimetro ang kapal.
Sa mga dagat at karagatan, minsan ay may malalaking bundok ng yelo - mga iceberg (Larawan 4). Ito ay mga glacier na nadulas mula sa mga polar na bundok at dinadala ng agos at hangin sa bukas na dagat. Ang kanilang taas ay maaaring umabot sa 200 metro, at ang dami - ilang milyong metro kubiko. Ang siyam na ikasampu ng buong masa ng iceberg ay nakatago sa ilalim ng tubig. Samakatuwid, ang pakikipagkita sa kanya ay lubhang mapanganib. Kung hindi mapansin ng barko ang gumagalaw na higanteng yelo sa oras, maaari itong mapinsala o mapatay pa sa isang banggaan.
Ang biglaang pagtaas ng volume kapag ang likidong coda ay nagiging yelo ay mahalagang katangian tubig. Ang tampok na ito ay madalas na dapat isaalang-alang sa praktikal na buhay. Kung nag-iiwan ka ng isang bariles ng tubig sa lamig, kung gayon ang tubig, na nagyeyelo, ay masisira ang bariles. Para sa parehong dahilan, hindi mo dapat iwanan ang tubig sa radiator ng isang kotse sa isang malamig na garahe. Sa matinding frosts, kailangan mong maging maingat sa pinakamaliit na pagkagambala sa supply ng maligamgam na tubig sa pamamagitan ng mga tubo ng pagpainit ng tubig: ang tubig na huminto sa panlabas na tubo ay maaaring mabilis na mag-freeze, at pagkatapos ay sasabog ang tubo.
Ang pagyeyelo sa mga bitak ng mga bato, ang tubig ang kadalasang sanhi ng pagguho ng bundok.
Isaalang-alang natin ngayon ang isang eksperimento na direktang nauugnay sa pagpapalawak ng tubig kapag pinainit. Ang pagse-set up ng eksperimentong ito ay nangangailangan ng mga espesyal na kagamitan, at malabong maaaring kopyahin ito ng sinuman sa mga mambabasa sa bahay. Oo, ito ay hindi isang pangangailangan; madaling isipin ang karanasan, at susubukan naming kumpirmahin ang mga resulta nito sa mga halimbawa na kilala ng lahat.
Kumuha tayo ng isang napakalakas na metal, mas mabuti ang bakal na silindro (Larawan 5), ibuhos ang isang maliit na shot sa ilalim nito, punan ito ng tubig, ayusin ang takip na may mga bolts at simulan ang turnilyo. Dahil ang tubig ay nag-compress ng napakaliit, hindi mo kailangang iikot ang tornilyo sa loob ng mahabang panahon. Pagkatapos ng ilang mga rebolusyon, ang presyon sa loob ng silindro ay tumataas sa daan-daang mga atmospheres. Kung ngayon ang silindro ay pinalamig kahit na sa pamamagitan ng 2-3 degrees sa ibaba ng zero, kung gayon ang tubig sa loob nito ay hindi mag-freeze. Ngunit paano ka makatitiyak dito? Kung bubuksan mo ang silindro, pagkatapos ay sa temperatura na ito at presyon ng atmospera ang tubig ay agad na magiging yelo, at hindi natin malalaman kung ito ay likido o solid kapag ito ay nasa ilalim ng presyon. Dito, ang mga ibinuhos na pellets ay makakatulong sa atin. Kapag malamig na ang silindro, baligtarin ito. Kung ang tubig ay nagyelo, ang pagbaril ay namamalagi sa ibaba, kung hindi nagyelo, ang pagbaril ay makokolekta sa takip. Alisin natin ang tornilyo. Ang presyon ay bababa at ang tubig ay tiyak na magyeyelo. Ang pagtanggal ng takip, tinitiyak namin na ang lahat ng pagbaril ay natipon malapit sa takip. Kaya, sa katunayan, ang tubig sa ilalim ng presyon ay hindi nag-freeze sa mga temperatura sa ibaba ng zero.
Ipinapakita ng karanasan na bumababa ang lamig ng tubig sa pagtaas ng presyon ng humigit-kumulang isang degree para sa bawat 130 atmospheres.
Kung sinimulan nating buuin ang ating pangangatwiran batay sa mga obserbasyon ng maraming iba pang mga sangkap, kailangan nating makarating sa kabaligtaran na konklusyon. Karaniwang nakakatulong ang presyon sa mga likido na patigasin: sa ilalim ng presyon, ang mga likido ay nagyeyelo nang higit pa mataas na temperatura, at walang dapat ikagulat kung naaalala natin na ang karamihan sa mga sangkap ay bumababa sa dami sa panahon ng solidification. Ang presyon ay nagdudulot ng pagbaba sa dami at sa gayon ay nagpapadali sa paglipat ng isang likido sa isang solidong estado. Ang tubig, sa solidification, tulad ng alam na natin, ay hindi bumababa sa dami, ngunit, sa kabaligtaran, lumalawak. Samakatuwid, ang presyon, na pumipigil sa pagpapalawak ng tubig, ay nagpapababa sa punto ng pagyeyelo nito.
Ito ay kilala na sa mga karagatan sa napakalalim na temperatura ng tubig ay mas mababa sa zero degrees, ngunit ang tubig sa mga kalaliman ay hindi nagyeyelo. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng presyon na lumilikha sa itaas na mga layer ng tubig. Isang patong ng tubig na isang kilometrong makapal na pagpindot na may lakas na humigit-kumulang isang daang atmospheres.
Kung ang tubig ay isang normal na likido, halos hindi namin mararanasan ang kasiyahan ng skating sa yelo. Ito ay magiging katulad ng paggulong sa perpektong makinis na salamin. Ang mga skate ay hindi dumudulas sa salamin. Ito ay isang ganap na naiibang bagay sa yelo. Napakadali ng ice skating. Bakit? Sa ilalim ng bigat ng ating katawan, ang manipis na talim ng skate ay nagsasagawa ng medyo malakas na presyon sa yelo, at ang yelo sa ilalim ng skate ay natutunaw; isang manipis na pelikula ng tubig ay nabuo, na nagsisilbing isang mahusay na pampadulas.
Walang alinlangan na ang yelo ay lumulutang sa tubig; lahat ay nakakita nito nang daan-daang beses kapwa sa lawa at sa ilog.
Ngunit gaano karaming mga tao ang nag-isip tungkol sa tanong na ito: lahat ba ng solid ay kumikilos sa parehong paraan tulad ng yelo, iyon ay, lumulutang sila sa mga likidong nabuo sa panahon ng kanilang pagkatunaw?
Matunaw ang paraffin o wax sa isang garapon at itapon ang isa pang piraso ng parehong solidong sangkap sa likidong ito, agad itong lulubog. Ang parehong ay mangyayari sa tingga, at sa lata, at sa maraming iba pang mga sangkap. Lumalabas na, bilang panuntunan, ang mga solidong katawan ay laging lumulubog sa mga likidong nabubuo kapag natutunaw.
Kapag madalas na nakikitungo sa tubig, sanay na tayo sa kabaligtaran na kababalaghan na madalas nating nakakalimutan ang pag-aari na ito, na katangian ng lahat ng iba pang mga sangkap. Dapat tandaan na ang tubig ay isang bihirang eksepsiyon sa bagay na ito. Tanging ang metal bismuth at cast iron ay kumikilos sa parehong paraan tulad ng tubig.
Kung ang yelo ay mas mabigat kaysa sa tubig at hindi mananatili sa ibabaw nito, ngunit lulubog, kung gayon kahit sa malalim na mga imbakan ng tubig ay ganap na magyeyelo ang tubig sa taglamig. Sa katunayan: ang yelo na bumabagsak sa ilalim ng lawa ay pipilitin ang mas mababang mga layer ng tubig pataas, at ito ay mangyayari hanggang ang lahat ng tubig ay naging yelo.
Gayunpaman, kapag ang tubig ay nag-freeze, ang kabaligtaran ay totoo. Sa sandaling ang tubig ay nagiging yelo, ang dami nito ay biglang tumaas ng humigit-kumulang 10 porsiyento, at ang yelo ay hindi gaanong siksik kaysa tubig. Iyon ang dahilan kung bakit ito lumulutang sa tubig, dahil ang anumang katawan ay lumulutang sa isang likido na may mataas na density: isang bakal na kuko sa mercury, isang cork sa langis, atbp. Kung isasaalang-alang natin ang density ng tubig na katumbas ng isa, kung gayon ang density ng magiging 0.91 lang ang yelo. Ang figure na ito ay nagpapahintulot sa amin na malaman ang kapal ng ice floe na lumulutang sa tubig. Kung ang taas ng ice floe sa itaas ng tubig ay, halimbawa, 2 sentimetro, maaari nating tapusin na ang ilalim ng tubig na layer ng ice floe ay 9 beses na mas makapal, iyon ay, ito ay 18 sentimetro, at ang buong ice floe ay 20 sentimetro ang kapal.
Sa mga dagat at karagatan, minsan ay may malalaking bundok ng yelo - mga iceberg (Larawan 4). Ito ay mga glacier na nadulas mula sa mga polar na bundok at dinadala ng agos at hangin sa bukas na dagat. Ang kanilang taas ay maaaring umabot sa 200 metro, at ang dami - ilang milyong metro kubiko. Ang siyam na ikasampu ng buong masa ng iceberg ay nakatago sa ilalim ng tubig. Samakatuwid, ang pakikipagkita sa kanya ay lubhang mapanganib. Kung hindi mapansin ng barko ang gumagalaw na higanteng yelo sa oras, maaari itong mapinsala o mapatay pa sa isang banggaan.
Ang biglaang pagtaas ng volume kapag ang likidong coda ay nagiging yelo ay isang mahalagang katangian ng tubig. Ang tampok na ito ay madalas na dapat isaalang-alang sa praktikal na buhay. Kung nag-iiwan ka ng isang bariles ng tubig sa lamig, kung gayon ang tubig, na nagyeyelo, ay masisira ang bariles. Para sa parehong dahilan, hindi mo dapat iwanan ang tubig sa radiator ng isang kotse sa isang malamig na garahe. Sa matinding frosts, kailangan mong maging maingat sa pinakamaliit na pagkagambala sa supply ng maligamgam na tubig sa pamamagitan ng mga tubo ng pagpainit ng tubig: ang tubig na huminto sa panlabas na tubo ay maaaring mabilis na mag-freeze, at pagkatapos ay sasabog ang tubo.
Ang pagyeyelo sa mga bitak ng mga bato, ang tubig ang kadalasang sanhi ng pagguho ng bundok.
Isaalang-alang natin ngayon ang isang eksperimento na direktang nauugnay sa pagpapalawak ng tubig kapag pinainit. Ang pagse-set up ng eksperimentong ito ay nangangailangan ng mga espesyal na kagamitan, at malabong maaaring kopyahin ito ng sinuman sa mga mambabasa sa bahay. Oo, ito ay hindi isang pangangailangan; madaling isipin ang karanasan, at susubukan naming kumpirmahin ang mga resulta nito sa mga halimbawa na kilala ng lahat.
Kumuha tayo ng isang napakalakas na metal, mas mabuti ang bakal na silindro (Larawan 5), ibuhos ang isang maliit na shot sa ilalim nito, punan ito ng tubig, ayusin ang takip na may mga bolts at simulan ang turnilyo. Dahil ang tubig ay nag-compress ng napakaliit, hindi mo kailangang iikot ang tornilyo sa loob ng mahabang panahon. Pagkatapos ng ilang mga rebolusyon, ang presyon sa loob ng silindro ay tumataas sa daan-daang mga atmospheres. Kung ngayon ang silindro ay pinalamig kahit na sa pamamagitan ng 2-3 degrees sa ibaba ng zero, kung gayon ang tubig sa loob nito ay hindi mag-freeze. Ngunit paano ka makatitiyak dito? Kung bubuksan mo ang silindro, pagkatapos ay sa ganitong temperatura at presyon ng atmospera, ang tubig ay agad na magiging yelo, at hindi natin malalaman kung ito ay likido o solid kapag nasa ilalim ng presyon. Dito, ang mga ibinuhos na pellets ay makakatulong sa atin. Kapag malamig na ang silindro, baligtarin ito. Kung ang tubig ay nagyelo, ang pagbaril ay namamalagi sa ibaba, kung hindi nagyelo, ang pagbaril ay makokolekta sa takip. Alisin natin ang tornilyo. Ang presyon ay bababa at ang tubig ay tiyak na magyeyelo. Ang pagtanggal ng takip, tinitiyak namin na ang lahat ng pagbaril ay natipon malapit sa takip. Kaya, sa katunayan, ang tubig sa ilalim ng presyon ay hindi nag-freeze sa mga temperatura sa ibaba ng zero.
Ipinapakita ng karanasan na bumababa ang lamig ng tubig sa pagtaas ng presyon ng humigit-kumulang isang degree para sa bawat 130 atmospheres.
Kung sinimulan nating buuin ang ating pangangatwiran batay sa mga obserbasyon ng maraming iba pang mga sangkap, kailangan nating makarating sa kabaligtaran na konklusyon. Karaniwang nakakatulong ang presyon sa mga likido na maging solid: sa ilalim ng presyon, ang mga likido ay nagyeyelo sa mas mataas na temperatura, at hindi ito nakakagulat kapag naaalala mo na ang karamihan sa mga sangkap ay lumiliit sa volume kapag sila ay tumigas. Ang presyur ay nagdudulot ng pagbaba sa volume at sa gayon ay nagpapadali sa paglipat ng isang likido sa isang solidong estado. Ang tubig, sa solidification, tulad ng alam na natin, ay hindi bumababa sa dami, ngunit, sa kabaligtaran, lumalawak. Samakatuwid, ang presyon, na pumipigil sa pagpapalawak ng tubig, ay nagpapababa sa punto ng pagyeyelo nito.
Ito ay kilala na sa mga karagatan sa napakalalim na temperatura ng tubig ay mas mababa sa zero degrees, ngunit ang tubig sa mga kalaliman ay hindi nagyeyelo. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng presyon na lumilikha sa itaas na mga layer ng tubig. Isang patong ng tubig na isang kilometrong makapal na pagpindot na may lakas na humigit-kumulang isang daang atmospheres.
Kung ang tubig ay isang normal na likido, halos hindi namin mararanasan ang kasiyahan ng skating sa yelo. Ito ay magiging katulad ng paggulong sa perpektong makinis na salamin. Ang mga skate ay hindi dumudulas sa salamin. Ito ay isang ganap na naiibang bagay sa yelo. Napakadali ng ice skating. Bakit? Sa ilalim ng bigat ng ating katawan, ang manipis na talim ng skate ay nagsasagawa ng medyo malakas na presyon sa yelo, at ang yelo sa ilalim ng skate ay natutunaw; isang manipis na pelikula ng tubig ay nabuo, na nagsisilbing isang mahusay na pampadulas.
- Pagsasanay sa Rune: saan magsisimula?
- Runes para sa mga nagsisimula: kahulugan, konsepto, paglalarawan at hitsura, kung saan magsisimula, mga panuntunan sa trabaho, mga tampok at mga nuances kapag gumagamit ng mga rune Paano matutunang maunawaan ang mga rune
- Paano linisin ang isang bahay o apartment mula sa negatibiti
- ay walisin ang lahat ng iyong mga pagkabigo, ilipat ang mga bagay mula sa lupa at magbubukas ng anumang mga pinto para sa kanyang panginoon!