- Что легче лед или вода?
- Секреты льда
- Все интересное просто
- Когда в воде есть соль
- Что тяжелее: 1 литр воды или 1 литр льда
- Соотношение объема и массы воды
- Что тяжелее?
- Заморозить и восстановить
- Почему вода расширяется при замерзании?
- Действительно ли вода расширяется при замерзании?
- Почему объем воды увеличивается, когда она замерзает?
- Является ли вода полярной или неполярной?
- Почему лед плавает по воде
- Почему лед занимает больше места, чем жидкая вода?
- Видео: Физика 10. Свойства агрегатных состояний вещества. Четвёртое состояние — Академия занимательных наук 2021, Октябрь
- Дилатометрическая аномалия
- Лед занимает больше места: вина с водородными связями
- Химический Новый год, или В дорогу за чудесами
- Конкурс «Рассуждалки». Демонстрационный опыт «Замерзающая и оживающая гвоздика»
- Конкурс загадок. Демонстрационный опыт «Химический снег»
- Заключительная часть – демонстрационный опыт «Метель из бутылки». Награждение участников команд
Что легче лед или вода?
Многие задаются вопросом о том, что именно легче в окружающей среде: вода или лед? Ведь лед – это замороженная вода, а если посмотреть с другой точки зрения, то жидкость – это растаявшие массы льда. Все в нашем мире можно перевернуть с ног на голову и представить в таком виде, что любой процесс идет в обе стороны. Но, продолжая разговор о тяжести и, следовательно, плотности, нельзя не отметить, что лед во многом обязан своему маленькому весу обыкновенному воздуху.
Секреты льда
Тут и догадываться не надо: причина кроется в небольших полостях, которые возникают при замерзании воды. Эти полости заполняются обычным воздухом и это придает льду меньший вес. Очень полезное явление, но не только по этой причине ледяные пласты легче. Не так давно мы рассказывали о том, что наибольшая плотность воды в нормальных условиях достигается при температуре в 4 градуса Цельсия. Это значит, что нулевая температура воды дает меньшую плотность, то есть, больший объем. Именно по этой причине (поскольку лед не может возникнуть при температуре, больше 0), куски льда плавают.
Все интересное просто
Как можно подробнее рассказать об этом интересном явлении? Итак, представим себе процесс, который протекает в воде. Этот процесс называется конвекцией: обмен энергией посредством струек. Течения и струйки есть даже в стоячей воде, от них никуда нельзя деться и даже современные ученые до сих пор не смогли выяснить, что же именно кроется за природой движения воды. Поэтому обмен энергий протекает постоянно. Если идет обмен энергией, то меняется и температура. Добавив к этому изменение плотности, получим, что вода, которая обладает большей плотностью, опускается на дно. Но она не может замерзнуть, ведь она слишком теплая для этого.
Таким образом, на освободившееся место выдвигается вода менее плотная, то есть, уже перешедшая точку в +4 градуса и приближающаяся к нулю. Эта вода имеет все шансы замерзнуть. Итак, основные характеристики, показывающие и доказывающие, что вода более плотная и тяжелая, а лед легче. Прежде всего, это наличие пузырьков воздуха или какого-либо газа (ведь вмерзнуть может как воздух, так и отдельно взятый газ). Во-вторых, низкая плотность и, как следствие, больший объем. Все вместе это дает лишь чуть меньшую плотность.
И если массы льда легче того же объема воды, то совершенно ненамного. Представьте себе разницу лишь в десять процентов. В куске льда может быть огромное количество полостей, но при этом общий их объем будет очень мал. Можно представить себе, что если айсберг плывет по воде, то под кромкой воды скрыто 90% общей массы айсберга. Невероятные объемы и веса, которые порой кажутся просто фантастическими. И все же эти объекты плавают.
Когда в воде есть соль
Все это касается пресной воды. Что же сказать о соленой? Она замерзает при более низкой температуре. Обычно указывают что-то от -3,2 до -3,5 градусов. Получается, что в этом случае, когда плотность воды из-за соли становится больше, а при замерзании ледяные массы частично отторгают соль едва ли не на молекулярном уровне, то разница в плотностях становится куда более весомой. И составляет она уже не десять процентов, а доходит почти до двадцати. То есть, если взять тот же айсберг, то над водой будет находиться 20% его массы, а под водой – 80.
Поскольку очень многое зависит от состава воды, то не всегда можно быстро и объективно сказать, насколько легче объем льда. Но даже без тщательного исследования можно смело сказать, что влага всегда тяжелее, иначе бы сегодня в Арктике нередко попадались подводные айсберги.
Источник
Что тяжелее: 1 литр воды или 1 литр льда
- Что тяжелее: 1 литр воды или 1 литр льда
- Почему вода замерзает
- Сколько килограмм в одном литре
Соотношение объема и массы воды
Литр – это единица объема для жидких веществ. Литрами допустимо измерять также сыпучие вещества с достаточно мелкой фракцией. Для прочих твердых тел используют понятие кубический метр (дециметр, сантиметр). Определение термина и понятия литра было сформулировано Генеральной конференцией по мерам и весам в 1901 году. Определение звучит следующим образом: 1 литр – это объем одного килограмма чистой пресной воды при атмосферном давлении 760 мм ртутного столба и температуре +3,98оС. При этой температуре вода достигает наибольшей плотности.
Перейдя температурный порог в +3,98оС, плотность воды снова начинает уменьшаться, и при +8оС опять достигает тех же значений, что и при нуле.
Что тяжелее?
Если в какой-либо сосуд налить, к примеру, 1 кг воды, она будет иметь объем, равный одному литру. Если вы подвергните эту воду заморозке, то при той же массе в 1 кг, вода, замерзая, будет стремиться занять больше места в сосуде. Закрытый сосуд, ограниченный емкостью 1 кв. дм (1 литр), лед разорвет. Получается, что при одинаковой массе жидкой и замороженной воды, лед будет иметь больший объем, что нарушит первоначальное условие.
Если поставить на заморозку литровую пластиковую бутылку с 1 000 мл воды (1 литр), то в процессе отвердения из нее выльется примерно 80 мл воды. А чтобы получить 1 литр льда, достаточно заморозить 920 мл воды.
Заморозить и восстановить
Сегодня все труднее встретить чистую природную воду. Особенно в условиях города, где она, прежде чем попасть в квартиру, фильтруется, хлорируется, подвергается другим видам физической и химической обработки. Чистая вода становится дефицитом, стоимость добываемой воды из артезианских скважин растет. Однако вода, оказывается, восстанавливает свою изначальную структуру и энергетику после заморозки – она очищается. Поэтому: пейте талую воду! Не зря на нее так хорошо реагируют весной все растения и с удовольствием пьют животные.
Источник
Почему вода расширяется при замерзании?
Когда вода замерзает, ее молекулы выстраиваются в кристаллическую структуру, тем самым приобретая определенную форму. Эта кристаллическая структура менее плотная, и поскольку между отдельными молекулами в структуре есть промежутки, общий объем увеличивается, и вода «расширяется».
С беглого взгляда фраза «вода расширяется, когда она замерзает» может не иметь смысла, потому что в жидкой форме вода не имеет определенной формы или очертаний и поэтому, кажется, занимает больше места. Кроме того, когда вода замерзает, она принимает четко определенную форму, которая кажется совершенно противоположной «расширению».
Действительно ли вода расширяется при замерзании?
Да, вода расширяется при замерзании. Обратите внимание, что слово «расширяется» в этом предложении означает увеличение объема. Поэтому технически правильно было бы сказать так: объем воды увеличивается при замерзании.
Это утверждение является точным, и вы можете проверить его правомерность с помощью простого эксперимента: если вы снизите температуру воды, вы заметите, что объем воды уменьшается, поскольку она становится все более и более «нетронутой».
Вы можете обратиться к следующей диаграмме, чтобы представить эту зависимость графически:
Обратите внимание, что объем воды начинает увеличиваться при понижении температуры ниже 4 градусов Цельсия.
Теперь давайте поговорим о том, почему увеличивается объем воды или почему она расширяется, когда замерзает и достигает твердой формы.
Почему объем воды увеличивается, когда она замерзает?
Это явление связано с химическим составом воды. Видите ли, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Расположение этих атомов совершенно уникально, что придает воде некоторые особые свойства, такие как высокая теплоемкость воды, поверхностное натяжение, адгезия и когезия.
Является ли вода полярной или неполярной?
Химическая структура молекулы воды.
Такое расположение молекулы воды создает положительно заряженную сторону возле атомов водорода и отрицательно заряженную сторону возле атома кислорода.
Когда две молекулы воды сближаются, положительная сторона одной молекулы цепляется за отрицательную сторону другой молекулы. Когда это происходит в больших масштабах (т.е. с миллионами молекул воды), получается уникальная структура, которая объясняет некоторые химические свойства воды.
В жидком состоянии молекулы воды могут свободно перемещаться, образуя и разрывая водородные связи, что объясняет неправильную форму воды (или любой другой жидкости, если на то пошло). Некоторые молекулы воды часто «уложены» друг на друга, что объясняет более высокую плотность воды по сравнению со льдом.
Расположение молекул воды в жидком состоянии.
Однако по мере снижения температуры и охлаждения воды межмолекулярные силы увеличиваются, свобода движения молекул воды уменьшается, и они становятся все менее энергичными (с понижением температуры).
Когда вода достигает точки замерзания, движение ее молекул становится незначительным, и они приобретают более определенную форму, располагаясь в виде шестигранных решеток.
Ниже приведен упрощенный вариант расположения молекул воды в кристаллической форме во льду:
Расположение молекул воды в твердой форме.
Это кристаллическое расположение молекул воды менее плотное, поскольку оно не позволяет молекулам скапливаться (как это происходит в жидкой форме) из-за более сильных межмолекулярных сил.
Такое расстояние между молекулами и их фиксация в таком положении увеличивает объем воды, поэтому говорят, что вода расширяется при замерзании.
Почему лед плавает по воде
Вода расширяется, когда становится льдом, и, поскольку объем обратно пропорционален плотности вещества, лед менее плотен, чем вода. По этой причине лед, вещество, которое кажется более тяжелым, чем его жидкая форма, плавает на воде.
Если бы вода не расширялась при замерзании, лед был бы плотнее воды. Подумайте о влиянии на экосистему планеты! Лед на поверхности озер, морей и океанов утонет, и эти водоемы будут постепенно заполняться снизу вверх. С замерзшими озерами и океанами на Земле не было бы водной жизни.
С этой точки зрения очень хорошо, что вода расширяется в твердой форме!
Источник
Почему лед занимает больше места, чем жидкая вода?
Видео: Физика 10. Свойства агрегатных состояний вещества. Четвёртое состояние — Академия занимательных наук 2021, Октябрь
Трубы, взрывающиеся с морозом, напоминают нам об этом каждую зиму: лед занимает больший объем, чем жидкая вода! Удивительная особенность, которая может быть объяснена на атомном уровне.
В подавляющем большинстве случаев твердое тело тела, где молекулы более упорядочены, занимает меньше места, чем жидкое состояние. Для воды это наоборот.
Дилатометрическая аномалия
Физики называют это «тривиальной аномалией». Некоторые редкие соединения также имеют эту аномалию:
- сурьма;
- lebismuth;
- legallium;
- legermanium;
- leplutonium;
- lesilicium.
Объемный объем льда составляет 0, 91 г / см 3, а объем жидкой воды — 1 г / см 3 .Это падение плотности объясняет, в частности, что лед плавает на воде.
$config[ads_text] not found
Лед занимает больше места: вина с водородными связями
Дилатометрическая аномалия объясняется особой структурой молекулы воды H 2 O, состоящей из двух атомов водорода, связанных с атомом кислорода. Действительно, атом кислорода отрицательно заряжен и атомы водорода положительно. Следовательно, молекула воды является поляризованной молекулой.
Эта сильная полярность позволяет создавать связи, называемые «водородными связями», между атомом кислорода и атомом водорода соседней молекулы. Во льду молекулы воды, удерживаемые водородными связями, объединяются в сеть шестиугольников, которая оставляет много вакуума: поэтому лед занимает больше места, чем жидкость.
Водородные связи также обнаруживаются в жидкой воде, но менее устойчиво. Кроме того, это дает воде высокую температуру испарения (около 100 ° C) для такой небольшой молекулы (для сравнения, H 2 S испаряется при -60 ° C, например), и именно по этой причине для которого жидкая вода существует на Земле при комнатной температуре, и поэтому жизнь может развиваться!
Источник
Химический Новый год,
или В дорогу за чудесами
Внеклассное мероприятие
для учеников младших классов
Продолжение. Начало см. в № 1/2004
ХОД ЗАНЯТИЯ
Конкурс «Рассуждалки».
Демонстрационный опыт
«Замерзающая и оживающая гвоздика»
Дедушка Химик. Второе испытание командам. Капитаны команд, получите посылку от Деда Мороза. (Капитаны получают конверт с вопросами-рассуждалками.) Условия таковы: команда, которая правильно ответит на вопрос и объяснит причину, получает три снежинки. Команда, которая правильно ответит на вопрос, но воспользуется подсказкой, получает две снежинки. А команда, правильно ответившая на вопрос, но не сумевшая объяснить явление, получает одну снежинку.
Для ответа на вопросы этого конкурса каждая команда получает аппликации.
Вопрос-рассуждалка 1. Что тяжелее: литр воды или литр льда? Почему? (Рис. 4.)
Рис. 4.
Аппликация к вопросу-рассуждалке 1
Правильный ответ. Тяжелее литр воды. Лед и вода занимают одинаковые объемы, но лед легче (рис. 5).
Рис. 5.
Правильный ответ на вопрос-рассуждалку 1
Загадка-подсказка. Я вода, но по воде же и плаваю.
Вопрос-рассуждалка 2. Что занимает больше места в стакане: один килограмм воды или один килограмм льда? Почему? (Рис. 6.)
 |
| Солнышко встало – |
льда 
0,92 г/см 3 ; mльда = Vльда•| Старик шутник на улице стоять не велит, за нос домой тянет. |
| А ну-ка, ребята, кто угадает: На десятерых братьев двух |
| шуб хватает. |
а землю покрываю,
Загадки 2-й команде
и плаваю.
| Зимой греет, весной тлеет, Летом пропадает, осенью |
| Знакомца встречу – |
| Эко ты дерево, и зиму, |
| и лето зелено. |
Дедушка Химик. Итак, конкурс закончен. Где же оно, долгожданное чудо?
Внучка Химичка. Здесь, дедушка. Я научилась делать искусственный снег прямо в чашке. Для этого нужно взять чашку, которой никто не пользуется. Заполнить ее жидкостью, из которой будет получаться снег (смесь пероксида водорода с пеной для ванны), и добавить немного волшебного порошка (йодид калия на кончике пластиковой чайной ложки), чуть-чуть размешать, и готово. Снежный сугроб вылезает из чашки.
Дедушка Химик. Внучка, где ты этому научилась?
Внучка Химичка. На занятиях кружка по химии. Правда, этому учат не сразу. Чтобы сделать чудо, нужно к этому готовиться, учиться. Всякое химическое чудо можно объяснить. Потом придет время, когда можно будет удивлять людей химическими превращениями, а также полученными знаниями.
Дедушка Химик. Умница, внучка. А главное, никакого вреда здоровью окружающих.
Ведущий. Этот опыт прост. Для его проведения требуются некоторые вещества, которые можно приобрести в аптеке, и пена для ванны. Только, чтобы повторить опыт, нужно побольше узнать химию. Подведем итоги. Капитаны команд, положите снежинки в конверт с загадками. На конверте напишите название своей команды. Конверты передайте на стол ведущему.
Заключительная часть –
демонстрационный опыт
«Метель из бутылки».
Награждение участников команд
В класс входит Дедушка Мороз. Он аккуратно держит темную полуторалитровую пластиковую бутылку горлышком вверх. На дне бутылки находится 5–10 мл пергидроля (пероксид водорода). Завинченная крышка придерживает висящий на нити (внутри бутылки) отрезок бинта с порошком (или таблеткой) йодида калия. Бинт с порошком должен быть сложен в мешочек, перевязанный крепкой (шелковой) нитью, во избежание попадания йодида калия в смесь пероксида водорода. Чтобы полностью замаскировать мешочек на нити, оклейте верхнюю половину бутылки бумагой или непрозрачным скотчем.
Дедушка Мороз. Здравствуйте! Мой братец мне рассказывал о вас. Очень хвалил. А сегодня пригласил к вам на кружок. Говорит: «Принеси, Морозушка, подарки ребятишкам». Подарки готовы. Пока я шел сюда, то слышал, как вы соревновались. У какой же команды больше всего снежинок?
Ведущий подводит итоги игры, называя количество заработанных командами снежинок.
Дедушка Мороз. Обе команды набрали снежинки, значит, правильно отвечали на вопросы. Я поздравляю обе команды: первую (объявляет название команды) – за большее число снежинок, вторую (объявляет название команды) – за правильные ответы и заработанные снежинки. Мой первый подарок. В эту бутылку я поймал немного ветра, который гулял по улице. Вот он.
Откручивает крышку бутылки и сразу ставит ее на стол для опытов. «Выпустить ветер» можно предложить капитану выигравшей команды. Тогда опыт проводится на демонстрационном столе. Ученик одной рукой придерживает бутылку, другой – открывает крышку. Как только крышка будет открыта, Дедушка Мороз отводит ребенка от стола. После окончания опыта Дедушка Мороз предлагает потрогать дно разогретой бутылки.
Дедушка Мороз. Истомился ветер в тесной бутылке, даже запарился. Ребята, что напоминает этот ветер из бутылки? (Если ученики затрудняются с ответом, Дедушка Мороз задает наводящий вопрос.) Похож он на пар из кипящего чайника? В этом чуде есть два вещества, которые, соприкасаясь друг с другом, выделяют много тепла. Этого тепла хватает, чтобы разогреть немного воды в бутылке. (обращается к Дедушке Химику.) Братец Химик, ты выполнил наше со Снегурочкой пожелание?
Дедушка Химик. А как же, братец Морозушка. Как велели, мы опустили искусственную елочку в волшебную жидкость. Что получилось, еще не смотрели, тебя ждали.
Дедушка Мороз и Дедушка Химик смотрят на елку в жидкости, не касаясь стакана, и приглашают к столу желающих. Нужно проследить, чтобы стол не толкали и банку не трогали руками.
Дедушка Химик. Следующий подарок каждому из вас – похвальные грамоты за участие в новогоднем химическом соревновании.
Ученикам вручаются грамоты, в которые записывают фамилии (рис. 8).
Рис. 8.
Новогодняя грамота
участника команды
Ведущий. Сегодня мы шли по дороге за чудесами к волшебным превращениям. Такие превращения называются химическими опытами. Этому сразу не научишься. Сначала нужно познакомиться с ее величеством – Химией – и заслужить ее доверие. Желающие могут посещать занятия нашего химического кружка, на которых мы будем вместе творить чудеса, а главное – объяснять их.
Друзья! На этом наша сегодняшняя игра заканчивается, но дорога к чудесам только начинается. Ждем вас на занятиях химического кружка.
Источник
