Почему вода замерзая увеличивается

Что происходит с водой при замерзании: молекулы расширяются или сжимаются?

В нашем сегодняшнем уроке мы узнаем что происходит с водой при замерзании и расширяются ли или сжимаются молекулы воды.

С приходом зимы вода начинает свой процесс расширения. Почему это происходит? Это свойство выделяет воду из списка всех остальных жидкостей и газов, которые, наоборот, сжимаются при охлаждении. В чем заключается причина такого поведения этой необычной жидкости?

Физика 3 класса: вода при замерзании расширяется или сжимается?

Большинство веществ и материалов увеличиваются в объеме при нагревании и уменьшаются при охлаждении. Газы этот эффект показывают более заметно, но различные жидкости и твердые металлы проявляют такие же свойства.

Одним из наиболее ярких примеров расширения и сжимания газа является воздух в воздушном шаре. Когда мы выносим воздушный шар на улицу в минусовую погоду, то шар сразу уменьшается в размерах. Если мы шар вносим в отапливаемое помещение, то он сразу же увеличивается. А вот если мы внесем воздушный шар в баню — он лопнет.

Молекулы воды требуют больше места

Причиной тому, что происходят эти процессы расширения и сжатия различных веществ, являются молекулы. Те из них, которые получают больше энергии (это происходит в теплом помещении), двигаются намного быстрее, чем молекулы, находящиеся в холодном помещении. Частицы, которые имеют большую энергию, сталкиваются намного активнее и чаще, им необходимо больше места для движения. Чтобы сдержать то давление, которое оказывают молекулы, материал начинает увеличиваться в размерах. Причем это происходит достаточно стремительно. Итак, вода при замерзании расширяется или сжимается? Почему это происходит?

Вода не подчиняется этим правилам. Если мы начинаем охлаждать воду до четырех градусов Цельсия, то она уменьшает свой объем. Но если температура продолжает падать, то вода вдруг начинает расширяться! Существует такое свойство, как аномалия плотности воды. Это свойство возникает при температуре в четыре градуса Цельсия.

Теперь, когда мы выяснили, расширяется или сжимается вода при замерзании, давайте узнаем, как вообще возникает эта аномалия. Причина таится в частицах, из которых она состоит. Молекула воды создана из двух атомов водорода и одного — кислорода. Формулу воды все знают еще с начальных классов. Атомы в этой молекуле притягивают электроны по-разному. У водорода создается положительный центр тяжести, а у кислорода, наоборот — отрицательный. Когда молекулы воды сталкиваются друг с другом, то атомы водорода одной молекулы переходят на атом кислорода совершенно другой молекулы. Этот феномен называется водородной связью.

Воде нужно больше места при ее охлаждении

В тот момент, когда начинается процесс формирования водородных связей, в воде начинают возникать места, где молекулы находятся в том же порядке, что и в кристалле льда. Эти заготовки называются кластерами. Они не прочны, как в твердом кристалле воды. При повышении температуры они разрушаются и меняют свое местоположение.

Во время процесса охлаждения воды начинает стремительно увеличиваться количество кластеров в жидкости. Они требуют больше пространства для распространения, вследствие этого вода и увеличивается в размерах после достижения своей аномальной плотности.

При падении столбика термометра ниже нуля кластеры начинают превращаться в мельчайшие кристаллы льда. Они начинают подниматься вверх. Вследствие всего этого вода превращается в лед. Это очень необычная способность воды. Данный феномен необходим для очень большого количества процессов в природе. Мы все знаем, а если не знаем, то запоминаем, что плотность льда незначительно меньше плотности прохладной или же холодной воды. Благодаря этому лед плавает на поверхности воды. Все водоемы начинают замерзать сверху вниз, что позволяет спокойно существовать и не замерзать водным обитателям на дне. Итак, теперь мы в подробностях знаем о том, расширяется или сжимается вода при замерзании.

Интересный феномен

Горячая вода замерзает быстрее холодной. Если мы возьмем два одинаковых стакана и нальем в один горячей воды, а в другой столько же холодной, то мы заметим, что горячая вода замерзнет быстрее, чем холодная. Это не логично, согласитесь? Горячей воде нужно остыть, чтобы начинать замерзать, а холодной этого не нужно. Как объяснить данный факт? Ученые по сей день не могут объяснить эту загадку. Данный феномен имеет название «Эффект Мпембы». Открыт был в 1963 году ученым из Танзании при необычном стечении обстоятельств. Студент хотел сделать себе мороженое и заметил, что горячая вода замерзает быстрее. Об этом он поделился со своим учителем физики, который сначала не поверил ему.

Источник

Вода при замерзании расширяется или сжимается: простая физика

Многие юные почемучки задаются вопросом: при замерзании вода расширяется или сжимается? Ответ следующий: с приходом зимы вода начинает свой процесс расширения. Почему это происходит? Это свойство выделяет воду из списка всех остальных жидкостей и газов, которые, наоборот, сжимаются при охлаждении. В чем заключается причина такого поведения этой необычной жидкости?

Физика 3 класса: вода при замерзании расширяется или сжимается?

Большинство веществ и материалов увеличиваются в объеме при нагревании и уменьшаются при охлаждении. Газы этот эффект показывают более заметно, но различные жидкости и твердые металлы проявляют такие же свойства.

Одним из наиболее ярких примеров расширения и сжимания газа является воздух в воздушном шаре. Когда мы выносим воздушный шар на улицу в минусовую погоду, то шар сразу уменьшается в размерах. Если мы шар вносим в отапливаемое помещение, то он сразу же увеличивается. А вот если мы внесем воздушный шар в баню — он лопнет.

Молекулы воды требуют больше места

Причиной тому, что происходят эти процессы расширения и сжатия различных веществ, являются молекулы. Те из них, которые получают больше энергии (это происходит в теплом помещении), двигаются намного быстрее, чем молекулы, находящиеся в холодном помещении. Частицы, которые имеют большую энергию, сталкиваются намного активнее и чаще, им необходимо больше места для движения. Чтобы сдержать то давление, которое оказывают молекулы, материал начинает увеличиваться в размерах. Причем это происходит достаточно стремительно. Итак, вода при замерзании расширяется или сжимается? Почему это происходит?

Вода не подчиняется этим правилам. Если мы начинаем охлаждать воду до четырех градусов Цельсия, то она уменьшает свой объем. Но если температура продолжает падать, то вода вдруг начинает расширяться! Существует такое свойство, как аномалия плотности воды. Это свойство возникает при температуре в четыре градуса Цельсия.

Теперь, когда мы выяснили, расширяется или сжимается вода при замерзании, давайте узнаем, как вообще возникает эта аномалия. Причина таится в частицах, из которых она состоит. Молекула воды создана из двух атомов водорода и одного — кислорода. Формулу воды все знают еще с начальных классов. Атомы в этой молекуле притягивают электроны по-разному. У водорода создается положительный центр тяжести, а у кислорода, наоборот — отрицательный. Когда молекулы воды сталкиваются друг с другом, то атомы водорода одной молекулы переходят на атом кислорода совершенно другой молекулы. Этот феномен называется водородной связью.

Воде нужно больше места при ее охлаждении

В тот момент, когда начинается процесс формирования водородных связей, в воде начинают возникать места, где молекулы находятся в том же порядке, что и в кристалле льда. Эти заготовки называются кластерами. Они не прочны, как в твердом кристалле воды. При повышении температуры они разрушаются и меняют свое местоположение.

Во время процесса охлаждения воды начинает стремительно увеличиваться количество кластеров в жидкости. Они требуют больше пространства для распространения, вследствие этого вода и увеличивается в размерах после достижения своей аномальной плотности.

При падении столбика термометра ниже нуля кластеры начинают превращаться в мельчайшие кристаллы льда. Они начинают подниматься вверх. Вследствие всего этого вода превращается в лед. Это очень необычная способность воды. Данный феномен необходим для очень большого количества процессов в природе. Мы все знаем, а если не знаем, то запоминаем, что плотность льда незначительно меньше плотности прохладной или же холодной воды. Благодаря этому лед плавает на поверхности воды. Все водоемы начинают замерзать сверху вниз, что позволяет спокойно существовать и не замерзать водным обитателям на дне. Итак, теперь мы в подробностях знаем о том, расширяется или сжимается вода при замерзании.

Интересный феномен

Горячая вода замерзает быстрее холодной. Если мы возьмем два одинаковых стакана и нальем в один горячей воды, а в другой столько же холодной, то мы заметим, что горячая вода замерзнет быстрее, чем холодная. Это не логично, согласитесь? Горячей воде нужно остыть, чтобы начинать замерзать, а холодной этого не нужно. Как объяснить данный факт? Ученые по сей день не могут объяснить эту загадку. Данный феномен имеет название «Эффект Мпембы». Открыт был в 1963 году ученым из Танзании при необычном стечении обстоятельств. Студент хотел сделать себе мороженое и заметил, что горячая вода замерзает быстрее. Об этом он поделился со своим учителем физики, который сначала не поверил ему.

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 вода, замерзая, увеличивается в объёме?

Это — вообще уникальное свойство молекулы воды Н2О : замерзая и кристаллизуясь, атомы водорода и кислорода образуют кристаллическую решетку с расстояниями между собой более дальним, чем в «плотно упакованной» смеси молекул воды.

В результате объем одной и той же массы льда — увеличивается примерно на 9 % по сравнению с той же массой воды, соответственно — плотность льда — ниже..

И , благодаря этому уникальному свойству воды, кстати — на Земле существет жизнь: более легкий лед, образовываясь зимой в реках, озерах, морях, океанах — всплывает вверх, создавая панцирь и не давая воде снизу замерзнуть.

В противном случае более тяжелый лед — оказывался бы на дне водоемов, и постепенно вся вода на Земле — источник биологической жизни — просто бы вымерзла, не успевая расстаять за лето на дне Мирового Океана, подробно об этом можно прочитать тут.

не буду приводить кучу разных физических формул и вычислений, скажу — это зависит от плотности, как бы странно не звучало, но у льда плотность меньше чем у воды.

Дело в том, что замерзая, вода кристаллизуется. И если в жидком состоянии молекулы воды расположены более тесно, плотно, то в замерзшем состоянии атомы кислорода и водорода располагаются по углам кристаллов, между которыми, углами, имеется определенное расстояние. Таким образом, отдельно взятое кол-во воды становится менее плотным и увеличивается в объеме.

На этот вопрос человечество давно знает ответ только принять его современная наука, не уполномочена!

Иными словами от нас скрывают правду! А точнее ,сейчас мир окружающий нас, устраивает всех в таком виде в каком нам его преподают со школьной скамьи! Так проще нас контролировать и управлять нашим сознанием.

Всё в этой задаче становиться на свои места если принять истину как данность, а истина звучит так , вода это энергия! , причём рождаеться эта энергия на солнце а свой законченный вид она приобретает уже на земле, соединение происходит на полюсах в магнитно-вихревых воронках , образованных торсионным полем планеты,

Заряженный водород сталкивается с противоположно заряженным кислородом образуя кристал молекулы воды . И как энергия она стремится к своему обычному состоянию т.е., к свободному поэтому атомы водородп и кислорода расходяться на максимальное расстояние стремясь разлететься и вот тут вступает с действие третья сила которая и удерживает эту конструкцию от распада, и это ,частота генерации этих атомов, всем ведь известно что каждый электрический заряд имеет свою частоту, проще говоря каждый атом во вселенной, пульсирует, и эта пульсация имеет собственную частоту, так вот вода конструкция которой на две трети состоит из энегии солнца это понятно из формулы Н20, т.е., из плазмы, вот и получается что в кристалической решётке

у атома больше свободного места , там у него своё положение где амплитуда колебаний макмимальна а в жидком состоянии нет чёткого положения для атомов т.е., это положение всегда в разных местах , конструкция более сжата , это энергия в сжиженом состоянии! Причем заметте электрическая , а кислород здесь играет роль связующего элемента! Вот отсюда и беруться все её чудесные свойства, память и т.д.

И ещё исходя из вышеописаного можно понять как работают заговоры на воду и не только!

это вообще просто и чудесно одновременно; когда вы произносите слово мозг генериует определёной частоты эл импульс, если вы делаете это над сосудом с водой, вода , т.к.,она энергия а соответственно и проводник, пропускает через себя импульс сформированный вашим мозгом, приобретает при этом частоту импульса, и сохраняет его до обнуления т.е., до тех пор пока не замерзнет!

Целую теорию выдал , может немного не точно передал, но суть теории не меняется.

Есть еще одно объяснение этому расширению воды, имеющее право на существование. Речь идет о так называемых Ван-дер-ваальсовских силах. Силах межмолекулярного и межатомного взаимодействия. При температуре + 4 градуса по Цельсию в нормальных условиях вода имеет уравновешенное оптимальное состояние межмолекулярных связей и поворотов диполей.

При понижении температуры колебания молекул уменьшаются. Здесь важно пояснить, что молекулы постоянно находятся в состоянии колебания, относительно свое оси (суммарной оси диполя). При этом диполями создается сверхмалое магнитное поле (как капсула). Благодаря этому полю диполи в воде не входят в непосредственный контакт друг с другом, но могут под действием сверхмалых сил притяжения при определенных условиях собираться в кластеры или структуры. Эти колебания молекул создают микро-ЭДС и при определенных условиях простая вода может быть источником энергии. Итак, при снижении температуры колебания молекул снижаются, и магнитные поля ослабевают до такой степени, что возможен вход диполей один в другой («зацеп»). Но при сближении атомов диполя увеличиваются силы отталкивания (Ван-дер-ваальса). И диполи поворачиваются друг к другу совсем не так. Получается как «колючий ежик) с водородными «рогами» и наружу и внутрь. В зависимости какие изотопы водорода и кислорода, и какие у них атомные спины. Структура воды меняется, и внешне и визуально видно РАСШИРЕНИЕ объема воды. При этом атомарные силы так велики, что могут при ЭНТРОПИЙНОМ сжатии, разорвать кристаллические связи других веществ.

Но не вся вода может расширяться при замерзании. Исследователями Санкт-Петербурга создана вода, которая не расширяется при замерзании. Температура её замерзания 10-12 градусов ниже нуля. Вода сохраняет свойства питьевой воды, одновременно обладает многими отличительными физическими свойствами от обычной. Обладая многими положительными свойствами для физиологии человека, она (вода) может быть также использована во многих существующих технических и иных направлениях, а также в новых технологиях. Мир вокруг нас загадочен. Надо только по иному на него взглянуть.

Это уникальное свойство именно воды, хотя есть еще некоторые вещества с отрицательным коэффициентом объемного расширения, например фторид скандия, но он в отличии от воды не является столь широко распространенным в природе и не столь необходим для поддержания жизни. А уникальное свойство воды превращаясь в лед терять плотность, помогло выжить многочисленным водным организмам, ведь благодаря этому водоемы не промерзают до дна, а температура глубинных слоев воды остается выше нуля. То есть, физики объясняют этот процесс особенностями кристаллического строения льда, но не слишком ли замечательное исключение для вещества, без которого невозможна была бы жизнь? Может есть некий высший смысл в таком поведении обычной воды.

При замерзании происходит расширение на 10 % объема, занимаемой водой.

Такого расширения достаточно для разрыва труб и других емкостей содержащих воду.

До 4 градусов при нормальном давлении вода ведет себя как и все вещества — сжимается и достигает максимальной плотности.

Ниже 4 градусов у воды начинается перестройка молекулярной структуры. Новый вид связи имеет менее плотную структуру. В таком состоянии вода замерзает.

Это все интересно, только ошибка человека заключается в том что он всюду пытается в лесть с топором. А ответ может заключаться в элементарном. Будь моя воля я бы вообще убрал H2O из таблицы Менделеева или сделал приписку живая. И вот почему: как всем известно вода состоит из двух компонентов (кислорода и водорода) и находясь в любом состоянии будь то жидкое, газообразное или кристаллическое подвержена постоянному синтезу,элементарный круговорот воды в природе знающий любому школьнику. А теперь разберем ошибку, точнее дополним ответ что происходит при замерзании воды, да вода приобретает кристаллическую форму вытесняя кислород что можно увидеть при образовании пустот в виде пузыриков на пример, именно они создают мнимый увеличенный объем так как плотно закрытая бутылка не дает оттоку кислорода. Так же как и при нагретой жидкости бутылку разорвет. Мы живем в постоянном изменении температуры иными словами климате а это значит что можно предположить что вода не имеет постоянного свойства и даже при не значительных перепадах температуры вода регенерирует в ту или иную форму. А все приведенные опыты будь то нагревание или замерзание лишь ускоряют его. Если принять такое отверждение как данность не удивлюсь что именно вода основной ключ к бессмертию или по крайней мере к долголетию так как человек также большую часть состоит из воды. Это лично мое мнение.

Молекулы воды при ее замерзании замедляют свое движение, но до температуры 4 градуса, когда вода имеет наибольшую плотность. А с 4 по 0 градусов происходит перестройка водородно-кислородных связей, вода меняет свою структуру, этот новый вид молекулярной связи образует менее плотную упаковку молекул, отчего объем воды увеличивается на 9%. То есть атомы кислорода и водорода начинают отстоять друг от друга дальше, грубо говоря, не так тесно прижимаются друг к другу.

Вода после замерзания увеличивается в объеме потому что образуются молекулы кристаллической сетки которые связываясь между собой на больших расстояниях и таким образом увеличиваются в размерах, причиной тому реакция молекулы воды Н2О, благодаря такой реакции лед и выглядит больше воды.

Вода — одна из немногих жидкостей, которая увеличивается в размере после замерзания. Из-за этого свойства во многих породах в природе появляются трещины после заморозки воды.

А все из-за того, что кристаллическая решетка льда заменяет больше места, чем обычная молекула воды.

Слава Богу за воду! Господь все дивно сотворил!

Правильно мыслишь super4el. Одно только это уже приводит в сомнение что при замерзании частицы увеличиваются в объеме. Люди не смогли бы выживать в минусовую температуру так как простите за выражение их бы разрывало согласно такому утверждению уже при -20. попробуйте заморозить жидкость не содержащую кислорода.

Нужно вернулся к Михайло Ломоносову:воздух не растворяется в воде-поэтому при низких температурах-замерзает только вода,а воздух не кристаллизуется.

Источник