De ce gheața nu se scufunda în apă: răspunsurile

În ghearele de gheață polar și icebergs, și chiar în băuturi, gheața nu se scufundă niciodată în fund. Se poate concluziona că gheața nu se scufunda în apă. De ce? Dacă vă gândiți la asta, atunci această întrebare poate părea puțin ciudată, deoarece gheața este solidă și - intuitiv - trebuie să fie mai greu decât lichidul. Deși această afirmație este valabilă pentru majoritatea substanțelor, apa este o excepție de la regulă. Apa și gheața se disting prin legăturile de hidrogen, care, în stare solidă, fac gheața mai ușoară decât atunci când este în stare lichidă.

Întrebarea științifică: de ce nu se scufundă gheața în apă

Imaginați-vă că suntem într-o lecție numită "Lumea din jurul" în clasa a III-a. "De ce nu se scufundă gheața în apă?" - profesorul îi întreabă pe copii. Și copiii, care nu au cunoștințe profunde în fizică, încep să argumenteze. "Poate că acest lucru este magic?" - spune unul dintre copii.

Într-adevăr, gheața este extrem de neobișnuită. Practic, nu există alte substanțe naturale care, în stare solidă, ar putea pluti pe suprafața lichidului. Aceasta este una dintre proprietățile care face ca apa să fie o substanță neobișnuită și, dacă admite, schimbă căile de evoluție a planetelor.

Există câteva planete care conțin o cantitate uriașă de hidrocarburi lichide, cum ar fi amoniacul, totuși, atunci când sunt înghețate, acest material se scufunde în fund. Motivul pentru care gheața nu se scufunda în apă este că atunci când apa îngheață, apa se extinde și, în același timp, densitatea acesteia scade. Interesant este faptul că extinderea gheții poate sparge pietrele - atât de neobișnuit este procesul de glaciare a apei.

Din punct de vedere științific, în procesul de înghețare, sunt stabilite cicluri rapide de intemperii și anumite substanțe chimice eliberate pe suprafață sunt capabile să dizolve mineralele. În general, prin înghețarea apei, se asociază astfel de procese și posibilități, care nu presupun proprietățile fizice ale altor lichide.

Densitatea gheții și a apei

Astfel, răspunsul la întrebarea de ce gheața plutește pe apă și plutește la suprafață, este că acesta are o densitate mai mică decât lichidul - dar este răspunsul primului nivel. Pentru o înțelegere mai bună, trebuie să știți de ce gheața are o densitate scăzută, de ce lucrurile plutesc mai întâi, cum densitatea duce la înot.

Recall geniu grecesc al lui Arhimede, care a constatat că un anumit obiect după imersie în apă, volumul de apă este mărit cu un număr egal cu volumul de obiect scufundat. Cu alte cuvinte, dacă pui o farfurie adâncă pe suprafața apei, apoi se pune într-un obiect greu, cantitatea de apă care se toarnă în vas, va fi exact egal cu volumul obiectului. Nu contează dacă obiectul este scufundat în întregime sau parțial.

Proprietățile apei

Apa este o substanta uimitoare care hraneste practic viata pe pamant, pentru ca fiecare organism viu are nevoie de el. Una dintre cele mai importante proprietăți ale apei este că are cea mai mare densitate la 4 ° C. Deci, apa caldă sau gheața este mai puțin densă decât apa rece. Substanțele mai subțiri plutesc în partea de sus a substanțelor mai dense.

De exemplu, în timpul pregătirii salatei, puteți vedea că uleiul se află pe suprafața oțetului - acest lucru se poate explica prin faptul că are o densitate mai mică. Aceeași lege este valabilă și pentru a explica de ce gheața nu se scufunda în apă, ci se îneacă în benzină și kerosen. Doar aceste două substanțe au o densitate mai mică decât gheața. Deci, dacă executați o minge gonflabilă în piscină, va pluti la suprafață, dacă aruncați o piatră în apă - se va scufunda în fund.

Ce schimbări apar cu apă în timpul înghețării

Motivul pentru care gheața nu se scufunda în apă este asociată cu legături de hidrogen, care se schimbă atunci când apa îngheață. După cum se știe, apa constă dintr-un atom de oxigen și doi atomi de hidrogen. Ele sunt atașate de legături covalente, care sunt incredibil de puternice. Cu toate acestea, un alt tip de legătura care se formează între diferite molecule, numit legătura cu hidrogen, este mai slab. Aceste relații se formează deoarece atomii de hidrogen încărcați pozitiv sunt atrași de atomii de oxigen încărcați negativ ai moleculelor de apă vecine.

Când apa este caldă, moleculele sunt foarte active, se mișcă foarte mult, se formează rapid și se descompun legăturile cu alte molecule de apă. Ei au energia să se apropie și să se miște repede. Deci, de ce nu scufunda gheața în apă? Chimia ascunde răspunsul.

Fizicochimia gheții

Pe măsură ce temperatura apei scade sub 4 ° C, energia cinetică a fluidului scade, astfel încât moleculele nu se mai mișcă. Ei nu au energia să se miște și sunt la fel de ușori ca și ei la temperaturi ridicate, rupând și formând legături. În schimb, ele formează mai multe legături de hidrogen cu alte molecule de apă, cu formarea structurilor de zăbrele hexagonale.

Ei formează aceste structuri pentru a susține moleculele de oxigen încărcate negativ unele de altele. În mijlocul hexagoanelor formate ca urmare a activității moleculelor, există multă goliciune.

Gheața se scufunda în apă - cauze

Gheața este cu 9% mai puțin densă decât apa lichidă. Prin urmare, gheața ocupă mai mult spațiu decât apa. Practic are sens, pentru că gheața se extinde. De aceea nu se recomandă înghețarea unei sticle de apă de sticlă - apa înghețată poate crea crăpături mari chiar și în beton. Dacă aveți o sticlă de gheață de litru și o sticlă de litru de apă, atunci o sticlă de apă cu gheață va fi mai ușoară. Moleculele sunt mai departe în acest punct decât atunci când substanța este în stare lichidă. De aceea gheața nu se scufunda în apă.

Când gheața se topește, o structură de cristal stabilă se prăbușește și devine mai densă. Când apa se încălzește până la 4 ° C, devine energie, iar moleculele se mișcă mai repede și mai departe. Din acest motiv, apa caldă ocupă mai mult spațiu decât apa rece și plutește peste apa rece - are o densitate mai mică. Amintiți-vă, când vă aflați la lac, în timpul scăldat, stratul superior al apei este întotdeauna plăcut și cald, dar atunci când coborâți picioarele mai adânc, simțiți frigul stratului inferior.

Importanța procesului de înghețare a apei în funcționarea planetei

În ciuda faptului că întrebarea "De ce nu se îneacă gheața în apă?" Pentru gradul 3, este foarte important să înțelegem de ce are loc acest proces și ce este important pentru planetă. Deci, flotabilitatea gheții are consecințe importante pentru viața de pe Pământ. Lacurile înghețate pe timp de iarnă în locuri reci - permite peștilor și altor animale acvatice să supraviețuiască sub patura de gheață. Dacă fundul este înghețat, atunci probabilitatea este ridicată încât întregul lac ar putea fi înghețat.

În astfel de condiții, nici un singur organism nu ar supraviețui.

În cazul în care densitatea de gheață a fost mai mare decât densitatea apei, oceanele, gheața ar fi scăzut, și capace de gheață, care, în acest caz, ar fi în partea de jos, nu ar permite nimănui să trăiască acolo. La baza oceanului ar fi plin de gheață - și în ce ar deveni toate acestea? Printre altele, gheața polară este importantă, deoarece reflectă lumina și protejează planeta Pământ de supraîncălzirea excesivă.