რას აკეთებს წყალი, როცა გაცივდება. რა ემართება წყალს, როდესაც ის გახურდება
ჩვენ გარშემორტყმულია წყლით, თავისთავად, სხვა ნივთიერებებისა და სხეულების შემადგენლობით. ეს შეიძლება იყოს მყარი, თხევადი ან აირისებრი, მაგრამ წყალი ყოველთვის ჩვენს გარშემოა. რატომ იბზარება ასფალტი გზებზე, რატომ იფეთქება მინის მინის ქილა სიცივეში, რატომ აინთება ფანჯრები ცივ სეზონში, რატომ ტოვებს თვითმფრინავი ცაზე თეთრ კვალს - ამ გაკვეთილზე ყველა ამ და სხვა "რატომ" პასუხებს ვეძებთ. ჩვენ გავეცნობით, როგორ იცვლება წყლის თვისებები გათბობის, გაცივებისა და გაყინვის დროს, როგორ იქმნება მათში მიწისქვეშა გამოქვაბულები და უცნაური ფიგურები, როგორ მუშაობს თერმომეტრი.
თემა: უსულო ბუნება
გაკვეთილი: თხევადი წყლის თვისებები
სუფთა სახით წყალს არ აქვს გემო, სუნი და ფერი, მაგრამ ასე თითქმის არასოდეს ხდება, რადგან იგი აქტიურად ხსნის უმეტეს ნივთიერებებს თავის თავში და აერთიანებს მათ ნაწილაკებს. ასევე, წყალს შეუძლია შეაღწიოს სხვადასხვა სხეულში (მეცნიერებმა წყალი აღმოაჩინეს ქვებშიც კი).
თუ ონკანის წყალს ჭიქაში წაიღებთ, ის სუფთა გამოიყურება. სინამდვილეში, ეს არის მრავალი ნივთიერების ხსნარი, რომელთა შორის არის გაზები (ჟანგბადი, არგონი, აზოტი, ნახშირორჟანგი), ჰაერში სხვადასხვა მინარევები, ნიადაგიდან გახსნილი მარილები, წყლის მილებიდან რკინა, მტვრის უმცირესი ნაწილაკები და ა.შ.
თუ ონკანის წყლის წვეთს სუფთა ჭიქაზე მიაწებებთ და აორთქლდება, დახვეწილი ლაქები დარჩება.
მდინარეებისა და ნაკადულების წყალი, ტბების უმეტესობა შეიცავს სხვადასხვა მინარევებს, მაგალითად, გახსნილ მარილებს. მაგრამ ისინი ცოტაა, რადგან ეს წყალი სუფთაა.
წყალი მიედინება ხმელეთსა და მიწისქვეშეთში, ავსებს ნაკადებს, ტბებს, მდინარეებს, ზღვებს და ოკეანეებს, ქმნის მიწისქვეშა სასახლეებს.
ადვილად ხსნადი ნივთიერებების საშუალებით წყალი ღრმად ჩადის მიწაში, მიჰყავს ისინი მასთან და ქანების ნაპრალებსა და ნაპრალებში, ქმნის მიწისქვეშა გამოქვაბულებს, იშლება მათი საცავებიდან და ქმნის უცნაურ ქანდაკებებს. მილიარდობით წყლის წვეთი აორთქლდება ასობით წლის განმავლობაში, წყალში გახსნილი ნივთიერებები (მარილები, კირქვები) მღვიმის საცავებზე იშლება და წარმოქმნის ქვის ყინულონებს სტალაქტიტებს.
მღვიმის ფსკერზე არსებულ მსგავს წარმონაქმნებს სტალაგმიტებს უწოდებენ.
და როდესაც სტალაქტიტი და სტალაგმიტი ერთად იზრდებიან, ქმნიან ქვის სვეტს, მას უწოდებენ სტალაგნატს.
მდინარეზე ყინულის დრიფტის დაკვირვებისას ჩვენ ვხედავთ წყალს მყარ (ყინულსა და თოვლში), თხევად (ქვევიდან მიედინება) და აირისებურ მდგომარეობაში (წყლის ყველაზე პატარა ნაწილაკები ჰაერში ამოდის, რომლებსაც წყლის ორთქლს უწოდებენ).
წყალი შეიძლება ერთდროულად იყოს სამივე მდგომარეობაში: ჰაერში და ღრუბლებში ყოველთვის არის წყლის ორთქლი, რომელიც შედგება წყლის წვეთებისა და ყინულის კრისტალებისაგან.
წყლის ორთქლი უხილავია, მაგრამ მისი ადვილად დადგენა შესაძლებელია, თუ მაცივარში გაცივებულ ჭიქა წყალს ერთი საათის განმავლობაში დატოვებთ თბილ ოთახში, რომლის კედლებზე წყლის წვეთები მაშინვე ჩნდება. მინის ცივ კედლებთან შეხებისას, ჰაერში არსებული წყლის ორთქლი წყლის წვეთებად გარდაიქმნება და მინის ზედაპირზე იშლება.
ფიგურა: 11. კონდენსაცია ცივი მინის კედლებზე ()
იმავე მიზეზით, ცივ სეზონში, ფანჯრის შუშის შიგნიდან ნისლი იშლება. ცივი ჰაერი არ შეიძლება შეიცავდეს იმდენ წყლის ორთქლს, რამდენადაც თბილი ჰაერი, ამიტომ მისი ნაწილი კონდენსირდება - იქცევა წყლის წვეთებად.
თეთრი ბილიკი ცაში მფრინავი თვითმფრინავის მიღმა ასევე წყლის კონდენსაციის შედეგია.
თუ სარკეს ტუჩებთან მიიტანთ და ამოისუნთქავთ, წყლის ყველაზე პატარა წვეთები დარჩება მის ზედაპირზე, ეს ადასტურებს, რომ სუნთქვისას ადამიანი წყლის ორთქლს ჰაერით შეისუნთქავს.
გათბობისას წყალი "ფართოვდება". ამის დასტურია მარტივი ექსპერიმენტის საშუალებით: მინის მილი მიანიჭეს კოლბაში წყლით და იზომება წყლის დონე მასში; შემდეგ კოლბაში ჩამოიყვანეს ჭურჭელში თბილი წყლით და წყლის გაცხელების შემდეგ, გაზომეს მილში ხელახლა გაზომვის დონე, რომელიც საგრძნობლად იზრდებოდა, რადგან გაცხელებისას წყალი მოცულობაში იზრდებოდა.
ფიგურა: 14. კოლბა მილით, ნომრით 1 და ტიხრით მიუთითებს წყლის საწყისი დონის შესახებ
ფიგურა: 15. კოლბა მილით, ნომერი 2 და ტირე მიუთითებს წყლის დონის გაცხელებაზე
გაცივებისას წყალი "შეკუმშულია". ამის დასტურია მსგავსი ექსპერიმენტის საშუალებით: ამ შემთხვევაში, მილის მქონე კოლბს ყინულის ჭურჭელში აყრიდნენ; გაცივების შემდეგ, წყლის დონე მილში დაეცა საწყის ნიშნულთან შედარებით, რადგან წყალი მოცულობაში შემცირდა.
ფიგურა: 16. კოლბა მილით, 3 ნომერი და ტირე მიუთითებს წყლის დონეს გაგრილებისას
ეს ხდება იმიტომ, რომ წყლის ნაწილაკები, მოლეკულები, როდესაც თბება, უფრო სწრაფად მოძრაობენ, ეჯახებიან ერთმანეთს, მოგერიდებათ ჭურჭლის კედლებიდან, მოლეკულებს შორის მანძილი იზრდება და, შესაბამისად, სითხე უფრო მეტ მოცულობას იკავებს. წყლის გაგრილებისას მისი ნაწილაკების მოძრაობა ნელდება, მოლეკულებს შორის მანძილი იკლებს და სითხე უფრო მცირე მოცულობას მოითხოვს.
ფიგურა: 17. ჩვეულებრივი ტემპერატურის წყლის მოლეკულები
ფიგურა: 18. წყლის მოლეკულები გათბობისას
ფიგურა: 19. წყლის მოლეკულები გაცივებისას
ამ თვისებებს არა მხოლოდ წყალი ფლობს, არამედ სხვა სითხეებიც (ალკოჰოლი, ვერცხლისწყალი, ბენზინი, ნავთი).
სითხეების ამ თვისების ცოდნამ გამოიწვია თერმომეტრის (თერმომეტრის) გამოგონება, სადაც ალკოჰოლი ან მერკური გამოიყენება.
როდესაც ის იყინება, წყალი ფართოვდება. ამის დამტკიცება შეიძლება, თუკი ბოლომდე წყლით სავსე კონტეინერი თავისუფლად დაიფარება თავსახურით და მოთავსდება საყინულეში, რამდენიმე ხნის შემდეგ ვნახავთ, რომ წარმოქმნილი ყინული მოხსნის სახურავს და გამოდის კონტეინერიდან.
ეს თვისება გათვალისწინებულია წყლის მილების გაყვანისას, რომლებიც იზოლირებული უნდა იყოს, რომ წყლისგან წარმოქმნილმა ყინულმა გაყინვის დროს არ გატეხოს მილები.
ბუნებაში წყლის გაყინვამ შეიძლება გაანადგუროს მთები: თუ წყალი კლდეებში ნაპრალებში დაგროვდება შემოდგომაზე, ის ზამთარში იყინება, ყინულის ზეწოლის ქვეშ კი, რომელიც უფრო დიდ მოცულობას იკავებს, ვიდრე წყალი, საიდანაც წარმოიქმნა, ქვები იბზარება და იშლება.
გზების ნაპრალებში წყლის გაყინვა იწვევს ასფალტის საფარის განადგურებას.
ხის ღეროების ნაოჭების მსგავსი გრძელი ქედებია ხის შესვენების ჭრილობები ხის წვენის გაყინვის დროს. ამიტომ, ცივ ზამთარში ისმის პარკის ან ტყის ხეების ხრაშუნის ხმა.
- ვახრუშევი ა.ა., დანილოვი დ.დ. სამყარო ჩვენს გარშემო 3. მ.: ბალასი.
- დმიტრიევა N.Ya., Kazakov A.N. სამყარო ჩვენს გარშემო 3. მ.: გამომცემლობა "ფედოროვი".
- პლეშაკოვი A.A. მიმდებარე სამყარო 3. მ.: განათლება.
- პედაგოგიური იდეების ფესტივალი ().
- მეცნიერება და განათლება ().
- საზოგადოებრივი კლასი ().
- გააკეთეთ მოკლე ტესტი (4 კითხვა 3 შესაძლო პასუხით) თემაზე "წყალი ჩვენ გარშემო".
- სცადეთ პატარა ექსპერიმენტი: თბილ ოთახში მაგიდაზე დადეთ ჭიქა ძალიან ცივი წყალი. აღწერეთ რა მოხდება, ახსენით რატომ.
- * დახაზეთ წყლის მოლეკულების მოძრაობა გახურებულ, ნორმალურ და გაციებულ მდგომარეობაში. საჭიროების შემთხვევაში, შეაფასეთ თქვენი ნახაზი.
ცხელი წყლის გათბობის სისტემებში წყალი გამოიყენება მისი გენერატორიდან მომხმარებლისთვის სითბოს გადასაყვანად.
წყლის ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისებებია:
სითბოს ტევადობა;
მოცულობის შეცვლა გათბობისა და გაცივებისას;
დუღილის მახასიათებლები გარე წნევის ცვლილებებით;
კავიტაცია.
გაითვალისწინეთ წყლის ეს ფიზიკური თვისებები.
სპეციფიკური სითბო
ნებისმიერი სითბოს გადამზიდავის მნიშვნელოვანი თვისებაა მისი სითბოს ტევადობა. თუ მას მასალისა და გამაგრილებლის ტემპერატურის სხვაობის მიხედვით გამოვხატავთ, მივიღებთ სპეციფიკურ სითბოს ტევადობას. წერილით არის მითითებული გ და აქვს განზომილება კჯ / (კგ კ)
სპეციფიკური სითბო არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც უნდა გადაეცეს 1 კგ ნივთიერებას (მაგალითად, წყალს), რათა იგი 1 ° C– ით გაათბოს. და პირიქით, ნივთიერება გაცივებისას იგივე რაოდენობის ენერგიას იძლევა. წყლის სპეციფიკური სითბოს საშუალო მნიშვნელობა 0 ° C და 100 ° C დიაპაზონში არის:
c \u003d 4.19 კჯ / (კგ K) ან c \u003d 1.16 Wh / (კგ K)
შთანთქმული ან წარმოქმნილი სითბოს რაოდენობა Qგამოხატული ჯ ან კჯ, დამოკიდებულია მასაზე მგამოხატული Კგ, სპეციფიკური სითბო გ და ტემპერატურის სხვაობა გამოხატულია კ.
მოცულობის გაზრდა და შემცირება
ყველა ბუნებრივი მასალა ფართოვდება გათბობისას და იკუმშება გაცივების დროს. ამ წესის ერთადერთი გამონაკლისი არის წყალი. ამ უნიკალურ თვისებას წყლის ანომალია ეწოდება. წყალს აქვს ყველაზე მაღალი სიმკვრივე +4 ° C ტემპერატურაზე, რომელზეც 1 დმ 3 \u003d 1 ლიტრს აქვს 1 კგ მასა.
თუ ამ წერტილის გარშემო წყალი თბება ან გაცივდება, მისი მოცულობა იზრდება, რაც სიმკვრივის შემცირებას ნიშნავს, ანუ წყალი მსუბუქდება. ეს აშკარად ჩანს ავზის გადატვირთვის წერტილის მქონე ავზის მაგალითზე. ავზი შეიცავს ზუსტად 1000 სმ 3 წყალს, +4 ° C ტემპერატურაზე. როდესაც წყალი გახურდება, ზოგი წყალსაცავიდან საზომი ჭურჭელში ჩაედინება. თუ წყალი 90 ° C- მდე თბება, ზუსტად 35,95 სმ 3 ჩაისხმება საზომი ჭურჭელში, რომელიც შეესაბამება 34,7 გ-ს. წყალი ასევე ფართოვდება, როდესაც ის + 4 ° C- ზე ქვემოთ გაცივდება.
მდინარეებისა და ტბების მახლობლად წყლის ამ ანომალიის გამო, ეს არის ზედა ფენა, რომელიც ზამთარში იყინება. იმავე მიზეზით, ყინული ზედაპირზე ცურავს და გაზაფხულის მზეს შეუძლია მისი დნობა. ეს არ მოხდებოდა, თუ ყინული წყალზე მძიმე იყო და ფსკერზე ჩაიძირა.
გადავსების წერტილის წყალსაცავი
ამასთან, ასეთი გაფართოებადი ქონება შეიძლება საშიში იყოს. მაგალითად, მანქანების ძრავები და წყლის ტუმბოები შეიძლება ადიდდეს, თუ მათში წყალი იყინება. ამის თავიდან ასაცილებლად წყალს ემატება დანამატები, რომ არ გაიყინოს. გლიკოლები ხშირად გამოიყენება გათბობის სისტემებში; იხილეთ მწარმოებლის სპეციფიკაციები წყლისა და გლიკოლის შეფარდების შესახებ.
მდუღარე წყლის მახასიათებლები
თუ წყალი გაცხელებულია ღია ჭურჭელში, ის ადუღდება 100 ° C ტემპერატურაზე. თუ მდუღარე წყლის ტემპერატურას გაზომავთ, აღმოჩნდება, რომ ის რჩება 100 ° C ტემპერატურაზე, სანამ ბოლო წვეთი არ აორთქლდება. ამრიგად, მუდმივი სითბოს მოხმარება გამოიყენება წყლის სრული აორთქლებისთვის, ანუ მისი აგრეგაციის მდგომარეობის შესაცვლელად.
ამ ენერგიას ლატენტურ (ლატენტურ) სითბოს უწოდებენ. თუ სითბო განაგრძობს დინებას, წარმოქმნილი ორთქლის ტემპერატურა კვლავ გაიზრდება.
აღწერილი პროცესი მოცემულია 101.3 კპა ჰაერის წნევაზე წყლის ზედაპირზე. ნებისმიერ სხვა ჰაერის წნევაზე, წყლის დუღილის წერტილი გადადის 100 ° C– დან.
თუ აღწერილ ექსპერიმენტს 3000 მ სიმაღლეზე გავიმეორებთ - მაგალითად, გერმანიის ყველაზე მაღალ მწვერვალ ზუგსპიცეზე - აღმოვაჩენთ, რომ იქ წყალი ადუღდება 90 ° C ტემპერატურაზე. ამ ქცევის მიზეზი არის ატმოსფერული წნევის შემცირება სიმაღლესთან.
რაც უფრო დაბალია წყლის ზედაპირზე ზეწოლა, მით უფრო დაბალი იქნება დუღილის წერტილი. და პირიქით, დუღილის წერტილი უფრო მაღალი იქნება წყლის ზედაპირზე ზეწოლით. ეს თვისება გამოიყენება, მაგალითად, წნევის გაზქურებში.
დიაგრამაზე ნაჩვენებია წყლის დუღილის წერტილის დამოკიდებულება წნევაზე. გათბობის სისტემები ზეწოლის ქვეშ ხორციელდება შეგნებულად. ეს ხელს უშლის გაზის ბუშტების წარმოქმნას კრიტიკული სამუშაო პირობების დროს და ასევე ხელს უშლის სისტემაში გარე ჰაერის შეღწევას.
წყლის გაფართოება გათბობისას და ზეწოლისგან დაცვა
ცხელი წყლის გათბობის სისტემები მუშაობენ წყლის ტემპერატურაზე 90 ° C- მდე. როგორც წესი, სისტემა ივსება წყლით 15 ° C ტემპერატურაზე, რომელიც შემდეგ ფართოვდება თბება. არ უნდა დაიშვას მოცულობის ეს ზრდა ზედმეტი და ზედმეტი.
როდესაც ზაფხულში გათბობა გამორთულია, წყლის მოცულობა უბრუნდება თავდაპირველ ღირებულებას. ამიტომ, საკმარისად დიდი ავზი უნდა იყოს დამონტაჟებული, რათა უზრუნველყოს წყლის შეუფერხებელი გაფართოება.
ძველი გათბობის სისტემებს ჰქონდათ ღია გაფართოების ავზები. ისინი ყოველთვის მდებარეობდნენ მილსადენის უმაღლესი მონაკვეთის ზემოთ. როდესაც სისტემაში ტემპერატურა გაიზარდა, რამაც გამოიწვია წყლის გაფართოება, ავზში დონეც გაიზარდა. ტემპერატურის შემცირებით, ეს შესაბამისად შემცირდა.
თანამედროვე გათბობის სისტემები იყენებენ გარსის გაფართოების ავზებს (MRB). როდესაც სისტემაში წნევა იზრდება, არ უნდა დაიშვას მილსადენებში და სისტემის სხვა ელემენტებში ზეწოლა ზღვრული მნიშვნელობიდან ზემოთ.
აქედან გამომდინარე, უსაფრთხოების სარქველი წინაპირობაა თითოეული გათბობის სისტემისთვის.
როდესაც წნევა ნორმაზე მაღლა იწევს, უსაფრთხოების სარქველი უნდა გაიხსნას და გამოისხას წყლის ჭარბი მოცულობა, რომელსაც გაფართოების ავზი ვერ იტევს. ამასთან, გულდასმით შემუშავებულ და შენარჩუნებულ სისტემაში ეს კრიტიკული მდგომარეობა არასოდეს უნდა მოხდეს.
მთელი ეს მსჯელობა არ ითვალისწინებს იმ ფაქტს, რომ ცირკულაციის ტუმბო კიდევ უფრო ზრდის წნევას სისტემაში. ფრთხილად უნდა დადგინდეს ურთიერთობა ტუმბოს მიერ შერჩეულ წყლის მაქსიმალურ ტემპერატურას, გაფართოების ჭურჭლის ზომასა და უსაფრთხოების სარქვლის გახსნის წნევას შორის. სისტემის ელემენტების შემთხვევითი შერჩევა - თუნდაც მათი ღირებულებიდან გამომდინარე - ამ შემთხვევაში არ არის მისაღები.
დიაფრაგმის გამაფართოებელი ჭურჭელი მიეწოდება აზოტით სავსე. დიაფრაგმის გამაფართოებელ ჭურჭელში საწყისი წნევა უნდა იყოს მორგებული, გათბობის სისტემიდან გამომდინარე. გათბობის სისტემიდან გაფართოებული წყალი შედის ავზში და შეკუმშავს გაზის პალატას დიაფრაგმის საშუალებით. გაზების შეკუმშვა შეიძლება, სითხეების კი არა.
წნევა
წნევის განსაზღვრა
წნევა არის სითხეებისა და გაზების სტატიკური წნევა, იზომება ჭურჭელში, მილსადენებში ატმოსფერულ წნევასთან შედარებით (Pa, mbar, bar).
სტატიკური წნევა
სტატიკური წნევა არის სტაციონარული სითხის წნევა.
სტატიკური წნევა \u003d შესაბამისი საზომი წერტილიდან + საწყისი წნევა ზემოთ გაფართოების ჭურჭელში.
დინამიური წნევა
დინამიური წნევა არის სითხის მოძრავი ნაკადის წნევა. ტუმბოს განმუხტვის წნევა ეს არის წნევა ცენტრიდანული ტუმბოს გამოსასვლელზე მუშაობის დროს.
Წნევის ვარდნა
ცენტრიდანული ტუმბოს მიერ განვითარებული წნევა სისტემის მთლიანი წინააღმდეგობის დასაძლევად. იგი იზომება ცენტრიდანული ტუმბოს შესასვლელსა და გამოსასვლელს შორის.
სამუშაო წნევა
ტუმბოს მუშაობისას სისტემაში არსებული წნევა. დასაშვები სამუშაო წნევა ტუმბოს და სისტემის უსაფრთხოების პირობებიდან დაშვებული სამუშაო წნევის მაქსიმალური მნიშვნელობა.
კავიტაცია
კავიტაცია - ეს არის გაზის ბუშტების წარმოქმნა, როგორც ადგილობრივი წნევის გამოჩენა ტუმბოს სითხის ორთქლზე ზეწოლის ქვეშ იმპულსის შესასვლელთან. ეს იწვევს მუშაობის (თავის) და ეფექტურობის შემცირებას და იწვევს ტუმბოს შიდა ნაწილების მასალის ხმაურს და განადგურებას. მაღალი წნევის ადგილებში (მაგალითად, იმპულსის გამოსასვლელთან) ჰაერის ბუშტების დაშლის გამო, მიკროსკოპული აფეთქებები იწვევს წნევის ტალღებს, რამაც შეიძლება დააზიანოს ან გაანადგუროს ჰიდრავლიკური სისტემა. ამის პირველი ნიშანი არის impeller ხმაური და ეროზია.
ცენტრიდანული ტუმბოს მნიშვნელოვანი პარამეტრია NPSH (სითხის თავი ტუმბოს შემწოვი პორტის ზემოთ). იგი განსაზღვრავს ტუმბოს შესასვლელ მინიმალურ წნევას, რომელიც საჭიროა მოცემული ტუმბოს ტიპისგან, კავიტაციის გარეშე მუშაობისთვის, ანუ დამატებითი წნევა, რომელიც საჭიროა ბუშტების წარმოქმნის თავიდან ასაცილებლად. NPSH მნიშვნელობაზე გავლენას ახდენს impeller ტიპის და ტუმბოს სიჩქარე. ამ პარამეტრზე მოქმედი გარე ფაქტორებია თხევადი ტემპერატურა, ატმოსფერული წნევა.
კავიტაციის პრევენცია
კავიტაციის თავიდან ასაცილებლად, თხევადი უნდა შევიდეს ცენტრიდანული ტუმბოს შესასვლელში გარკვეული მინიმალური შემწოვი ლიფტით, რაც დამოკიდებულია ტემპერატურაზე და ატმოსფერულ წნევაზე.
კავიტაციის თავიდან ასაცილებლად სხვა გზებია:
სტატიკური წნევის მომატება
სითხის ტემპერატურის დაწევა (ორთქლის წნევის დაწევა PD)
ტუმბოს შერჩევა უფრო დაბალი მუდმივი წნევის მქონე (მინიმალური შეწოვის თავი, NPSH)
აგროვოდკომის სპეციალისტები სიამოვნებით დაგეხმარებიან ტუმბოს ოპტიმალური არჩევანის დადგენაში. Დაგვიკავშირდით!
|
ალექსანდრე
2013-10-22 09:38:26
[Პასუხის გაცემა] [ციტატით პასუხის გაცემა] [Პასუხის გაუქმება]
|
იაპონელმა ფიზიკოსმა მასაკაზუ მაწუმოტომ წამოაყენა თეორია, რომელიც განმარტავს, თუ რატომ იკუმშება წყალი, გაფართოების ნაცვლად, 0-დან 4 ° C- მდე. მისი მოდელის თანახმად, წყალი შეიცავს მიკრო ფორმირებებს - "ვიტრიტებს", რომლებიც ამოზნექილი ღრუ პოლიედრონებია, რომელთა ზედა ნაწილში წყლის მოლეკულებია, ხოლო წყალბადის კავშირები კიდის პირას წარმოადგენს. ტემპერატურის მატებასთან ერთად ორი ფენომენი კონკურენციას უწევს ერთმანეთს: წყალბადის ბმების გახანგრძლივება წყლის მოლეკულებს შორის და ვიტრიტის დეფორმაცია, რაც იწვევს მათი ღრუების შემცირებას. ტემპერატურის დიაპაზონში 0-დან 3.98 ° C- მდე, ეს უკანასკნელი ფენომენი დომინირებს წყალბადის ობლიგაციების გახანგრძლივების ეფექტზე, რაც საბოლოოდ იძლევა წყლის დაფიქსირებულ შეკუმშვას. ჯერჯერობით მაწუმოტოს მოდელის ექსპერიმენტული დადასტურება არ არსებობს - თუმცა, ისევე როგორც სხვა თეორიები, რომლებიც ხსნიან წყლის შეკუმშვას.
ნივთიერებების აბსოლუტური უმრავლესობისგან განსხვავებით, როდესაც თბება, წყალს შეუძლია შეამციროს მისი მოცულობა (ნახ. 1), ანუ მას აქვს თერმული გაფართოების უარყოფითი კოეფიციენტი. ამასთან, ჩვენ არ ვსაუბრობთ მთელ ტემპერატურულ დიაპაზონზე, სადაც წყალი არსებობს თხევად მდგომარეობაში, მაგრამ მხოლოდ ვიწრო არეალზე - 0 ° C- დან დაახლოებით 4 ° C- მდე. მაღალ ტემპერატურაზე წყალი, ისევე როგორც სხვა ნივთიერებები, ფართოვდება.
სხვათა შორის, წყალი არ არის ერთადერთი ნივთიერება, რომელსაც გააჩნია ტემპერატურის მატებასთან ერთად შემცირების თვისება (ან გაგრილებისას ფართოვდება). ბისმუტს, გალიუმს, სილიციუმს და ანტიმონომა ასევე შეიძლება "დაიკვეხნონ" მსგავსი ქცევით. ამის მიუხედავად, მისი უფრო რთული შინაგანი სტრუქტურის, აგრეთვე გავრცელებისა და მნიშვნელობის სხვადასხვა პროცესებში, სწორედ წყალი იზიდავს მეცნიერთა ყურადღებას (იხ. წყლის სტრუქტურის შესწავლა გრძელდება, „ელემენტები“, 09.10.2006).
რამდენიმე ხნის წინ საყოველთაოდ მიღებული თეორია, რომელიც პასუხობდა კითხვას, თუ რატომ ზრდის წყალი მოცულობას ტემპერატურის შემცირებით (ნახ. 1), იყო ორი კომპონენტის - "ნორმალური" და "ყინულის მსგავსი" ნარევის ნარევი. ეს თეორია პირველად მე -19 საუკუნეში ჰაროლდ უიტინგმა შემოგვთავაზა, მოგვიანებით კი მრავალი მეცნიერი შეიმუშავა და დახვეწა. ცოტა ხნის წინ, წყლის აღმოჩენილი პოლიმორფიზმის ფარგლებში, უაიტინგის თეორია გადაიფიქრა. ამიერიდან ითვლება, რომ სუპერგრილ წყალში არსებობს ორი სახის ყინულის მსგავსი ნანოტომია: რეგიონები მსგავსი მაღალი და დაბალი სიმკვრივის ამორფული ყინულისა. სუპერგრილებული წყლის გათბობა იწვევს ამ ნანოს სტრუქტურების დნობას და ორი ტიპის წყლის წარმოქმნას: უფრო მაღალი და დაბალი სიმკვრივის მქონე. მიღებული წყლის ორ „ერთგვარ“ შორის რთული ტემპერატურული შეჯიბრი წარმოქმნის სიმკვრივის არაერთფეროვან დამოკიდებულებას ტემპერატურაზე. ამასთან, ეს თეორია ჯერ ექსპერიმენტულად დადასტურებული არ არის.
ფრთხილად უნდა მოეკიდოს ამ ახსნას. შემთხვევითი არ არის, რომ აქ ლაპარაკობენ მხოლოდ სტრუქტურებზე, რომლებიც ამორფულ ყინულს წააგავს. საქმე იმაშია, რომ ამორფული ყინულის ნანოსკოპიურ რეგიონებსა და მის მაკროსკოპულ ანალოგებს განსხვავებული ფიზიკური პარამეტრები აქვთ.
იაპონელმა ფიზიკოსმა მასაკაზუ მაცუმოტომ გადაწყვიტა თავიდანვე განეხილა ახსნა იმ ეფექტის შესახებ, რომელიც უარყოფს ორი კომპონენტის ნარევის თეორიას. კომპიუტერული სიმულაციების გამოყენებით მან შეისწავლა წყლის ფიზიკური თვისებები ფართო ტემპერატურულ დიაპაზონში - 200-დან 360 კ-მდე ნულოვანი წნევით, რათა გაერკვია წყლის გაფართოების ჭეშმარიტი მიზეზები მოლეკულური მასშტაბით. მისი სტატია Physical Review Letters- ში არის სათაური, რატომ აფართოებს წყალი გაცივებისას? ("რატომ აფართოებს წყალი გაცივებისას?").
თავდაპირველად, სტატიის ავტორმა დასვა კითხვა: რა გავლენას ახდენს წყლის თერმული გაფართოების კოეფიციენტზე? მაცუმოტოს მიაჩნია, რომ ამისათვის საკმარისია მხოლოდ სამი ფაქტორის გავლენის გარკვევა: 1) წყლის მოლეკულებს შორის წყალბადური ბმების სიგრძის ცვლილებები, 2) ტოპოლოგიური ინდექსი - ობლიგაციების რაოდენობა წყლის მოლეკულაზე და 3) წონასწორობის მნიშვნელობიდან ობლიგაციებს შორის კუთხის გადახრა (კუთხის დამახინჯება).
ფიგურა: 2. ყველაზე მოსახერხებელია წყლის მოლეკულების გაერთიანება მტევანში, წყალბადის კავშირებს შორის კუთხე არის 109,47 გრადუსი. ამ კუთხეს ტეტრაჰედრალს უწოდებენ, რადგან ის არის კუთხე, რომელიც აკავშირებს რეგულარული ტეტრაედრის ცენტრსა და მის ორ წვერს. ნახაზი საიტიდან lsbu.ac.uk
სანამ იაპონელი ფიზიკოსის მიერ მიღებულ შედეგებზე ვისაუბრებთ, მოდით გავაკეთოთ მნიშვნელოვანი შენიშვნები და განმარტებები ზემოთ ჩამოთვლილ სამ ფაქტორთან დაკავშირებით. უპირველეს ყოვლისა, წყლის H 2 O ჩვეულებრივი ქიმიური ფორმულა შეესაბამება მხოლოდ მის ორთქლიან მდგომარეობას. თხევადი ფორმით, წყლის მოლეკულები წყალბადის კავშირებით გაერთიანებულია (H 2 O) x ჯგუფებში, სადაც x არის მოლეკულების რაოდენობა. წყლის ხუთი მოლეკულის (x \u003d 5) ყველაზე ენერგიულად ხელსაყრელი კომბინაცია წყალბადის ოთხი ობლიგაციით, რომელშიც ობლიგაციები ქმნის წონასწორობას, ე.წ. ტეტრაჰედრალურ კუთხეს, ტოლია 109,47 გრადუსი (იხ. ნახ. 2).
წყლის მოლეკულებს შორის ტემპერატურაზე წყალბადის ბმის სიგრძის დამოკიდებულების გაანალიზების შემდეგ, მაწუმოტო მივიდა მოსალოდნელ დასკვნამდე: ტემპერატურის ზრდა იწვევს წყალბადის ობლიგაციების ხაზოვან გახანგრძლივებას. ეს, თავის მხრივ, იწვევს წყლის მოცულობის ზრდას, ანუ მის გაფართოებას. ეს ფაქტი ეწინააღმდეგება დაფიქსირებულ შედეგებს, ამიტომ შემდგომში მან განიხილა მეორე ფაქტორის გავლენა. როგორ არის დამოკიდებული თერმული გაფართოების კოეფიციენტი ტოპოლოგიურ ინდექსზე?
კომპიუტერულმა სიმულაციამ შემდეგი შედეგი მისცა. დაბალ ტემპერატურაზე, პროცენტულად წყლის ყველაზე დიდი მოცულობა წყლის მტევანს უჭირავს, რომელსაც თითო მოლეკულაში აქვს 4 წყალბადის ბმა (ტოპოლოგიური ინდექსი 4). ტემპერატურის ზრდა იწვევს მე -4 ინდექსის ასოცირებული პირების რაოდენობის შემცირებას, მაგრამ ამავდროულად იწყებს კლასტერების რიცხვი 3 და 5. რიცხვითი გამოთვლების შემდეგ მაწუმოტომ დაადგინა, რომ ტოპოლოგიური ინდექსის მქონე მტევნების ადგილობრივი მოცულობა პრაქტიკულად არ იცვლება ტემპერატურის მატებით და ასოცირებული მთლიანი მოცულობის ცვლილებით. 3 და 5 ინდექსებით ნებისმიერ ტემპერატურაზე ურთიერთქმედება ერთმანეთს. შესაბამისად, ტემპერატურის ცვლილება არ ცვლის წყლის საერთო მოცულობას, რაც ნიშნავს, რომ ტოპოლოგიურ მაჩვენებელს გავლენა არ აქვს წყლის შეკუმშვაზე, როდესაც ის თბება.
რჩება წყალბადური ბმების კუთხოვანი დამახინჯების ეფექტის გარკვევა. და აქ იწყება ყველაზე საინტერესო და მნიშვნელოვანი. როგორც ზემოთ აღვნიშნეთ, წყლის მოლეკულების გაერთიანების ტენდენცია ისეა, რომ წყალბადის კავშირებს შორის კუთხე იყოს tetrahedral. ამასთან, წყლის მოლეკულების თერმული ვიბრაცია და მტევანში არ შეტანილი სხვა მოლეკულების ურთიერთქმედება ხელს უშლის მათ ამის გაკეთებაში, რაც წყალბადის ბმის კუთხის მნიშვნელობას 109,47 გრადუსიანი წონასწორობის მნიშვნელობიდან გადახრის. კუთხური დეფორმაციის ამ პროცესის გარკვეულწილად რაოდენობრივი დახასიათების მიზნით, მაწუმოტომ და მისმა კოლეგებმა, თავიანთი წინა ნამუშევრების საფუძველზე, წყალში წყალბადის ბმის ქსელის ტოპოლოგიურ ბლოკად, რომელიც 2007 წელს გამოქვეყნდა ჟურნალში ქიმიური ფიზიკა, გამოთქვეს წყალში სამგანზომილებიანი მიკროსტრუქტურის არსებობა, რომლებიც ჰგავს ამოზნექილი ღრუ პოლიედრა. მოგვიანებით, მომდევნო პუბლიკაციებში, ისინი ასეთ მიკროსტრუქტურებს ვიტრიტებს უწოდებენ (ნახ. 3). მათში წვერები წყლის მოლეკულებია, კიდეების როლს ასრულებს წყალბადური ბმები, ხოლო წყალბადის ობლიგაციებს შორის კუთხე არის ვიტრიტში არსებულ კიდეებს შორის კუთხე.
მაწუმოტოს თეორიის თანახმად, არსებობს ვიტრიტების ფორმების უზარმაზარი მრავალფეროვნება, რომლებიც, მოზაიკის ელემენტების მსგავსად, წყლის სტრუქტურის დიდ ნაწილს შეადგენენ და ამავე დროს თანაბრად ავსებენ მთელ მის მოცულობას.
ფიგურა: 3. ექვსი ტიპიური ვიტრიტი, რომლებიც ქმნიან წყლის შიდა სტრუქტურას. ბურთები შეესაბამება წყლის მოლეკულებს, ბურთებს შორის სეგმენტები წარმოადგენს წყალბადის კავშირებს. ვიტრიტები აკმაყოფილებენ ეილერის ცნობილ თეორემას პოლიტოპების შესახებ: ვერტიკებისა და პირების საერთო რაოდენობა მინუსების კიდეების რაოდენობაა 2. ეს ნიშნავს, რომ ვიტრიტები ამოზნექილი პოლიედრებია. სხვა ტიპის vitrite შეგიძლიათ იხილოთ vitrite.chem.nagoya-u.ac.jp- ზე. ფიგურა: სტატიიდან Masakazu Matsumoto, Akinori Baba და Iwao Ohminea Network Motif of Water, გამოქვეყნებული AIP Conf- ში. Proc
წყლის მოლეკულები ვითარებენ ტეტრაჰედრალურ კუთხეებს მინისტრებში, ვინაიდან ვიტრიტებს უნდა ჰქონდეთ ყველაზე დაბალი ენერგია. ამასთან, თერმული მოძრაობისა და სხვა ვიტრიტებთან ადგილობრივი ურთიერთქმედების გამო, ზოგიერთ მიკროსტრუქტურაში არ არის გეომეტრია ტეტრაედრული კუთხით (ან ამ მნიშვნელობასთან ახლოს მდებარე კუთხეები). ისინი იღებენ ისეთ სტრუქტურულად არაკვილიბრიუმულ კონფიგურაციებს (რაც მათთვის არ არის ყველაზე ხელსაყრელი ენერგიული თვალსაზრისით), რაც საშუალებას აძლევს მთლიანობაში ვიტრიტების მთელ "ოჯახს" მიიღონ ყველაზე დაბალი ენერგეტიკული ღირებულება. იმედგაცრუებულებს უწოდებენ ისეთ ვიტრიტებს, ანუ ვიტრიტებს, რომლებიც თითქოს "საერთო ენერგეტიკულ ინტერესებს" სწირავენ თავს. თუ არა იმედგაცრუებულ ვიტრიტებს აქვთ მოცემული ტემპერატურის მაქსიმალური ღრუს მოცულობა, მაშინ იმედგაცრუებულ მინისტრებს, პირიქით, აქვთ მინიმალური შესაძლო მოცულობა.
მაწუმოტოს მიერ ჩატარებულმა კომპიუტერულმა სიმულაციებმა აჩვენა, რომ ტემპერატურის მატებასთან ერთად ვიტრიტის ღრუების საშუალო მოცულობა წრფივად იკლებს. ამავდროულად, იმედგაცრუებული შუშხუნა მნიშვნელოვნად ამცირებს მათ მოცულობას, ხოლო არასამთავრობო იმედგაცრუებული ვიტრიტების ღრუს მოცულობა თითქმის უცვლელი რჩება.
ამრიგად, წყლის შეკუმშვა ტემპერატურის მატებასთან ერთად გამოწვეულია ორი კონკურენტული ეფექტით - წყალბადის ობლიგაციების გახანგრძლივება, რაც იწვევს წყლის მოცულობის ზრდას და იმედგაცრუებული ვიტრიტების ღრუების მოცულობის შემცირებას. ტემპერატურის დიაპაზონში 0-დან 4 ° C- მდე, ბოლო ფენომენი, როგორც ეს გამოთვლილია გაანგარიშებით, ჭარბობს, რაც საბოლოოდ იწვევს წყლის დაფიქსირებულ შეკუმშვას ტემპერატურის მატებასთან ერთად.
რჩება ვიტრაჟების არსებობისა და მათი ქცევის ექსპერიმენტული დადასტურების მოლოდინი. სამწუხაროდ, ეს ძალიან რთული ამოცანაა.
აფართოებს ან იკუმშება? პასუხი ასეთია: ზამთრის დადგომასთან ერთად, წყალი იწყებს მისი გაფართოების პროცესს. Რატომ ხდება ეს? ეს თვისება წყალს გამოყოფს ყველა სხვა სითხისა და აირის სიიდან, რომლებიც, პირიქით, გაცივებისას იკუმშება. რა არის ამ არაჩვეულებრივი თხევადი ქცევის მიზეზი?
ფიზიკა 3-ე კლასი: გაყინვისას წყალი ფართოვდება ან იკუმშება?
უმეტეს ნივთიერებებსა და მასალებს აფართოებს გაცხელებისას და მცირდება გაცივების დროს. გაზები ამ ეფექტს უფრო შესამჩნევად ავლენენ, მაგრამ სხვადასხვა სითხეები და მყარი ლითონები იგივე თვისებებს ავლენენ.
გაზის გაფართოებისა და შეკუმშვის ერთ – ერთი ყველაზე ნათელი მაგალითია ჰაერი ბურთით. როდესაც ნულოვან ამინდში ვუშვებთ ბუშტს, ბურთით ზომა მაშინვე იკლებს. თუ ბურთს მწვავე ოთახში შევიყვანთ, მაშინ ის მაშინვე იზრდება. მაგრამ თუ ბუშტი აბაზანაში შევიტანეთ, ის ადიდდება.
წყლის მოლეკულები უფრო მეტ ადგილს მოითხოვს
მიზეზი, რომ ხდება სხვადასხვა ნივთიერებების გაფართოებისა და შეკუმშვის პროცესები, ეს არის მოლეკულები. ისინი, ვინც მეტ ენერგიას იღებენ (ეს ხდება თბილ ოთახში) გაცილებით სწრაფად მოძრაობენ, ვიდრე ცივი ოთახის მოლეკულები. ნაწილაკები, რომლებსაც მეტი ენერგია აქვთ, ბევრად უფრო აქტიურად და უფრო ხშირად ეჯახებიან, მათ მეტი სივრცე სჭირდებათ გადასაადგილებლად. იმისათვის, რომ მოლეკულები ახდენენ ზეწოლას, მასალა იწყებს ზომაში ზრდას. უფრო მეტიც, ეს ხდება საკმაოდ სწრაფად. მაშ, გაყინვისას წყალი ფართოვდება ან იკუმშება? Რატომ ხდება ეს?
წყალი არ ემორჩილება ამ წესებს. თუ ჩვენ დავიწყებთ წყლის გაგრილებას ოთხი გრადუსამდე, მაშინ ის ამცირებს მის მოცულობას. მაგრამ თუ ტემპერატურა კვლავ იკლებს, წყალი უცებ იწყებს გაფართოებას! არსებობს ისეთი თვისება, როგორიცაა წყლის სიმკვრივის ანომალია. ეს თვისება ხდება ოთხი გრადუსი ცელსიუსის ტემპერატურაზე.
ახლა რომ მივხვდით, აფართოებს თუ იკუმშება წყალი გაყინვის დროს, მოდით გაირკვეს, როგორ ხდება ეს ანომალია სინამდვილეში. მიზეზი მდგომარეობს იმ ნაწილაკებში, რომელთაგან იგი შედგება. წყლის მოლეკულა შედგება წყალბადის ორი ატომისგან და ერთი ჟანგბადისგან. დაწყებითი სკოლის ასაკიდან ყველამ იცის წყლის ფორმულა. ამ მოლეკულის ატომები ელექტრონებს სხვადასხვა გზით იზიდავს. წყალბადი ქმნის დადებით მიზიდულობას, ხოლო ჟანგბადს, პირიქით, აქვს უარყოფითი. როდესაც წყლის მოლეკულები ეჯახებიან ერთმანეთს, ერთი მოლეკულის წყალბადის ატომები გადადიან აბსოლუტურად განსხვავებული მოლეკულის ჟანგბადის ატომში. ამ მოვლენას წყალბადის შეერთება ეწოდება.
გაცივებისას წყალს მეტი სივრცე სჭირდება
იმ მომენტში, როდესაც წყალბადური ბმების ფორმირების პროცესი იწყება, წყალში იწყება ადგილების გაჩენა, სადაც მოლეკულები იმავე წესრიგშია, როგორც ყინულის კრისტალში. ამ ბლანკებს მტევანი ეწოდება. ისინი არ არიან ისეთი ძლიერი, როგორც წყლის მყარ კრისტალში. როდესაც ტემპერატურა იზრდება, ისინი იშლება და შეცვლიან მდებარეობას.
პროცესის განმავლობაში, სითხეში მტევნების რაოდენობა სწრაფად იწყებს ზრდას. მათ მეტი სივრცე სჭირდება გასავრცელებლად, რის შედეგადაც წყალი იზრდება მისი ზომაში არანორმალური სიმკვრივის მიღწევის შემდეგ.
როდესაც თერმომეტრი ნულის ქვემოთ ეცემა, მტევანი იწყებს ყინულის პატარა კრისტალებად ქცევას. ისინი იწყებენ ასვლას. ამ ყველაფრის შედეგად წყალი ყინულად იქცევა. ეს არის წყლის ძალიან უჩვეულო შესაძლებლობა. ეს ფენომენი აუცილებელია ბუნებაში პროცესების ძალიან დიდი რაოდენობით. ყველამ ვიცით და თუ არ ვიცით, მაშინ გვახსოვს, რომ ყინულის სიმკვრივე ოდნავ ნაკლებია, ვიდრე მაგარი ან ცივი წყალი. ეს საშუალებას აძლევს ყინულს წყლის ზედაპირზე ასცდეს. ყველა წყალსაცავი იწყებს გაყინვას ზემოდან ქვევით, რაც წყლის მცხოვრებლებს საშუალებას აძლევს მშვიდად იცხოვრონ და არ გაიყინონ ბოლოში. ახლა ჩვენ დეტალურად ვიცით იმის შესახებ, აფართოებს თუ იკუმშება წყალი გაყინვის დროს.
ცხელი წყალი უფრო სწრაფად იყინება, ვიდრე ცივი წყალი. თუ ორ იდენტურ ჭიქას ავიღებთ და ერთში ცხელი წყალი დავასხით, მეორეში კი იგივე რაოდენობის ცივი წყალი, შევამჩნევთ, რომ ცხელი წყალი უფრო სწრაფად იყინება, ვიდრე ცივი წყალი. ეს ლოგიკური არ არის, ეთანხმებით? გაყინვას ცხელი წყალი უნდა გაცივდეს, ცივი წყალი კი არა. როგორ ავხსნათ ეს ფაქტი? მეცნიერები დღემდე ვერ ხსნიან ამ საიდუმლოს. ამ ფენომენს "Mpemba Effect" ეწოდება. ის 1963 წელს ტანზანიელმა მეცნიერმა აღმოაჩინა არაჩვეულებრივ გარემოებებში. სტუდენტს სურდა ნაყინის გაკეთება და შენიშნა, რომ ცხელი წყალი უფრო სწრაფად იყინება. მან ეს ფიზიკის მასწავლებელს გაუზიარა, რომელმაც თავიდან არ დაიჯერა.
კითხვაზე რატომ ფართოვდება მოცულობით წყალი გაცივების დროს, როდესაც სხვა ნივთიერებები იკუმშება გაგრილების დროს? მოცემულია ავტორის მიერ პაველ ანუფრიევი საუკეთესო პასუხია გაგრილების დროს წყალი თავიდანვე იქცევა როგორც სხვა მრავალი ნაერთი: ის თანდათან უფრო მკვრივი ხდება და ამცირებს მის სპეციფიკურ მოცულობას. მაგრამ 4 ° C ტემპერატურაზე (უფრო ზუსტად, 3,98 ° C) ხდება კრიზისული მდგომარეობა - სტრუქტურული განლაგება და ტემპერატურის შემდგომი შემცირებით, წყლის მოცულობა აღარ იკლებს, არამედ იზრდება. ნორმალურ პირობებში 0 ° C- ზე ქვემოთ გაგრილებისას წყალი კრისტალიზდება და ყინული წარმოიქმნება, რომლის სიმკვრივე ნაკლებია, ხოლო მოცულობა თითქმის 10% -ით მეტია თავდაპირველი წყლის მოცულობაზე.
მოცულობის ზრდა აიხსნება იმით, რომ ყინულის სტრუქტურის თითოეული მოლეკულა წყალბადთან არის დაკავშირებული სხვა ოთხ მოლეკულასთან. შედეგად, ყინულის ფაზაში ყალიბდება ღია სამუშაოების სტრუქტურა, რომელსაც აქვს "ღრუები" ფიქსირებულ წყლის მოლეკულებს შორის, რაც იწვევს მთლიანი გაყინული მასის მნიშვნელოვან გაფართოებას. ყინულის კრისტალური სტრუქტურა ჰგავს ალმასის სტრუქტურას: თითოეული H2O მოლეკულა გარშემორტყმულია მასთან ყველაზე ახლოს მდებარე ოთხი მოლეკით, რომლებიც მონაწილეობენ წყალბადის ობლიგაციის ფორმირებაში და განლაგებულია მისგან თანაბარ მანძილზე, ტოლია 2,76 ანგსტრომისა და განლაგებულია ჩვეულებრივი ტეტრაედრის წვერებზე, 109 ° 28 კუთხის ტოლი "( დაბალი საკოორდინაციო რიცხვის გამო, ყინულის სტრუქტურა ბადეობრივია, რაც გავლენას ახდენს მის დაბალ სიმკვრივეზე. ყინულის ღია სტრუქტურა იწვევს იმ ფაქტს, რომ მისი სიმკვრივე, ტოლია 916,7 კგ / მ³ 0 ° C ტემპერატურაზე, წყლის სიმკვრივეზე დაბალია ( 999,8 კგ / მ 2) იმავე ტემპერატურაზე.
ამიტომ, წყალი, ყინულად ქცეული, ზრდის მის მოცულობას დაახლოებით 9% -ით:
დნობის პროცესში, 0 ° C ტემპერატურაზე, წყლის დაახლოებით 10-15% კარგავს კავშირებს ნაერთებთან, შედეგად ზოგიერთი მოლეკულების მობილობა იზრდება და ისინი იძირებიან იმ ღრუებში, რომლებიც მდიდარია ყინულის ღია სტრუქტურით. ეს ხსნის დნობის დროს ყინულის შეკუმშვას და შედეგად მიღებული წყლის უფრო მეტ სიმკვრივეს, რომელიც დაახლოებით 10% -ით იზრდება. შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ ეს მნიშვნელობა გარკვეულწილად ახასიათებს წყალში მოლეკულების ხაფანგში გაჭედილ წყალს. მიღებული წყლის სიმკვრივე მაქსიმუმს 4 ° C ტემპერატურაზე აღწევს, ხოლო ტემპერატურის შემდგომი ზრდით, წყლის რეგულარული გაფართოება, რომელიც უკავშირდება მოლეკულური მოძრაობის ზრდას, აღემატება ”ყინულის წყლის” სტრუქტურული გადაწყობის ეფექტს და წყლის სიმკვრივე იწყებს თანდათან შემცირებას.
პასუხი 2 პასუხი[გურუ]
გამარჯობა! აქ მოცემულია თემების შერჩევა, რომელზეც შეგიძლიათ გაეცნოთ თქვენს კითხვას: რატომ ფართოვდება წყალი მოცულობით გაგრილების დროს, როდესაც სხვა ნივთიერებები იკუმშება გაციების დროს?
პასუხი პლაცერი[ახალი]
გაცივებისას წყალი არ ფართოვდება. მხოლოდ მას შემდეგ, რაც წყალი გამკვრივდება და გახდება ყინული, მხოლოდ ამის შემდეგ გაიზრდება მისი მოცულობა, წყლის მოლეკულებს შორის მანძილის გაზრდის გამო.
პასუხი მაიკ ტიაროფი[გურუ]
წყალი ასევე შეკუმშულია ... კითხვა არასწორად არის დასმული. ... წყალი იკუმშება -4 გრადუსამდე და შემდეგ ფართოვდება ... ამას ფაზის გადასვლას უწოდებენ და ამგვარი გადასვლის დროს ნივთიერებები იქცევიან სრულიად წარმოუდგენელი გზით ... როდესაც 100 გრადუსამდე თბება, ხდება გაფართოება და ზემოთ ტემპერატურა არ მიიღება, მაგრამ ხდება ორთქლზე გადასვლა - ასევე ფაზის გადასვლა ... მოლეკულებს შორის ობლიგაციები სხვა თვისებებს იძენს - კრისტალიზაცია იწყება წყალში ...
