Что делает вода при заморозке

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

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

Как заморозить воду для питья? Правильная очистка воды посредством замораживания, польза талой воды

Талая вода – это уникальная по своей структуре жидкость, которая обладает полезными свойствами и показана к применению практически каждому человеку. Рассмотрим, в чем заключаются ее особенности, целебные характеристики, где она применяется, а также есть ли противопоказания к употреблению. Также проанализируем несколько вариантов, как заморозить воду, чтобы она сохранила все свои полезные качества, и каких правил стоит придерживаться при заморозке.

Что такое талая вода

Ученые доказали, что в талой воде содержится минимальное количество примесей и тяжелых металлов, благодаря чему она считается природной и экологически чистой. Регулярное употребление такой жидкости приводит к очищению организма, повышению его защитных функций, приливу сил и энергии. Вода показана для применения независимо от возраста, поскольку, благодаря особенностям строения молекул, оказывает только положительное влияние на человеческий организм.

Талую жидкость можно получить путем замораживания обычной проточной воды, но важно придерживаться некоторых правил, поскольку в твердом состоянии вода может иметь до 11 различных кристаллических модификаций, от чего непосредственно зависят ее свойства и полезные качества.

Свойства талой воды

Путем заморозки вода имеет свойства «обновляться» и восстанавливать свое первоначальное энергетическое, структурное и информационное состояние. Таким образом, ее структура молекул строго упорядочена. А поскольку человек на 70 % состоит из воды, то очень важно то, какую именно жидкость он пьет и какими свойствами она обладает.

Простая вода при замерзании расширяется, меняется не только размер молекул до замораживания и после оттаивания, но и структура: они становятся схожими с протоплазмой клеток человеческого организма. Именно благодаря такому свойству и изменению размеров молекулы легче и быстрее проникают через клеточные оболочки, ускоряя химические реакции и обменные процессы в организме.

Разница между обычной водой и талой жидкостью заключаются в том, что в первом случае молекулы двигаются хаотично, во втором – упорядоченно, не мешая друг другу, поэтому вырабатывают больше энергии. К тому же талая вода намного чище, поскольку в ней нет дейтерия (тяжелого изотопа), который негативно воздействует на живые клетки. Также в размороженной воде нет хлоридов, солей и других опасных веществ и соединений.

Польза талой воды

Чтобы жидкость выполняла все свои полезные функции в организме человека, она должна быть чистой. Именно этому критерию отвечает вода, полученная из тающего льда. Еще в древние времена считалось, что она способствует омоложению.

Польза талой воды для человека заключается в следующем:

• ускорение обменных процессов;
• отличное средство против аллергии;
• выведение шлаков и токсинов из организма, снижение количества холестерина;
• укрепление защитных функций организма;
• улучшение процесса переваривания пищи;
• повышение работоспособности;
• улучшение памяти и качества сна;
• нормализация работы сердечно-сосудистой и нервной системы;
• обновление крови;
• анти-эйдж эффект, поскольку вода активизирует процессы метаболизма в организме, что способствует обновлению и регенерации клеток;
• похудение.

Помимо того что такая правильно структурированная вода принимается вовнутрь, можно также использовать ее наружно. К примеру, при экземе, дерматите или иных кожных заболеваниях специальные примочки способствуют скорейшему заживлению ранок и снижению зуда.

Сфера применения

Ввиду наличия большого количества полезных свойств, тающий лед показан для применения практически каждому человеку. Три стакана в день перед едой, и уже через неделю человек почувствует настоящий прилив сил и энергии.

Талая вода применяется как в качестве профилактического средства, так и в терапевтических целях. К примеру, при лечении заболеваний сердца и сосудов показано употреблять до трех стаканов жидкости в день. Первый обязательно натощак, а последний непосредственно перед сном.

Рассчитать необходимую дозу для применения в терапевтических целях можно, взяв в расчет до 6 г воды на 1 кг массы человека. Такой объем употребляется при запущенной форме заболевания, наравне с консервативным лечением.

Можно также готовить отвары лекарственных трав или делать настои на талой воде. Это усилит целебные свойства, которыми обладают растения, и снизит возможный риск развития аллергических реакций организма.

Добиться эффекта омоложения, снять отечность или синюшность под глазами, а также сделать внешний вид более здоровым можно с помощью умывания.

Важно помнить, что все полезные свойства вода сохраняет на протяжении 12 часов, потом такие качества теряются.

Существует ли вред от применения талой воды?

Перед тем как заморозить воду для дальнейшего употребления, стоит не только знать, как правильно это сделать, но и ознакомиться с возможными противопоказаниями. Несмотря на большое количество полезных свойств, при неправильном употреблении и нарушении процесса приготовления жидкость может нанести вред организму человека.

Не рекомендуется пить исключительно талую воду, по мнению специалистов. Также она должна вводиться в рацион человека постепенно, чтобы организм привык к ее правильной структуре. Вначале стоит употреблять до 100 мл жидкости, далее – не более 1/3 от объема жидкой пищи, которую человек употребляет за сутки.

Стоит также помнить, что талая вода не является лекарством и не может излечить от всех заболеваний. Нельзя отказываться от применения консервативного или иного лечения и переходить только на употребление структурированной жидкости без примесей. Талая вода ускоряет процесс выздоровления и положительно сказывается на самочувствии человека, только если принимается в комплексе с сопутствующими лекарственными препаратами.

Как заморозить воду правильно?

Чтобы талая вода сохранила все свои свойства, стоит придерживаться некоторых правил.

1. Для заморозки используется только обычная вода, не природный снег или лед, поскольку в них содержится множество грязных компонентов.
2. Жидкость замораживается в пластмассовой таре или емкости из прочного стекла.
3. Хотя талая вода и показана к применению только 12 часов, полезные свойства в ней сохраняются на протяжении восьми часов после разморозки.
4. Перед тем как заморозить воду, не стоит ее кипятить (при нагревании нарушается структура и теряются полезные свойства).
5. Родниковая с естественным составом элементов, а также отстоянная или отфильтрованная водопроводная вода идеальны для заморозки.
6. Растапливать лед лучше в прохладном помещении, при температуре чуть ниже комнатных показателей.
7. Не стоит нагревать талую воду перед употреблением (ее полезные свойства сохраняются при температуре ниже 37 градусов).
8. Правильно пить структурированную жидкость следует небольшими глотками в перерывах между приемами пищи, натощак утром или перед отходом ко сну.

Приготовление в домашних условиях

Существует несколько способов того, как заморозить воду в домашних условиях.

Способ 1 – самый простой.

Отстоянная или очищенная вода наливается в емкость (чуть больше половины) и ставится в морозильную камеру на 8-12 часов. В результате получается лед, но если осталась не замерзшая за это время жидкость, она сливается, поскольку в ней содержатся примеси тяжелых металлов. Далее идет процесс разморозки и употребление. Можно готовить на такой жидкости первые блюда, компоты, чаи, кофе или принимать в чистом виде.

Способ 2 – протиевая вода.

Это более сложный метод заморозки. Вода наливается в емкость, ставится в морозилку на 4-5 часов, в результате чего на поверхности успевает образоваться тонкая корка льда, в которой содержится дейтерий. Температура льды и воды практически одинаковая, корку надо убрать и далее поставить емкость в морозилку еще на пару часов. Когда жидкость замерзла наполовину, вода сливается, а лед остается размораживаться. Таким образом, вода проходит процесс двойной очистки.

Способ 3 – дегазированная вода.

Жидкость нагревается до температуры +96 °С, когда начинают образовываться мелкие пузырьки. Далее идет процесс ее быстрого охлаждения. Это можно сделать, поместив тару в холодную воду или на балкон. Потом она разливается по емкостям и ставится в морозилку на 12 часов. Далее идет стандартный процесс разморозки. В результате испарения, охлаждения, замерзания и оттаивания вода проходит все фазы круговорота в природе, и получается биологически активная жидкость.

Способ 4 – мгновенная заморозка воды.

Очищенная вода наливается в емкость 0,5 л, ставится в холодильник в горизонтальном положении на 1,5 часа. Далее бутылка достается. Резкое движение (стук по таре или сильная встряска) приводит к тому, что жидкость начинает мгновенно на глазах кристаллизоваться.

Способ 5 – «талица».

Эта жидкость предназначена для наружного применения. Вода, в которую добавляется соль и уксус, применяется для массирования определенных участков тела. Таким образом разглаживаются морщины, кожа становится более ровной и гладкой, снижается проявление варикоза, проходят болезненные ощущения. Можно такой водой полоскать рот при ангине, стоматите или заболевании зубов, а также принимать ванну. Для 300 мл воды нужно добавить 1 ч. л. соли и 1 ч. л. столового уксуса. Процесс заморозки и разморозки стандартный.

Двойное очищение: нужно ли?

Ознакомившись с процессом, как правильно замораживать воду, некоторые задаются вопросом о том, можно ли сделать ее более полезной путем двойного очищения. Этот процесс более сложный, но и эффект от применения выше.

Как дважды очистить воду?

1. Отстоянная вода помещается в стеклянную тару без крышки на 24 часа.
2. Жидкость переливается в пластмассовые емкости или посуду из прочного стекла и ставится в морозильную камеру.
3. Когда на воде образовался первый тонкий слой льда, он удаляется, поскольку в нем содержатся вредные соединения, которые быстро замерзают.
4. Далее идет последующий процесс заморозки, но до половины объема жидкости в таре.
5. Незамерзшая вода, которая составляет половину, выливается.

Остальная часть размораживается, получается протиевая вода с двойной очисткой, что готова к употреблению.

Вывод

Стоит помнить, что талая вода не является панацеей от всех бед. Но она может значительно улучшить качество жизни и самочувствие человека. Важно при этом употреблять ее умеренно и правильно придерживаться процесса заморозки. Также каждый день стоит запасаться новой порцией, поскольку ее полезные свойства сохраняются только на протяжении 12 часов, не более.

Источник