Почему вода станет льдом

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 станет льдом

2015-03-27
Теплая вода, охлаждаясь становиться более плотной и, следовательно, опускается на дно. То есть лед должно образовываться на дне озера в первую очередь. Но этот процесс происходит только до отметки 4 градуса по Цельсию, далее вода начинает опять расширяться и становится менее плотной. Таким образом, в точке близкой к замораживанию, холодная вода всплывает на поверхность, а теплая вода опускается на дно. В конце концов, вода в верхней части озера в зимних условиях, замерзнет и превращается в слой льда. Кроме того, когда вода замерзает и превращается в лед, лед становится значительно менее плотным, чем вода и продолжает плавать на поверхности озера.

Лед имеет меньшую плотность, чем вода, из-за того, что он имеет гексагональную кристаллическую структуру. Каждая молекула воды состоит из двух атомов водорода, связанных с атомом кислорода. При формировании льда, атомы водорода одной молекулы образуют слабые водородные связи с атомами кислорода двух других молекул воды. Выстраиваемые молекулы воды в этой модели занимают больше места, чем хаотически перемешанные молекулы в жидкой воде. Следовательно, лед является менее плотным. По той же причине вода, ниже 4 градусов по Цельсию становится все менее плотной.

Так что теперь мы понимаем, почему лед плавает на поверхности воды, но, как это работает на водоемах? Представьте себе, что это начало зимы, и температура только недавно стала ниже точки замерзания. Воздух меняет температуру быстрее, чем вода — вот почему вода в водоеме, кажется, гораздо теплее, в вечернее время. Воздух охлаждается ночью, но вода в водоеме остается почти такой же горячий. Таким образом, хотя воздух холодный, вода не замерзает. Вода в верхней части водоеме находится в непосредственном контакте с холодным воздухом и все время охлаждается. Образующейся на поверхности лед также действует в качестве барьера, или изолятора, между холодным воздухом и теплой воды под ним.

Последний факт позволяет воде в озерах и прудах не замерзать до самого дна, что позволяет растениям и рыбам пережить зиму в условиях севера.

Источник

Почему вода станет льдом

Почему вода замерзает сверху вниз?

Вода замерзает сверху вниз, что позволяет льду плавать — из-за странной причуды в том, как плотность воды ведет себя при падении температуры. Плотность представляет собой массу единичного объема материального вещества; это по существу мера того, насколько плотно упакованы атомы и молекулы вещества. Для большинства соединений температура падения приводит к тому, что объем соединения уменьшается, а его плотность возрастает, когда атомы и молекулы становятся более плотно упакованными вместе. Например, карман теплого воздуха поднимается и расширяется, потому что он менее плотный, чем крутой воздух вокруг него. И наоборот, карман прохладного воздуха опускается и сжимается, становясь немного толще и плотнее, когда он падает. Вода ведет себя аналогично, но только до определенной температуры. Плотность охлаждающей воды увеличится до тех пор, пока температура воды не достигнет 4 ° C (39,2 ° F). Если вода продолжает охлаждаться, ее плотность снова начнет расти, и вода (теперь в ее твердом состоянии) будет расширяться. Именно это свойство воды позволяет льду вклинивать открытые трещины в тротуарах и скалах и заставляет банки и бутылки безалкогольных напитков взорваться в морозильной камере.

При температуре 4 ° C вода все еще находится в жидкой форме. В озерах и реках эта вода будет охлаждаться на поверхности, плотнее и снижаться. Когда вода приблизится к точке замерзания (0 ° C [32 ° F]), она станет менее плотной, чем окружающая ее вода, и она поднимется до верха водного столба. Если бы вода вместо этого застыла со дна озера или реки на вершину, были бы глубокие экологические последствия. Мелкие озера замерзли; если растения, животные и другие организмы, живущие там, не имеют какой-либо адаптации, которая бы не замерзала их ткани, они умрут. В более крупных озерах пол льда и слякоть охлаждает воду выше, возможно замедляя обмен веществ и темпы роста организмов, которые выжили в верхнем течении озера. В этих условиях Земля выглядела бы совсем иначе; полярные области планеты были бы почти лишены жизни, и каждый год среднесрочные растения, животные и другие организмы столкнулись бы с перспективой недостижимой жидкой воды в замороженных местах обитания.

Источник

Почему вода не замерзает под слоем льда?

Вода — самое таинственное и при этом самое важное для поддержания жизни на планете вещество. У нее нет ни запаха, ни цвета, однако существование какой-либо жизни в том виде, в котором мы ее знаем, без воды попросту бы свелось к нулю. Одним из уникальных качеств воды является ее способность сохранять подводную жизнь благодаря интересной природной аномалии, при которой лед покрывает собой массы воды, не давая ей полностью замерзнуть. Согласно обычным физическим законам, все должно происходить в точности до наоборот и вещество, находящееся долгое время в твердой форме, должно быть на дне, а не на поверхности. Так почему же вода нарушает основные законы физики?

Возможно, жизнь на планете появилась благодаря природной аномалии

Почему лед не тонет?

Считается, что уникальная способность льда не уходить под воду обусловлена появлением в нем особенной кристаллической решетки, которая часто обогащена мельчайшими пузырьками воздуха. Ледяной покров, постепенно расползаясь от берегов водоема к самому его центру, надежно защищает всех обитателей от сильных морозов, сохраняя положительную температуру под ледяным куполом.

Теоретически, любой, даже самый большой водоем, может промерзнуть до самого дня при соблюдении определенных природных и температурных условий. В обычное же время даже небольшой пруд с максимальной глубиной около трех метров не способен промерзнуть до самого дна по причине, что при достижении водой критической отметки в +4 градуса по Цельсию, в пруде/озере/реке и других аналогичных водоемах начинается интенсивный процесс перемещения слоев разной температуры. Наиболее холодные водные слои постепенно поднимаются вверх, в то время как теплые начинают опускаться вниз. С понижением средней температуры, на поверхности водоема постепенно образуется лед, который останавливает процесс перемещения слоев воды разной температуры и не дает подледному миру полностью замерзнуть.

Могут ли живые организмы выжить во льду?

Несмотря на то, что для человеческого организма долгое нахождение в условиях низких температур чревато гибелью, для некоторых амфибий не страшны даже очень длительные морозы. Так, лягушки и тритоны обладают уникальной способностью вмерзать прямо во лед без каких-либо последствий для своего здоровья. Обычные прудовые лягушки в холодное время года впадают в анабиоз и самостоятельно размораживаются только с первыми лучами теплого солнца. Такую природную сверхспособность амфибии получили в результате длительной эволюции, которая подарила их организмам особый природный антифриз. Наличие антифриза в теле лягушки позволяет предотвратить образование мельчайших кристалликов льда, которые и являются основной причиной гибели живых клеток.

Некоторые лягушки могут зимовать прямо во льду

Может ли замерзнуть океан?

Как уже говорилось выше, при соблюдении современных климатических условий, даже самый неглубокий пруд не способен полностью промерзнуть. Однако давайте попробуем себе представить, что в результате некоего природного катаклизма на Земле промерзли до дна все океаны. Может ли такое произойти в действительности?

Брайникл или подводная “сосулька смерти” способна моментально уничтожить все живое в ее окрестности

Известно, что температура замерзания соленой воды зависит от уровня ее солености. Так, при среднем количестве содержания морской соли в воде, обычной температурой, при которой океан начинает покрываться тонкой коркой льда, становятся примерно -2…-4 градуса по Цельсию. Несмотря на то, что наша планета в разные эпохи переживала множество больших и малых ледниковых периодов, океаны нашей планеты никогда не промерзали до самого дна. Теплые океанические течения даже в самые холодные годы Земли помогали поддерживать морскую воду в жидком состоянии. Иными словами, возможность того, что однажды океаны планеты полностью замерзнут, сводится к абсолютному нулю.

Кстати говоря, знаете ли вы, что на Плутоне имеется свой подледный океан жидкой воды? Если уж такой далекий объект смог сохранить свои водные ресурсы в жидком состоянии, то нашей планете в этом плане не о чем переживать. В любом случае, давайте попробуем пофантазировать в нашем Telegram-чате, что могло бы произойти с человечеством в случае, если бы океаны нашей планеты каким-то образом все же полностью замерзли.

Источник

«Почему вода превращается в лёд?»
опыты и эксперименты по окружающему миру по теме

Как объяснить любознайкам о превращении воды!

Скачать:

Вложение	Размер
pochemu_voda_prevrashchaetsya_v_lyod.docx	91.93 КБ

Предварительный просмотр:

Как вода превращается в лед?

Если ты наблюдал, как пруд, озеро или река покрываются льдом, ты мог заметить, что сначала льдом покрывается поверхность воды.
А тебе не кажется, что, если пруды, озера и реки замерзали бы со дна, а не наоборот, то многое в нашей жизни выглядело бы по-другому? Изменился бы не только климат Земли, но совершенно бы исчезли некоторые существа, живущие в воде!

Посмотрим, как вода в пруду превращается в лед. Когда воздух над прудом охлаждается, он охлаждает и верхний слой воды. Верхний холодный слой воды становится тяжелее, чем теплые нижние слои, и он опускается вниз. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вся вода пруда охладится до температуры порядка 4° С.

Но температура воздуха понижается! Когда верхние слои воды охлаждаются до температуры ниже 4° С, они остаются на поверхности. Дело в том, что вода, охлажденная до температуры ниже 4° С, по существу становится легче!
Итак, верхние слои воды готовы к замерзанию. Когда температура остается на уровне точки замерзания 0° С или опускается ниже, начинают образовываться мельчайшие кристаллики.

Каждый такой кристалл имеет шесть лучей. Соединяясь, они образуют лед, и вскоре на поверхности воды образуется корочка льда. Иногда лед прозрачный, иногда — нет. Почему? Дело в том, что при замерзании капелек воды выделяются мельчайшие пузырьки воздуха. Они прилипают к лучам кристаллов льда. Чем больше образуется кристалликов льда, тем больше пузырьков воздуха — вот вам и непрозрачный лед. +

Если вода подо льдом движется, воздушные пузырьки собираются вместе, и образуется прозрачный лед.

Вода, как и некоторые другие вещества, не уменьшает своего объема при переходе из жидкого в твердое состояние. Вода при замерзании расширяется на одну девятую своего объема, то есть при замерзании девяти литров воды получается десять литров твердого льда! Когда зимой лопаются автомобильные радиаторы и водопроводы, это происходит оттого, что вода замерзает и увеличивается в объеме!

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

конспект НОД . образовательная область «Познание».

Конспкт занятия разработан для детей старшего дошкольного возраста.

Рассматривание глобуса,схем, рисунков, плакатов.

Информация для родителей.

Задачи: Дать представление о некоторых видах природных водоемов. Рассказать об источниках питьевой воды. Объяснить детям, почему вода нуждается в очистке, и дать элементарное представление о процесс.

Психокоррекционное занятие психолога(конспект занятия) «Почему облака превращаются в грозовые тучи» по сказке Е.С. МосинаЦель: используя Сказкотерапию провести воспитательную и .

Источник