Таяние льда это явление или физическое тело или вещество

Вещества в твёрдом состоянии плотнее, чем в жидком. Но вода — исключение.

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №11(27). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

Из курса физики известно, что при нагревании тело или жидкость расширяется, то есть увеличивается в объёме, а при охлаждении сжимается. Масса остаётся такой же. А плотность, напротив, при нагреве уменьшается, при охлаждении увеличивается, так как плотность обратно пропорционально объёму:

Один литр воды при 90°С весит примерно 964 грамма. При охлаждении до четырёх градусов, сжимается в объёме до 964 мл. Посчитаем, как изменяется плотность. Масса воды не меняется в процессе охлаждения.

Плотность воды при температуре 90°С равна:

964 г / 1000 мл = 0,964 г / мл

А при температуре 4°С:

964 г / 964 мл = 1 г / мл

Чем ниже температура, тем выше плотность воды. Вспомните закон Архимеда: если плотность тела больше плотности воды, то тело тонет. Лёд — замёрзшая вода — холоднее жидкой, значит, плотность льда должна быть больше, и лёд «обязан» тонуть. Но тут не всё так просто!

Все жидкости при охлаждении замерзают и превращаются в твёрдое тело. Для разных жидкостей температура замерзания разная, но общее правило не нарушается: при замерзании твёрдая часть тонет в незамёрзшей жидкости. Так ведут себя практически все жидкости, кроме «непослушной» воды. Сначала вода уменьшается в объёме. Так происходит, пока температура не достигнет 4°C. При дальнейшем охлаждении вода медленно расширяется, а при замерзании 0°C скачкообразно расширяется. В итоге объём воды увеличивается примерно на 10% — так что может разорвать ёмкость, в которой замерзает. Именно поэтому работники коммунальных служб хорошо знают, что зимой нельзя допустить появления льда в трубах с водой. Он обязательно разорвёт металлические трубы, какими бы прочными они не были.

Водородная связь ограничивает способность молекул воды образовывать плотную кристаллическую решётку. Вода кристаллизуется в относительно неплотную гексагональную кристаллическую структуру, которая содержит внутри ячеек пустоту размером с целую молекулу.

С наступлением зимы мы достаём коньки и готовим их к сезону катков. Обязательно относим на заточку перед катаниями. Но у новичков часто возникает вопрос: почему лезвия коньков такие узкие? Ведь на них неудобно не то что кататься, а даже стоять.Это не случайно: когда вы стоите на коньках, ваш вес через узкие лезвия коньков давит на лёд.

У коньков маленькая площадь опоры, поэтому давление на лёд — большое. При большом механическом давлении лёд под коньками тает и в этом месте появляется тонкая плёнка воды, благодаря чему коньки скользят. Но это возможно лишь тогда, когда на улице не очень холодно. При сильном морозе лёд под коньками тает плохо, поэтому кататься труднее.

Обычно вода при замерзании кристаллизуется — вспомните спаянные в красивый узор кристаллы снежинки. Учёные применяли низкие температуры, сверхбыстрое замораживание, охлаждение под большим давлением, сочетали эти «пытки» между собой. В результате получили так называемый аморфный лёд, не содержащий кристаллов. Аморфный лёд используется для замораживания биологических материалов: органов, клеток, тканей животных или человека. При обычном замораживании образующиеся кристаллы льда повреждают клетки органов и тканей.

Метод со сверхбыстрым охлаждением используют в крионике — технологии сохранения в состоянии глубокого охлаждения только что умерших людей и животных в надежде на то, что в будущем их удастся оживить и при необходимости вылечить.

Аморфный лёд образуется при сверхбыстром охлаждении воды до температуры –137 °C за тысячные доли секунды. При быстром замораживании кристаллы просто не успевают образоваться.

На сегодняшний день науке известно 17 (!) видов кристаллического льда, отличающихся формой кристаллов, плотностью и даже электрическими свойствами.

Правда, на Земле практически весь лёд относится к одному виду, названному «обычный кристаллический лёд» или по-научному — лёд Ih. В верхних слоях атмосферы изредка встречается и другая форма — лёд Ic. Все остальные виды льда получены в лабораториях экспериментальным путём. Но они могут встречаться на других планетах или кометах.

Фазовая диаграмма воды

Лёд может иметь одну из 17кристаллических структур (Ih, Ic – XVI) в зависимости от условии (температуры и давления).

Тройная точка воды соответствует значениям температуры и давления, при которых вода одновременно существует в трёх фазах — в твёрдом, жидком и газообразном.

В критической точке поверхностное натяжение жидкости падает до нуля, поэтому исчезает граница раздела фаз жидкость-пар. Такое состояние называется сверхкритической жидкостью.

На нашей планете около 30 млн кубических километров льда. Самые большие запасы находятся в Антарктиде. Это около 90% всего льда Земли, или порядка 80% пресной воды нашей планеты. Вполне вероятно, что проблема недостатка пресной воды может нас вынудить использовать антарктический лед в качестве источника питьевой воды. Однако просто топить запасы льда в Антарктиде не получится — это приведёт к другой глобальной проблеме, влияющей на климат Земли. Но эта тема достойна отдельной статьи

Источник

Физические и химические явления

Класс: 8.

Название курса: Химия.

Цель урока: формирование представлений учащихся о физических и химических явлениях, признаках и условиях химических реакций на основе интеграции знаний по физики, биологии, ОБЖ.

Задачи урока:

формировать умение наблюдать явления, узнавать их и делать выводы на основе наблюдений;
формировать умение проводить эксперимент в целях бережного отношения к здоровью;
формировать умение объяснять значение явлений в жизни природы и человека;
изучить понятий «физические явления», «химические явления», «признаки химических реакций», «условия протекания реакций»;
показать практическую значимость знаний о химических явлениях, используя межпредметные связи.

воспитывать убеждёние в познаваемости химической составляющей картины мира;
воспитывать бережное отношение к своему здоровью.

развивать познавательную и коммуникативную активность,
развивать умение наблюдать окружающий мир, задумываться над его сутью, возможностью влияния на происходящие вокруг нас процессы.

В ходе урока формируются и развиваются следующие компетенции:

ценностно-смысловые (способность ученика видеть и понимать окружающий мир);
учебно-познавательные (умения учащихся в сфере самостоятельной познавательной деятельности — организация целеполагания, планирования, анализа, рефлексии, самооценки);
информационные (умения самостоятельно искать, анализировать, отбирать необходимую информацию, преобразовывать ее и т. д.)
коммуникативные (навыки работы в группе, способы взаимодействия с окружающими людьми).

Тип урока: изучение нового материала.

Методы:

репродуктивный,
частично-поисковый,
поисковый.

Оборудование и реактивы:

на демонстрационном столе: 4 стакана, пробирка, спички, свеча, лучина, NaHCO₃, CH₃COOH, H₂O, NaOH, Ф.Ф.
на столах учащихся: подносы для проведения опытов, предметное стекло, деревянная палочка, тигельные щипцы, ступка, пестик, лучина, спички, парафин, CaCO₃, HCI, NaHCO₃, CaCl₂.

Структура урока:

Мотивация.
Целеполагание. Актуализация знаний учащихся из курса биологии, физики и ОБЖ. Создание проблемной ситуации.
Эксперимент как способ познания.
Анализ и обобщение полученных результатов. Вывод (определение химической реакции). Расширение сведений о новом понятии (признаки химических реакций, условия их возникновения).
Закрепление. Рефлексия.
Оценки. Домашнее задание.
Подведение итога урока.

Ход урока

Скажи мне, и я забуду.
Покажи мне, и я запомню.
Дай мне сделать самому, и я научусь.

1. Мотивация

Учитель: Здравствуйте, сегодня наш урок начнется с демонстрации. Вашему вниманию предлагается пронаблюдать 2 опыта (показать банки):

1 опыт: NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂↑ (горящая лучина)

2 опыт: NaHCO₃ + H₂O →

Вопрос: Что вы наблюдали в ходе реакций?

Ответ: 1 опыт – выделяется газ, не поддерживающий горение, т.к. горящая лучина гаснет. 2 опыт – растворение питьевой соды в воде.

Вопрос: Какой можно сделать вывод по результатам проделанных опытов?

Ответ: В 2-х опытах произошли изменения.

2. Целеполагание. Актуализация знаний учащихся из курса биологии, физики и ОБЖ. Создание проблемной ситуации

Учитель (задание): В окружающем мире постоянно происходят изменения или по-другому мы их называем явления. Приведите примеры явлений природы, которые нас окружают.

Ответ:

северное сияние;
снегопад;
град;
гроза;
радуга;
туман;
шаровая молния;
вулкан;
землятресение;
ураган;
наводнение;
половодье.

Учитель: Обратите внимание на «Времена года», прикрепленные к доске (осень, весна).

Вопрос: Что происходит с веществами и телами?

Ответ:

гниение листьев: изменение состава вещества;
изменение цвета листьев деревьев осенью: изменение состава вещества;
таянье льда: вещество не изменяется, только агрегатное состояние (из твердого в жидкое);
появление зеленого цвета у растений под действием солнечного света (фотосинтез)

Учитель: Какие явления вы знаете из физики (пройдена тема: «Изменение агрегатных состояний веществ»)?

Ответ:

плавление: (т-ж) таяние снега;
кристаллизация: (ж-т) замерзание воды;
парообразование: (ж-г) испарение воды с поверхности океана;
конденсация: (г-ж) выпадение росы;
сублимация: (т-г) испарение нафталина, плавление графита, иней;
десублимация: (г-т) узоры на стекле.

Вопрос: Что происходит с веществами в перечисленных явлениях?

Ответ: Изменяются форма, размеры, агрегатное состояние.

Вопрос: Как называются такие явления?

Ответ: Физические.

Учитель: Сформулируйте тему нашего урока.

Ответ: «Явления физические и ….» (запись в рабочие листы, приложение 1).

Вопрос: Какие еще есть явления кроме физических?

Ответ: Химические (добавляю).

Вопрос: Что мы знаем о них?

Ответ: Химические явления – явления, при которых из одних веществ образуются другие вещества, поэтому их еще называют химическими реакциями.

Вопрос: Что вы хотели бы узнать о них?

Ответ: Научиться определять явления, условия их возникновения и протекания (цель урока).

3. Эксперимент как способ познания (групповая лаб/работа)

Инструктаж ТБ (учащиеся) и правила работы в группах (учитель) озвучить (приложение 3, 4).

Опыт 1. Нагревание парафина. На предметное стекло деревянной палочкой нанесите несколько крупинок парафина и, захватив тигельными щипцами стекло, осторожно нагрей над пламенем спиртовки.

Опыт 2. Измельчение мела. Разотрите мел в ступке пестиком.

Опыт 3. Взаимодействие мела с HCI (соляной кислотой). Налейте немного в пробирку раствора выданной кислоты и внесите немного растертого мела деревянной палочкой. Затем, зажгите лучину и внесите ее в пробирку.

Опыт 4. Взаимодействие растворов NaHCO₃ (питьевой соды), CaCl₂ (хлорида кальция). Налейте в пробирку раствор питьевой соды и прилейте к нему немного хлорида кальция. Затем, зажгите лучину и внесите ее в пробирку.

Результаты опытов

Название опыта

Наблюдения (что изменилось?)

Новые вещества

Вывод (какое это явление?)

Источник

Физические и химические явления

Класс: 8.

Название курса: Химия.

Задачи урока:

формировать умение наблюдать явления, узнавать их и делать выводы на основе наблюдений;
формировать умение проводить эксперимент в целях бережного отношения к здоровью;
формировать умение объяснять значение явлений в жизни природы и человека;
изучить понятий «физические явления», «химические явления», «признаки химических реакций», «условия протекания реакций»;
показать практическую значимость знаний о химических явлениях, используя межпредметные связи.

воспитывать убеждёние в познаваемости химической составляющей картины мира;
воспитывать бережное отношение к своему здоровью.

развивать познавательную и коммуникативную активность,
развивать умение наблюдать окружающий мир, задумываться над его сутью, возможностью влияния на происходящие вокруг нас процессы.

В ходе урока формируются и развиваются следующие компетенции:

ценностно-смысловые (способность ученика видеть и понимать окружающий мир);
учебно-познавательные (умения учащихся в сфере самостоятельной познавательной деятельности — организация целеполагания, планирования, анализа, рефлексии, самооценки);
информационные (умения самостоятельно искать, анализировать, отбирать необходимую информацию, преобразовывать ее и т. д.)
коммуникативные (навыки работы в группе, способы взаимодействия с окружающими людьми).

Тип урока: изучение нового материала.

Методы:

репродуктивный,
частично-поисковый,
поисковый.

Оборудование и реактивы:

на демонстрационном столе: 4 стакана, пробирка, спички, свеча, лучина, NaHCO₃, CH₃COOH, H₂O, NaOH, Ф.Ф.
на столах учащихся: подносы для проведения опытов, предметное стекло, деревянная палочка, тигельные щипцы, ступка, пестик, лучина, спички, парафин, CaCO₃, HCI, NaHCO₃, CaCl₂.

Структура урока:

Мотивация.
Целеполагание. Актуализация знаний учащихся из курса биологии, физики и ОБЖ. Создание проблемной ситуации.
Эксперимент как способ познания.
Анализ и обобщение полученных результатов. Вывод (определение химической реакции). Расширение сведений о новом понятии (признаки химических реакций, условия их возникновения).
Закрепление. Рефлексия.
Оценки. Домашнее задание.
Подведение итога урока.

Ход урока

Скажи мне, и я забуду.
Покажи мне, и я запомню.
Дай мне сделать самому, и я научусь.

1. Мотивация

1 опыт: NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂↑ (горящая лучина)

2 опыт: NaHCO₃ + H₂O →

Вопрос: Что вы наблюдали в ходе реакций?

Вопрос: Какой можно сделать вывод по результатам проделанных опытов?

Ответ: В 2-х опытах произошли изменения.

2. Целеполагание. Актуализация знаний учащихся из курса биологии, физики и ОБЖ. Создание проблемной ситуации

Ответ:

северное сияние;
снегопад;
град;
гроза;
радуга;
туман;
шаровая молния;
вулкан;
землятресение;
ураган;
наводнение;
половодье.

Учитель: Обратите внимание на «Времена года», прикрепленные к доске (осень, весна).

Вопрос: Что происходит с веществами и телами?

Ответ:

гниение листьев: изменение состава вещества;
изменение цвета листьев деревьев осенью: изменение состава вещества;
таянье льда: вещество не изменяется, только агрегатное состояние (из твердого в жидкое);
появление зеленого цвета у растений под действием солнечного света (фотосинтез)

Учитель: Какие явления вы знаете из физики (пройдена тема: «Изменение агрегатных состояний веществ»)?

Ответ:

плавление: (т-ж) таяние снега;
кристаллизация: (ж-т) замерзание воды;
парообразование: (ж-г) испарение воды с поверхности океана;
конденсация: (г-ж) выпадение росы;
сублимация: (т-г) испарение нафталина, плавление графита, иней;
десублимация: (г-т) узоры на стекле.

Вопрос: Что происходит с веществами в перечисленных явлениях?

Ответ: Изменяются форма, размеры, агрегатное состояние.

Вопрос: Как называются такие явления?

Ответ: Физические.

Учитель: Сформулируйте тему нашего урока.

Ответ: «Явления физические и ….» (запись в рабочие листы, приложение 1).

Вопрос: Какие еще есть явления кроме физических?

Ответ: Химические (добавляю).

Вопрос: Что мы знаем о них?

Вопрос: Что вы хотели бы узнать о них?

Ответ: Научиться определять явления, условия их возникновения и протекания (цель урока).

3. Эксперимент как способ познания (групповая лаб/работа)

Инструктаж ТБ (учащиеся) и правила работы в группах (учитель) озвучить (приложение 3, 4).

Опыт 2. Измельчение мела. Разотрите мел в ступке пестиком.

Результаты опытов

Название опыта

Наблюдения (что изменилось?)

Новые вещества

Вывод (какое это явление?)

Источник