Анамальная шчыльнасць лёду і вады

Вада - загадкавая вадкасць. Гэта звязана з тым, што большасць яе уласцівасцяў з'яўляюцца анамальнымі, г.зн. выдатнымі ад іншых вадкасцяў. Прычына крыецца ў яе адмысловай структуры, якая абумоўлена вадароднымі сувязямі паміж малекуламі, зменлівымі з тэмпературай і ціскам. Гэтымі унікальнымі ўласцівасцямі валодае і лёд. Варта сказаць, што вызначэнне шчыльнасці магчыма ажыццявіць па формуле ρ = m / V. Адпаведна, дадзены крытэрый магчыма ўсталяваць праз даследаванне масы рэчыва асяроддзя на адзінку аб'ёму.

Давайце разгледзім некаторыя ўласцівасці лёду і вады. Напрыклад, анамалія шчыльнасці. Пасля раставання шчыльнасць лёду павялічваецца, праходзячы праз крытычную адзнаку ў 4 градусы, і толькі пасля гэтага пачынае змяншацца з ростам тэмпературы. Разам з тым у звычайных вадкасцях яна заўсёды памяншаецца ў працэсе пахаладання. Гэты факт знаходзіць цалкам навуковае тлумачэнне. Чым вышэй тэмпература, тым хуткасць малекул больш. Гэта прыводзіць да расталкиванию іх адзін адным, і, адпаведна, рэчыва становіцца больш друзлым. Загадка вады складаецца і ў тым, што, нягледзячы на павелічэнне хуткасці малекул пры павышэнні тэмпературы, паніжэнне яе шчыльнасці адбываецца толькі пры высокіх тэмпературах.

Другая загадка заключаецца ў пытаннях: "Чаму лёд можа плаваць на паверхні вады?", "Чаму яна ў рэках не замярзае да дна?" Справа ў тым, што шчыльнасць лёду аказваецца ніжэй, чым у вады. А ў працэсе плаўлення любой іншай вадкасці яе шчыльнасць аказваецца меншай, чым у крышталя. Гэта звязана з тым, што ў апошнім малекулы валодаюць нейкай перыядычнасцю і размешчаны рэгулярна. Гэта характэрна для крышталяў любых рэчываў. Аднак, акрамя гэтага, у іх малекулы «спакаваныя» досыць шчыльна. У працэсе плаўлення крышталя рэгулярнасць знікае, што магчыма толькі пры менш шчыльнай сувязі малекул. Адпаведна, шчыльнасць рэчывы памяншаецца ў працэсе плаўлення. Але мяняецца гэты крытэр зусім няшмат, напрыклад, пры плаўленні металаў ён паніжаецца ў сярэднім усяго на 3 адсоткі. Аднак шчыльнасць лёду менш шчыльнасці вады адразу на дзесяць адсоткаў. Таму можна казаць пра тое, што гэты скачок анамалій не толькі сваім знакам, але яшчэ і велічынёй.

Тлумачацца дадзеныя загадкі асаблівасцямі структуры лёду. Яна ўяўляе сабой сетку вадародных сувязяў, дзе ў кожным вузле іх чатыры штукі. Таму сетку называюць чацвярны. Усе куты ў ёй роўныя qT, таму яна носіць назву тетраэдрической. Больш за тое, яна складаецца з шестичленных кольцаў выгнутай формы.

Асаблівасцю структуры цвёрдай вады з'яўляецца тое, што спакаваныя малекулы друзла ў ёй. Калі б яны знаходзіліся ў цеснай ўзаемасувязі, то шчыльнасць лёду была б роўная 2,0 г / см3, а ў рэальнасці яна складае 0,92 г / см3. З гэтага мусіў ісці выснову, што наяўнасць вялікіх прасторавых аб'ёмаў павінна прывесці да з'яўлення няўстойлівасці. На самай справе сетка не становіцца менш моцнай, але яна можа перабудоўвацца. Лёд - настолькі трывалы матэрыял, што яшчэ продкі сучасных эскімосаў вучыліся будаваць з яго свае хаціны. І па гэты дзень жыхары Запаляр'я выкарыстоўваюць ледобетон як будаўнічы матэрыял. Адпаведна, пры павышэнні ціску структура лёду мяняецца. Менавіта ў гэтай ўстойлівасці складаецца галоўная ўласцівасць вадародных сувязяў сетак паміж малекуламі Н ₂ О. Адпаведна, кожная вадзяны малекула і ў вадкім стане захоўвае чатыры сувязі вадароду, але пры гэтым куты становяцца выдатнымі ад qT, гэта і прыводзіць да таго, што шчыльнасць лёду менш, чым у вады.