Miért tágul a víz hűtés közben? Miért könnyebb a víz, mint maga a víz?! Különféle halmazállapotok tulajdonságai

Bővül vagy összehúzódik? A válasz: a tél beköszöntével a víz megkezdi tágulási folyamatát. Miért történik ez? Ez a tulajdonság megkülönbözteti a vizet minden más folyadéktól és gáztól, amelyek éppen ellenkezőleg, összenyomódnak lehűléskor. Mi az oka ennek a szokatlan folyadéknak a viselkedésének?

Fizika 3. osztály: a víz kitágul vagy összehúzódik, ha megfagy?

A legtöbb anyag és anyag térfogata melegítéskor megnő, lehűtve pedig csökken. A gázok ezt a hatást jobban észreveszik, de különböző folyadékok és szilárd fémek ugyanazokat a tulajdonságokat mutatják.

A gáz tágulásának és összehúzódásának egyik legszembetűnőbb példája a léggömbben lévő levegő. Amikor mínuszban viszünk ki egy léggömböt a szabadba, a léggömb mérete azonnal lecsökken. Ha fűtött helyiségbe viszünk labdát, azonnal megnő. De ha bevisszük a léggömböt a fürdőbe, akkor szétdurran.

A vízmolekulák több helyet igényelnek

A különböző anyagok tágulási és összehúzódási folyamatainak oka a molekulák. Azok, amelyek több energiát kapnak (ez meleg szobában történik), sokkal gyorsabban mozognak, mint a hideg szobában lévő molekulák. A nagyobb energiájú részecskék sokkal aktívabban és gyakrabban ütköznek egymásnak a mozgáshoz. A molekulák által kifejtett nyomás visszatartása érdekében az anyag mérete növekedni kezd. Ráadásul ez elég gyorsan megtörténik. Tehát a víz kitágul vagy összehúzódik, amikor megfagy? Miért történik ez?

A víz nem tartja be ezeket a szabályokat. Ha elkezdjük lehűteni a vizet négy Celsius-fokra, akkor az csökkenti a térfogatát. De ha a hőmérséklet tovább csökken, akkor a víz hirtelen tágulni kezd! Van egy olyan tulajdonság, mint a vízsűrűség anomáliája. Ez a tulajdonság négy Celsius-fok hőmérsékleten jelentkezik.

Most, hogy megállapítottuk, hogy a víz kitágul vagy összehúzódik fagyáskor, nézzük meg, hogyan fordul elő ez az anomália. Az ok a részecskékben rejlik, amelyekből áll. A vízmolekula két hidrogénatomból és egy oxigénatomból jön létre. A víz képletét mindenki ismeri általános iskola óta. A molekulában lévő atomok különböző módon vonzzák az elektronokat. A hidrogén pozitív súlypontot hoz létre, míg az oxigén ezzel szemben negatív súlypontot hoz létre. Amikor a vízmolekulák ütköznek egymással, akkor az egyik molekula hidrogénatomja egy teljesen más molekula oxigénatomjára kerül át. Ezt a jelenséget hidrogénkötésnek nevezik.

A víznek több hely kell, amikor lehűl

Abban a pillanatban, amikor a hidrogénkötések kialakulásának folyamata megindul, olyan helyek kezdenek megjelenni a vízben, ahol a molekulák ugyanolyan sorrendben vannak, mint egy jégkristályban. Ezeket az üres helyeket klasztereknek nevezzük. Nem tartósak, mint egy szilárd vízkristályban. A hőmérséklet emelkedésével összeesnek és megváltoztatják a helyüket.

A folyamat során a folyadékban lévő klaszterek száma gyorsan növekedni kezd. Terjedéshez nagyobb teret igényelnek, aminek következtében a víz mérete megnő, miután elérte rendellenes sűrűségét.

Amikor a hőmérő nulla alá süllyed, a halmazok apró jégkristályokká kezdenek átalakulni. Kezdenek felemelkedni. Mindezek következtében a víz jéggé alakul. Ez a víz nagyon szokatlan képessége. Ez a jelenség a természetben nagyon sok folyamathoz szükséges. Mindannyian tudjuk, és ha nem tudjuk, akkor emlékezzünk arra, hogy a jég sűrűsége valamivel kisebb, mint a hideg vagy hideg víz sűrűsége. Ennek köszönhetően jég lebeg a víz felszínén. Minden víztömeg felülről lefelé fagyni kezd, ami lehetővé teszi, hogy a víz alján élők nyugodtan létezzenek, és ne fagyjanak meg. Így most már részletesen tudjuk, hogy a víz kitágul-e vagy összehúzódik-e, amikor megfagy.

A forró víz gyorsabban fagy meg, mint a hideg. Ha veszünk két egyforma poharat, és az egyikbe forró, a másikba ugyanannyi hideg vizet öntünk, észrevesszük, hogy a forró víz gyorsabban fagy meg, mint a hideg. Ez nem logikus, egyetértesz? A forró víznek le kell hűlnie, mielőtt fagyni kezd, de a hideg víznek nem kell. Hogyan magyarázható ez a tény? A tudósok a mai napig nem tudják megmagyarázni ezt a rejtélyt. Ezt a jelenséget „Mpemba-effektusnak” nevezik. 1963-ban fedezte fel egy tanzániai tudós szokatlan körülmények között. Egy diák fagylaltot akart készíteni magának, és észrevette, hogy a forró víz gyorsabban fagy meg. Ezt megosztotta fizikatanárjával, aki először nem hitt neki.

Masakazu Matsumoto japán fizikus olyan elméletet terjesztett elő, amely megmagyarázza, miért húzódik össze a víz ahelyett, hogy kitágul, ha 0-ról 4 °C-ra melegítik. Modellje szerint a víz mikroképződményeket - „vitriteket” tartalmaz, amelyek konvex üreges poliéderek, amelyek csúcsai vízmolekulákat tartalmaznak, élei pedig hidrogénkötések. A hőmérséklet emelkedésével két jelenség verseng egymással: a vízmolekulák közötti hidrogénkötések megnyúlása és a vitritek deformációja, ami üregeik csökkenéséhez vezet. A 0 és 3,98°C közötti hőmérsékleti tartományban ez utóbbi jelenség dominál a hidrogénkötések megnyúlásának hatására, ami végső soron a víz megfigyelt összenyomódását adja. A Matsumoto-modellnek még nincs kísérleti megerősítése – azonban más elméletekhez hasonlóan, amelyek a víz összenyomódását magyarázzák.

Az anyagok túlnyomó többségével ellentétben a víz hevítés hatására csökkentheti térfogatát (1. ábra), vagyis negatív hőtágulási együtthatója van. Azonban nem a teljes hőmérséklet-tartományról beszélünk, ahol a víz folyékony állapotban van, hanem csak egy szűk szakaszról - 0 °C-tól körülbelül 4 °C-ig. Magas hőmérsékleten a víz, más anyagokhoz hasonlóan, kitágul.

Egyébként nem a víz az egyetlen olyan anyag, amely a hőmérséklet emelkedésekor összehúzódik (vagy lehűléskor kitágul). A bizmut, a gallium, a szilícium és az antimon is hasonló viselkedéssel büszkélkedhet. Bonyolultabb belső szerkezete, valamint a különböző folyamatokban való elterjedtsége és jelentősége miatt azonban éppen a víz vonzza a tudósok figyelmét (lásd A víz szerkezetének vizsgálata folytatódik, „Elemek”, 2006.09.10. ).

Néhány évvel ezelőtt az általánosan elfogadott elmélet, amely arra a kérdésre válaszolt, hogy miért növeli a víz térfogatát a hőmérséklet csökkenésével (1. ábra), két komponens – „normál” és „jégszerű” – keverékének modellje volt. Ezt az elméletet először Harold Whiting javasolta a 19. században, majd később sok tudós fejlesztette ki és fejlesztette tovább. Viszonylag a közelmúltban, a víz felfedezett polimorfizmusának keretein belül, újragondolták Wieting elméletét. Jelenleg úgy gondolják, hogy a túlhűtött vízben kétféle jégszerű nanodomén található: nagy sűrűségű és kis sűrűségű amorf jégszerű régiók. A túlhűtött víz felmelegítése e nanostruktúrák megolvadásához és kétféle víz megjelenéséhez vezet: nagyobb és kisebb sűrűségű. A keletkező víz két „fokozata” közötti ravasz hőmérsékleti verseny a sűrűség hőmérséklettől való nem monoton függését eredményezi. Ezt az elméletet azonban még nem erősítették meg kísérletileg.

Ezzel a magyarázattal óvatosnak kell lenni. Nem véletlen, hogy itt csak amorf jégre hasonlító szerkezetekről beszélünk. Az a tény, hogy az amorf jég és makroszkopikus analógjai nanoszkopikus régiói eltérő fizikai paraméterekkel rendelkeznek.

Masakazu Matsumoto japán fizikus úgy döntött, hogy „a nulláról” keres magyarázatot az itt tárgyalt hatásra, elveve a kétkomponensű keverék elméletét. Számítógépes szimulációkkal megvizsgálta a víz fizikai tulajdonságait széles hőmérsékleti tartományban - 200 és 360 K között nulla nyomáson -, hogy molekuláris léptékben megértse a víz lehűlés közbeni tágulásának valódi okait. A Physical Review Letters folyóiratban megjelent cikkének címe: Miért tágul a víz, amikor lehűl? ("Miért tágul a víz, amikor lehűl?").

Kezdetben a cikk szerzője feltette a kérdést: mi befolyásolja a víz hőtágulási együtthatóját? Matsumoto úgy véli, hogy ehhez elegendő csak három tényező hatását kideríteni: 1) a vízmolekulák közötti hidrogénkötések hosszának változása, 2) a topológiai index - a kötések száma vízmolekulánként és 3) a kötések eltérése a vízmolekulák között. kötések közötti szög az egyensúlyi értékből (szögtorzítás).

Rizs. 2. A „legkényelmesebb”, ha a vízmolekulák olyan klaszterekbe egyesülnek, amelyekben a hidrogénkötések közötti szög 109,47 fok. Ezt a szöget tetraédernek nevezik, mert ez az a szög, amely egy szabályos tetraéder középpontját és két csúcsát köti össze. Kép az lsbu.ac.uk webhelyről

Mielőtt a japán fizikus által elért eredményekről beszélnénk, fontos megjegyzéseket és pontosításokat teszünk a fenti három tényezővel kapcsolatban. Először is, a víz szokásos kémiai képlete, a H 2 O, csak a gőz állapotának felel meg. Folyékony formában a vízmolekulák hidrogénkötéseken keresztül (H 2 O) x csoportokká egyesülnek, ahol x a molekulák száma. Energetikailag legkedvezőbb öt vízmolekula (x = 5) kombinációja négy hidrogénkötéssel, amelyekben a kötések egyensúlyi, úgynevezett tetraéderes szöget alkotnak, amely 109,47 fokkal egyenlő (lásd 2. ábra).

Miután megvizsgálta a vízmolekulák közötti hidrogénkötés hosszának a hőmérséklettől való függését, Matsumoto arra a várt következtetésre jutott: a hőmérséklet emelkedése a hidrogénkötések lineáris megnyúlását idézi elő. És ez viszont a víz térfogatának növekedéséhez, vagyis annak bővüléséhez vezet. Ez a tény ellentmond a megfigyelt eredményeknek, ezért tovább vizsgálta a második tényező hatását. Hogyan függ a hőtágulási együttható a topológiai indextől?

A számítógépes modellezés a következő eredményt adta. Alacsony hőmérsékleten százalékban kifejezve a legnagyobb vízmennyiséget a vízklaszterek foglalják el, amelyek molekulánként 4 hidrogénkötést tartalmaznak (topológiai indexe 4). A hőmérséklet emelkedése a 4-es indexű asszociációk számának csökkenését okozza, ugyanakkor a 3-as és 5-ös indexű klaszterek száma növekedni kezd A 4-es index gyakorlatilag nem változik a hőmérséklet emelkedésével, és a 3-as és 5-ös indexű asszociációk össztérfogatának változása bármely hőmérsékleten kölcsönösen kompenzálja egymást. Következésképpen a hőmérséklet változása nem változtatja meg a víz teljes térfogatát, ezért a topológiai indexnek nincs hatása a felmelegített víz kompressziójára.

A hidrogénkötések szögtorzulásának hatását tisztázni kell. És itt kezdődik a legérdekesebb és legfontosabb. Mint fentebb említettük, a vízmolekulák hajlamosak egyesülni, így a hidrogénkötések közötti szög tetraéderes. A vízmolekulák termikus rezgései és a klaszterben nem szereplő molekulákkal való kölcsönhatások azonban megakadályozzák őket ebben, eltérítve a hidrogénkötés szögét a 109,47 fokos egyensúlyi értéktől. Ennek a szögdeformációs folyamatnak a kvantitatív jellemzésére Matsumoto és munkatársai korábbi, a Journal of Chemical Physics folyóiratban 2007-ben megjelent, Topological build blocks of hydrogen bond networks in water című munkájuk alapján azt feltételezték, hogy a vízben háromdimenziós mikrostruktúrák léteznek. konvex üreges poliéderekhez hasonlítanak. Később, a későbbi publikációkban az ilyen mikrostruktúrákat vitrinek nevezték (3. ábra). Ezekben a csúcsok vízmolekulák, az élek szerepét a hidrogénkötések játsszák, a hidrogénkötések közötti szög pedig a vitrites élek közötti szög.

Matsumoto elmélete szerint a vitritisznek nagyon sokféle formája létezik, amelyek a mozaikelemekhez hasonlóan a víz szerkezetének túlnyomó részét alkotják, és ugyanakkor egyenletesen töltik ki teljes térfogatát.

Rizs. 3. A víz belső szerkezetét alkotó hat tipikus vitrit. A golyók vízmolekuláknak felelnek meg, a golyók közötti szakaszok hidrogénkötéseket jeleznek. A vitritek kielégítik a poliéderekre vonatkozó híres Euler-tételt: a csúcsok és lapok teljes száma mínusz az élek száma 2. Ez azt jelenti, hogy a vitritek konvex poliéderek. Más típusú vitritek megtekinthetők a vitrite.chem.nagoya-u.ac.jp oldalon. Rizs. Masakazu Matsumoto, Akinori Baba és Iwao Ohminea Network Motif of Water cikkéből, amelyet az AIP Conf. Proc.

A vízmolekulák hajlamosak tetraéderes szögeket létrehozni a vitritekben, mivel a vitritek energiája a lehető legkisebb legyen. Azonban a hőmozgások és más vitritekkel való helyi kölcsönhatások miatt egyes mikrostruktúrák nem mutatnak tetraéderes szögű (vagy ehhez az értékhez közeli szögű) geometriát. Elfogadnak olyan szerkezetileg nem egyensúlyi állapotokat (amelyek energetikai szempontból nem a legkedvezőbbek számukra), amelyek lehetővé teszik, hogy a vitritek teljes „családja” a lehető legalacsonyabb energiaértéket kapja. Az ilyen vitritist, vagyis azokat a vitritist, amelyek úgy tűnik, hogy feláldozzák magukat a „közös energiaérdekeknek”, frusztráltnak nevezik. Ha a frusztrált vitritisben az üreg térfogata maximális egy adott hőmérsékleten, akkor a frusztrált vitritisnek éppen ellenkezőleg, a lehető legkisebb térfogata van.

A Matsumoto által végzett számítógépes modellezés kimutatta, hogy a vitrites üregek átlagos térfogata lineárisan csökken a hőmérséklet emelkedésével. Ebben az esetben a frusztrált vitritis jelentősen csökkenti a térfogatát, míg a frusztrált vitritis üregének térfogata szinte változatlan marad.

Tehát a víz növekvő hőmérsékletű összenyomódását két versengő hatás okozza - a hidrogénkötések megnyúlása, ami a víz térfogatának növekedéséhez vezet, és a frusztrált vitritek üregeinek térfogata csökken. A 0 és 4°C közötti hőmérsékleti tartományban, mint a számítások kimutatták, az utóbbi jelenség dominál, ami végső soron a víz megfigyelt összenyomódásához vezet a hőmérséklet emelkedésével.

Még várni kell a vitritek létezésének és viselkedésének kísérleti megerősítésére. De ez, sajnos, nagyon nehéz feladat.

Víz vesz körül bennünket, önmagában, más anyagok és testek részeként. Lehet szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotú, de a víz mindig körülöttünk van. Miért reped az aszfalt az utakon, miért reped ki egy üvegedény a hidegben, miért párásodnak be az ablakok a hideg évszakban, miért hagy fehér nyomot a repülőgép az égen - minderre keressük a választ és más „miért” ebben a leckében. Megtanuljuk, hogyan változnak a víz tulajdonságai felmelegítéskor, hűtéskor és fagyáskor, hogyan alakulnak ki a földalatti barlangok és a bennük lévő bizarr alakok, hogyan működik a hőmérő.

Téma: Élettelen természet

Lecke: A folyékony víz tulajdonságai

Tiszta formájában a víznek nincs íze, illata, színe, de szinte soha nem az, mert a legtöbb anyagot aktívan oldja magában, és egyesül a részecskéivel. A víz különféle testekbe is behatolhat (a tudósok még a kövekben is találtak vizet).

Ha megtölt egy poharat csapvízzel, az tisztának tűnik. Valójában azonban számos anyag oldata, amelyek között vannak gázok (oxigén, argon, nitrogén, szén-dioxid), a levegőben található különféle szennyeződések, a talajból oldott sók, a vízvezetékekből származó vas, apró, fel nem oldott porszemcsék stb.

Ha csapvízcseppeket pipettáz a tiszta üvegre, és hagyja elpárologni, alig látható foltok maradnak.

A folyók és patakok vize, valamint a legtöbb tó különféle szennyeződéseket tartalmaz, például oldott sókat. De kevés van belőlük, mert ez a víz friss.

A víz a földön és a föld alatt folyik, kitölti a patakokat, tavakat, folyókat, tengereket és óceánokat, földalatti palotákat hozva létre.

A könnyen oldódó anyagokon keresztül a víz mélyen behatol a föld alá, magával viszi azokat, a sziklák résein és repedésein keresztül pedig földalatti barlangokat képez, amelyek tetejéről lecsepegve bizarr szobrokat hoz létre. Több száz év alatt vízcseppek milliárdjai párolognak el, a vízben oldott anyagok (sók, mészkövek) megtelepednek a barlangíveken, és cseppkőnek nevezett kőjégcsapokat képeznek.

A barlang padlóján lévő hasonló képződményeket sztalagmitoknak nevezik.

És amikor a cseppkő és a cseppkő összenőve kőoszlopot alkot, cseppkőnek nevezik.

A folyón jégsodródást megfigyelve a vizet szilárd (jég és hó), folyékony (alatt áramló) és gáz halmazállapotú (a levegőbe emelkedő apró vízrészecskék, amelyeket vízgőznek is neveznek) látunk.

A víz egyszerre lehet mindhárom halmazállapotban: mindig van vízgőz a levegőben és a felhőkben, amelyek vízcseppekből és jégkristályokból állnak.

A vízgőz láthatatlan, de könnyen észlelhető, ha egy pohár vizet a hűtőben egy órán át hűtve hagyunk egy meleg szobában, azonnal megjelennek a vízcseppek a pohár falán. Az üveg hideg falaival érintkezve a levegőben lévő vízgőz vízcseppekké alakul, és leülepedik az üveg felületén.

Rizs. 11. Páralecsapódás a hideg üveg falán ()

Ugyanezen okból kifolyólag az ablaküveg belseje bepárásodik a hideg évszakban. A hideg levegő nem tud annyi vízgőzt tartalmazni, mint a meleg levegő, ezért egy része lecsapódik - vízcseppekké alakul.

Az égen repülő repülőgép mögötti fehér nyom szintén a víz lecsapódásának eredménye.

Ha tükröt viszel az ajkadra és kilélegzel, apró vízcseppek maradnak a felületén, ez azt bizonyítja, hogy légzéskor az ember a levegővel együtt vízgőzt lélegzik be.

Amikor a vizet felmelegítjük, „kitágul”. Ez egy egyszerű kísérlettel igazolható: egy üvegcsövet leeresztettek egy vizes lombikba, és megmérték benne a vízszintet; majd a lombikot egy meleg vízzel töltött edénybe eresztettük, és a víz felmelegítése után újra megmértük a csőben lévő szintet, ami észrevehetően megemelkedett, mivel melegítéskor a víz térfogata nő.

Rizs. 14. Egy csővel ellátott lombik, az 1-es számmal és egy vonallal jelzi a kezdeti vízszintet

Rizs. 15. Egy csővel ellátott lombik, a 2-es szám és egy vonal jelzi a vízszintet melegítéskor

Amikor a víz lehűl, „összenyomódik”. Ez egy hasonló kísérlettel igazolható: ebben az esetben egy csővel ellátott lombikot lehűtött egy edénybe, a csőben csökkent a víz szintje az eredeti jelhez képest, mert a víz térfogata csökkent.

Rizs. 16. Egy csővel ellátott lombik, a 3-as szám és egy vonal jelzi a vízszintet hűtés közben

Ez azért történik, mert a vízrészecskék, molekulák hevítés hatására gyorsabban mozognak, egymásnak ütköznek, kiszorulnak az edény faláról, megnő a molekulák közötti távolság, ezért a folyadék nagyobb térfogatot foglal el. A víz lehűlésekor részecskéinek mozgása lelassul, a molekulák közötti távolság csökken, és a folyadéknak kisebb térfogatra van szüksége.

Rizs. 17. Vízmolekulák normál hőmérsékleten

Rizs. 18. Vízmolekulák hevítéskor

Rizs. 19. Vízmolekulák hűtés közben

Nemcsak a víz, hanem más folyadékok (alkohol, higany, benzin, kerozin) is rendelkeznek ilyen tulajdonságokkal.

A folyadékok ezen tulajdonságának ismerete egy alkoholt vagy higanyt használó hőmérő (hőmérő) feltalálásához vezetett.

Amikor a víz megfagy, kitágul. Ez igazolható, ha a vízzel színültig megtöltött edényt lazán lefedjük a fedéllel, és egy idő után a fagyasztóba tesszük, látjuk, hogy a kialakult jég megemeli a fedelet, túllépve az edényen.

Ezt a tulajdonságot figyelembe veszik a vízvezetékek lefektetésekor, amelyeket úgy kell szigetelni, hogy fagyáskor a vízből képződött jég ne törje szét a csöveket.

A természetben a fagyos víz elpusztíthatja a hegyeket: ha ősszel víz gyűlik össze a sziklarepedésekben, télen megfagy, és a jég nyomása alatt, amely nagyobb térfogatot foglal el, mint a víz, amelyből keletkezett, a sziklák megrepednek és összeomlanak.

Az utak repedéseiben megfagyó víz az aszfaltburkolat tönkremeneteléhez vezet.

A fatörzseken ráncokra emlékeztető hosszú gerincek a benne megfagyó fanedv nyomása alatti faszakadásból származó sebek. Ezért hideg télen hallani lehet a fák ropogását a parkban vagy az erdőben.

1. Vakhrusev A.A., Danilov D.D. A körülöttünk lévő világ 3. M.: Ballas.
2. Dmitrieva N.Ya., Kazakov A.N. A világ körülöttünk 3. M.: Fedorov Kiadó.
3. Pleshakov A.A. A világ körülöttünk 3. M.: Oktatás.

1. Pedagógiai Ötletek Fesztiválja ().
2. Tudomány és oktatás ().
3. Nyilvános osztály ().

1. Készíts egy rövid tesztet (4 kérdés, három válaszlehetőséggel) a „Víz körülöttünk” témában.
2. Végezzen egy kis kísérletet: tegyen egy pohár nagyon hideg vizet az asztalra egy meleg szobában. Írja le, mi fog történni, magyarázza el, miért.
3. * Rajzolja le a vízmolekulák mozgását fűtött, normál és hűtött állapotban. Ha szükséges, írj feliratokat a rajzodra.

Az egyik leggyakoribb anyag a Földön: a víz. A levegőhöz hasonlóan szükségünk van rá, de néha egyáltalán nem vesszük észre. Ő csak az. De kiderül

Az egyik leggyakoribb anyag a Földön: a víz. A levegőhöz hasonlóan szükségünk van rá, de néha egyáltalán nem vesszük észre. Ő csak az. De kiderül, hogy a közönséges víz megváltoztathatja a térfogatát, és többet vagy kevesebbet nyomhat. Amikor a víz elpárolog, felmelegszik és lehűl, valóban csodálatos dolgok történnek, amelyekről ma megtudunk.
Muriel Mandell „Fizikai kísérletek gyerekeknek” című szórakoztató könyvében olyan érdekes gondolatokat vázol fel a víz tulajdonságairól, amelyek alapján nemcsak a fiatal fizikusok tanulhatnak sok újat, hanem a felnőttek is felfrissítik tudásukat, sokáig nem kellett használni, így kicsit feledésbe merült.Ma a víz térfogatáról és súlyáról fogunk beszélni. Kiderült, hogy az azonos térfogatú víz súlya nem mindig azonos. És ha vizet öntünk egy pohárba, és nem ömlik át a szélén, az nem jelenti azt, hogy bármilyen körülmények között elférne benne.

1. Amikor a vizet melegítjük, térfogata kitágul

2. Amikor a víz lehűl, összehúzódik

Hagyja lehűlni az edényben lévő vizet szobahőmérsékletre, vagy adjon hozzá új vizet, és tegye be a hűtőszekrénybe. Egy idő után rá fog jönni, hogy a korábban tele tégely már nincs tele. 3,89 Celsius-fokra hűtve a víz térfogata a hőmérséklet csökkenésével csökken. Ennek oka a molekulák mozgási sebességének csökkenése és egymáshoz való közeledése volt a hűtés hatására.Úgy tűnik, minden nagyon egyszerű: minél hidegebb a víz, annál kisebb térfogatot foglal el, de...

3. ...a víz térfogata újra megnövekszik, amikor megfagy

4. A jég könnyebb, mint a víz

5. A csapvíz ásványi anyagokat tartalmaz

Víz vesz körül bennünket, önmagában, más anyagok és testek részeként. Lehet szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotú, de a víz mindig körülöttünk van. Miért reped az aszfalt az utakon, miért reped ki egy üvegedény a hidegben, miért párásodnak be az ablakok a hideg évszakban, miért hagy fehér nyomot a repülőgép az égen - minderre keressük a választ és más „miért” ebben a leckében. Megtanuljuk, hogyan változnak a víz tulajdonságai felmelegítéskor, hűtéskor és fagyáskor, hogyan alakulnak ki a földalatti barlangok és a bennük lévő bizarr alakok, hogyan működik a hőmérő.

Téma: Élettelen természet

Lecke: A folyékony víz tulajdonságai

Tiszta formájában a víznek nincs íze, illata, színe, de szinte soha nem az, mert a legtöbb anyagot aktívan oldja magában, és egyesül a részecskéivel. A víz különféle testekbe is behatolhat (a tudósok még a kövekben is találtak vizet).

Ha megtölt egy poharat csapvízzel, az tisztának tűnik. Valójában azonban számos anyag oldata, amelyek között vannak gázok (oxigén, argon, nitrogén, szén-dioxid), a levegőben található különféle szennyeződések, a talajból oldott sók, a vízvezetékekből származó vas, apró, fel nem oldott porszemcsék stb.

Ha csapvízcseppeket pipettáz a tiszta üvegre, és hagyja elpárologni, alig látható foltok maradnak.

A folyók és patakok vize, valamint a legtöbb tó különféle szennyeződéseket tartalmaz, például oldott sókat. De kevés van belőlük, mert ez a víz friss.

A víz a földön és a föld alatt folyik, kitölti a patakokat, tavakat, folyókat, tengereket és óceánokat, földalatti palotákat hozva létre.

A könnyen oldódó anyagokon keresztül a víz mélyen behatol a föld alá, magával viszi azokat, a sziklák résein és repedésein keresztül pedig földalatti barlangokat képez, amelyek tetejéről lecsepegve bizarr szobrokat hoz létre. Több száz év alatt vízcseppek milliárdjai párolognak el, a vízben oldott anyagok (sók, mészkövek) megtelepednek a barlangíveken, és cseppkőnek nevezett kőjégcsapokat képeznek.

A barlang padlóján lévő hasonló képződményeket sztalagmitoknak nevezik.

És amikor a cseppkő és a cseppkő összenőve kőoszlopot alkot, cseppkőnek nevezik.

A folyón jégsodródást megfigyelve a vizet szilárd (jég és hó), folyékony (alatt áramló) és gáz halmazállapotú (a levegőbe emelkedő apró vízrészecskék, amelyeket vízgőznek is neveznek) látunk.

A víz egyszerre lehet mindhárom halmazállapotban: mindig van vízgőz a levegőben és a felhőkben, amelyek vízcseppekből és jégkristályokból állnak.

A vízgőz láthatatlan, de könnyen észlelhető, ha egy pohár vizet a hűtőben egy órán át hűtve hagyunk egy meleg szobában, azonnal megjelennek a vízcseppek a pohár falán. Az üveg hideg falaival érintkezve a levegőben lévő vízgőz vízcseppekké alakul, és leülepedik az üveg felületén.

Rizs. 11. Páralecsapódás a hideg üveg falán ()

Ugyanezen okból kifolyólag az ablaküveg belseje bepárásodik a hideg évszakban. A hideg levegő nem tud annyi vízgőzt tartalmazni, mint a meleg levegő, ezért egy része lecsapódik - vízcseppekké alakul.

Az égen repülő repülőgép mögötti fehér nyom szintén a víz lecsapódásának eredménye.

Ha tükröt viszel az ajkadra és kilélegzel, apró vízcseppek maradnak a felületén, ez azt bizonyítja, hogy légzéskor az ember a levegővel együtt vízgőzt lélegzik be.

Amikor a vizet felmelegítjük, „kitágul”. Ez egy egyszerű kísérlettel igazolható: egy üvegcsövet leeresztettek egy vizes lombikba, és megmérték benne a vízszintet; majd a lombikot egy meleg vízzel töltött edénybe eresztettük, és a víz felmelegítése után újra megmértük a csőben lévő szintet, ami észrevehetően megemelkedett, mivel melegítéskor a víz térfogata nő.

Rizs. 14. Egy csővel ellátott lombik, az 1-es számmal és egy vonallal jelzi a kezdeti vízszintet

Rizs. 15. Egy csővel ellátott lombik, a 2-es szám és egy vonal jelzi a vízszintet melegítéskor

Amikor a víz lehűl, „összenyomódik”. Ez egy hasonló kísérlettel igazolható: ebben az esetben egy csővel ellátott lombikot lehűtött egy edénybe, a csőben csökkent a víz szintje az eredeti jelhez képest, mert a víz térfogata csökkent.

Rizs. 16. Egy csővel ellátott lombik, a 3-as szám és egy vonal jelzi a vízszintet hűtés közben

Ez azért történik, mert a vízrészecskék, molekulák hevítés hatására gyorsabban mozognak, egymásnak ütköznek, kiszorulnak az edény faláról, megnő a molekulák közötti távolság, ezért a folyadék nagyobb térfogatot foglal el. A víz lehűlésekor részecskéinek mozgása lelassul, a molekulák közötti távolság csökken, és a folyadéknak kisebb térfogatra van szüksége.

Rizs. 17. Vízmolekulák normál hőmérsékleten

Rizs. 18. Vízmolekulák hevítéskor

Rizs. 19. Vízmolekulák hűtés közben

Nemcsak a víz, hanem más folyadékok (alkohol, higany, benzin, kerozin) is rendelkeznek ilyen tulajdonságokkal.

A folyadékok ezen tulajdonságának ismerete egy alkoholt vagy higanyt használó hőmérő (hőmérő) feltalálásához vezetett.

Amikor a víz megfagy, kitágul. Ez igazolható, ha a vízzel színültig megtöltött edényt lazán lefedjük a fedéllel, és egy idő után a fagyasztóba tesszük, látjuk, hogy a kialakult jég megemeli a fedelet, túllépve az edényen.

Ezt a tulajdonságot figyelembe veszik a vízvezetékek lefektetésekor, amelyeket úgy kell szigetelni, hogy fagyáskor a vízből képződött jég ne törje szét a csöveket.

A természetben a fagyos víz elpusztíthatja a hegyeket: ha ősszel víz gyűlik össze a sziklarepedésekben, télen megfagy, és a jég nyomása alatt, amely nagyobb térfogatot foglal el, mint a víz, amelyből keletkezett, a sziklák megrepednek és összeomlanak.

Az utak repedéseiben megfagyó víz az aszfaltburkolat tönkremeneteléhez vezet.

A fatörzseken ráncokra emlékeztető hosszú gerincek a benne megfagyó fanedv nyomása alatti faszakadásból származó sebek. Ezért hideg télen hallani lehet a fák ropogását a parkban vagy az erdőben.

1. Vakhrusev A.A., Danilov D.D. A körülöttünk lévő világ 3. M.: Ballas.
2. Dmitrieva N.Ya., Kazakov A.N. A világ körülöttünk 3. M.: Fedorov Kiadó.
3. Pleshakov A.A. A világ körülöttünk 3. M.: Oktatás.

1. Pedagógiai Ötletek Fesztiválja ().
2. Tudomány és oktatás ().
3. Nyilvános osztály ().

1. Készíts egy rövid tesztet (4 kérdés, három válaszlehetőséggel) a „Víz körülöttünk” témában.
2. Végezzen egy kis kísérletet: tegyen egy pohár nagyon hideg vizet az asztalra egy meleg szobában. Írja le, mi fog történni, magyarázza el, miért.
3. * Rajzolja le a vízmolekulák mozgását fűtött, normál és hűtött állapotban. Ha szükséges, írj feliratokat a rajzodra.