Prečo sa voda pri ochladzovaní rozširuje. Prečo je voda ľahšia ako samotná voda? Vlastnosti rôznych stavov hmoty

Rozširuje alebo zmenšuje? Odpoveď je takáto: s príchodom zimy voda začína svoj proces expanzie. Prečo sa to deje? Táto vlastnosť odlišuje vodu od zoznamu všetkých ostatných kvapalín a plynov, ktoré sa naopak pri ochladzovaní stláčajú. Aký je dôvod tohto správania tejto nezvyčajnej kvapaliny?

Fyzikálny stupeň 3: Rozťahuje sa voda alebo sa zmršťuje, keď zamrzne?

Väčšina látok a materiálov sa pri zahrievaní rozťahuje a pri ochladzovaní sa zmršťuje. Plyny vykazujú tento efekt výraznejšie, ale rôzne kvapaliny a pevné kovy vykazujú rovnaké vlastnosti.

Jedným z najvýraznejších príkladov expanzie a kontrakcie plynu je vzduch v balóne. Keď vezmeme balón von v mínusovom počasí, balón sa okamžite zmenší. Ak privedieme loptu do vykurovanej miestnosti, okamžite sa zvýši. Ale ak prinesieme balónik do vane, praskne.

Molekuly vody vyžadujú viac miesta

Dôvodom, prečo dochádza k týmto procesom expanzie a kontrakcie rôznych látok, sú molekuly. Tie, ktoré dostávajú viac energie (to sa deje v teplej miestnosti), sa pohybujú oveľa rýchlejšie ako molekuly v chladnej miestnosti. Častice, ktoré majú viac energie, sa zrážajú oveľa aktívnejšie a častejšie, potrebujú viac priestoru na pohyb. Aby sa udržal tlak vyvíjaný molekulami, materiál sa začne zväčšovať. A deje sa to celkom rýchlo. Takže sa voda rozťahuje alebo zmršťuje, keď zamrzne? Prečo sa to deje?

Voda tieto pravidlá nedodržiava. Ak vodu začneme chladiť na štyri stupne Celzia, tak zmenší svoj objem. Ale ak teplota naďalej klesá, voda sa zrazu začne rozširovať! Existuje taká vlastnosť ako anomália v hustote vody. Táto vlastnosť nastáva pri teplote štyroch stupňov Celzia.

Teraz, keď sme zistili, či sa voda pri zamrznutí rozširuje alebo zmršťuje, poďme zistiť, ako k tejto anomálii vôbec dochádza. Dôvod spočíva v časticiach, z ktorých sa skladá. Molekula vody sa skladá z dvoch atómov vodíka a jedného kyslíka. Každý pozná vzorec vody už od základnej školy. Atómy v tejto molekule priťahujú elektróny rôznymi spôsobmi. Vodík má kladné ťažisko, kyslík naopak záporné. Keď sa molekuly vody navzájom zrazia, atómy vodíka jednej molekuly sa prenesú na atóm kyslíka úplne inej molekuly. Tento jav sa nazýva vodíková väzba.

Voda potrebuje pri ochladzovaní viac miesta

V momente, keď sa začne proces tvorby vodíkových väzieb, sa vo vode začnú objavovať miesta, kde sú molekuly v rovnakom poradí ako v ľadovom kryštáli. Tieto polotovary sa nazývajú zhluky. Nie sú odolné, ako v pevnom kryštáli vody. Keď teplota stúpa, sú zničené a menia svoje umiestnenie.

Počas procesu sa počet zhlukov v kvapaline začne rýchlo zvyšovať. Vyžadujú viac priestoru na šírenie, a preto sa voda po dosiahnutí abnormálnej hustoty zväčšuje.

Keď teplomer klesne pod nulu, zhluky sa začnú meniť na drobné ľadové kryštáliky. Začínajú stúpať. V dôsledku toho všetkého sa voda mení na ľad. Ide o veľmi nezvyčajnú schopnosť vody. Tento jav je nevyhnutný pre veľmi veľké množstvo procesov v prírode. Všetci vieme, a ak nevieme, potom si pamätáme, že hustota ľadu je o niečo menšia ako hustota studenej alebo studenej vody. To umožňuje ľadu plávať na hladine vody. Všetky nádrže začínajú zamrznúť zhora nadol, čo umožňuje vodným obyvateľom existovať na dne a nezamrznúť. Takže teraz vieme podrobne o tom, či sa voda pri zamrznutí rozširuje alebo sťahuje.

Horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená. Ak vezmeme dva rovnaké poháre a do jedného nalejeme horúcu vodu a do druhého rovnaké množstvo studenej vody, všimneme si, že horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená. Nie je to logické, však? Horúca voda musí vychladnúť skôr, než začne mrznúť, ale studená nie. Ako vysvetliť túto skutočnosť? Vedci dodnes nedokážu vysvetliť túto hádanku. Tento jav sa nazýva Mpembov efekt. Objavil ho v roku 1963 vedec z Tanzánie za nezvyčajných okolností. Študent si chcel urobiť zmrzlinu a všimol si, že horúca voda rýchlejšie zamrzne. Podelil sa o to so svojím učiteľom fyziky, ktorý mu najskôr neveril.

Japonský fyzik Masakazu Matsumoto predložil teóriu, ktorá vysvetľuje, prečo sa voda pri zahriatí z 0 na 4 °C namiesto expandovania zmršťuje. Voda podľa jeho modelu obsahuje mikroformácie – „vitrity“, čo sú konvexné duté mnohosteny, na vrcholoch ktorých sú molekuly vody a ako hrany slúžia vodíkové väzby. Keď teplota stúpa, súperia si dva javy: predlžovanie vodíkových väzieb medzi molekulami vody a deformácia vitrov, čo vedie k zmenšovaniu ich dutín. V rozsahu teplôt od 0 do 3,98 °C dominuje posledný uvedený jav nad účinkom predlžovania vodíkovej väzby, čo v konečnom dôsledku vedie k pozorovanej kompresii vody. Zatiaľ neexistuje žiadne experimentálne potvrdenie modelu Matsumoto – avšak, ako aj iné teórie vysvetľujúce stláčanie vody.

Na rozdiel od veľkej väčšiny látok je voda pri zahrievaní schopná zmenšiť svoj objem (obr. 1), to znamená, že má negatívny koeficient tepelnej rozťažnosti. Nehovoríme však o celom teplotnom rozsahu, kde voda existuje v kvapalnom stave, ale len o úzkej oblasti – od 0°C do cca 4°C. Pri vysokých teplotách voda, podobne ako iné látky, expanduje.

Mimochodom, voda nie je jedinou látkou, ktorá má tendenciu sa so zvyšujúcou sa teplotou zmršťovať (alebo pri ochladzovaní expandovať). Podobným správaním sa môžu „pochváliť“ aj bizmut, gálium, kremík a antimón. Napriek tomu, pre svoju zložitejšiu vnútornú štruktúru, ako aj jej rozšírenosť a význam v rôznych procesoch, je to voda, ktorá priťahuje pozornosť vedcov (pozri Štúdium štruktúry vody pokračuje, "Elementy", 9.10.2006).

Pred časom bola všeobecne akceptovaná teória, odpovedajúca na otázku, prečo voda zväčšuje svoj objem s klesajúcou teplotou (obr. 1), modelom zmesi dvoch zložiek – „normálnej“ a „ľadovej“. Túto teóriu prvýkrát navrhol v 19. storočí Harold Whiting a neskôr ju rozvinuli a zdokonalili mnohí vedci. Relatívne nedávno, v rámci objaveného polymorfizmu vody, bola Whitingova teória premyslená. Odteraz sa verí, že v podchladenej vode existujú dva typy ľadových nanodomén: oblasti podobné amorfnému ľadu s vysokou a nízkou hustotou. Zahrievanie podchladenej vody vedie k roztaveniu týchto nanoštruktúr a vzniku dvoch typov vody: s vyššou a nižšou hustotou. Je to prefíkaná teplotná súťaž medzi dvoma „druhmi“ výslednej vody, ktorá vedie k nemonotónnej závislosti hustoty od teploty. Táto teória však zatiaľ nebola experimentálne potvrdená.

S týmto vysvetlením musíte byť opatrní. Nie náhodou sa tu spomínajú len štruktúry, ktoré pripomínajú amorfný ľad. Ide o to, že nanoskopické oblasti amorfného ľadu a jeho makroskopické analógy majú rôzne fyzikálne parametre.

Japonský fyzik Masakazu Matsumoto sa rozhodol nájsť vysvetlenie pre tu diskutovaný efekt „od nuly“, pričom zavrhol teóriu o dvojzložkovej zmesi. Pomocou počítačových simulácií sa zameral na fyzikálne vlastnosti vody v širokom rozsahu teplôt od 200 do 360 K pri nulovom tlaku, aby v molekulárnom meradle zistil skutočné príčiny expanzie vody pri jej ochladzovaní. Jeho článok v časopise Physical Review Letters sa volá: Why Does Water Expand When It Cools? Prečo sa voda pri ochladzovaní rozširuje?

Pôvodne si autor článku položil otázku: čo ovplyvňuje koeficient tepelnej rozťažnosti vody? Matsumoto verí, že na to stačí zistiť vplyv iba troch faktorov: 1) zmeny v dĺžke vodíkových väzieb medzi molekulami vody, 2) topologický index - počet väzieb na jednu molekulu vody a 3) odchýlka uhol medzi väzbami od rovnovážnej hodnoty (uhlové skreslenie).

Ryža. 2. Pre molekuly vody je najvhodnejšie spojiť sa do zhlukov s uhlom medzi vodíkovými väzbami rovným 109,47 stupňa. Takýto uhol sa nazýva štvorsten, pretože je to uhol spájajúci stred pravidelného štvorstenu a jeho dva vrcholy. Obrázok z lsbu.ac.uk

Predtým, ako si povieme o výsledkoch, ktoré japonský fyzik získal, urobíme dôležité poznámky a vysvetlenia týkajúce sa vyššie uvedených troch faktorov. Po prvé, obvyklý chemický vzorec vody H 2 O zodpovedá iba jej parnému stavu. V kvapalnej forme sa molekuly vody spájajú do skupín (H 2 O) x pomocou vodíkovej väzby, kde x je počet molekúl. Energeticky najvýhodnejšia kombinácia piatich molekúl vody (x = 5) so štyrmi vodíkovými väzbami, v ktorých väzby tvoria rovnovážny, tzv. tetraedrický uhol, rovný 109,47 stupňa (pozri obr. 2).

Po analýze závislosti dĺžky vodíkovej väzby medzi molekulami vody od teploty dospel Matsumoto k očakávanému záveru: zvýšenie teploty vedie k lineárnemu predlžovaniu vodíkových väzieb. A to zase vedie k zvýšeniu objemu vody, to znamená k jej expanzii. Tento fakt odporuje pozorovaným výsledkom, preto ďalej zvažoval vplyv druhého faktora. Ako závisí koeficient tepelnej rozťažnosti od topologického indexu?

Počítačová simulácia poskytla nasledujúci výsledok. Pri nízkych teplotách najväčší objem vody v percentuálnom vyjadrení zaberajú vodné zhluky, ktoré majú 4 vodíkové väzby na molekulu (topologický index je 4). Zvýšenie teploty spôsobuje zníženie počtu asociácií s indexom 4, ale zároveň sa začína zvyšovať počet zhlukov s indexmi 3 a 5. Po vykonaní numerických výpočtov Matsumoto zistil, že lokálny objem zhlukov s topologickým index 4 sa s rastúcou teplotou prakticky nemení a zmena celkového objemu asociátov s indexmi 3 a 5 pri akejkoľvek teplote sa navzájom kompenzuje. Zmena teploty teda nemení celkový objem vody, čo znamená, že topologický index nemá žiadny vplyv na stlačenie vody pri jej ohreve.

Zostáva objasniť vplyv uhlového skreslenia vodíkových väzieb. A tu začína to najzaujímavejšie a najdôležitejšie. Ako bolo uvedené vyššie, molekuly vody majú tendenciu sa zjednocovať, takže uhol medzi vodíkovými väzbami je štvorsten. Bránia im v tom však tepelné vibrácie molekúl vody a interakcie s inými molekulami, ktoré nie sú súčasťou klastra, čím sa uhol vodíkovej väzby odchyľuje od rovnovážnej hodnoty 109,47 stupňa. Na kvantifikáciu tohto procesu uhlovej deformácie Matsumoto a kolegovia na základe svojej predchádzajúcej práce Topologické stavebné bloky siete vodíkových väzieb vo vode, publikovanej v roku 2007 v časopise Journal of Chemical Physics, predpokladali existenciu trojrozmerných mikroštruktúr vo vode pripomínajúcich konvexnú dutinu. polyhedra. Neskôr, v ďalších publikáciách, nazvali takéto mikroštruktúry vitity (obr. 3). V nich sú vrcholy molekuly vody, úlohu hrán zohrávajú vodíkové väzby a uhol medzi vodíkovými väzbami je uhol medzi hranami vo vitrite.

Podľa Matsumotovej teórie existuje obrovská rozmanitosť foriem vitrov, ktoré podobne ako mozaikové prvky tvoria veľkú časť štruktúry vody a ktoré zároveň rovnomerne vypĺňajú celý jej objem.

Ryža. 3. Šesť typických vitrov, ktoré tvoria vnútornú štruktúru vody. Guľôčky zodpovedajú molekulám vody, segmenty medzi guličkami predstavujú vodíkové väzby. Witrity spĺňajú známu Eulerovu vetu pre mnohosteny: celkový počet vrcholov a plôch mínus počet hrán je 2. To znamená, že vitity sú konvexné mnohosteny. Ďalšie typy vitritov si môžete pozrieť na vitrite.chem.nagoya-u.ac.jp. Ryža. z článku Masakazu Matsumoto, Akinori Baba a Iwao Ohminea Network Motif of Water publikovaného v AIP Conf. Proc.

Molekuly vody majú tendenciu vytvárať vo vitritoch štvorstenné uhly, pretože vitity by mali mať najnižšiu možnú energiu. V dôsledku tepelných pohybov a lokálnych interakcií s inými vitritmi však niektoré mikroštruktúry nemajú geometriu s tetraedrickými uhlami (alebo uhlami blízkymi tejto hodnote). Akceptujú také štruktúrne nerovnovážne konfigurácie (ktoré pre nich nie sú z energetického hľadiska najpriaznivejšie), ktoré umožňujú celej „rodine“ vitrov ako celku získať čo najnižšiu energetickú hodnotu. Takíto vititi, teda vititi, ktorí sa akoby obetovali „spoločným energetickým záujmom“, sa nazývajú frustrovaní. Ak majú nefrustrovaní vititi maximálny objem dutiny pri danej teplote, potom frustrovaní vititi majú naopak minimálny možný objem.

Počítačové simulácie od Matsumota ukázali, že priemerný objem vitritových dutín lineárne klesá so zvyšujúcou sa teplotou. Frustrovaní vitovci zároveň výrazne zmenšujú svoj objem, pričom objem dutiny nefrustrovaných vitrov sa takmer nemení.

Stláčanie vody so zvyšujúcou sa teplotou je teda spôsobené dvoma konkurenčnými efektmi – predlžovaním vodíkových väzieb, čo vedie k zväčšeniu objemu vody, a zmenšením objemu dutín frustrovaných vitrov. V rozsahu teplôt od 0 do 4°C prevláda posledný uvedený jav, ako ukazujú výpočty, čo v konečnom dôsledku vedie k pozorovanému stláčaniu vody so zvyšujúcou sa teplotou.

Zostáva počkať na experimentálne potvrdenie existencie vitrov a ich správania. Ale toto je, žiaľ, veľmi náročná úloha.

Sme obklopení vodou, sama osebe, ako súčasť iných látok a tiel. Môže byť pevná, kvapalná alebo plynná, ale voda je vždy okolo nás. Prečo praská asfalt na cestách, prečo v mraze praskne sklenená nádoba s vodou, prečo sa v chladnom období zahmlievajú okná, prečo lietadlo zanecháva na oblohe bielu stopu - na všetky tieto a ďalšie otázky budeme hľadať odpovede „prečo“ “ v tejto lekcii. Dozvieme sa, ako sa menia vlastnosti vody pri zahriatí, chladení a zamrznutí, ako v nich vznikajú podzemné jaskyne a bizarné obrazce, ako funguje teplomer.

Téma: Neživá príroda

Lekcia: Vlastnosti tekutej vody

Voda vo svojej čistej forme nemá chuť, vôňu a farbu, no takmer nikdy sa to takto nestáva, pretože väčšinu látok v sebe aktívne rozpúšťa a spája sa s ich časticami. Voda môže tiež preniknúť do rôznych telies (vedci našli vodu dokonca aj v kameňoch).

Ak naplníte pohár vodou z vodovodu, bude sa zdať čistý. Ale v skutočnosti je to roztok mnohých látok, medzi ktorými sú plyny (kyslík, argón, dusík, oxid uhličitý), rôzne nečistoty obsiahnuté vo vzduchu, rozpustené soli z pôdy, železo z vodovodných potrubí, najmenší nerozpustený prach častice atď.

Ak nanesiete kvapôčky vody z vodovodu pipetou na čistý pohár a necháte odpariť, zostanú sotva viditeľné škvrny.

Voda riek a potokov, väčšina jazier obsahuje rôzne nečistoty, napríklad rozpustené soli. Ale je ich málo, lebo táto voda je sladká.

Voda tečie po zemi a pod zemou, napĺňa potoky, jazerá, rieky, moria a oceány, vytvára podzemné paláce.

Voda, ktorá si razí cestu ľahko rozpustnými látkami, preniká hlboko pod zem, berie ich so sebou a cez pukliny a pukliny v skalách, tvoriace podzemné jaskyne, kvapká z ich oblúka a vytvára bizarné sochy. Miliardy vodných kvapiek sa počas stoviek rokov vyparujú a látky rozpustené vo vode (soli, vápence) sa usadzujú na oblúkoch jaskyne a vytvárajú kamenné cencúle, ktoré sa nazývajú stalaktity.

Podobné útvary na dne jaskyne sa nazývajú stalagmity.

A keď stalaktit a stalagmit zrastú a vytvoria kamenný stĺp, nazýva sa to stalagnát.

Pri pozorovaní driftu ľadu na rieke vidíme vodu v pevnom (ľad a sneh), kvapalnom (pod ním prúdi) a plynnom skupenstve (najmenšie čiastočky vody stúpajúce do vzduchu, ktoré sa nazývajú aj vodná para).

Voda môže byť súčasne vo všetkých troch skupenstvách: vo vzduchu je vždy vodná para a oblaky, ktoré pozostávajú z vodných kvapiek a ľadových kryštálikov.

Vodná para je neviditeľná, ale dá sa ľahko odhaliť, ak v teplej miestnosti necháte v chladničke hodinu vychladenú pohár vody, na stenách ktorého sa okamžite objavia kvapky vody. Pri kontakte so studenými stenami skla sa vodná para obsiahnutá vo vzduchu premieňa na vodné kvapky a usadzuje sa na povrchu skla.

Ryža. 11. Kondenzácia na stenách studeného pohára ()

Z rovnakého dôvodu sa v chladnom období vnútorná strana okennej tabule zahmlieva. Studený vzduch nemôže obsahovať toľko vodnej pary ako teplý vzduch, preto časť z nich kondenzuje – mení sa na kvapôčky vody.

Biela stopa za lietadlom letiacim na oblohe je tiež výsledkom kondenzácie vody.

Ak si k perám priložíte zrkadlo a vydýchnete, na jeho povrchu zostanú drobné kvapôčky vody, čo dokazuje, že pri dýchaní človek vdychuje vodnú paru so vzduchom.

Pri zahrievaní sa voda "rozpína". Dokazuje to jednoduchý experiment: do banky s vodou sa vložila sklenená trubica a merala sa hladina vody v nej; potom sa banka vložila do nádoby s teplou vodou a po zahriatí vody sa znova merala hladina v skúmavke, ktorá citeľne stúpla, pretože voda pri zahrievaní zväčšuje svoj objem.

Ryža. 14. Banka s hadičkou, číslo 1 a čiara označujú počiatočnú hladinu vody

Ryža. 15. Banka s hadičkou, číslo 2 a čiara označujú hladinu vody pri zahriatí

Keď sa voda ochladzuje, „stláča sa“. Dá sa to dokázať podobným pokusom: v tomto prípade bola banka s trubicou spustená do nádoby s ľadom, po ochladení hladina vody v trubici klesla z počiatočnej značky, pretože voda zmenšila objem.

Ryža. 16. Banka s hadičkou, číslo 3 a čiara označujú hladinu vody počas chladenia

Stáva sa to preto, že častice vody, molekuly, sa pri zahrievaní rýchlejšie pohybujú, narážajú do seba, odpudzujú sa od stien nádoby, zväčšuje sa vzdialenosť medzi molekulami, a preto kvapalina zaberá väčší objem. Pri ochladzovaní vody sa pohyb jej častíc spomaľuje, vzdialenosť medzi molekulami sa zmenšuje a na kvapalinu je potrebný menší objem.

Ryža. 17. Molekuly vody pri normálnej teplote

Ryža. 18. Molekuly vody pri zahrievaní

Ryža. 19. Molekuly vody počas chladenia

Takéto vlastnosti má nielen voda, ale aj iné kvapaliny (alkohol, ortuť, benzín, petrolej).

Poznanie tejto vlastnosti kvapalín viedlo k vynálezu teplomeru (teplomeru), ktorý využíva lieh alebo ortuť.

Pri mrazení sa voda rozpína. Dá sa to dokázať, ak nádobu naplnenú vodou až po okraj voľne prikryjeme vekom a vložíme do mrazničky, po chvíli uvidíme, že vytvorený ľad nadvihne vrchnák a presahuje nádobu.

Táto vlastnosť sa zohľadňuje pri ukladaní vodovodných potrubí, ktoré musia byť izolované, aby pri zamrznutí ľad vytvorený z vody neporušil potrubie.

V prírode môže mrznúca voda ničiť hory: ak sa na jeseň nahromadí voda v puklinách skál, v zime zamrzne a pod tlakom ľadu, ktorý zaberá väčší objem ako voda, z ktorej vznikol, skaly praskajú kolaps.

Voda, ktorá zamrzne v trhlinách na vozovke, vedie k zničeniu asfaltovej vozovky.

Dlhé hrebene pripomínajúce záhyby na kmeňoch stromov sú rany od prasklín dreva pod tlakom miazgy stromov v ňom zamŕzajúcej. Preto v chladných zimách počuť praskanie stromov v parku alebo v lese.

1. Vakhrushev A.A., Danilov D.D. Svet okolo 3. M .: Ballas.
2. Dmitrieva N.Ya., Kazakov A.N. Svet okolo 3. M .: Vydavateľstvo "Fedorov".
3. Pleshakov A.A. Okolitý svet 3. M .: Osvietenie.

1. Festival pedagogických myšlienok ().
2. Veda a vzdelávanie ().
3. Verejná trieda ().

1. Vypracujte krátky test (4 otázky s tromi možnými odpoveďami) na tému „Voda okolo nás“.
2. Urobte malý experiment: položte pohár veľmi studenej vody na stôl v teplej miestnosti. Opíšte, čo sa stane, vysvetlite prečo.
3. *Nakreslite pohyb molekúl vody v zahriatom, normálnom a ochladenom stave. Ak je to potrebné, napíšte na výkres popisy.

Jedna z najbežnejších látok na Zemi: voda. Potrebujeme to ako vzduch, ale niekedy si to vôbec nevšimneme. Ona proste je. Ale ukazuje sa

Jedna z najbežnejších látok na Zemi: voda. Potrebujeme to ako vzduch, ale niekedy si to vôbec nevšimneme. Ona proste je. Ale ukazuje sa, že obyčajná voda môže zmeniť svoj objem a vážiť buď viac alebo menej. Ako sa voda vyparuje, ohrieva a ochladzuje, dejú sa skutočne úžasné veci, o ktorých sa dnes dozvieme.
Muriel Mandell vo svojej zábavnej knihe „Fyzikálne pokusy pre deti“ uvádza najzaujímavejšie myšlienky o vlastnostiach vody, na základe ktorých sa nielen mladí fyzici môžu naučiť veľa nového, ale aj dospelí si osviežia svoje vedomosti, že už dlho nemuseli žiadať, a tak sa ukázalo, že sa na ne trochu zabudlo.Dnes si povieme niečo o objeme a hmotnosti vody. Ukazuje sa, že rovnaký objem vody neváži vždy rovnako. A ak do pohára nalejete vodu a tá sa nepreleje cez okraj, neznamená to, že sa doň za každých okolností zmestí.

1. Voda sa pri zahrievaní rozširuje

2. Voda sa chladnutím zmršťuje

Nechajte vodu v nádobe vychladnúť na izbovú teplotu alebo pridajte novú vodu a ochlaďte ju. Po chvíli zistíte, že predtým plná nádoba už nie je plná. Pri ochladzovaní na teplotu 3,89 stupňov Celzia voda zmenšuje svoj objem s poklesom teploty. Dôvodom bolo zníženie rýchlosti pohybu molekúl a ich vzájomná konvergencia pod vplyvom chladenia.Zdá sa, že všetko je veľmi jednoduché: čím chladnejšia je voda, tým menší objem zaberá, ale ...

3. ... pri zamrznutí sa objem vody opäť zväčší

4. Ľad je ľahší ako voda

5. Voda z vodovodu obsahuje minerály

Sme obklopení vodou, sama osebe, ako súčasť iných látok a tiel. Môže byť pevná, kvapalná alebo plynná, ale voda je vždy okolo nás. Prečo praská asfalt na cestách, prečo v mraze praskne sklenená nádoba s vodou, prečo sa v chladnom období zahmlievajú okná, prečo lietadlo zanecháva na oblohe bielu stopu - na všetky tieto a ďalšie otázky budeme hľadať odpovede „prečo“ “ v tejto lekcii. Dozvieme sa, ako sa menia vlastnosti vody pri zahriatí, chladení a zamrznutí, ako v nich vznikajú podzemné jaskyne a bizarné obrazce, ako funguje teplomer.

Téma: Neživá príroda

Lekcia: Vlastnosti tekutej vody

Voda vo svojej čistej forme nemá chuť, vôňu a farbu, no takmer nikdy sa to takto nestáva, pretože väčšinu látok v sebe aktívne rozpúšťa a spája sa s ich časticami. Voda môže tiež preniknúť do rôznych telies (vedci našli vodu dokonca aj v kameňoch).

Ak naplníte pohár vodou z vodovodu, bude sa zdať čistý. Ale v skutočnosti je to roztok mnohých látok, medzi ktorými sú plyny (kyslík, argón, dusík, oxid uhličitý), rôzne nečistoty obsiahnuté vo vzduchu, rozpustené soli z pôdy, železo z vodovodných potrubí, najmenší nerozpustený prach častice atď.

Ak nanesiete kvapôčky vody z vodovodu pipetou na čistý pohár a necháte odpariť, zostanú sotva viditeľné škvrny.

Voda riek a potokov, väčšina jazier obsahuje rôzne nečistoty, napríklad rozpustené soli. Ale je ich málo, lebo táto voda je sladká.

Voda tečie po zemi a pod zemou, napĺňa potoky, jazerá, rieky, moria a oceány, vytvára podzemné paláce.

Voda, ktorá si razí cestu ľahko rozpustnými látkami, preniká hlboko pod zem, berie ich so sebou a cez pukliny a pukliny v skalách, tvoriace podzemné jaskyne, kvapká z ich oblúka a vytvára bizarné sochy. Miliardy vodných kvapiek sa počas stoviek rokov vyparujú a látky rozpustené vo vode (soli, vápence) sa usadzujú na oblúkoch jaskyne a vytvárajú kamenné cencúle, ktoré sa nazývajú stalaktity.

Podobné útvary na dne jaskyne sa nazývajú stalagmity.

A keď stalaktit a stalagmit zrastú a vytvoria kamenný stĺp, nazýva sa to stalagnát.

Pri pozorovaní driftu ľadu na rieke vidíme vodu v pevnom (ľad a sneh), kvapalnom (pod ním prúdi) a plynnom skupenstve (najmenšie čiastočky vody stúpajúce do vzduchu, ktoré sa nazývajú aj vodná para).

Voda môže byť súčasne vo všetkých troch skupenstvách: vo vzduchu je vždy vodná para a oblaky, ktoré pozostávajú z vodných kvapiek a ľadových kryštálikov.

Vodná para je neviditeľná, ale dá sa ľahko odhaliť, ak v teplej miestnosti necháte v chladničke hodinu vychladenú pohár vody, na stenách ktorého sa okamžite objavia kvapky vody. Pri kontakte so studenými stenami skla sa vodná para obsiahnutá vo vzduchu premieňa na vodné kvapky a usadzuje sa na povrchu skla.

Ryža. 11. Kondenzácia na stenách studeného pohára ()

Z rovnakého dôvodu sa v chladnom období vnútorná strana okennej tabule zahmlieva. Studený vzduch nemôže obsahovať toľko vodnej pary ako teplý vzduch, preto časť z nich kondenzuje – mení sa na kvapôčky vody.

Biela stopa za lietadlom letiacim na oblohe je tiež výsledkom kondenzácie vody.

Ak si k perám priložíte zrkadlo a vydýchnete, na jeho povrchu zostanú drobné kvapôčky vody, čo dokazuje, že pri dýchaní človek vdychuje vodnú paru so vzduchom.

Pri zahrievaní sa voda "rozpína". Dokazuje to jednoduchý experiment: do banky s vodou sa vložila sklenená trubica a merala sa hladina vody v nej; potom sa banka vložila do nádoby s teplou vodou a po zahriatí vody sa znova merala hladina v skúmavke, ktorá citeľne stúpla, pretože voda pri zahrievaní zväčšuje svoj objem.

Ryža. 14. Banka s hadičkou, číslo 1 a čiara označujú počiatočnú hladinu vody

Ryža. 15. Banka s hadičkou, číslo 2 a čiara označujú hladinu vody pri zahriatí

Keď sa voda ochladzuje, „stláča sa“. Dá sa to dokázať podobným pokusom: v tomto prípade bola banka s trubicou spustená do nádoby s ľadom, po ochladení hladina vody v trubici klesla z počiatočnej značky, pretože voda zmenšila objem.

Ryža. 16. Banka s hadičkou, číslo 3 a čiara označujú hladinu vody počas chladenia

Stáva sa to preto, že častice vody, molekuly, sa pri zahrievaní rýchlejšie pohybujú, narážajú do seba, odpudzujú sa od stien nádoby, zväčšuje sa vzdialenosť medzi molekulami, a preto kvapalina zaberá väčší objem. Pri ochladzovaní vody sa pohyb jej častíc spomaľuje, vzdialenosť medzi molekulami sa zmenšuje a na kvapalinu je potrebný menší objem.

Ryža. 17. Molekuly vody pri normálnej teplote

Ryža. 18. Molekuly vody pri zahrievaní

Ryža. 19. Molekuly vody počas chladenia

Takéto vlastnosti má nielen voda, ale aj iné kvapaliny (alkohol, ortuť, benzín, petrolej).

Poznanie tejto vlastnosti kvapalín viedlo k vynálezu teplomeru (teplomeru), ktorý využíva lieh alebo ortuť.

Pri mrazení sa voda rozpína. Dá sa to dokázať, ak nádobu naplnenú vodou až po okraj voľne prikryjeme vekom a vložíme do mrazničky, po chvíli uvidíme, že vytvorený ľad nadvihne vrchnák a presahuje nádobu.

Táto vlastnosť sa zohľadňuje pri ukladaní vodovodných potrubí, ktoré musia byť izolované, aby pri zamrznutí ľad vytvorený z vody neporušil potrubie.

V prírode môže mrznúca voda ničiť hory: ak sa na jeseň nahromadí voda v puklinách skál, v zime zamrzne a pod tlakom ľadu, ktorý zaberá väčší objem ako voda, z ktorej vznikol, skaly praskajú kolaps.

Voda, ktorá zamrzne v trhlinách na vozovke, vedie k zničeniu asfaltovej vozovky.

Dlhé hrebene pripomínajúce záhyby na kmeňoch stromov sú rany od prasklín dreva pod tlakom miazgy stromov v ňom zamŕzajúcej. Preto v chladných zimách počuť praskanie stromov v parku alebo v lese.

1. Vakhrushev A.A., Danilov D.D. Svet okolo 3. M .: Ballas.
2. Dmitrieva N.Ya., Kazakov A.N. Svet okolo 3. M .: Vydavateľstvo "Fedorov".
3. Pleshakov A.A. Okolitý svet 3. M .: Osvietenie.

1. Festival pedagogických myšlienok ().
2. Veda a vzdelávanie ().
3. Verejná trieda ().

1. Vypracujte krátky test (4 otázky s tromi možnými odpoveďami) na tému „Voda okolo nás“.
2. Urobte malý experiment: položte pohár veľmi studenej vody na stôl v teplej miestnosti. Opíšte, čo sa stane, vysvetlite prečo.
3. *Nakreslite pohyb molekúl vody v zahriatom, normálnom a ochladenom stave. Ak je to potrebné, napíšte na výkres popisy.