Задумывались ли вы, почему кубики льда в вашем холодном напитке постепенно становятся меньше или почему их поверхность становится более гладкой, когда они тают? Лед всегда так тает?
В этом упражнении вы будете использовать водяные шары и наблюдать, как они тают. Можете ли вы предсказать влияние соли на ваш гигантский ледяной шар?
Вся материя состоит из крошечных частиц, а температура является мерой того, насколько эти крошечные частицы движутся. Даже частицы в твердом теле, как лед, движутся - они вибрируют. Но из-за того, что им холодно, они не сильно покачиваются и могут держаться друг за друга. В случае воды частицы располагаются в правильной решетке.
Когда лед окружен воздухом или жидкостью, при комнатной температуре он поглощает тепло из окружающей среды. В результате крошечные частицы во льду начинают больше вибрировать. Те, кто на краю, могут вырваться и свободно течь друг над другом и вместе со льдом. На этом этапе вода и лед сосуществуют. Это активный процесс - некоторые частицы распадаются, а другие прикрепляются к твердому телу. Поскольку окружающая среда имеет более высокую температуру, больше разрывов, чем повторного присоединения, поэтому мы видим таяние льда. Для чистой воды это сосуществование воды и льда происходит при температуре 32 градуса по Фаренгейту (0 градусов по Цельсию). Когда окружение становится холоднее, тепло будет поступать в окружающее пространство, охлаждая частицы воды. В результате больше частиц прикрепляется к решетке, и мы видим, что лед растет.
Когда столовая соль (хлорид натрия) растворяется в воде, ее атомы натрия и хлорида добавляются к частицам воды. Это затрудняет для частиц воды упорядочение в правильной решетке и затвердевание в лед. Вот почему вам нужно охладить соленую воду намного ниже 32 градусов по Фаренгейту, прежде чем она станет ледяной.
Когда чистый лед окружен раствором морской воды при комнатной температуре, частицы на краю льда будут поглощать тепло, разбиваться и свободно течь. В то же время некоторые частицы воды могут попытаться присоединиться. Будут ли мешать частицы натрия и хлора, затрудняя повторное присоединение частиц воды к льду и ускоряя таяние льда?
Вам понадобится:
- Как минимум два водяных шара
- Вода
- Морозилка
- Рукавица
- Маленькие тарелки
- Чашка
- Столовая соль
- Шприц
- Пищевой краситель
За день до того, как вы планируете заняться, заполните воздушный шар водой, завяжите его узлом и заморозьте на ночь. Заморозьте по крайней мере два воздушных шара для каждого человека, выполняющего действие
Незадолго до того, как вы планируете начать занятие, заполните чашку водой и добавьте пищевой краситель.
Выберите область, которая может промокнуть, чтобы сделать деятельность. Наденьте рукавицы и достаньте два замороженных водяных шара из морозильной камеры. Снимите кожу с воздушного шара, чтобы у вас остались два ледяных шара. (Некоторые ледяные шарики могут быть в форме груши, а не шарика - это нормально.)
Поместите каждый ледяной шар на маленькую тарелку и поместите их рядом друг с другом. Как вы думаете, что произойдет, если вы посыпаете соль на ледяной шар? Посыпьте примерно одну восьмую чайную ложку соли сверху каждого ледяного шарика, добавьте несколько капель цветной воды для увлажнения соли и наблюдайте.
Подожди несколько минут. Что происходит? Это то, что вы предсказали?
Капните больше цветной воды поверх ледяного шара слева. Оставь другого нетронутым. Как вы думаете, один шар будет таять быстрее, чем другой? Если да, то какой и почему?
Наблюдайте, и периодически капайте воду по левому шару, оставляя другой нетронутым. Используйте шприц, чтобы высосать воду, собранную в тарелку, и капнуть ее обратно на левый ледяной шарик. Возможно, вам придется выбросить воду из тарелки, когда она выглядит как переполненная. Один шар тает быстрее, чем другой? Как вы думаете, почему это так?
Время от времени посыпьте большее количество соли поверх обоих ледяных шариков, а затем добавьте несколько капель цветной воды для увлажнения соли. Что происходит, когда вы добавляете больше соли?
Вы видите узоры, появляющиеся во льду? Если да, то похожи ли рисунки на двух ледяных шарах? Можете ли вы объяснить, что вы наблюдаете?
Вы видели, как лед тает быстрее, когда он соприкасается с влажной солью? Появлялись ли потоки талой воды на левом ледяном шаре, а глубокие пещеры пробивали лед на другом шаре?
Когда лед тает, вода и лед сосуществуют. Поскольку частицы соли затрудняют замерзание частиц воды на лед, лед, который находится в контакте с растворенной солью, тает быстрее. Когда соленая вода течет по поверхности, она тает на своем пути, создавая каналы, подобные рекам, по поверхности ледяного шара. Когда соленая вода попадает в ловушку в одном месте, например, в случае ледяного шара справа, она размывает путь вниз в лед, создавая острые гребни или пики. Пищевой краситель делает эти узоры более заметными.
Когда соль льется по льду без добавления воды, соль растворяется в талой воде и дает тот же эффект - требуется лишь немного больше времени, чтобы увидеть результаты.
