Все мы помним, что согласно молекулярно-кинетической теории тела при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Это объясняется тем, что при увеличении температуры количество соударений частичек увеличивается, что и заставляет конструкцию "растянуться". Ну а при замерзании процесс обратный.
И всё бы ничего...Но вода...Она такая вода! Если оставить на морозе банку с водой, то как только вода замерзнет, то банку разорвет в клочья. Может быть вам доводилось слышать, как где-то на балконе в сильные морозы лопаются банки. А ещё на морозе лопаются и более серьезные предметы. Так, может лопнуть и расширительный бак, труба водоснабжения или водонапорная башня.
Всё это происходит потому, что вода при кристаллизации расширяется. Если вода расширяется сильнее, чем ей это позволяет сделать имеющийся объем, то вода разворотит этот объем. И всё бы ничего. Но почему вода обладает такой странной особенностью?
Аномалия плотности при охлаждении
Оказывается, это хитрое свойство называется аномалией плотности. Подобная картина характерна не только для воды, но и некоторых других веществ, таких как германий, кремний, галлий, сурьма, висмут, церий.
Если же вернуться к воде, то тут всё довольно интересно. Сначала вода действительно становится всё плотнее при охлаждении и достигает максимальной плотности при температуре +4 градуса по шкале Цельсия. Всё это время объем охлаждаемой воды действительно уменьшается. Но а потом объем охлаждаемой воды начинает увеличиваться даже несмотря на охлаждение, она кристаллизуется и лёд тоже увеличивается в объеме, который превышает объем исходной жидкости.
Это хитрая особенность делает воду идеальным вариантом для заполнения водоема. Ведь будь в реках и озерах другая жидкость, кристаллизация этой жидкости привела бы к тому, что куски того "льда" тонули.Ну а лёд из обычной воды, легче, чем сама вода, потому прекрасно и плавает по поверхности. Так водоем может покрыться коркой льда, а под ним останется вода, которая не будет промерзать и позволит подводным жителям пережить морозы.
Что происходит на "атомном" уровне
Ответ на вопрос "почему" уже существует. Давайте вспомним, как выглядит молекула воды. Её рисуют чуть ли не на каждом заборе.
Один большой шар, обозначающий атом кислорода и два шара поменьше, обозначающие атомы водорода. Для того, чтобы объединиться в группу молекул, атомам нужно вступить в химическую связь. Попытка установить эти связи ориентируют эту странную форму молекулы воды в пространстве и заставляют магнититься к другим атомам.
Пока молекулы подвижны и кристаллизация не началась, они просто удерживают друг друга рядом. Вода при этом жидкая. Когда же подвижность молекулы воды уменьшается из-за охлаждения, то молекулы начинают двигаться значительно меньше и в следствие своего несимметричного строения выстраиваются в сложные конструкции.
Эти конструкции напоминают ромбы, в вершинах которых расположены молекулы HOH. Такая конструкция неминуемо займёт больший объем, чем простая вода. Получается, что объем кристаллизованной воды увеличивается из-за выстраивания кристаллической структуры, в которой расстояние между молекулами большее, чем у жидкой воды. Ну а само расстояние определяется тут спецификой межатомной связи, которая ориентирует молекулы друг относительно друга.
Полезная книга от меня по основам физики (механики)
------------
Обязательно оцените статью лайком, напишите комментарий и подпишитесь на проект! Это очень важно для развития канала.
-------------
Советую также прочитать на нашем канале:
-----