Densità anormale di ghiaccio e acqua

L'acqua è un liquido misterioso.Ciò è dovuto al fatto che la maggior parte delle sue proprietà sono anomale, ad es. diverso dagli altri liquidi. Il motivo sta nella sua struttura speciale, dovuta ai legami idrogeno tra molecole che cambiano con la temperatura e la pressione. Anche il ghiaccio ha queste proprietà uniche. Va detto che la determinazione della densità può essere effettuata con la formula ρ = m / V. Di conseguenza, questo criterio può essere stabilito attraverso lo studio della massa del mezzo per unità di volume.

Diamo un'occhiata ad alcune delle proprietà del ghiaccio e dell'acqua.Ad esempio, un'anomalia di densità. Dopo lo scioglimento, la densità del ghiaccio aumenta, passando attraverso il segno critico di 4 gradi, e solo dopo inizia a diminuire con l'aumentare della temperatura. Allo stesso tempo, nei liquidi ordinari, diminuisce sempre durante il processo di raffreddamento. Questo fatto trova una spiegazione completamente scientifica. Maggiore è la temperatura, maggiore è la velocità delle molecole. Questo porta a allontanarli l'uno dall'altro e, di conseguenza, la sostanza diventa più libera. Il mistero dell'acqua sta nel fatto che, nonostante l'aumento della velocità delle molecole all'aumentare della temperatura, una diminuzione della sua densità si verifica solo ad alte temperature.

Il secondo indovinello sta nelle domande:"Perché il ghiaccio può galleggiare sulla superficie dell'acqua?", "Perché non si congela sul fondo dei fiumi?" Il fatto è che la densità del ghiaccio è inferiore a quella dell'acqua. E nel processo di fusione di qualsiasi altro liquido, la sua densità risulta essere inferiore a quella di un cristallo. Ciò è dovuto al fatto che in quest'ultimo le molecole hanno una certa periodicità e si localizzano regolarmente. Questo è tipico per i cristalli di qualsiasi sostanza. Tuttavia, a parte questo, le loro molecole sono "impacchettate" piuttosto strettamente. Nel processo di fusione dei cristalli, la regolarità scompare, il che è possibile solo con un legame meno denso di molecole. Di conseguenza, la densità della sostanza diminuisce durante la fusione. Ma questo criterio cambia un po ', ad esempio, quando si fondono metalli, diminuisce in media solo del 3 percento.

Tuttavia, la densità del ghiaccio è inferiore alla densità dell'acqua del dieci percento in una volta. Pertanto, possiamo dire che questo salto è anomalo non solo nel suo segno, ma anche nella grandezza.

Questi indovinelli sono spiegati dalle caratteristichestruttura del ghiaccio. È una rete di legami idrogeno, in cui ce ne sono quattro in ciascun nodo. Pertanto, la mesh si chiama quadrupla. Tutti gli angoli in essa contenuti sono uguali a qT, quindi è chiamato tetraedrico. Inoltre, è costituito da anelli curvi a sei membri.

Una caratteristica della struttura dell'acqua solida èche le molecole impaccate sono sciolte in esso. Se fossero strettamente correlati, la densità del ghiaccio sarebbe 2,0 g / cm3, ma in realtà è 0,92 g / cm3. Ciò avrebbe dovuto portare alla conclusione che la presenza di grandi volumi spaziali dovrebbe comportare l'instabilità. In effetti, la mesh non diventa meno rigida, ma può essere riorganizzata. Il ghiaccio è un materiale così forte che persino gli antenati dei moderni eschimesi hanno imparato a costruirvi le loro capanne. Fino ad oggi, gli abitanti dell'Artico usano il cemento di ghiaccio come materiale da costruzione. Di conseguenza, la struttura del ghiaccio cambia con l'aumentare della pressione. Questa stabilità è la proprietà principale dei legami idrogeno delle reti tra le molecole H₂DI.Di conseguenza, ogni molecola di acqua allo stato liquido mantiene quattro legami idrogeno, ma gli angoli diventano diversi da qT, il che porta al fatto che la densità del ghiaccio è inferiore a quella dell'acqua.