Ketumpatan tidak normal ais dan air

Air adalah cecair misteri. Ini disebabkan hakikat bahawa kebanyakan sifatnya adalah anomali, iaitu Berbeza dengan cecair lain. Alasannya terletak pada struktur khususnya, yang disebabkan oleh ikatan hidrogen antara molekul yang berbeza dengan suhu dan tekanan. Dan ais mempunyai sifat unik ini. Perlu diingat bahawa definisi ketumpatan boleh dilakukan menggunakan formula ρ = m / V. Oleh itu, kriteria ini boleh dibentuk melalui kajian jisim perkara jumlah per unit sederhana.

Mari kita lihat beberapa sifat ais dan air. Sebagai contoh, ketumpatan anomali. Selepas lebur, ketumpatan ais meningkat, melalui tanda kritikal 4 darjah, dan hanya selepas ini mula berkurang dengan peningkatan suhu. Walau bagaimanapun, dalam cecair biasa, ia sentiasa menurun semasa penyejukan. Fakta ini mendapati penjelasan yang saintifik sepenuhnya. Semakin tinggi suhu, semakin tinggi kelajuan molekul. Ini membawa kepada penolakan mereka antara satu sama lain, dan, dengan itu, bahan menjadi lebih gembira. Tangkapan air juga terdiri daripada fakta bahawa, walaupun peningkatan dalam halaju molekul dengan peningkatan suhu, Pengurangan kepadatannya hanya berlaku pada suhu tinggi.

Misteri kedua adalah soalan: "Mengapa ais boleh terapung di permukaan air?", "Mengapa tidak membeku ke bawah di sungai?" Faktanya ialah ketumpatan ais lebih rendah daripada air. Dan dalam proses mencairkan cecair lain, ketumpatannya kurang daripada kristal. Ini disebabkan oleh fakta bahawa dalam kedua-dua molekul ini mempunyai tempoh tertentu dan terletak secara tetap. Ini adalah tipikal untuk kristal dari mana-mana bahan. Walau bagaimanapun, sebagai tambahan, mereka mempunyai molekul "dibungkus" dengan ketat. Semasa lebur kristal, kekerapan akan hilang, yang mungkin hanya dengan ikatan molekul kurang padat. Oleh itu, ketumpatan bahan menurun semasa lebur. Tetapi kriteria ini berubah agak sedikit, sebagai contoh, apabila logam peleburan, ia turun sebanyak purata hanya 3 peratus. Walau bagaimanapun, ketumpatan ais kurang daripada ketumpatan air sekaligus sebanyak sepuluh peratus. Oleh itu, kita boleh mengatakan bahawa lompatan ini adalah anomali bukan sahaja dengan tanda, tetapi juga dengan magnitud.

Data teka-teki dijelaskan oleh ciri-ciri struktur ais. Ini adalah grid ikatan hidrogen, di mana setiap simpul ada empat. Oleh itu, grid dipanggil quad. Semua sudut di dalamnya sama dengan qT, oleh itu ia dipanggil tetrahedral. Selain itu, ia terdiri daripada cincin enam bentuk yang melengkung.

Satu ciri struktur air pepejal ialah molekul-molekul yang dibungkus longgar di dalamnya. Jika mereka berada dalam hubungan yang rapat, ketumpatan ais ialah 2.0 g / cm3, dan pada kenyataannya ia adalah 0.92 g / cm3. Ini membawa kepada kesimpulan bahawa kehadiran volum spasi besar harus membawa kepada kemunculan ketidakstabilan. Malah, grid tidak menjadi kurang kukuh, tetapi ia boleh dibina semula. Ais adalah bahan yang kuat bahawa nenek moyang Eskimos moden belajar membina pondok mereka. Dan hingga ke hari ini, penduduk Arctic menggunakan ais sebagai bahan binaan. Oleh itu, dengan peningkatan tekanan, struktur ais berubah. Ia adalah dalam kestabilan ini bahawa harta utama ikatan hidrogen jaring antara molekul H ₂ O disusun. Oleh itu, setiap molekul air dan dalam keadaan cecair mengekalkan empat ikatan hidrogen, tetapi sudut menjadi berbeza daripada qT, yang menyebabkan kepadatan ais kurang, Daripada air.