Почему при замерзании вода увеличивается в объеме?

16 ответов на вопрос “Почему при замерзании вода увеличивается в объеме?”

  1. лаботамий Ответить

    Вода – одно из самых необходимых веществ на нашей планете. Она имеет массу свойств, которые делают её, в какой-то степени уникальной. Одно из самых известных свойств, о котором знает даже маленький ребёнок, это замерзание воды. Известно, что 0 градусов Цельсия температура кристаллизации воды. Но не всё так просто. Некоторые тонкости этого процесса рассмотрим дальше.

    Как замерзает вода

    Кристаллизация воды – сам по себе очень интересный и многогранный процесс. Давайте разберемся, как это происходит. Как известно вода состоит из молекул, которые немного связаны между собой и стремятся к воссоединению. Всё довольно просо, при высоких температурах начинается отдаление молекул, а при низких температурах сближение. Под влиянием низких температур их движение замедляется и они, соединяясь, образовывают кристаллическую структуру. Кристаллизация, или же замерзание это превращение воды в лёд, переход в твёрдое состояние.

    Температура замерзания воды

    Процесс замерзания происходит при охлаждении её до ноля градусов по шкале Цельсия. Это касается не всей воды. Молекулы присоединяются к примесям, которыми являются частички пыли, соли и т.д. Поэтому чистая либо же дистиллированная вода, без присутствия этих самых примесей под воздействием низких температур по столбику Цельсия, дольше, чем обычная может оставаться в жидком состоянии.
    Так же интересно, что при том, как другие вещества при замерзании уменьшаются в объеме, вода наоборот увеличивается. Все потому, что при переходе в твёрдое состояние, расстояние между молекулами расширяется. При том,что объём увеличивается, масса при замерзании не увеличивается, и весит столько же, сколько тёплая вода.
    Многие задаются вопросом, почему вода не замерзает под толстым слоем льда. Любой физик ответит, что под слоем льда, вода не замерзает,так как поверхность льда служит теплоизолятором.

    Отчего горячая вода замерзает быстрее холодной

    Известен такой факт, что горячая или тёплая вода замерзает быстрее холодной воды. Невероятно, но факт. Это открытие сделал Эрасто Мпемба. Он проводил эксперименты с использованием мороженой массы,причём обнаружил, что если масса тёплая, то она быстрее замёрзнет. Причиной этого, как показали исследования, является высокая теплоотдача горячей и тёплой воды.

    Взаимосвязаны ли температура замерзания воды и высота

    Как известно, на высоте происходит изменение давления,поэтому температура перехода в твёрдое состояние всех водных растворов на высоте отличается от температуры на обычной поверхности.
    Примеры изменения температурных показателей на высоте:
    высота 500 м – температура замерзания воды, является не ноль °C, как при обычных условиях, а при наличии уже одного °C;
    высота 1500 м – кристаллизация происходит при наличии около трёх° C и т.д.

    Как давление влияет на процесс кристаллизации воды

    Если разобраться о взаимосвязи давления и кристаллизации воды, то всё довольно просто.
    Интересно! Чем выше давление, тем скорость преобразования воды в кристаллы льда ниже, а температура кипения выше!
    Вот и весь секрет, а если логически подумать, то при понижении давления, все показатели идут в обратные стороны. Поэтому в горах сложно что — то сварить, так как температура, при которой кипит вода, не доходит до ста градусов Цельсия. И наоборот лёд плавится даже при низких температурах.

  2. Comix Ответить

    Морозова Марина Юрьевна
    Экспериментальная деятельность детей. Опыт «Изменение объёма воды при замерзании»

    Цели:
    – доказать, что при замерзании объём воды изменяется;
    – продолжать знакомить детей с различными агрегатными состояниями воды;
    – продолжать развивать у детей познавательный интерес к экспериментальной деятельности;
    – учить устанавливать не сложные связи, отношения между ними и закономерности, такие, как различное состояние воды и переход одного состояния в другое;
    – развивать у детей способность сравнивать, делать выводы.
    Материал для проведения опыта – эксперимента:
    – стеклянная баночка;
    – пластиковая бутылочка;
    – обычная водопроводная вода.
    Описание опыта – эксперимента.
    Вспоминаем с ребятами об уже знакомых свойствах воды.
    Рассказываю ребятам о том, что вода в природе может находиться в трёх состояниях: летом в водоёмах вода жидкая, вода в твёрдом состоянии – это лёд, снег, а газообразное состояние воды – это водяные пары, которые всегда есть в воздухе.
    Проблемная задача – вопрос к ребятам: «Какие изменения происходят с водой при замерзании?»
    Ребята рассуждают, высказывают своё мнение.
    Предлагаю ребятам опыт – эксперимент, который поможет подтвердить или опровергнуть их высказывания.
    В экспериментальной деятельности ребята всегда принимают самое активное участие.
    1. Ребята аккуратно наливают воду в стеклянную баночку и в пластиковую бутылочку и устанавливают в пластиковый контейнер.



    2. Выносим контейнер с сосудами, наполненными водой на участок группы.
    В этом году зима преподносит нам сюрпризы – сильного мороза мы так и не дождались.
    А ребятам было так интересно посмотреть, что же произойдёт с водой. Каждую прогулку они проверяли контейнер с сосудами. Так продолжалось 3 недели!
    Я решила, чтобы ребята не разочаровались, и у них не пропал интерес к экспериментальной деятельности, заморозить воду в морозильной камере и поменяла сосуды с водой – и это того стоило! Ребята даже не заметили подмены!
    Как же обрадовались ребята, когда однажды на прогулке обнаружили, что вода в сосудах, наконец – то замёрзла!

    Напомнила ребятам о Правилах безопасности, обратив их внимание на осколки стеклянной банки в контейнере.
    Аккуратно выставила из контейнера пластиковую бутылочку с замёрзшей водой и остатки стеклянной баночки со льдом.

    Перед ребятами стояла задача – объяснить, почему стеклянная баночка раскололась, и с наружи оказалась льдина, напоминающая форму баночки. А вот пластмассовая бутылочка не лопнула, хотя слегка деформировалась и потеряла устойчивость.
    Ребята высказывают свои догадки и предположения, стараясь дать им объяснения.


    Кто – то из ребят высказал предположение, что может быть, вода в пластмассовой бутылочке не совсем замёрзла! И сейчас же проверяют – откручивают крышку и переворачивают бутылочку горлышком вниз.


    Каждый из ребят смог убедиться в том, что вода в бутылочке замёрла, превратившись в лёд, и не вытекает из бутылочки.



    Прогулка закончилась, мы возвращаемся в группу и с собой берём весь экспериментальный материал.
    Через некоторое время ребята отмечают, что в помещении от тепла лёд в бутылочке и льдина из баночки начали таять.



    Вывод.
    Объём воды при замерзании изменяется. Частички воды расширяются, возникает большое напряжение, которое давит на стенки банки и хрупкое стекло не выдерживает – оно раскалывается.
    А вот пластик, из которого сделана бутылочка – эластичный, он слегка растягивается и не даёт льду разорвать стенки пластмассовой бутылочки.
    При температуре 0 градусов лёд тает, превращаясь в воду.
    Всем коллегам большое спасибо за внимание и поддержку!

  3. Mo Ответить

    Это анормальное свойство характерно воде, так как все вещество при переходе из жидкого состояния в твердое сжимаются, плотность их увеличивается. А вода не подчиняется законам физики не только по этому свойству, но по всем. Благодаря этому существует и жизнь на планете Земля. Лед легче воды, поэтому водоемы зимой не промерзают до дна, сохраняя живое подо льдом.
    Вода, как все водородные соединения неметаллов – газы, а вода Н2О – жидкость при обычных условиях, что является свойством аномальным, в противном случае, как мы утоляли бы жажду и проходили все процессы жизнедеятельности. Причина первого и второго свойства воды в образовании водородных связях между молекулами. В кристаллической решетке льда упаковка молекул воды не плотная, поэтому в образованных “полостях” содержится воздух, поэтому лед плавает на воде.
    Растворы – это смеси, а в смесях вещества сохраняют все свои свойства. При смешивании веществ, если они образуют истинные растворы, происходит диффузия. Плотность таких смесей говорят изменяется аддитивно. Например, плотность спирта меньше, чем воды, то плотность будет тем больше, чем больше в растворе воды, и наоборот, чем больше спирта, тем плотность раствора будет уменьшаться. Вспомните, как измеряют жирность молока/сливок, чем плотность сливок меньше, тем выше массовая доля жира, так как жир легче воды. Так с помощью лактометра измеряют жирность молока,сливок. Само молоко представляет сложную гетерогенную систему: водный раствор воды и белка, а также эмульсию водного раствора с нерастворимым в воде жиром.

  4. Kaktilar Ответить

    Здравствуйте!
    Температура наибольшей плотности воды: +4 С см: http://news.mail.ru/society/2815577/
    Это свойство воды является принципиально важным для выживания «живности» многих водоёмов. Когда начинается понижение температуры воздуха (и соответственно – воды) осенью и в предзимье, сначала при температуре выше +4 С более холодная вода с поверхности водоёма опускается вниз (как более тяжёлая) , а тёплая, как более лёгкая, поднимается вверх и идёт обычное вертикальное перемешивание воды. Но как только во всём водоёме по вертикали устанавливается Т= +4 С, процесс вертикальной циркуляции останавливается, поскольку с поверхности вода уже при +3С становится легче той, что находится ниже (при +4С) и турбулентная теплопередача “холода” по вертикали резко сокращается. В итоге с поверхности вода даже начинает замерзать, потом устанавливается и ледяной покров, но при этом в зимний период передача «холода» в нижние слои воды резко уменьшается, так как и сам слой льда сверху, и тем более, слой выпавшего на лёд сверху снега обладают определёнными теплоизоляционными свойствами! Поэтому у дна водоёма почти всегда остаётся хотя бы тонкий слой воды при Т=+4С – а это и есть температура выживания в водоёме речной, болотной, озёрной и пр. живности. Если бы не это интересное и важное свойство воды (Мах плотность при +4С) , то водоёмы на суше все промерзали бы до дна каждую зиму, и жизнь в них не была бы такой обильной!
    Всего доброго!

  5. Saithilen Ответить

    Интересной особенностью воды является то, что при нагревании от 0 до 4 (3,98 — точно) °C вода сжимается. Благодаря этому могут жить рыбы: когда температура падает ниже 4 °C, более холодная вода, как менее плотная, остаётся на поверхности и замерзает, а подо льдом сохраняется положительная температура.
    У воды есть и другие особенности: высокая температура и удельная теплота плавления и кипения (по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом) ; высокая теплоёмкость и низкая вязкость жидкой воды; вода, в отличие от других веществ, при замерзании расширяется. Вода практически несжимаема.
    Все эти особенности обусловлены водородными связями. Поскольку в молекуле воды 2 атома водорода отдают по одному электрону атому кислорода, атом кислорода получает отрицательный заряд, а атомы водорода — положительный. Благодаря этому, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот. Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях: 2 атома водорода — каждый в одной, а атом кислорода — в двух. При таянии льда часть связей рвётся, что позволяет уложить молекулы воды плотнее; при нагревании воды связи продолжают рваться, и плотность её растёт, но при температуре выше 4 °С этот эффект слабее, чем обычное тепловое расширение; при испарении рвутся все оставшиеся связи

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *