Полярлы мұз блоктары мен айсбергтер мұхитта қозғалады, тіпті сусындарда мұз ешқашан түбіне батпайды. Мұз суға батпайды деген қорытынды жасауға болады. Неліктен? Егер сіз бұл туралы ойласаңыз, бұл сұрақ сәл оғаш көрінуі мүмкін, өйткені мұз қатты және - интуитивті түрде - сұйықтықтан ауыр болуы керек. Бұл мәлімдеме көптеген заттар үшін дұрыс болғанымен, су ережеден ерекшелік болып табылады. Су мен мұз сутегі байланыстарымен ерекшеленеді, бұл мұзды сұйық күйге қарағанда қатты күйде жеңілірек етеді.
Ғылыми сұрақ: мұз неге суға батпайды
Біз 3-сыныпта «Айналадағы әлем» атты сабаққа қатысып жатырмыз деп елестетейік. Педагог балаларға: «Мұз неге суға батпайды?» деп сұрайды. Ал балалар физикадан терең білім алмағандықтан, пайымдай бастайды. -Мүмкін бұл сиқыр шығар? дейді балалардың бірі.
Шынымен, мұз өте ерекше. Қатты күйде сұйықтықтың бетінде қалқып жүретін басқа табиғи заттар іс жүзінде жоқ. Бұл суды ерекше субстанцияға айналдыратын қасиеттердің бірі және шынын айтқанда, планеталар эволюциясының жолын өзгертетін нәрсе.
Кейбір планеталарда аммиак сияқты сұйық көмірсутектердің көп мөлшері бар, бірақ қатқан кезде бұл материал түбіне түседі. Мұздың суға батпайтын себебі, су қатқанда ол кеңейеді, онымен бірге оның тығыздығы да төмендейді. Бір қызығы, мұздың кеңеюі тастарды бұзуы мүмкін - судың мұздану процесі өте ерекше.
Ғылыми тұрғыдан айтсақ, мұздату процесі жылдам ауа-райының әсер ету циклдерін орнатады және бетінде бөлінетін кейбір химиялық заттар минералдарды ерітуі мүмкін. Жалпы, судың қатуымен байланысты басқа сұйықтықтардың физикалық қасиеттері білдірмейтін процестер мен мүмкіндіктер бар.
Мұз бен судың тығыздығы
Сонымен, мұз суға батпайды, бірақ бетінде қалқып жүреді деген сұраққа оның сұйыққа қарағанда тығыздығы төмен екендігі туралы жауап, бірақ бұл бірінші деңгейдегі жауап. Жақсырақ түсіну үшін мұздың тығыздығы неліктен төмен екенін, заттар бірінші кезекте неліктен қалқып тұратынын, тығыздық қалай қалқып шығатынын білуіңіз керек.
Грек данышпаны Архимедті еске түсірейікші, ол белгілі бір затты суға батырғаннан кейін судың көлемі батырылған заттың көлеміне тең санға ұлғаятынын анықтады. Басқаша айтқанда, судың бетіне терең ыдыс қойып, оған ауыр зат қойсаңыз, ыдысқа құйылатын судың көлемі заттың көлеміне тура тең болады. Нысан толығымен су астында қалды ма, маңызды емесішінара.
Судың қасиеттері
Су – жер бетіндегі тіршілікті қоректендіретін таңғажайып зат, өйткені ол әрбір тірі ағзаға қажет. Судың ең маңызды қасиеттерінің бірі оның ең жоғары тығыздығы 4°С-та болуы. Осылайша, ыстық су немесе мұз суық суға қарағанда тығыз емес. Тығыздығы азырақ заттар тығызырақ заттардың үстінде қалқып жүреді.
Мысалы, салатты дайындап жатқанда, майдың сірке суының бетінде екенін байқайсыз - мұны оның тығыздығы төмен болуымен түсіндіруге болады. Дәл осы заң мұздың неге суда емес, бензин мен керосинде батып кететінін түсіндіру үшін де жарамды. Бұл екі заттың тығыздығы мұзға қарағанда төмен. Сонымен, үрлемелі допты бассейнге лақтырсаңыз, ол бетінде қалқып шығады, ал тасты суға лақтырсаңыз, ол түбіне батып кетеді.
Су қатқанда қандай өзгерістер болады
Мұздың суға батпайтын себебі су қатқан кезде өзгеретін сутегі байланыстарына байланысты. Өздеріңіз білетіндей, су бір оттегі атомынан және екі сутегі атомынан тұрады. Олар керемет күшті коваленттік байланыстармен бекітілген. Дегенмен, сутегі байланысы деп аталатын әртүрлі молекулалар арасында пайда болатын байланыстың басқа түрі әлсіз. Бұл байланыстар оң зарядталған сутегі атомдары көрші су молекулаларының теріс зарядталған оттегі атомдарына тартылатындықтан пайда болады.
Су жылы болған кезде молекулалар өте белсенді,көп қозғалады, басқа су молекулаларымен байланыстарды тез түзеді және ыдыратады. Олардың бір-біріне жақындап, жылдам қозғалатын энергиясы бар. Неліктен мұз суға батпайды? Химия жауабын жасырады.
Мұздың физикалық химиясы
Су температурасы 4 °C төмен түскен сайын сұйықтықтың кинетикалық энергиясы төмендейді, сондықтан молекулалар енді қозғалмайды. Олардың қозғалатын энергиясы жоқ және жоғары температурадағыдай оңай үзіліп, байланыс түзеді. Оның орнына олар алтыбұрышты тор құрылымдарын құру үшін басқа су молекулаларымен көбірек сутектік байланыстар құрады.
Олар теріс зарядталған оттегі молекулаларын бір-бірінен ажырату үшін осы құрылымдарды құрайды. Молекулалардың әрекеті нәтижесінде пайда болған алтыбұрыштардың ортасында бос орындар көп.
Мұз суға батады - себептері
Мұздың тығыздығы сұйық суға қарағанда 9%-ға азырақ. Сондықтан мұз суға қарағанда көбірек орын алады. Іс жүзінде бұл мағынасы бар, өйткені мұз кеңейеді. Сондықтан шыны бөтелке суды мұздату ұсынылмайды - мұздатылған су тіпті бетонда үлкен жарықтар тудыруы мүмкін. Егер сізде бір литрлік бөтелке мұз және бір литрлік бөтелке су болса, мұзды су бөтелкесі оңайырақ болады. Бұл кезде зат сұйық күйде болғанда молекулалар бір-бірінен алшақ орналасады. Сондықтан мұз суға батпайды.
Мұз еріген кездетұрақты кристалдық құрылым бұзылып, тығызырақ болады. Су 4°С-қа дейін қызған кезде ол қуат алады және молекулалар тезірек және алысқа жылжиды. Ыстық судың суық суға қарағанда көбірек орын алып, суық судың үстінде қалқып тұруының себебі - оның тығыздығы аз. Есіңізде болсын, сіз көлде жүргенде, шомылу кезінде судың үстіңгі қабаты әрқашан жақсы және жылы болады, бірақ аяғыңызды төмен түсіргенде, сіз төменгі қабаттың салқынын сезінесіз.
Суды мұздату процесінің планетаның қызметіндегі маңызы
«Мұз неге суға батпайды?» деген сұраққа қарамастан. 3-сынып үшін бұл процестің неліктен болып жатқанын және планета үшін нені білдіретінін түсіну өте маңызды. Осылайша, мұздың қалтқылығы Жердегі тіршілікке маңызды әсер етеді. Көлдер қыста суық жерлерде қатып қалады - бұл балықтар мен басқа су жануарларына мұз қабатының астында өмір сүруге мүмкіндік береді. Егер түбі қатып қалса, бүкіл көлдің қатып қалу ықтималдығы жоғары.
Мұндай жағдайда бірде-бір организм тірі қалмас еді.
Егер мұздың тығыздығы судың тығыздығынан жоғары болса, мұхиттар мұзға батып кетер еді, ал сол кезде түбінде болатын мұздықтар онда ешкімнің өмір сүруіне мүмкіндік бермес еді. Мұхит түбі мұзға толы болар еді – және оның бәрі неге айналар еді? Басқа нәрселермен қатар, полярлық мұз маңызды, себебі ол жарықты көрсетеді және Жер планетасын тым қызып кетуден сақтайды.
