Kapag pinalamig, ang dami ng tubig. Lumalawak o umuurong ang tubig kapag nag-freeze: simpleng pisika. Mga katangian ng iba't ibang estado ng bagay

Kami ay napapaligiran ng tubig, sa pamamagitan ng kanyang sarili, bilang bahagi ng iba pang mga sangkap at katawan. Maaari itong maging solid, likido o gas, ngunit ang tubig ay laging nasa paligid natin. Bakit nabibitak ang aspalto sa mga kalsada, bakit ang isang basong garapon ng tubig ay sumabog sa lamig, bakit ang mga bintana ay umaambon sa malamig na panahon, kung bakit ang isang eroplano ay nag-iiwan ng puting landas sa kalangitan - hahanapin natin ang mga sagot sa lahat ng ito at iba pang "bakit ” sa araling ito. Malalaman natin kung paano nagbabago ang mga katangian ng tubig kapag pinainit, pinalamig at nagyelo, kung paano nabubuo ang mga kweba sa ilalim ng lupa at kakaibang mga pigura, kung paano gumagana ang isang thermometer.

Tema: Kalikasan na walang buhay

Aralin: Mga katangian ng tubig sa estado ng likido

Sa dalisay na anyo nito, ang tubig ay walang lasa, amoy at kulay, ngunit halos hindi ito nangyayari tulad nito, dahil aktibong natutunaw nito ang karamihan sa mga sangkap sa sarili nito at pinagsama sa kanilang mga particle. Gayundin, ang tubig ay maaaring tumagos sa iba't ibang katawan(nakahanap ang mga siyentipiko ng tubig kahit sa mga bato).

Kung pupunuin mo ang isang baso ng tubig mula sa gripo, lalabas itong malinis. Ngunit sa katunayan, ito ay isang solusyon ng maraming mga sangkap, kung saan mayroong mga gas (oxygen, argon, nitrogen, carbon dioxide), iba't ibang mga impurities na nakapaloob sa hangin, dissolved salts mula sa lupa, bakal mula sa mga tubo ng tubig, ang pinakamaliit na hindi natutunaw na mga particle ng alikabok, atbp.

Kung maglalagay ka ng mga patak ng tubig mula sa gripo na may pipette sa isang malinis na baso at hayaan itong mag-evaporate, mananatili ang halos hindi kapansin-pansing mga spot.

Ang tubig ng mga ilog at sapa, karamihan sa mga lawa ay naglalaman ng iba't ibang mga dumi, tulad ng mga natunaw na asin. Ngunit kakaunti ang mga ito, dahil sariwa ang tubig na ito.

Ang tubig ay dumadaloy sa lupa at sa ilalim ng lupa, pinupuno ang mga sapa, lawa, ilog, dagat at karagatan, lumilikha ng mga palasyo sa ilalim ng lupa.

Sa pamamagitan ng madaling natutunaw na mga sangkap, ang tubig ay tumagos sa malalim sa ilalim ng lupa, dinadala ang mga ito, at sa pamamagitan ng mga bitak at bitak sa mga bato, na bumubuo ng mga kuweba sa ilalim ng lupa, tumutulo mula sa kanilang arko, na lumilikha ng mga kakaibang eskultura. Ang bilyun-bilyong patak ng tubig ay sumingaw sa loob ng daan-daang taon, at ang mga sangkap na natunaw sa tubig (mga asin, limestones) ay naninirahan sa mga arko ng kuweba, na bumubuo ng mga icicle ng bato, na tinatawag na mga stalactites.

Ang mga katulad na pormasyon sa sahig ng kuweba ay tinatawag na stalagmite.

At kapag ang isang stalactite at isang stalagmite ay tumubo nang magkasama, na bumubuo ng isang haligi ng bato, ito ay tinatawag na stalagnate.

Ang pagmamasid sa pag-anod ng yelo sa ilog, nakikita natin ang tubig sa solid (yelo at niyebe), likido (umaagos sa ilalim nito) at gas na estado (ang pinakamaliit na mga particle ng tubig na tumataas sa hangin, na tinatawag ding singaw ng tubig).

Ang tubig ay maaaring nasa lahat ng tatlong estado sa parehong oras: palaging may singaw ng tubig at mga ulap sa hangin, na binubuo ng mga patak ng tubig at mga kristal ng yelo.

Ang singaw ng tubig ay hindi nakikita, ngunit madali itong matukoy kung mag-iiwan ka ng isang baso ng tubig na pinalamig sa refrigerator sa loob ng isang oras sa isang mainit na silid, sa mga dingding kung saan ang mga patak ng tubig ay agad na lilitaw. Kapag nakikipag-ugnayan sa malamig na mga dingding ng salamin, ang singaw ng tubig na nakapaloob sa hangin ay na-convert sa mga patak ng tubig at naninirahan sa ibabaw ng salamin.

kanin. 11. Kondensasyon sa mga dingding ng isang malamig na baso ()

Sa parehong dahilan, umaambon sa malamig na panahon panloob na bahagi salamin ng bintana. Ang malamig na hangin ay hindi maaaring maglaman ng mas maraming singaw ng tubig gaya ng mainit na hangin, kaya ang ilan sa mga ito ay namumuo - nagiging mga patak ng tubig.

Ang puting trail sa likod ng isang eroplano na lumilipad sa kalangitan ay resulta rin ng condensation ng tubig.

Kung magdadala ka ng salamin sa iyong mga labi at huminga, ang maliliit na patak ng tubig ay mananatili sa ibabaw nito, ito ay nagpapatunay na kapag ikaw ay huminga, ang isang tao ay humihinga ng singaw ng tubig kasama ng hangin.

Kapag pinainit, "lumalawak" ang tubig. Mapapatunayan ito ng isang simpleng eksperimento: ibinaba nila sa isang prasko na may tubig glass tube at sinukat ang antas ng tubig sa loob nito; pagkatapos ang prasko ay ibinaba sa isang sisidlan na may maligamgam na tubig at pagkatapos magpainit ng tubig, muli nilang sinukat ang antas sa tubo, na kapansin-pansing tumaas, dahil lumalawak ang tubig kapag pinainit.

kanin. 14. Ang isang prasko na may tubo, ang numero 1 at isang linya ay nagpapahiwatig ng paunang lebel ng tubig

kanin. 15. Ang isang prasko na may tubo, ang numero 2 at isang linya ay nagpapahiwatig ng antas ng tubig kapag pinainit

Habang lumalamig ang tubig ay "nag-compress". Ito ay maaaring patunayan ng isang katulad na eksperimento: sa kasong ito, ang prasko na may tubo ay ibinaba sa isang sisidlan na may yelo, pagkatapos ng paglamig, ang antas ng tubig sa tubo ay bumaba mula sa unang marka, dahil ang tubig ay bumaba sa dami.

kanin. 16. Ang isang prasko na may tubo, ang numero 3 at isang linya ay nagpapahiwatig ng antas ng tubig sa panahon ng paglamig

Nangyayari ito dahil ang mga particle ng tubig, mga molekula, ay gumagalaw nang mas mabilis kapag pinainit, nagbanggaan sa isa't isa, nagtataboy sa isa't isa mula sa mga dingding ng sisidlan, ang distansya sa pagitan ng mga molekula ay tumataas, at samakatuwid ang likido ay sumasakop sa isang mas malaking dami. Kapag ang tubig ay pinalamig, ang paggalaw ng mga particle nito ay bumagal, ang distansya sa pagitan ng mga molekula ay bumababa, at isang mas maliit na volume ang kinakailangan para sa likido.

kanin. 17. Mga molekula ng tubig sa normal na temperatura

kanin. 18. Mga molekula ng tubig kapag pinainit

kanin. 19. Mga molekula ng tubig sa panahon ng paglamig

Ang ganitong mga pag-aari ay nagmamay-ari hindi lamang ng tubig, kundi pati na rin ng iba pang mga likido (alkohol, mercury, gasolina, kerosene).

Ang kaalaman sa katangiang ito ng mga likido ay humantong sa pag-imbento ng isang thermometer (thermometer), na gumagamit ng alkohol o mercury.

Kapag nagyeyelo, lumalawak ang tubig. Ito ay mapapatunayan kung ang isang lalagyan na puno ng tubig ay maluwag na natatakpan ng takip at inilagay sa isang freezer, pagkaraan ng ilang sandali ay makikita natin na ang nabuong yelo ay mag-aangat ng takip, na lumampas sa lalagyan.

Ang ari-arian na ito ay isinasaalang-alang kapag naglalagay ng mga tubo ng tubig, na dapat na insulated upang kapag nagyeyelo, ang yelo na nabuo mula sa tubig ay hindi masira ang mga tubo.

Sa kalikasan, ang nagyeyelong tubig ay maaaring sirain ang mga bundok: kung ang tubig ay naipon sa mga bitak ng mga bato sa taglagas, ito ay nagyeyelo sa taglamig, at sa ilalim ng presyon ng yelo, na sumasakop sa isang mas malaking dami kaysa sa tubig kung saan ito nabuo, ang mga bato ay pumutok at pagbagsak.

Ang tubig na nagyeyelo sa mga bitak sa kalsada ay humahantong sa pagkasira ng aspalto na simento.

Ang mahahabang tagaytay na kahawig ng mga tiklop sa mga puno ng kahoy ay mga sugat mula sa pagkalagot ng kahoy sa ilalim ng presyon ng katas ng puno na nagyeyelo dito. Samakatuwid, sa malamig na taglamig, maririnig mo ang kaluskos ng mga puno sa parke o sa kagubatan.

Vakhrushev A.A., Danilov D.D. Ang mundo 3. M.: Ballas.
Dmitrieva N.Ya., Kazakov A.N. Ang mundo sa paligid ng 3. M .: Publishing house "Fedorov".
Pleshakov A.A. Nakapaligid na mundo 3. M .: Enlightenment.

Festival of Pedagogical Ideas ().
Agham at edukasyon ().
Pampublikong klase ().

Gumawa ng maikling pagsusulit (4 na tanong na may tatlong posibleng sagot) sa paksang "Tubig sa paligid natin".
Gumawa ng isang maliit na eksperimento: isang baso na may isang napaka malamig na tubig ilagay sa isang mesa sa isang mainit na silid. Ilarawan kung ano ang mangyayari, ipaliwanag kung bakit.
*Iguhit ang paggalaw ng mga molekula ng tubig sa isang heated, normal at cooled na estado. Kung kinakailangan, sumulat ng mga caption sa iyong drawing.

Tema: Kalikasan na walang buhay

Aralin: Mga katangian ng likidong tubig

Sa dalisay na anyo nito, ang tubig ay walang lasa, amoy at kulay, ngunit halos hindi ito nangyayari tulad nito, dahil aktibong natutunaw nito ang karamihan sa mga sangkap sa sarili nito at pinagsama sa kanilang mga particle. Gayundin, ang tubig ay maaaring tumagos sa iba't ibang mga katawan (nakahanap ang mga siyentipiko ng tubig kahit na sa mga bato).

Ang klorin ay may mahinang punto: maaari itong tumugon sa pagbuo ng mga chloramines at chlorinated hydrocarbons, na mapanganib na mga carcinogens. Ang by-product ng reaksyong ito ay chlorite. Ipinakita ng mga toxicological na pag-aaral na ang by-product ng chlorine dioxide disinfection, chlorite, ay hindi nagdudulot ng malaking panganib sa kalusugan ng tao. Huwag mag-atubiling makipag-ugnay sa amin kung mayroon kang anumang iba pang mga katanungan.

Iba ang nakikita ng ating mga anak sa mundo. Walang nakatakas sa kanilang atensyon at walang hangganan ang kanilang kuryusidad. Palagi silang nagtatanong at gustong sagutin ang tanong na ito. Ngunit ang mga problema sa mga bata ay madalas na nakakasagabal sa amin. Ibabahagi namin sa iyo ang mga madalas itanong at ang kanilang mga sagot para paghandaan ang susunod na pagkakataon.

Kapag ang tubig ay pinainit, ang mga molekula nito ay nagsisimulang gumalaw. Habang tumataas ang paggalaw na ito, ang distansya sa pagitan ng mga molekula ay nagiging mas malaki. Sa wakas, darating ang panahon na ang mga ugnayan sa pagitan ng mga molekula ay nagiging masyadong mahina. Ang mga molekula ay nakakalat at nagiging singaw ng tubig. Ang prosesong ito ay tinatawag na "pagsingaw".

Ano ang nagpapanatili ng mga eroplano sa hangin? Ano ang nagpapanatili ng malaking hangin sa hangin? Ang kapangyarihan ng trabaho dito ay tinatawag na "uplift". Ang pag-angat ay nangyayari kapag ang hangin ay dumaan sa itaas at ibaba ng wing plane sa parehong oras. Dahil ang hangin ay gumagalaw nang mas mabilis kaysa sa dulo ng pakpak, ito ay nagbibigay ng mas kaunting presyon. Kasabay nito, ang siksik na hangin sa ilalim ng mga pakpak ay nagtutulak sa eroplano pataas. Kung mas mataas ang bilis ng sasakyang panghimpapawid, mas mataas ang elevator.

Kung maglalagay ka ng mga patak ng tubig mula sa gripo na may pipette sa isang malinis na baso at hayaan itong mag-evaporate, mananatili ang halos hindi kapansin-pansing mga spot.

Ang tubig ng mga ilog at sapa, karamihan sa mga lawa ay naglalaman ng iba't ibang mga dumi, tulad ng mga natunaw na asin. Ngunit kakaunti ang mga ito, dahil sariwa ang tubig na ito.

Kapag tinitingnan nang hiwalay, ang bawat snowflake ay walang kulay at transparent. Ang sagot ay kapag ang mga snowflake ay bumubuo ng isang malaking masa, sila ay sumasalamin sikat ng araw. Puti ang reflected light dahil puti din ang araw. Bakit buhok ng tao hindi ba pwedeng natural?

Ang buhok ng tao ay naglalaman ng mga pigment na ginagawa itong itim, kayumanggi, blonde, o pula. Ang aming buhok ay naglalaman din ng maliliit na bula ng hangin. Ang mga kumbinasyon ng mga pigment at ang dami ng mga bula ng hangin sa buhok ay tumutukoy sa kulay. Ang mga pigment na matatagpuan sa ating buhok ay hindi maaaring magresulta sa asul o berde kapag pinagsama.

Ang tubig ay dumadaloy sa lupa at sa ilalim ng lupa, pinupuno ang mga sapa, lawa, ilog, dagat at karagatan, lumilikha ng mga palasyo sa ilalim ng lupa.

Bakit naglalakbay ang mga astronaut sa kalawakan? Taliwas sa iniisip ng maraming tao, ang mga astronaut na sakay ng International istasyon ng kalawakan hindi malaya sa grabidad. Ang kalubhaan ng Earth ay nakakaapekto sa lahat ng mga bagay sa orbit. Ngunit ang mataas na altitude kung saan matatagpuan ang istasyon ay ginagawa itong isang pagkahulog magpakailanman. Para bang ang bagay na umiikot ay hindi pa rin dumadampi sa ibabaw ng ating planeta at sa halip ay lumilipad sa ibabaw ng Earth. Isipin ang isang elevator na sasakyan na nahulog mula sa itaas na palapag napakataas na gusali. Ang taong nasa loob ng cabin na ito ay makakaranas ng pansamantalang kawalan ng timbang.

Ang mga astronaut sa orbit ay nakakaranas ng parehong bagay, ngunit sa lahat ng oras. Dahil ang sinag ng araw mahulog sa kapaligiran ng planeta, sila ay nakakalat at nasira. Sa una, ang puting sikat ng araw ay nahahati sa 7 kulay ng bahaghari. Dahil mas nakakalat ang asul kaysa sa ibang mga kulay, nangingibabaw ito. Ngunit ang kalangitan ay hindi kailanman ganap na bughaw dahil sa pagkakaroon ng iba pang mga kulay sa spectrum.

Ang mga katulad na pormasyon sa sahig ng kuweba ay tinatawag na stalagmite.

At kapag ang isang stalactite at isang stalagmite ay tumubo nang magkasama, na bumubuo ng isang haligi ng bato, ito ay tinatawag na stalagnate.

Ang fog ay binubuo ng libu-libong maliliit na patak ng tubig o mga kristal ng yelo na lumulutang sa hangin sa itaas lamang ng lupa. Nabubuo ito kapag malamig ang hangin at mainit ang lupa o vice versa. Sa parehong mga kaso, lumilitaw ang isang makapal na ulap ng singaw ng tubig o mga particle ng yelo at kumakalat sa ibabaw.

Ang tubig ay nabuo sa pamamagitan ng isang kemikal na reaksyon kung saan ang hydrogen ay na-oxidized ng oxygen at ang init ay inilabas. Dahil ito ay umatras na, ang tubig ay hindi maaaring natural na masunog. Bakit umiikot ang mga orasan sa pakanan? Bago ang paglikha mekanikal na relo ang mga tao ay gumagamit ng mga sundial upang makakuha ng ideya kung anong oras na. Sundial lumitaw sa unang pagkakataon sa Northern Hemisphere, kung saan ang paggalaw ng araw ay nagiging sanhi ng paggalaw ng mga anino mula kaliwa pakanan. Mamaya sa kasaysayan ng mekanikal na mga relo, minana nila ang paggalaw na ito mula sa araw.

Ang bilog na hugis ay mainam para sa paggulong sa mga patag na ibabaw. Dahil ang lahat ng mga punto sa gulong ay katumbas ng layo mula sa kanilang axis, ang axis ay nananatili sa parehong taas sa itaas ng lupa, at sasakyan hindi gumagalaw pataas at pababa habang gumagalaw ka sa kalsada. Bilang karagdagan sa pagtiyak na nagbibigay ang aming damit na panloob, pinoprotektahan din nito ang aming mga pribadong bahagi mula sa mga impeksyon at pinsala. Kalinisan - pangunahing dahilan na naka-underwear kami. Dati, ang mga damit ay napakamahal at madalas ay hindi ito mapapalitan ng mga tao.

Ang pagtatangka na ito ay tumatagal ng kaunti, kaya planuhin ito para sa dalawang pagpupulong at unti-unting "lumago" ang mga pandekorasyon, nakakain at hindi nakakain na mga kristal. Maaari kang lumikha ng isang kristal na display, mga kristal upang pangalanan ang iyong sarili, lumikha ng mga kristal na imahe, umasa sa iyong mga ideya at larawan.

Ang tubig ay maaaring nasa lahat ng tatlong estado sa parehong oras: palaging may singaw ng tubig at mga ulap sa hangin, na binubuo ng mga patak ng tubig at mga kristal ng yelo.

Nakakain at hindi nakakain na mga kristal Maaari mong buksan at i-download ang buong teksto o. Paksa: Pagkikristal, mga puspos na solusyon. Ang mga solid ay nahahati sa amorphous at crystalline substance. Lokasyon ng Particle amorphous substance ay random, at ang kanilang istraktura ay kahawig ng mga likido. Ang mga particle ng crystalline substance ay matatagpuan sa kristal na sala-sala. Ang batayan ng grid na ito ay isang unit cell, na paulit-ulit na paulit-ulit.

Ang crystallization o crystallization ay isang phenomenon kung saan ang mga solidong regular na kristal ay nabubuo ng isang likido dahil sa kapaligiran. Ang mga kristal ay maaaring mabuo mula sa mga solusyon, natutunaw, o mga singaw kung saan ang mga pagbabago sa presyon, temperatura, o konsentrasyon ng isang sangkap ay maaaring humantong sa pagkikristal. Para sa isang maayos na proseso, hindi bababa sa isa sa mga sumusunod na kondisyon ang kinakailangan: Pagbabawas ng temperatura ng paunang likido. Pagtaas ng konsentrasyon ng crystallizer dahil sa pagsingaw ng solvent. Pag-acidification ng panimulang materyal na may isang crystallizer.

kanin. 11. Kondensasyon sa mga dingding ng isang malamig na baso ()

Para sa parehong dahilan, sa malamig na panahon, ang loob ng window pane fogs up. Ang malamig na hangin ay hindi maaaring maglaman ng mas maraming singaw ng tubig gaya ng mainit na hangin, kaya ang ilan sa mga ito ay namumuo - nagiging mga patak ng tubig.

Ang crystallization mula sa isang solusyon ay nangyayari kapag ang crystallization substance ay natunaw hanggang sa ang solusyon ay puspos sa isang partikular na temperatura. Pagkatapos ng pag-init, ang solusyon ay nagiging unsaturated muli, ngunit sa paglamig o pagsingaw ng solvent, ang solusyon ay nagiging oversaturated at nangyayari ang crystallization. Ang natural na crystallization ay nangyayari pagkatapos ng pagbuo ng nuclei ng nucleation nucleus. Ang pagkikristal ay maaari ding artipisyal na udyok ng tinatawag na inoculation - sa pamamagitan ng pagpapakilala banyagang katawan sa solusyon, at ang paraang ito ay ginagamit, halimbawa, sa paggawa ng asukal.

Ang puting trail sa likod ng isang eroplano na lumilipad sa kalangitan ay resulta rin ng condensation ng tubig.

Ang pangalan ay nagmula sa Arabic beetroot - puti. Karagdagang paggamit sa industriya ng kemikal at pagkain, salamin, papel, agrikultura bilang pataba at para sa welding ng forge. Para sa mga layuning ito, inihanda din ito nang artipisyal. Mga tool: Borax, kettle, tubig, malinaw na baso, twirl o straw, sinulid o alambre, panlinis ng tubo, pangkulay ng pagkain, kutsara.

Konstruksyon: Bumubuo kami ng anumang hugis mula sa pipe cleaner. Ikinakabit namin ang hugis na ito sa isang thread o wire. Nagsabit kami ng stick sa isang kutsara o dayami. Nagbubuhos kami ng tubig sa isang tsarera at ibuhos ito sa isang baso. Paghaluin ang borax sa tubig hanggang sa makuha ang isang puspos na solusyon. Kung ang natitirang borax ay nananatili sa lalagyan, muling buuin ang solusyon sa isang malinis na baso. Gamit ang isang skewer, isabit ang aming mabalahibong wire na katawan sa salamin upang ito ay ganap na nahuhulog sa saturated borax solution na aming ginawa at hindi ito dumampi sa mga dingding at ilalim ng salamin sa anumang oras.

Kapag pinainit, "lumalawak" ang tubig. Ang isang simpleng eksperimento ay maaaring patunayan ito: isang glass tube ay ibinaba sa isang prasko na may tubig at ang antas ng tubig sa loob nito ay sinukat; pagkatapos ang prasko ay ibinaba sa isang sisidlan na may maligamgam na tubig at, pagkatapos ng pagpainit ng tubig, ang antas sa tubo ay sinukat muli, na kapansin-pansing tumaas, dahil ang tubig ay tumataas sa dami kapag pinainit.

Ang buong sistema ay iniwan magdamag sa solusyon upang ang borax ay makapag-kristal. Paliwanag: Ang malambot na kawad ay ang lugar kung saan ang crystallization nuclei ay napakahusay na nabuo, kung saan ang mga kristal ng borax ay unti-unting nakaimpake at ang kristal ay lumalaki. Ang pagkikristal ay pinabilis gamit ang mainit na tubig upang bumuo ng isang puspos na solusyon at paglamig at pagsingaw upang makagawa ng labis na solusyon.

Oras: paghahanda ng eksperimento at paghahanda ng lahat ng tulong 5 minuto. Eksperimento ng pagsubok5 min. Paglago ng kristal 24 na oras. Pagtatalaga ng mga kristal. Tinatayang 10 minuto. Subukan ang 5 minuto. Sa loob ng 25 minuto at 24 na oras. Ang karagdagang talakayan ng eksperimento at ang pagbabago nito ay posible.

kanin. 14. Ang isang prasko na may tubo, ang numero 1 at isang linya ay nagpapahiwatig ng paunang lebel ng tubig

kanin. 15. Ang isang prasko na may tubo, ang numero 2 at isang linya ay nagpapahiwatig ng antas ng tubig kapag pinainit

Ito ay nagpapahayag kung paano panloob na enerhiya, ibig sabihin. ang kabuuan ng enerhiya ng paggalaw at ang posisyon ng mga particle ng isang katawan kapag ang katawan na iyon ay lumalamig o nagpapataas ng temperatura nito. Ang init ay katumbas ng enerhiya na ibinibigay ng mainit na katawan sa panahon ng pagpapalitan ng init. Ang paglipat ng init ay nagpapatuloy sa pamamagitan ng radiation.

Sa lahat ng mga estado, ang mga molekula ay nasa patuloy na hindi maayos na paggalaw. Ang bawat butil ay may sariling lugar na nanginginig sa paligid nito. Kapag pinainit ang mga particle, mas mabilis silang nag-vibrate. Kapag ang temperatura ay tumaas nang sapat, ang mga particle ay lalabas sa kanilang nakapirming posisyon at magsisimulang malayang gumalaw. Sa puntong ito solid magsisimulang maging likido. Tinatawag namin itong pagkatunaw na nangyayari, at sinasabi namin na ang tela ay natutunaw.

Solidification Kapag ang likido ay pinalamig, nagsisimula itong tumigas sa isang tiyak na temperatura at nagiging tissue. Ang mga particle na malayang gumagalaw ay mas mabagal habang bumababa ang temperatura hanggang sa magtagpo ang mga ito at tumira tiyak na posisyon sa paligid kung saan sila ay nag-vibrate. Ang likido ay nagiging solid. Tinatawag namin itong solidification, at sinasabi namin na ang substance ay magpapatigas.

Ang pagkulo ay nangyayari kapag ang isang likido ay pinainit hanggang sa kumukulo. Iba-iba ang boiling point para sa iba't ibang likido. Ang kumukulo na punto ay nakasalalay din sa presyon sa itaas ng likido. Nakakaapekto rin ito sa pagkulo sa mga sisidlan na may malaking taas. Ang likido ay pumasa sa gas mula lamang sa ibabaw. Ang evaporating liquid ay nag-aalis ng init mula sa kapaligiran. Ang pagsingaw ay nangyayari sa anumang likidong temperatura.

kanin. 16. Ang isang prasko na may tubo, ang numero 3 at isang linya ay nagpapahiwatig ng antas ng tubig sa panahon ng paglamig

Mga Lesson Plan ng Government Affairs, Mga Aktibidad ng Mag-aaral at Graphic Organizer

Kung mas mataas ang temperatura, mas mabilis ang pagsingaw, mga sukat sa ibabaw-sa-ibabaw, mas mabilis na pagsingaw, mga katangian ng likido, daloy ng gas sa likido, presyon ng singaw ng gas sa likido. Ang bagay ay maaaring ilarawan bilang isang bagay na sumasakop sa espasyo sa ating uniberso. Ang uri ng mga particle at ang paraan ng pagkakaayos ng mga particle ay tumutukoy kung ano ang magiging hitsura ng tanong at kung ano ang magagawa nito. Ang isang mahusay na pag-unawa sa estado ng bagay ay ang susi sa paglalarawan ng uniberso sa paligid natin.

Mga katangian ng iba't ibang estado ng bagay

Ang uri ng indibidwal o pangkat na takdang-aralin.

kanin. 17. Mga molekula ng tubig sa normal na temperatura

kanin. 18. Mga molekula ng tubig kapag pinainit

kanin. 19. Mga molekula ng tubig sa panahon ng paglamig

Ang ganitong mga pag-aari ay nagmamay-ari hindi lamang ng tubig, kundi pati na rin ng iba pang mga likido (alkohol, mercury, gasolina, kerosene).

Ang kaalaman sa katangiang ito ng mga likido ay humantong sa pag-imbento ng isang thermometer (thermometer), na gumagamit ng alkohol o mercury.

Ang ari-arian na ito ay isinasaalang-alang kapag naglalagay ng mga tubo ng tubig, na dapat na insulated upang kapag nagyeyelo, ang yelo na nabuo mula sa tubig ay hindi masira ang mga tubo.

Ang tubig na nagyeyelo sa mga bitak sa kalsada ay humahantong sa pagkasira ng aspalto na simento.

Vakhrushev A.A., Danilov D.D. Ang mundo sa paligid 3. M .: Ballas.
Dmitrieva N.Ya., Kazakov A.N. Ang mundo sa paligid ng 3. M .: Publishing house "Fedorov".
Pleshakov A.A. Nakapaligid na mundo 3. M .: Enlightenment.

Festival of Pedagogical Ideas ().
Agham at edukasyon ().
Pampublikong klase ().

Gumawa ng maikling pagsusulit (4 na tanong na may tatlong posibleng sagot) sa paksang "Tubig sa paligid natin".
Magsagawa ng isang maliit na eksperimento: maglagay ng isang baso ng napakalamig na tubig sa mesa sa isang mainit na silid. Ilarawan kung ano ang mangyayari, ipaliwanag kung bakit.
*Iguhit ang paggalaw ng mga molekula ng tubig sa isang heated, normal at cooled na estado. Kung kinakailangan, sumulat ng mga caption sa iyong drawing.

Ang tubig ay ang pinaka-karaniwang sangkap sa planeta, at may isang tampok na nakikilala ito mula sa iba pang mga likido: kapag pinainit mula sa punto ng pagkatunaw nito hanggang sa 40 ° C, ang compressibility nito ay tumataas at pagkatapos ay bumababa.

Mga natatanging katangian ng tubig

Sa Earth, walang mas mahalaga para sa mga tao kaysa sa tubig. Ang mga karagatan at dagat ay sumasakop sa ¾ ng ibabaw ng planeta, isa pang 20% ng ibabaw ng lupa ay natatakpan ng niyebe at yelo - solidong tubig. Kung hindi dahil sa tubig, na direktang nakakaapekto sa klima, ang Earth ay magiging isang walang buhay na bato na lumilipad sa kalawakan.

Kumokonsumo ang sangkatauhan ng hindi bababa sa 1 bilyong toneladang tubig kada araw, habang kabuuan ang mapagkukunan sa planeta ay nananatiling pareho. Milyun-milyong taon na ang nakalilipas, mayroong kasing dami ng tubig sa ibabaw ng Earth gaya ngayon.

Ang mga buhay na organismo na naninirahan sa planeta ay natutong umangkop sa masamang kondisyon. Ngunit walang nilalang ang maaaring umiral nang walang tubig - ang sangkap na ito ay nakapaloob sa lahat ng mga hayop at halaman. Ang katawan ng tao ay binubuo ng ¾ tubig.

Ang nilalaman ng tubig sa katawan ng tao

Ang mga pangunahing katangian ng tubig:

Walang kulay;

transparent;

Walang amoy at lasa;

May kakayahang manatili sa tatlong estado ng pagsasama-sama;

May kakayahang lumipat mula sa isang estado ng pagsasama-sama patungo sa isa pa;

Isang eksperimento na nagpapakita ng mga katangian ng tubig kapag pinainit at pinalamig

Upang magsagawa ng eksperimento sa bahay, kakailanganin mo ng dalawang lalagyan at dalawang laboratoryo na flasks na may gas outlet tube, pati na rin ang mga sangkap: yelo, mainit na tubig at tubig sa temperatura ng silid.

Ibuhos ang tubig sa temperatura ng silid sa dalawang magkatulad na flasks, markahan ang antas ng tubig na may marka at ibaba ito sa dalawang lalagyan - na may mainit na tubig at yelo. Ano ang resulta ng eksperimento? Ang tubig sa prasko, na inilubog sa mainit na tubig, ay tumataas sa itaas ng marka. Ang tubig sa prasko, na inilagay sa yelo, ay bumaba sa ibaba ng marka.

Konklusyon: Bilang resulta ng pag-init, lumalawak ang tubig, at kapag lumamig ito, kumukontra ito.

Isang eksperimento na nagpapakita ng mga katangian ng tubig sa panahon ng pag-iimbak sa ilalim ng iba't ibang kondisyon

Ang eksperimento ay isinasagawa sa bahay sa gabi. Pinupuno namin ang tatlong magkaparehong lalagyan (angkop ang mga baso) na may 100 ML ng tubig. Naglalagay kami ng isang baso sa windowsill, ang pangalawa - sa mesa, ang pangatlo - malapit sa baterya.

Sa umaga inihambing namin ang mga resulta: sa baso na naiwan sa windowsill, ang tubig ay sumingaw ng 1/3, sa baso sa mesa ang tubig ay sumingaw ng kalahati, ang baso na malapit sa baterya ay naging walang laman at tuyo: ang ang tubig ay sumingaw mula dito. Konklusyon: ang pagsingaw ng tubig ay nakasalalay sa temperatura ng kapaligiran, at mas mataas ito, ang mas mabilis na tubig sumingaw.

Ginagawang tubig ang singaw ng tubig

Para sa eksperimento, naghahanda kami ng mga espesyal na kagamitan:

lampara ng alkohol;

bakal na plato;

Isang flask na may gas outlet tube.

Ibuhos ang tubig sa prasko at init sa isang alcohol lamp hanggang sa kumulo. Malapit tubo ng gas panatilihing malamig bakal na plato- ang singaw ay naninirahan dito sa anyo ng mga patak ng tubig. pagbabagong-anyo puno ng gas na tubig sa isang likido ay tinatawag na condensation. Konklusyon: kapag malakas na pinainit, ang tubig ay nagiging singaw at bumalik sa isang likidong estado kapag ito ay nakipag-ugnay sa isang malamig na ibabaw.

Kondensasyon sa ibabaw ng salamin

Pag-init ng tubig hanggang sa kumulo

Ang tubig na umabot sa kumukulo ay mayroon mga katangiang katangian: kumukulo ang likido, lumilitaw ang mga bula sa loob, tumataas ang makapal na singaw. Nangyayari ito dahil ang mga molekula ng tubig, kapag pinainit, ay tumatanggap ng karagdagang enerhiya mula sa pinagmumulan ng init at gumagalaw nang mas mabilis. Sa matagal na pag-init, ang likido ay umabot sa kumukulo: lumilitaw ang mga bula sa mga dingding ng ulam.

pinainit na tubig

Kung hindi huminto ang pagkulo, ang proseso ay magpapatuloy hanggang ang lahat ng tubig ay na-convert sa gas. Habang tumataas ang temperatura, tumataas ang presyon, mas mabilis na gumagalaw ang mga molekula ng tubig at nalalampasan ang mga intermolecular na puwersa na nagbubuklod sa kanila. Ang presyon ng atmospera ay sumasalungat sa presyon ng singaw. Ang tubig ay kumukulo kapag ang presyon ng singaw ay lumampas o umabot sa panlabas na presyon.

Sa mga sistema ng pagpainit ng tubig, ang tubig ay ginagamit upang ilipat ang init mula sa generator nito patungo sa mamimili.
Ang pinakamahalagang katangian ng tubig ay:
kapasidad ng init;
pagbabago ng dami sa panahon ng pag-init at paglamig;
mga katangian ng kumukulo na may mga pagbabago sa panlabas na presyon;
cavitation.
Isaalang-alang ang data pisikal na katangian tubig.

Tiyak na init

Ang isang mahalagang katangian ng anumang coolant ay ang kapasidad ng init nito. Kung ipahayag natin ito sa mga tuntunin ng pagkakaiba ng masa at temperatura ng coolant, nakukuha natin ang tiyak na kapasidad ng init. Ito ay minarkahan ng titik c at may sukat kJ/(kg K) Tiyak na init ay ang dami ng init na kailangang ilipat sa 1 kg ng isang sangkap (halimbawa, tubig) upang mapainit ito ng 1 ° C. Sa kabaligtaran, ang isang sangkap ay nagbibigay ng parehong dami ng enerhiya kapag pinalamig. Average na halaga tiyak na init ang tubig sa pagitan ng 0 °C at 100 °C ay:
c = 4.19 kJ/(kg K) o c = 1.16 Wh/(kg K)
Ang dami ng init na hinihigop o inilabas Q ipinahayag sa J o kJ, depende sa masa m ipinahayag sa kg, tiyak na kapasidad ng init c at pagkakaiba sa temperatura, na ipinahayag sa K.

Taas-baba ang volume

Lahat likas na materyales lumawak kapag pinainit at kumukurot kapag pinalamig. Ang tanging pagbubukod sa panuntunang ito ay tubig. Ang kakaibang katangiang ito ay tinatawag na anomalya ng tubig. Ang tubig ay may pinakamataas na density sa +4 °C, kung saan ang 1 dm3 = 1 l ay may mass na 1 kg.

Kung ang tubig ay pinainit o pinalamig mula sa puntong ito, ang dami nito ay tumataas, na nangangahulugang pagbaba ng density, ibig sabihin, ang tubig ay nagiging mas magaan. Ito ay malinaw na makikita sa halimbawa ng isang tangke na may overflow point. Ang tangke ay naglalaman ng eksaktong 1000 cm3 ng tubig sa temperatura na +4 °C. Kapag ang tubig ay pinainit, ang isang tiyak na halaga ay ibubuhos mula sa tangke sa isang sukat na lalagyan. Kung ang tubig ay pinainit sa 90 °C, eksaktong 35.95 cm3 ang ibubuhos sa sukat na lalagyan, na katumbas ng 34.7 g. Lumalawak din ang tubig kapag ito ay pinalamig sa ibaba +4 °C.

Salamat sa anomalyang ito, ang tubig na malapit sa mga ilog at lawa ay tiyak na nagyeyelo sa taglamig itaas na layer. Sa parehong dahilan, lumulutang ang yelo sa ibabaw at araw ng tagsibol maaaring matunaw ito. Hindi ito mangyayari kung ang yelo ay mas mabigat kaysa sa tubig at lumubog sa ilalim.

Reservoir na may overflow point

Gayunpaman, ang gayong pag-aari upang mapalawak ay maaaring mapanganib. Halimbawa, mga makina ng sasakyan at ang mga water pump ay maaaring pumutok kung ang tubig sa mga ito ay nagyeyelo. Upang maiwasan ito, ang mga additives ay idinagdag sa tubig upang maiwasan ang pagyeyelo. Ang mga glycol ay kadalasang ginagamit sa mga sistema ng pag-init; tingnan ang detalye ng tagagawa para sa ratio ng tubig sa glycol.

Mga katangian ng tubig na kumukulo

Kung ang tubig ay pinainit sa isang bukas na lalagyan, ito ay kumukulo sa 100°C. Kung susukatin mo ang temperatura ng tubig na kumukulo, lumalabas na ito ay nananatili sa 100 ° C hanggang sa ang huling patak ay sumingaw. Kaya, ang patuloy na pagkonsumo ng init ay ginagamit para sa kumpletong pagsingaw ng tubig, ibig sabihin, mga pagbabago sa estado ng pagsasama-sama nito.

Ang enerhiya na ito ay tinatawag ding latent (latent) na init. Kung magpapatuloy ang supply ng init, ang temperatura ng nagreresultang singaw ay magsisimulang tumaas muli.

Ang inilarawang proseso ay ibinibigay sa presyon ng hangin na 101.3 kPa sa ibabaw ng tubig. Sa anumang iba pang presyon ng hangin, ang kumukulo na punto ng tubig ay nagbabago mula sa 100 °C.

Kung inuulit namin ang inilarawang eksperimento sa taas na 3000 m - halimbawa, sa Zugspitze, ang pinaka mataas na rurok Germany - malalaman natin na kumukulo na ang tubig doon sa 90 ° C. Ang dahilan para sa pag-uugali na ito ay ang pagbaba presyon ng atmospera may taas.

Kung mas mababa ang presyon sa ibabaw ng tubig, mas mababa ang kumukulo. Sa kabaligtaran, ang punto ng kumukulo ay tataas habang tumataas ang presyon sa ibabaw ng tubig. Ang ari-arian na ito ay ginagamit, halimbawa, sa mga pressure cooker.

Ipinapakita ng graph ang pagdepende ng kumukulong punto ng tubig sa presyon. Ang presyon sa mga sistema ng pag-init ay sadyang tumaas. Nakakatulong ito upang maiwasan ang pagbuo ng mga bula ng gas sa panahon ng kritikal na kondisyon ng operating at pinipigilan din ang pagpasok ng hangin sa labas sa system.

Pagpapalawak ng tubig kapag pinainit at proteksyon laban sa sobrang presyon

Gumagana ang mga hot water heating system sa temperatura ng tubig hanggang 90 °C. Karaniwan ang sistema ay puno ng tubig sa 15°C, na pagkatapos ay lumalawak kapag pinainit. Ang pagtaas ng volume na ito ay hindi dapat pahintulutang humantong sa sobrang presyon at pag-apaw ng likido.

Kapag naka-off ang heating panahon ng tag-init, bumabalik ang dami ng tubig sa orihinal nitong halaga. Kaya, upang matiyak ang walang harang na pagpapalawak ng tubig, kinakailangan na mag-install ng isang sapat na malaking tangke.

Ang mga lumang sistema ng pag-init ay may bukas na mga tangke ng pagpapalawak. Palagi silang matatagpuan sa itaas ng pinakamataas na seksyon ng pipeline. Kapag ang temperatura sa sistema ay tumaas, na nagiging sanhi ng pagpapalawak ng tubig, ang antas sa tangke ay tumataas din. Sa pagbaba ng temperatura, ito, ayon sa pagkakabanggit, ay nabawasan.

Ang mga modernong sistema ng pag-init ay gumagamit ng mga tangke ng pagpapalawak ng lamad (MBV). Kapag tumaas ang presyon sa system, ang presyon sa mga pipeline at iba pang elemento ng system ay hindi dapat pahintulutang tumaas nang higit sa limitasyon na halaga.

kaya lang kinakailangan para sa bawat sistema ng pag-init ay ang pagkakaroon ng isang balbula sa kaligtasan.

Kapag ang presyon ay tumaas nang higit sa pamantayan, ang balbula ng kaligtasan ay dapat bumukas at dumugo ang labis na dami ng tubig na hindi kayang tanggapin ng tangke ng pagpapalawak. Gayunpaman, sa isang maingat na idinisenyo at pinapanatili na sistema, ang ganitong kritikal na kondisyon ay hindi dapat mangyari.

Ang lahat ng mga pagsasaalang-alang na ito ay hindi isinasaalang-alang ang katotohanan na ang circulation pump ay higit na nagpapataas ng presyon sa system. Ang ugnayan sa pagitan ng pinakamataas na temperatura ng tubig, ang napiling bomba, ang laki ng tangke ng pagpapalawak at ang setting ng pressure relief valve ay dapat na maingat na maitatag. Random na pagpili ng mga elemento ng system - kahit na batay sa kanilang gastos - sa kasong ito hindi katanggap-tanggap.

Ang diaphragm expansion vessel ay ibinibigay na puno ng nitrogen. Ang paunang presyon sa tangke ng pagpapalawak ng diaphragm ay dapat na iakma depende sa sistema ng pag-init. Ang lumalawak na tubig mula sa sistema ng pag-init ay pumapasok sa tangke at nag-compress silid ng gas sa pamamagitan ng dayapragm. Ang mga gas ay maaaring mag-compress, ngunit ang mga likido ay hindi.

Presyon

Pagtuklas ng presyon
Ang presyon ay ang static na presyon ng mga likido at gas na sinusukat sa mga sisidlan, mga pipeline na may kaugnayan sa presyon ng atmospera (Pa, mbar, bar).

Static na presyon
Ang static pressure ay ang presyon ng isang still fluid.
Static pressure = antas sa itaas ng katumbas na sukatan + paunang presyon sa expansion vessel.

dynamic na presyon
Ang dinamikong presyon ay ang presyon ng isang gumagalaw na daloy ng likido. Pump Discharge Pressure Ito ang outlet pressure ng isang centrifugal pump kapag ito ay tumatakbo.

Pagbaba ng presyon
Ang presyon na binuo ng isang centrifugal pump upang madaig ang kabuuang paglaban ng system. Ito ay sinusukat sa pagitan ng inlet at outlet ng centrifugal pump.

Presyon sa pagpapatakbo
Ang presyon na naroroon sa system kapag tumatakbo ang bomba. Pinahihintulutang presyon ng pagtatrabaho Ang pinakamataas na halaga ng presyon ng pagtatrabaho na pinapayagan mula sa mga kondisyon ng ligtas na operasyon ng bomba at sistema.

cavitation

cavitation- ito ang pagbuo ng mga bula ng gas bilang isang resulta ng paglitaw ng isang lokal na presyon sa ibaba ng presyon ng singaw ng pumped liquid sa pasukan ng impeller. Ito ay humahantong sa isang pagbaba sa pagganap (ulo) at kahusayan at nagiging sanhi ng ingay at pagkasira ng materyal ng mga panloob na bahagi ng bomba. Dahil sa pagbagsak ng mga bula ng hangin sa mga lugar na may mas mataas na presyon (halimbawa, sa labasan ng impeller), ang mga mikroskopikong pagsabog ay nagdudulot ng mga pagtaas ng presyon na maaaring makapinsala o makasira sa hydraulic system. Ang unang palatandaan nito ay ang ingay sa impeller at ang pagguho nito.

Ang isang mahalagang parameter ng isang centrifugal pump ay NPSH (taas ng column ng likido sa itaas ng suction nozzle ng pump). Tinutukoy nito ang pinakamababang presyon ng pumapasok ng bomba na kinakailangan ng uri ng bomba upang gumana nang walang cavitation, ibig sabihin, ang karagdagang presyon na kinakailangan upang maiwasan ang pagbuo ng mga bula. Ang halaga ng NPSH ay apektado ng uri ng impeller at bilis ng bomba. Ang mga panlabas na kadahilanan na nakakaimpluwensya sa parameter na ito ay temperatura ng likido, presyon ng atmospera.

Pag-iwas sa Cavitation
Upang maiwasan ang cavitation, ang likido ay dapat pumasok sa inlet ng centrifugal pump sa isang tiyak na minimum suction lift, na depende sa temperatura at atmospheric pressure.
Ang iba pang mga paraan upang maiwasan ang cavitation ay:
Pagtaas ng static na presyon
Pagbabawas ng temperatura ng likido (pagbabawas ng vaporization pressure PD)
Pagpili ng pump na may mas mababang pare-parehong hydrostatic head (pinakamababang suction head, NPSH)
Ang mga espesyalista ng kumpanyang "Agrovodkom" ay magiging masaya na tulungan kang magpasya ang pinakamahusay na pagpipilian bomba. Makipag-ugnayan sa amin!

Alexander 2013-10-22 09:38:26
[Sagot] [Sumagot ng may sipi][Kanselahin ang tugon]

nikolay 2016-01-13 13:10:54

Mensahe mula kay Alexander
Sa madaling salita, kung saradong sistema ang pag-init ay may dami ng tubig na 100l. at isang temperatura ng 70 degrees - kung magkano ang dami ng tubig ay tataas. presyon ng tubig sa system 1.5 bar.

3.5--4.0 litro

[Sagot] [Sumagot ng may sipi][Kanselahin ang tugon]

Iniharap ng Japanese physicist na si Masakazu Matsumoto ang isang teorya na nagpapaliwanag kung bakit lumiliit ang tubig kapag pinainit mula 0 hanggang 4°C sa halip na lumawak. Ayon sa kanyang modelo, ang tubig ay naglalaman ng mga microformations - "vitrites", na convex hollow polyhedrons, sa vertices kung saan mayroong mga molekula ng tubig, at ang mga hydrogen bond ay nagsisilbing mga gilid. Habang tumataas ang temperatura, dalawang phenomena ang nakikipagkumpitensya sa isa't isa: ang pagpahaba ng mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga molekula ng tubig at ang pagpapapangit ng mga vitrite, na humahantong sa pagbaba sa kanilang mga cavity. Sa hanay ng temperatura mula 0 hanggang 3.98°C, ang huling phenomenon ay nangingibabaw sa epekto ng pagpapahaba ng hydrogen bond, na sa huli ay nagbibigay ng naobserbahang compression ng tubig. Sa ngayon, walang pang-eksperimentong kumpirmasyon ng modelong Matsumoto - gayunpaman, pati na rin ang iba pang mga teorya na nagpapaliwanag sa compression ng tubig.

Hindi tulad ng karamihan sa mga sangkap, kapag pinainit, ang tubig ay maaaring mabawasan ang dami nito (Larawan 1), iyon ay, mayroon itong negatibong koepisyent ng thermal expansion. gayunpaman, nag-uusap kami hindi tungkol sa buong saklaw ng temperatura kung saan umiiral ang tubig sa isang likidong estado, ngunit halos isang makitid na lugar lamang - mula 0 ° C hanggang 4 ° C. Kailan b O Sa mas mataas na temperatura, ang tubig, tulad ng iba pang mga sangkap, ay lumalawak.

Sa pamamagitan ng paraan, ang tubig ay hindi lamang ang sangkap na may posibilidad na lumiit kapag tumaas ang temperatura (o lumalawak kapag pinalamig). Ang bismuth, gallium, silicon at antimony ay maaari ding "magyabang" ng katulad na pag-uugali. Gayunpaman, dahil sa mas kumplikado nito panloob na istraktura, pati na rin ang pagkalat at kahalagahan sa iba't ibang mga proseso, ito ay tubig na umaakit ng pansin ng mga siyentipiko (tingnan. Ang pag-aaral ng istraktura ng tubig ay nagpapatuloy, "Mga Elemento", 09.10.2006).

Ilang oras na ang nakalipas, ang pangkalahatang tinatanggap na teorya, na sumasagot sa tanong kung bakit pinapataas ng tubig ang dami nito sa pagbaba ng temperatura (Larawan 1), ay ang modelo ng pinaghalong dalawang bahagi - "normal" at "tulad ng yelo". Ang teoryang ito ay unang iminungkahi noong ika-19 na siglo ni Harold Whiting at kalaunan ay binuo at pinahusay ng maraming mga siyentipiko. Kamakailan lamang, sa loob ng balangkas ng natuklasang polymorphism ng tubig, muling pinag-isipan ang teorya ni Whiting. Mula ngayon, pinaniniwalaan na sa supercooled na tubig mayroong dalawang uri ng mga nanodomain na parang yelo: mga lugar na katulad ng amorphous na yelo na may mataas at mababang density. Ang pag-init ng supercooled na tubig ay humahantong sa pagkatunaw ng mga nanostructure na ito at ang hitsura ng dalawang uri ng tubig: na may mas mataas at mas mababang density. Ito ay ang tusong kumpetisyon sa temperatura sa pagitan ng dalawang "uri" ng nagreresultang tubig na nagdudulot ng hindi monotonic na pagdepende ng density sa temperatura. Gayunpaman, ang teoryang ito ay hindi pa nakumpirma sa eksperimento.

Kailangan mong maging maingat sa paliwanag na ito. Ito ay hindi nagkataon na tanging mga istruktura na kahawig ng amorphous na yelo ang nabanggit dito. Ang punto ay ang mga nanoscopic na rehiyon ng amorphous na yelo at ang mga macroscopic na analog nito ay may iba't ibang mga pisikal na parameter.

Ang Japanese physicist na si Masakazu Matsumoto ay nagpasya na maghanap ng paliwanag para sa epekto na tinalakay dito "mula sa simula", na itinatapon ang teorya ng isang pinaghalong dalawang bahagi. Gamit ang mga computer simulation, tiningnan niya ang mga pisikal na katangian ng tubig sa malawak na hanay ng mga temperatura, mula 200 hanggang 360 K sa zero pressure, upang malaman sa molecular scale ang tunay na mga sanhi ng pagpapalawak ng tubig habang ito ay lumalamig. Ang kanyang artikulo sa magazine Mga Liham ng Pagsusuri sa Pisikal ito ay tinatawag na: Bakit Lumalawak ang Tubig Kapag Lumalamig? Bakit lumalawak ang tubig kapag lumalamig?

Sa una, tinanong ng may-akda ng artikulo ang tanong: ano ang nakakaapekto sa koepisyent ng thermal expansion ng tubig? Naniniwala si Matsumoto na para dito sapat na upang malaman ang impluwensya ng tatlong salik lamang: 1) pagbabago sa haba ng mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga molekula ng tubig, 2) indeks ng topological - ang bilang ng mga bono sa bawat molekula ng tubig, at 3) paglihis ng ang anggulo sa pagitan ng mga bono mula sa halaga ng ekwilibriyo (angular distortion).

Bago natin pag-usapan ang mga resultang nakuha ng Japanese physicist, gagawa tayo ng mahahalagang komento at paglilinaw tungkol sa tatlong salik sa itaas. Una sa lahat, nakagawian pormula ng kemikal ang tubig H 2 O ay tumutugma lamang sa estado ng singaw nito. Sa likidong anyo, ang mga molekula ng tubig ay pinagsama sa mga grupo (H 2 O) sa pamamagitan ng hydrogen bonding. x, Saan x ay ang bilang ng mga molekula. Ang pinaka-energetically kanais-nais na kumbinasyon ng limang mga molekula ng tubig ( x= 5) na may apat na hydrogen bond, kung saan nabuo ang mga bond punto ng balanse, tinatawag na tetrahedral anggulo, katumbas ng 109.47 degrees (tingnan ang Fig. 2).

Matapos suriin ang pag-asa ng haba ng hydrogen bond sa pagitan ng mga molekula ng tubig sa temperatura, dumating si Matsumoto sa inaasahang konklusyon: ang pagtaas ng temperatura ay nagbibigay ng isang linear na pagpahaba ng mga bono ng hydrogen. At ito, sa turn, ay humahantong sa isang pagtaas sa dami ng tubig, iyon ay, sa pagpapalawak nito. Ang katotohanang ito ay sumasalungat sa naobserbahang mga resulta, kaya't higit niyang isinaalang-alang ang impluwensya ng pangalawang kadahilanan. Paano nakadepende ang koepisyent ng thermal expansion sa topological index?

Ang computer simulation ay nagbigay ng sumusunod na resulta. Sa mababang temperatura Ang pinakamalaking dami ng tubig sa mga terminong porsyento ay inookupahan ng mga kumpol ng tubig, na mayroong 4 na hydrogen bond bawat molekula (ang topological index ay 4). Ang pagtaas sa temperatura ay nagdudulot ng pagbaba sa bilang ng mga nauugnay sa index 4, ngunit sa parehong oras, ang bilang ng mga kumpol na may mga indeks 3 at 5 ay nagsisimulang tumaas. Ang pagkakaroon ng mga numerical na kalkulasyon, nalaman ni Matsumoto na ang lokal na dami ng mga kumpol na may topological Ang index 4 ay halos hindi nagbabago sa pagtaas ng temperatura, at ang pagbabago sa kabuuang dami ng mga iniuugnay na may mga indeks 3 at 5 sa anumang temperatura ay magkatumbas sa bawat isa. Samakatuwid, ang isang pagbabago sa temperatura ay hindi nagbabago sa kabuuang dami ng tubig, na nangangahulugan na ang topological index ay walang epekto sa compression ng tubig kapag ito ay pinainit.

Ito ay nananatiling ipaliwanag ang impluwensya ng angular na pagbaluktot ng mga bono ng hydrogen. At dito nagsisimula ang pinaka-kawili-wili at mahalaga. Tulad ng nabanggit sa itaas, ang mga molekula ng tubig ay may posibilidad na magkaisa upang ang anggulo sa pagitan ng mga bono ng hydrogen ay tetrahedral. Gayunpaman, ang mga thermal vibrations ng mga molekula ng tubig at mga pakikipag-ugnayan sa ibang mga molekula na hindi kasama sa kumpol ay pumipigil sa kanila na gawin ito, na lumilihis sa anggulo ng hydrogen bond mula sa equilibrium na halaga na 109.47 degrees. Upang mabilang ang prosesong ito ng angular deformation, Matsumoto et al., batay sa kanilang dating trabaho Topological building blocks ng hydrogen bond network sa tubig, na inilathala noong 2007 sa Journal ng Chemical Physics, naglagay ng hypothesis tungkol sa pagkakaroon ng tatlong-dimensional na microstructure sa tubig, na kahawig ng convex hollow polyhedra. Nang maglaon, sa kasunod na mga publikasyon, tinawag nila ang gayong mga microstructure vitrites(Larawan 3). Sa kanila, ang mga vertices ay mga molekula ng tubig, ang papel ng mga gilid ay nilalaro ng mga bono ng hydrogen, at ang anggulo sa pagitan ng mga bono ng hydrogen ay ang anggulo sa pagitan ng mga gilid sa vitrite.

Ayon sa teorya ni Matsumoto, mayroong napakaraming uri ng mga vitrite, na, tulad ng mga elemento ng mosaic, ay bumubuo. karamihan mga istruktura ng tubig at sa parehong oras ay pantay na pinupuno ang buong dami nito.

Ang mga molekula ng tubig ay may posibilidad na lumikha ng mga anggulo ng tetrahedral sa mga vitrite, dahil ang mga vitrite ay dapat magkaroon ng pinakamababang posibleng enerhiya. Gayunpaman, dahil sa mga thermal motions at mga lokal na pakikipag-ugnayan sa iba pang mga vitrite, ang ilang microstructure ay walang geometry na may mga tetrahedral na anggulo (o mga anggulo na malapit sa halagang ito). Tinatanggap nila ang gayong mga istrukturang hindi equilibrium na mga pagsasaayos (na hindi ang pinaka-kanais-nais para sa kanila mula sa isang punto ng enerhiya), na nagpapahintulot sa buong "pamilya" ng mga vitrite na makatanggap pinakamaliit na halaga enerhiya sa mga posible. Ang ganitong mga vitrite, iyon ay, mga vitrite na, para bang, isinasakripisyo ang kanilang sarili sa "mga karaniwang interes ng enerhiya", ay tinatawag na bigo. Kung sa mga non-frustrated vitrites ang dami ng cavity ay maximum sa isang naibigay na temperatura, kung gayon ang mga frustrated vitrites, sa kabaligtaran, ay may pinakamababang posibleng dami.

Ang mga simulation ng computer ni Matsumoto ay nagpakita na ang average na dami ng vitrite cavities ay bumababa nang linearly sa pagtaas ng temperatura. Kasabay nito, ang mga bigo na vitrite ay makabuluhang bawasan ang kanilang lakas ng tunog, habang ang dami ng lukab ng mga di-frustrated vitrite ay halos hindi nagbabago.

Kaya, ang compression ng tubig na may pagtaas ng temperatura ay sanhi ng dalawang nakikipagkumpitensya na epekto - ang pagpahaba ng mga bono ng hydrogen, na humahantong sa isang pagtaas sa dami ng tubig, at pagbaba sa dami ng mga cavity ng mga bigong vitrites. Sa hanay ng temperatura mula 0 hanggang 4°C, ang huling phenomenon, tulad ng ipinapakita ng mga kalkulasyon, nangingibabaw, na sa huli ay humahantong sa naobserbahang compression ng tubig na may pagtaas ng temperatura.

Ito ay nananatiling maghintay para sa pang-eksperimentong kumpirmasyon ng pagkakaroon ng mga vitrite at ang kanilang pag-uugali. Ngunit ito, sayang, ay isang napakahirap na gawain.