Чому вода замерзає?

 Вода є не тільки одним з найбільш необхідних, але і найдивовижніших явищ на нашій планеті.

 

Відомо, що фактично всі речовини, які мають природне або штучне походження здатні перебувати в різних агрегатних станах і змінювати їх в залежності від умов навколишнього середовища. І хоча вчені знають більше десятка фазових станів, деякі з яких можна отримати лише в межах лабораторії, в природі найчастіше зустрічається лише три подібні стани: рідкий, твердий й газоподібний. Вода може перебувати у всіх трьох цих станах, переходячи з одного в інше в природних умовах.

 Вода, яка перебуває у рідкому стані і має слабо зв’язані молекули, які перебувають у постійному русі і намагаються згрупуватися в структуру, але не можуть зробити цього з-за тепла. У такому вигляді вода може приймати абсолютно будь-яку форму, але не в змозі самостійно її утримувати. При нагріванні молекули починають рухатися набагато швидше, вони віддаляються один від одного, а коли поступово вода переходить в газоподібний стан, тобто перетворюється у водяну пару, зв’язку між молекулами остаточно рвуться. При дії на воду низьких температур рух молекул сильно сповільнюється, молекулярні зв’язки стають дуже міцними і молекули, яким більше не заважає вплив тепла, впорядковуються в кристалічну Чому вода замерзає структуру, що має шестигранну форму. Всі ми бачили подібні шестигранники, що випадають на землю у вигляді сніжинок. Процес перетворення води в лід називається кристалізацією або затвердінням. У твердому стані вода надовго може зберігати будь-яку прийняту нею форму.

 

Процес кристалізації води починається при температурі 0 градусів по шкалі Цельсія, що має 100 одиниць. Дана вимірювальна система використовується в багатьох країнах Європи і в СНД. В Америці ж температуру вимірюють за допомогою шкали Фаренгейта, яка має 180 поділками. По ній вода переходить з рідкого стану в твердий при 32 градусах.

 

Однак вода не завжди замерзає при цих температурах, так дуже чисту воду можна переохолодити до температури — 40 °С і вона не замерзне. Справа в тому, що в дуже чистій воді немає домішок, службовців підставою для побудови кристалічної структури. Домішками, до яких кріпляться молекули, можуть виступати частинки пилу, розчинені солі і т. д.

 

Особливістю води є той факт, що в той час як при замерзанні інші речовини стискуються, вона, перетворившись на лід, навпаки, розширюється. Відбувається це тому, що, коли вода переходить з рідкого стану в твердий, відстань між її молекулами трохи збільшується. І оскільки лід має меншу густину, ніж вода, він плаває на її поверхні.

 

Говорячи про замерзанні води, не можна не згадати і той цікавий факт, що гаряча вода застигає швидше холодної, як би парадоксально це не звучало. Дане явище було відомо ще за часів Аристотеля, але ні знаменитому філософу, ні його послідовникам так і не вдалося розгадати цю таємницю і про феномен забули на довгі роки. Знову про неї заговорили лише в 1963 році, коли школяр з Танзанії Ераст Мпемба звернув увагу, що при приготуванні морозива швидше застигає ласощі зроблене з підігрітого молока. Хлопчик розповів про це своєму вчителеві фізики, але той підняв його на сміх. Лише у 1969 році познайомившись з професором фізики Деннісом Осборном, юнак він зміг знайти підтвердження своєї здогадки, після спільно проведених експериментів. З тих пір висувалось багато гіпотез щодо цього феномену, наприклад, що гаряча вода замерзає швидше за рахунок свого швидкого випаровування, яке призводить до зменшення обсягу води і, як наслідок, більш швидкого застигання. Але жодна з них так і не змогла пояснити природу цього явища.

ПОДІЛИТИСЯ: