Статия за аномалното поведение на водата под 4°C
Всеки обект се разширява (обемът на обектите се увеличава), когато температурата се повишава, а обектите се свиват (обемът на обектите намалява), когато температурата се понижава. Водата също се разширява, когато температурата се повишава, и се свива, когато температурата се понижава, но не и при 0 ° C – 4 ° C. Между 0°C и 4°C обемът на водата намалява (водата се свива) с повишаване на температурата. Ако нагреем водата до 0 ° C, тя става по-гореща, обемът ѝ намалява. Процесът на свиване спира, когато водата достигне 4 ° C. Над 4 ° C обемът на водата се увеличава с повишаване на температурата. Вместо това, водата се разширява (обемът на водата се увеличава), когато температурата се понижи от 4 ° C до 0 ° C.
Например, поставяме вода с температура 30 ° C във фризера. Когато е във фризера, температурата на водата намалява. Когато температурата на водата намалее, обемът на водата също намалява (водата се свива). Когато достигне 4 ° C, водата започва да се разширява (обемът на водата се увеличава). Разширяването на водата спира, когато температурата достигне 0°C. За разлика от други обекти, които продължават да се свиват (обемът на обектите намалява), когато температурата на обекта намалее до 0 ° C, когато обектите се свиват (обемът на обектите намалява), плътността се увеличава. Обратно, когато обектите се разширяват (обемът на обектите се увеличава), плътността намалява. Формула за плътност = маса / обем. Масата на обектите винаги е фиксирана. Докато обемът може да се променя в зависимост от температурата. Водата се свива (обемът на водата намалява) само до 4 ° C, следователно водата има най-висока плътност при 4 ° C.
Ползите от водните аномалии се усещат в райони със зима. Когато настъпи зимата, температурата на въздуха намалява. Водните повърхности са в контакт с вода, така че температурата на водата на повърхността на реката или езерото също намалява. Тъй като температурата на водата намалява, обемът на водата също намалява. Тъй като обемът на водата намалява, плътността на водата се увеличава. Водата на повърхността има плътност, която е по-голяма от водата отдолу. Тъй като има по-голяма плътност, водата на повърхността се движи надолу (потъва). Водата отдолу има по-голяма плътност, така че се движи нагоре (плава). Този процес протича, докато температурата на водата достигне 4 ° C. Следователно, водата има най-висока плътност при 4 ° C.
Когато температурата на водата на повърхността на реката или езерото падне под 4 ° C, водата на повърхността се разширява (обемът на водата се увеличава). Защото с увеличаването на обема на водата плътността ѝ намалява. Плътността на водата на повърхността е по-малка от плътността на водата на дъното, така че водата на повърхността не може да падне. Водата на повърхността остава отгоре и замръзва първа, когато температурата на водата падне до 0°C. Поради контакта си с водата на повърхността, водата под повърхността също започва да замръзва, когато температурата на водата падне до 0 ° C. И така нататък. Процесът на замръзване започва от водата на повърхността. Водата на дъното на езерото или реката обикновено не замръзва, защото температурата на въздуха не е нула. Тъй като водата на дъното не замръзва, рибите и живите същества, които са на дъното на езерото или реката, остават живи през зимата.
Водата проявява много аномални поведения поради уникалната си молекулярна структура и естеството на водородните връзки между молекулите си. Една от най-значимите от тези аномалии е поведението на плътността на водата, докато тя се охлажда, особено когато температурата се приближава до точката на замръзване. Ето кратко описание на това явление:
- Плътност и температураПовечето вещества стават по-плътни, когато се охлаждат, и по-малко плътни, когато се нагряват. Това е така, защото частиците се приближават една към друга, когато се охлаждат, и се отдалечават една от друга, когато се нагряват.
- Аномалия на водатаВодата обаче се държи различно близо до точката си на замръзване. Макар че става по-плътна, когато се охлажда от стайна температура, тази тенденция се обръща при около 4°C. Под 4°C водата става по-малко плътна, когато се охлади, докато достигне 0°C и замръзне.
- Образуване на ледЛедът има шестоъгълна решетъчна структура поради ориентацията на водородните връзки. Тази структура прави леда по-малко плътен от течната вода. Ето защо ледът плава върху водата.
- Екологично значениеТова аномално поведение е от решаващо значение за водния живот. Когато повърхностните води се охлаждат през зимата, те стават по-плътни и потъват, докато температурата достигне 4°C. Под тази температура, докато водата продължава да се охлажда, тя остава на повърхността и в крайна сметка замръзва. Това води до образуване на лед на повърхността, докато водата отдолу остава течна, което позволява на водния живот да оцелее. Ако ледът беше по-плътен от течната вода (както повечето твърди вещества са по-плътни от течната си форма), той щеше да потъне на дъното, което щеше да доведе до замръзване на целия воден басейн в твърдо състояние, което би било катастрофално за водните екосистеми.
- Причина за аномалиятаПричината за това аномално поведение се крие във водородните връзки между водните молекули. С охлаждането на водата до 4°C, водородните връзки се настройват, за да задържат водните молекули в по-разтегната структура, което я прави по-плътна. Но под 4°C тенденцията водата да приема хексагоналната структура, която съдържа в леда, става преобладаваща. Тази структура е по-отворена и по-малко плътна, което води до наблюдаваното намаляване на плътността с охлаждането на водата под 4°C.
Разбирането на това поведение на водата не е само академично интересно – то е жизненоважно за разбирането на много екологични и екологични процеси.
