4°C-тан төмен судың аномальды мінез-құлқы туралы мақала
Әрбір зат температура жоғарылаған кезде кеңейеді (заттардың көлемі ұлғаяды), ал температура төмендеген кезде заттар кішірейеді (заттардың көлемі азаяды). Су да температура жоғарылаған кезде кеңейеді және температура төмендеген кезде кішірейеді, бірақ 0 ° C – 4 ° C температурада емес . 0°C және 4°C аралығында температура жоғарылаған сайын су көлемі азаяды (су кішірейеді). Егер суды 0 ° C температурада қыздырсақ, су қызады, су көлемі азаяды. Су 4 ° C температураға жеткенде кішірейу процесі тоқтайды. 4 ° C жоғары температурада су көлемі температура жоғарылаған сайын артады. Керісінше, температура 4 ° C-тан 0 ° C-қа дейін төмендеген кезде су кеңейеді (су көлемі ұлғаяды).
Мысалы, біз суды мұздатқышқа 30 ° C температурада қоямыз. Мұздатқышта болған кезде судың температурасы төмендейді. Судың температурасы төмендегенде, судың көлемі де азаяды (су кішірейеді). Ол 4 ° C жеткенде, су кеңейе бастайды (су көлемі артады). Температура 0°C жеткенде судың кеңеюі тоқтайды. Басқа заттардан айырмашылығы, заттың температурасы 0 ° C дейін төмендегенде (заттардың көлемі азаяды) кішірейе береді. Заттар кішірейгенде (заттардың көлемі азаяды), тығыздық артады. Керісінше, заттар кеңейгенде (заттардың көлемі артады), тығыздық азаяды. Тығыздық формуласы = масса / көлем. Заттардың массасы әрқашан тұрақты. Ал көлем температураға байланысты өзгеруі мүмкін. Су тек 4 ° C дейін кішірейеді (су көлемі азаяды), сондықтан судың тығыздығы 4 ° C -та ең жоғары болады.
Су ауытқуларының пайдасы қысы бар аймақтарда сезіледі. Қыс келгенде ауа температурасы төмендейді. Су беттері сумен жанасады, сондықтан өзен немесе көл бетіндегі су температурасы да төмендейді. Судың температурасы төмендегендіктен, су көлемі де азаяды. Су көлемі төмендегендіктен, судың тығыздығы артады. Жер бетіндегі судың тығыздығы төмендегі судан жоғары. Тығыздығы жоғары болғандықтан, бетіндегі су төмен қарай жылжиды (батады). Төмендегі судың тығыздығы жоғары болғандықтан, ол жоғары қарай жылжиды (қалқымалы). Бұл процесс су температурасы 4 ° C жеткенше жүреді. Сондықтан, судың тығыздығы 4 ° C -та ең жоғары болады.
Өзен немесе көл бетіндегі судың температурасы 4 ° C-тан төмен болғанда, бетіндегі су кеңейеді (су көлемі артады). Өйткені су көлемі артқан сайын судың тығыздығы төмендейді. Бетіндегі судың тығыздығы түбіндегі судың тығыздығынан аз болады, сондықтан бетіндегі су құлап кетпейді. Бетіндегі су жоғарыда қалады және судың температурасы 0°C-қа дейін төмендеген кезде алдымен қатады. Ол бетіндегі сумен жанасқандықтан, судың температурасы 0° C -қа дейін төмендеген кезде бетінің астындағы су да қата бастайды . Сонымен, қату процесі бетіндегі судан басталады. Көлдің немесе өзеннің түбіндегі су әдетте қатпайды, себебі ауа температурасы қатпайды. Түбіндегі су қатпайтындықтан, көлдің немесе өзеннің түбіндегі балықтар мен тірі организмдер қыста тірі қалады.
Су өзінің ерекше молекулалық құрылымына және молекулалары арасындағы сутектік байланыстың табиғатына байланысты көптеген аномальды мінез-құлықтарды көрсетеді. Бұл аномалиялардың ең маңыздыларының бірі - судың салқындаған кездегі тығыздығының мінез-құлқы, әсіресе температура қату температурасына жақындаған кезде. Міне, осы құбылыстың қысқаша сипаттамасы:
- Тығыздық және температураКөптеген заттар салқындаған сайын тығыздалып, қызған кезде тығыздығы төмендейді. Себебі бөлшектер салқындаған кезде бір-біріне жақындайды, ал қыздырған кезде бір-бірінен алшақтайды.
- Су аномалиясыАлайда, су қату температурасына жақын жерде басқаша әрекет етеді. Бөлме температурасынан суыған сайын тығыздала түссе де, бұл үрдіс шамамен 4°C температурада кері өзгереді. 4°C-тан төмен температурада су суыған сайын тығыздығы төмендейді, 0°C-қа жетіп, қатып қалады.
- Мұз түзілуіМұз сутектік байланыстардың бағытына байланысты алтыбұрышты торлы құрылымға ие. Бұл құрылым мұзды сұйық суға қарағанда тығыздығы аз етеді. Сондықтан мұз суда қалқып жүреді.
- Экологиялық маңызыБұл аномальды мінез-құлық су тіршілігі үшін өте маңызды. Қыста жер үсті суы салқындаған кезде, ол тығыздалып, температура 4°C-қа жеткенше батады. Бұл температурадан төмен су салқындаған сайын, ол жер бетінде қалып, ақырында қатып қалады. Нәтижесінде жер бетінде мұз пайда болады, ал астындағы су сұйық күйінде қалады, бұл су тіршілігінің тіршілік етуіне мүмкіндік береді. Егер мұз сұйық судан тығыз болса (мысалы, көптеген қатты заттар сұйық күйінен тығызырақ), ол түбіне батып, бүкіл су айдынының қатты заттардың қатуына әкеліп соғады, бұл су экожүйелері үшін апатты жағдай болар еді.
- Аномалияның себебіБұл аномальды мінез-құлықтың себебі су молекулалары арасындағы сутектік байланыста жатыр. Су 4°C-қа дейін салқындаған сайын, сутектік байланыстар су молекулаларын кеңейтілген құрылымда ұстап тұру үшін бейімделеді, бұл оны тығыз етеді. Бірақ 4°C-тан төмен температурада судың мұзда болатын алтыбұрышты құрылымды қабылдау үрдісі басым болады. Бұл құрылым ашық және аз тығыз, бұл су 4°C-тан төмен салқындаған кезде тығыздықтың төмендеуіне әкеледі.
Судың бұл әрекетін түсіну тек академиялық тұрғыдан қызықты ғана емес, сонымен қатар көптеген экологиялық және қоршаған орта процестерін түсіну үшін де өте маңызды.
