Articol despre comportamentul anormal al apei sub 4°C
Fiecare obiect se dilată (volumul obiectelor crește) atunci când temperatura crește, iar obiectele se micșorează (volumul obiectelor scade) atunci când temperatura scade. Apa se dilată, de asemenea, când temperatura crește și se micșorează când temperatura scade, dar nu la 0 ° C – 4 ° C. Între 0°C și 4°C, volumul apei scade (apa se micșorează) pe măsură ce temperatura crește. Dacă încălzim apa la 0 ° C, apa devine mai fierbinte, volumul apei scade. Procesul de contracție se oprește când apa atinge 4 ° C. Peste 4 ° C, volumul apei crește pe măsură ce temperatura crește. În schimb, apa se dilată (volumul apei crește) atunci când temperatura scade de la 4 ° C la 0 ° C.
De exemplu, punem apă la 30 ° C în congelator. Când este în congelator, temperatura apei scade. Când temperatura apei scade, volumul apei scade și el (apa se micșorează). Când ajunge la 4 ° C, apa începe să se dilate (volumul apei crește). Dilatarea apei se oprește când temperatura ajunge la 0°C. Spre deosebire de alte obiecte, care continuă să se micșoreze (volumul obiectelor scade) atunci când temperatura obiectului scade la 0 ° C, atunci când obiectele se micșorează (volumul obiectelor scade), densitatea crește. Invers, când obiectele se dilată (volumul obiectelor crește), densitatea scade. Formula densității = masă / volum. Masa obiectelor este întotdeauna fixă. În timp ce volumul se poate schimba, în funcție de temperatură, apa se micșorează (volumul apei scade) doar până la 4 ° C, prin urmare, apa are cea mai mare densitate la 4 ° C.
Beneficiile anomaliilor apei se resimt în zonele care au iarnă. Când sosește iarna, temperatura aerului scade. Apa iese la suprafață în contact cu apa, astfel încât temperatura apei de la suprafața râului sau a lacului este, de asemenea, redusă. Deoarece temperatura apei scade, volumul apei scade și el. Deoarece volumul apei scade, densitatea apei crește. Apa de la suprafață are o densitate mai mare decât apa de dedesubt. Deoarece are o densitate mai mare, apa de la suprafață se mișcă în jos (se scufundă). Apa de dedesubt are o densitate mai mare, așa că se mișcă în sus (plutește). Acest proces are loc până când temperatura apei atinge 4 ° C. Prin urmare, apa are cea mai mare densitate la 4 ° C.
Când temperatura apei de la suprafața râului sau a lacului devine mai mică de 4 ° C, apa de la suprafață se dilată (volumul apei crește). Deoarece, pe măsură ce volumul apei crește, densitatea apei scade. Densitatea apei de la suprafață este mai mică decât densitatea apei de la fund, astfel încât apa de la suprafață nu poate cădea. Apa de la suprafață rămâne deasupra și îngheață mai întâi pe măsură ce temperatura apei scade la 0°C. Datorită contactului cu apa de la suprafață, apa de sub suprafață începe, de asemenea, să înghețe pe măsură ce temperatura apei scade la 0 ° C. Și așa mai departe. Deci, procesul de îngheț începe de la apa de la suprafață. Apa de pe fundul lacului sau râului de obicei nu îngheață, deoarece temperatura aerului nu este zero grade. Deoarece apa de la fund nu îngheață, peștii și viețuitoarele care se află pe fundul lacului sau râului rămân în viață în timpul iernii.
Apa prezintă numeroase comportamente anormale datorită structurii sale moleculare unice și naturii legăturilor de hidrogen dintre moleculele sale. Una dintre cele mai semnificative dintre aceste anomalii este comportamentul densității apei pe măsură ce se răcește, în special când temperatura se apropie de punctul de îngheț. Iată o descriere a acestui fenomen:
- Densitate și temperaturăMajoritatea substanțelor devin mai dense pe măsură ce se răcesc și mai puțin dense pe măsură ce se încălzesc. Acest lucru se datorează faptului că particulele se apropie mai mult una de alta atunci când se răcesc și se depărtează mai mult atunci când se încălzesc.
- Anomalia apeiApa, însă, se comportă diferit în apropierea punctului său de îngheț. Deși devine mai densă pe măsură ce se răcește de la temperatura camerei, această tendință se inversează la aproximativ 4°C. Sub 4°C, apa devine mai puțin densă pe măsură ce se răcește, până când atinge 0°C și îngheață.
- Formarea ghețiiGheața are o structură hexagonală de rețea datorită orientării legăturilor de hidrogen. Această structură face ca gheața să fie mai puțin densă decât apa lichidă. De aceea, gheața plutește pe apă.
- Semnificație ecologicăAcest comportament anomal este crucial pentru viața acvatică. Când apa de suprafață se răcește iarna, devine mai densă și se scufundă până când temperatura atinge 4°C. Sub această temperatură, pe măsură ce apa continuă să se răcească, rămâne la suprafață și în cele din urmă îngheață. Acest lucru duce la formarea de gheață la suprafață, în timp ce apa de dedesubt rămâne lichidă, permițând vieții acvatice să supraviețuiască. Dacă gheața ar fi mai densă decât apa lichidă (așa cum majoritatea solidelor sunt mai dense decât forma lor lichidă), aceasta s-ar scufunda pe fund, ceea ce ar duce la înghețarea întregii cantități de apă, ceea ce ar fi catastrofal pentru ecosistemele acvatice.
- Cauza anomalieiMotivul acestui comportament anormal constă în legăturile de hidrogen dintre moleculele de apă. Pe măsură ce apa se răcește spre 4°C, legăturile de hidrogen se ajustează pentru a menține moleculele de apă într-o structură mai extinsă, făcând-o mai densă. Dar sub 4°C, tendința apei de a adopta structura hexagonală pe care o conține în gheață devine predominantă. Această structură este mai deschisă și mai puțin densă, ceea ce duce la scăderea observată a densității pe măsură ce apa se răcește sub 4°C.
Înțelegerea acestui comportament al apei nu este doar interesantă din punct de vedere academic - este vitală pentru înțelegerea multor procese ecologice și de mediu.
