4°C కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద నీటి అసాధారణ ప్రవర్తన

4°C కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతలో నీటి అసాధారణ ప్రవర్తన గురించిన వ్యాసం

ఉష్ణోగ్రత పెరిగినప్పుడు ప్రతి వస్తువు వ్యాకోచిస్తుంది (వస్తువుల ఘనపరిమాణం పెరుగుతుంది), మరియు ఉష్ణోగ్రత తగ్గినప్పుడు వస్తువులు సంకోచిస్తాయి (వస్తువుల ఘనపరిమాణం తగ్గుతుంది). నీరు కూడా ఉష్ణోగ్రత పెరిగినప్పుడు వ్యాకోచిస్తుంది మరియు తగ్గినప్పుడు సంకోచిస్తుంది, కానీ 0 ^° C – 4°C వద్ద అలా జరగదు. 0°C మరియు 4°C మధ్య, ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ నీటి ఘనపరిమాణం తగ్గుతుంది (నీరు సంకోచిస్తుంది). మనం 0°C వద్ద నీటిని వేడి చేస్తే, నీరు మరింత వేడెక్కుతుంది, నీటి ఘనపరిమాణం తగ్గుతుంది. నీరు 4°C కి చేరినప్పుడు సంకోచ ప్రక్రియ ఆగిపోతుంది. 4 ^° C ^కంటే పైన ^{, ఉష్ణోగ్రత} పెరిగేకొద్దీ నీటి ఘనపరిమాణం పెరుగుతుంది. దానికి బదులుగా, ఉష్ణోగ్రత 4 ^{° C నుండి 0 °} C కి తగ్గినప్పుడు నీరు వ్యాకోచిస్తుంది (నీటి ఘనపరిమాణం పెరుగుతుంది).

ఉదాహరణకు, మనం 30 ^° C వద్ద నీటిని ఫ్రీజర్‌లో పెడతాము. ఫ్రీజర్‌లో ఉన్నప్పుడు, నీటి ఉష్ణోగ్రత తగ్గుతుంది. నీటి ఉష్ణోగ్రత తగ్గినప్పుడు, నీటి ఘనపరిమాణం కూడా తగ్గుతుంది (నీరు సంకోచిస్తుంది). అది 4 ^° C కి చేరినప్పుడు, నీరు వ్యాకోచించడం ప్రారంభిస్తుంది (నీటి ఘనపరిమాణం పెరుగుతుంది). ఉష్ణోగ్రత 0°C కి చేరినప్పుడు నీటి వ్యాకోచం ఆగిపోతుంది. వస్తువు యొక్క ఉష్ణోగ్రత 0 ^° C కి తగ్గినప్పుడు సంకోచించడం (వస్తువుల ఘనపరిమాణం తగ్గడం) కొనసాగించే ఇతర వస్తువుల వలె కాకుండా ఇది జరుగుతుంది. వస్తువులు సంకోచించినప్పుడు (వస్తువుల ఘనపరిమాణం తగ్గినప్పుడు), సాంద్రత పెరుగుతుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, వస్తువులు వ్యాకోచించినప్పుడు (వస్తువుల ఘనపరిమాణం పెరిగినప్పుడు), సాంద్రత తగ్గుతుంది. సాంద్రత సూత్రం = ద్రవ్యరాశి / ఘనపరిమాణం. వస్తువుల ద్రవ్యరాశి ఎల్లప్పుడూ స్థిరంగా ఉంటుంది. అయితే ఘనపరిమాణం, ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడి మారవచ్చు. నీరు 4 ^{° C వరకు మాత్రమే సంకోచిస్తుంది (నీటి ఘనపరిమాణం తగ్గుతుంది), అందువల్ల, 4 °} C వద్ద నీటికి అత్యధిక సాంద్రత ఉంటుంది.

శీతాకాలం ఉండే ప్రాంతాలలో నీటి అసాధారణతల ప్రయోజనాలు కనిపిస్తాయి. శీతాకాలం వచ్చినప్పుడు, గాలి ఉష్ణోగ్రత తగ్గుతుంది. నీటి ఉపరితలాలు ఒకదానికొకటి తాకుతాయి, కాబట్టి నది లేదా సరస్సు ఉపరితలంపై నీటి ఉష్ణోగ్రత కూడా తగ్గుతుంది. నీటి ఉష్ణోగ్రత తగ్గడం వల్ల, నీటి పరిమాణం కూడా తగ్గుతుంది. నీటి పరిమాణం తగ్గడం వల్ల, నీటి సాంద్రత పెరుగుతుంది. ఉపరితలంపై ఉన్న నీటి సాంద్రత, దాని కింద ఉన్న నీటి సాంద్రత కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఎక్కువ సాంద్రత ఉండటం వల్ల, ఉపరితలంపై ఉన్న నీరు కిందకు కదులుతుంది (మునుగుతుంది). కింద ఉన్న నీటికి ఎక్కువ సాంద్రత ఉండటం వల్ల, అది పైకి కదులుతుంది (తేలుతుంది). నీటి ఉష్ణోగ్రత 4 ^{° Cకి చేరే వరకు ఈ ప్రక్రియ జరుగుతుంది. అందువల్ల, 4 °} C వద్ద నీటికి అత్యధిక సాంద్రత ఉంటుంది.

నది లేదా సరస్సు ఉపరితలంపై నీటి ఉష్ణోగ్రత 4 ^° C కంటే తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, ఉపరితలంపై ఉన్న నీరు వ్యాకోచిస్తుంది (నీటి ఘనపరిమాణం పెరుగుతుంది). ఎందుకంటే నీటి ఘనపరిమాణం పెరిగేకొద్దీ, నీటి సాంద్రత తగ్గుతుంది. అడుగున ఉన్న నీటి సాంద్రత కంటే ఉపరితలంపై ఉన్న నీటి సాంద్రత తక్కువగా ఉంటుంది, అందువల్ల ఉపరితలంపై ఉన్న నీరు కిందకు పడదు. నీటి ఉష్ణోగ్రత 0°Cకి తగ్గినప్పుడు, ఉపరితలంపై ఉన్న నీరు పైన ఉండి మొదట గడ్డకడుతుంది. ఉపరితలంపై ఉన్న నీటితో సంపర్కంలో ఉండటం వలన, నీటి ఉష్ణోగ్రత 0° ^C కి తగ్గినప్పుడు ఉపరితలం కింద ఉన్న నీరు కూడా గడ్డకట్టడం ప్రారంభమవుతుంది . ఈ విధంగా, గడ్డకట్టే ప్రక్రియ ఉపరితలంపై ఉన్న నీటి నుండి ప్రారంభమవుతుంది. సరస్సు లేదా నది అడుగున ఉన్న నీరు సాధారణంగా గడ్డకట్టదు, ఎందుకంటే అక్కడ గాలి ఉష్ణోగ్రత గడ్డకట్టే స్థాయిలో ఉండదు. అడుగున ఉన్న నీరు గడ్డకట్టదు కాబట్టి, సరస్సు లేదా నది అడుగున ఉండే చేపలు మరియు జీవులు శీతాకాలంలో సజీవంగా ఉంటాయి.

నీరు దాని ప్రత్యేకమైన అణు నిర్మాణం మరియు దాని అణువుల మధ్య ఉండే హైడ్రోజన్ బంధ స్వభావం కారణంగా అనేక అసాధారణ ప్రవర్తనలను ప్రదర్శిస్తుంది. ఈ అసాధారణతలలో అత్యంత ముఖ్యమైనది, నీరు చల్లబడినప్పుడు, ముఖ్యంగా ఉష్ణోగ్రత గడ్డకట్టే బిందువును సమీపించినప్పుడు, దాని సాంద్రత ప్రవర్తించే తీరు. ఈ దృగ్విషయం గురించిన సంక్షిప్త వివరణ ఇక్కడ ఉంది:

1. సాంద్రత మరియు ఉష్ణోగ్రతచాలా పదార్థాలు చల్లబడినప్పుడు సాంద్రత పెరుగుతాయి మరియు వేడెక్కినప్పుడు సాంద్రత తగ్గుతాయి. దీనికి కారణం, చల్లబరిచినప్పుడు కణాలు దగ్గరగా కదులుతాయి మరియు వేడి చేసినప్పుడు దూరంగా కదులుతాయి.
2. నీటి అసాధారణతఅయితే, నీరు దాని గడ్డకట్టే స్థానం దగ్గర భిన్నంగా ప్రవర్తిస్తుంది. గది ఉష్ణోగ్రత నుండి చల్లబడే కొద్దీ అది సాంద్రతను పెంచుకున్నప్పటికీ, సుమారు 4°C వద్ద ఈ ధోరణి తారుమారు అవుతుంది. 4°C కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద, నీరు చల్లబడే కొద్దీ దాని సాంద్రత తగ్గుతుంది, చివరికి అది 0°C కి చేరి గడ్డకడుతుంది.
3. మంచు నిర్మాణంహైడ్రోజన్ బంధాల అమరిక కారణంగా మంచు షట్కోణ జాలక నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఈ నిర్మాణం వల్ల మంచు ద్రవ నీటి కంటే తక్కువ సాంద్రత కలిగి ఉంటుంది. అందుకే మంచు నీటిపై తేలుతుంది.
4. పర్యావరణ ప్రాముఖ్యతఈ అసాధారణ ప్రవర్తన జలచరాలకు చాలా కీలకమైనది. శీతాకాలంలో ఉపరితల నీరు చల్లబడినప్పుడు, దాని ఉష్ణోగ్రత 4°Cకి చేరే వరకు అది సాంద్రంగా మారి అడుగుకు చేరుకుంటుంది. ఈ ఉష్ణోగ్రత కంటే తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, నీరు మరింత చల్లబడుతూ ఉపరితలంపైనే ఉండి, చివరికి గడ్డకడుతుంది. దీని ఫలితంగా ఉపరితలంపై మంచు ఏర్పడుతుంది, అయితే దాని కింద ఉన్న నీరు ద్రవ రూపంలోనే ఉంటుంది, ఇది జలచరాలు జీవించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. ఒకవేళ మంచు ద్రవ నీటి కంటే సాంద్రంగా ఉంటే (చాలా ఘనపదార్థాలు వాటి ద్రవ రూపం కంటే సాంద్రంగా ఉన్నట్లుగా), అది అడుగుకు చేరుకుంటుంది, దీనివల్ల మొత్తం నీరు ఘనరూపంలోకి గడ్డకట్టిపోతుంది, ఇది జల జీవావరణ వ్యవస్థలకు విపత్కరంగా పరిణమిస్తుంది.
5. అసాధారణతకు కారణంఈ అసాధారణ ప్రవర్తనకు కారణం నీటి అణువుల మధ్య ఉండే హైడ్రోజన్ బంధాలు. నీరు 4°C వైపు చల్లబడే కొద్దీ, హైడ్రోజన్ బంధాలు నీటి అణువులను మరింత విస్తరించిన నిర్మాణంలో పట్టి ఉంచడానికి సర్దుబాటు చేసుకుంటాయి, దీనివల్ల అది మరింత సాంద్రంగా మారుతుంది. కానీ 4°C కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద, మంచులో ఉండే షడ్భుజాకార నిర్మాణాన్ని నీరు స్వీకరించే ధోరణి ప్రబలంగా మారుతుంది. ఈ నిర్మాణం మరింత తెరిచి ఉండి, తక్కువ సాంద్రంగా ఉంటుంది, దీని ఫలితంగా నీరు 4°C కంటే తక్కువకు చల్లబడినప్పుడు దాని సాంద్రతలో తగ్గుదల గమనించబడుతుంది.

నీటి ఈ ప్రవర్తనను అర్థం చేసుకోవడం కేవలం విద్యాపరంగా ఆసక్తికరమైనది మాత్రమే కాదు—అనేక జీవావరణ మరియు పర్యావరణ ప్రక్రియలను అర్థం చేసుకోవడానికి ఇది అత్యంత కీలకం.