Лед легче воды: Что тяжелее — вода или лед, почему ледышка легче, чем H2O, отличия по параметрам, сравнение сухого льда по тяжести с водой

Что тяжелее — вода или лед, почему ледышка легче, чем h3O, отличия по параметрам, сравнение сухого льда по тяжести с водой

Содержание

• Что более тяжелое?
• Почему ледышка легче, чем h3O?
• Отличия по другим параметрам
• Сравнение сухого льда по тяжести с водой
• Заключение

Что более тяжелое?

Учёные взвесили на точных весах образцы одинаковых объёмов h3O в жидком и твёрдом состояниях. Оказалось, что 250 мл пресной воды весит 249,6 г, а замёрзшей – 229 г, поэтому лед легче воды.

Ответ подтверждается простым опытом. Достаточно поместить в стакан с водой кусочек льда. Последний не погрузится в жидкость, а будет плавать на поверхности.

Наблюдения в природе показывают, что зимой замёрзшая поверхность водоёмов держится сверху, а не опускается на дно.

Почему лед не тонет в воде, подскажет видео:

Почему ледышка легче, чем h3O?

Масса вещества напрямую зависит от его плотности. Чем больше значение этого параметра, тем тяжелее образец. Оказывается, при понижении температуры вода изменяет свой объём и плотность по-разному.

Охлаждаясь до значения 3,86 °С, она сжимается, достигая максимального значения 1000 кг/м3. Но при приближении точки замерзания эта жидкость начинает расширяться. Объём увеличивается до 9%.

Таблица плотности h3O:

Примечание: данные приведены для нормального атмосферного давления.

Замерзание воды в закрытых резервуарах приводит к их разрушению из-за изменения объёма. Именно поэтому нельзя оставлять на зиму снаружи здания неутеплённые трубопроводы заполненными.

Отличия по другим параметрам

Кроме плотности лёд от воды отличается по следующим параметрам:

1. Агрегатным состоянием. Вода – это жидкость, которая не сохраняет свою форму, а заполняет объём сосуда или растекается по поверхности.

   Её замёрзший кусок – это тоже h3O, но в твёрдом состоянии. Он не изменяет свою форму, если температура не поднимается выше нуля.

2. Расположением молекул. Молекулы воды двигаются хаотично, хотя сохраняют связи между собой. Благодаря этому жидкость обладает текучестью. При замерзании вещество приобретает кристаллическую структуру в форме тетраэдра. Все молекулы прочно связаны, находятся на равных расстояниях на вершинах этой фигуры.
3. Удельной теплоёмкостью. Удельная теплоёмкость воды – 1 ккал/ (кг °С). Но чтобы нагреть 1 кг её в твёрдом состоянии, на 1 градус потребуется затратить всего 0,49 ккал.

Сравнение сухого льда по тяжести с водой

Сухим льдом принято называть двуокись углерода CO2 в твёрдой форме. Это вещество без запаха белого цвета. В обычных условиях оно испаряется, превращаясь в углекислый газ.

Определить, какое вещество тяжелее при одинаковых объёмах можно по плотности. Максимальное её значение для h3O – 1000 кг/м3. Для CO2 в сжатой форме этот параметр равен 1500 кг/м3, значит он тяжелее.

Заключение

Одинаковые объёмы воды в жидком и твёрдом состояниях имеют разный вес. Из-за более низкой плотности h3O в замёрзшем виде легче. Именно поэтому реки и озёра в холодное время имеют застывшее покрытие только сверху.

Вода легко перетекает, занимая всё свободное пространство, а при отрицательной температуре становится неподвижной, сохраняет свою форму.

А какова Ваша оценка данной статье?

Загрузка. ..

Почему лёд плавает в воде?: yuritkachev — LiveJournal

Айсберги — самое впечатляющее доказательство того, что лёд таки-да легче воды

Тот парадоксальный факт, что лёд, т.е. твёрдая форма воды, легче самой воды, общеизвестен, хотя мы редко задумываемся о его парадоксальности. Действительно, у подавляющего большинства веществ твёрдая фаза плотнее жидкой. Вода – одно из редких исключений. 

Причина кроется в строении атома воды и взаимодействии этих атомов между собой.

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Так происходит потому, что кислороду не хватает двух электронов до «совершенства» — заполнения внешней орбитали, и он «одалживает» их у атомов водорода (у которых их как раз по одному). Почему так происходит – отдельный вопрос, несколько выходящий за пределы темы нашего разговора.

Атом кислорода значительно больше атома водорода, который вообще является самым маленьким из всех (1 протон, 1 электрон). Поэтому атом кислорода очень сильно притягивает «водородные» электроны – настолько сильно, что почти «отрывает» их от «родного» атома, который в итоге почти лишается их, превращаясь в «голый» протон с зарядом +1. Кислород же, до реакции нейтральный, получает два «лишних» электрона и, соответственно, заряд -2. Получается как бы треугольничек, одна из вершин которого заряжена отрицательно, а две других – положительно. Кстати, угол у вершины этого треугольничка составляет 104 градуса (это немаловажно)

Масштаб соблюдён ну оооочень приблизительно

Если мы «набросаем» рядом друг с другом большое множество таких треугольничков, то увидим, что они начнут особым образом ориентироваться в пространстве: положительно заряженные «уголки» одних молекул начинают притягиваться к отрицательно заряженным «уголкам» других. В итоге каждая молекула воды стремится образовать связи с четырьмя другими: каждый атом водорода хочет «приклеиться» к атому кислорода другой молекулы, а к атому кислорода стремятся приклеиваются две молекулы водорода двух других атомов. 

Это особое притяжение, возникающее между молекулами воды, называется водородной связью. Эта связь характерна тем, что она срабатывает на существенно больших расстояниях (примерно равных размеру молекулы воды), чем обычные ковалентные связи между молекулами, однако является значительно (на порядок) менее прочной.

Для того, чтобы – с учётом вышеизложенного – понять, почему же лёд легче воды, посмотрим, что будет происходить с водой при её постепенном охлаждении. 

Молекулы воды (как и молекулы любой другой жидкости) находятся в постоянном движении, причём чем теплее вода, тем быстрее движутся такие молекулы. Опять же, как и в любой другой жидкости, расстояния между молекулами воды меньше их размеров. То есть, они находятся достаточно близко к друг другу для того, чтобы между ними возникали водородные связи –и они возникают. Однако, как мы уже говорили, эти связи ещё и очень непрочные – их энергия примерно равна энергии теплового движения молекул жидкости. А потому, даже возникнув, такие связи сразу рвутся просто из-за того, что двум связанным молекулам «пришло в голову» разлететься в разные стороны. 

Тем не менее, какая-то часть молекул воды в каждый момент времени связана водородными связями, что определяет другие аномальные свойства этого вещества – например, очень большую теплоёмкость, а также ряд других.

Теплоёмкость воды на порядок больше чем у неорганических веществ!

Но вот мы охладили жидкость до той температуры, при которой энергия кинетического движения её молекул уже ниже энергии водородной связи. То есть, единожды «попавшись в сети» водородной связи, молекула воды уже не сможет их покинуть, а возникнувшая связь не разрывается. Начинают возникать цепочки сцепленных водородной связью молекул, которые затем объединяются между собой в группы, те – в ещё более крупные объединения. В результате образуется устойчивая структура – кристаллическая решётка. Вода замерзает и превращается в лёд.

Кстати говоря, именно из-за этого кристаллы льда имеют такую форму, какую они имеют – форму, основанную на гексагональной призме (т.е. призме, в сечении представляющей собой правильный шестиугольник). Несложно видеть, что именно такая фигура представляет собой простейший способ упаковки молекул в трёхмерную структуру с учётом того, что каждая из них должна быть связана с четырьмя другими.

Нормального рисунка не нашёл, пришлось рисовать самому; красные шарики — атомы кислорода, синие шарики — атомы водорода, пунктирная линия — водородные связи. В центральном слое нарисованы и атомы кислорода, и атомы водорода, в верхнем — только кислород, в нижнем — только водород.
А вот как-то так оно выглядит в природе

Кстати, другие модификации льда, имеющие другое строение кристаллической решётки (а всего таких модификаций 18 штук!) возникают в условиях, когда атомы в решётке удерживаются не только водородными, но и обычными ковалентными связями. Правда, для этого нужны другие температуры и не встречающиеся на Земле давления — либо очень большие, либо, наоборот, слишком маленькие.

А вообще, не будь водородных связей, физические свойства воды существенно бы отличались. Так, вода вскипала бы уже -80 градусах Цельсия, а обращалсь бы в лёд при -100. Ну и, конечно, плотность льда была бы больше плотности воды, и плавать в ней он бы не мог.

К слову, вода – редкое, но не единственное вещество с подобными свойствами. Во фтористом водороде, например, водородные связи имеют даже более сильный характер, отчего теплоёмкость этого вещества даже выше, чем у воды. 

Водородные связи играют роль в органической химии и биохимии – например, именно водородные связи стабилизируют спирали ДНК, а также формируют вторичные и третичные структуры многих белков. Полимерные материалы (например, нейлон) также часто обретают свои свойства именно из-за водородных связей между их молекулами.

Так что можно сказать, что самим своим существованием мы с вами обязаны такому явлению, как водородная связь!

Почему лед легче воды?

Ответить

Проверено

234,9 тыс.+ просмотров

Подсказка: Вода в твердом состоянии называется льдом. Понять, как молекулы воды расположены во льду. Известно, что лед плавает по воде. Попробуйте выяснить, присутствуют ли пустоты в структуре льда.

Полный пошаговый ответ:
Когда жидкая вода замерзает, молекулы воды образуют кристаллическую структуру, поддерживаемую водородными связями. Твердая вода или лед менее плотны, чем вода. Плотность воды выше, чем у льда, потому что ориентация водородных связей заставляет молекулы отталкиваться дальше друг от друга, что снижает плотность. Следовательно, вода тяжелее льда.
Как мы все знаем, молекула воды состоит из одного атома кислорода в сочетании с двумя атомами водорода, как показано ниже. При нормальной температуре молекулы воды удерживаются вместе в жидком состоянии из-за межмолекулярного притяжения молекул воды. В жидком состоянии молекулы воды постоянно кружатся в сосуде и постоянно перестраиваются.
Когда вода, замерзая в лед, держится не за счет притяжения О-О, а за счет притяжения О-Н. Решетчатое расположение льда препятствует движению молекул воды. Поскольку связь Н-О не такая прочная, как связь О-О, она немного расширяется, как только связь О-Н вступает во владение. Следовательно, лед легче воды.

Примечание: Следует отметить, что лед имеет большую плотность при 4oC. В этот момент также начинается замораживание. При дальнейшем снижении температуры до 0°C межмолекулярные водородные связи приводят к образованию трехмерной структуры клетки, оставляя половину пространства незанятым. Это не значит, что структура воды и льда различна. Просто свободное пространство, занимаемое водой в жидком состоянии, больше.

Недавно обновленные страницы

В Индии по случаю бракосочетания фейерверк 12 класс химия JEE_Main

Щелочноземельные металлы Ba, Sr, Ca и Mg могут быть отнесены к 12 классу химии JEE_Main

Что из следующего имеет самый высокий электродный потенциал 12 класс химии JEE_Main

Что из следующего является истинным пероксидом A rmSrmOrm2 класс 12 химии JEE_Main

Какой элемент обладает наибольшим атомным радиусом А 11 класс химии JEE_Main

Фосфин получают из следующей руды Кальций 12 класса химии JEE_Main

В Индии по случаю бракосочетания фейерверк 12 класса химии JEE_Main

Щелочноземельные металлы Ba, Sr, Ca и Mg могут быть отнесены к 12 классу химии JEE_Main

Что из следующего имеет самый высокий электродный потенциал 12 класс химии JEE_Main

Что из следующего является истинным пероксидом A rmSrmOrm2 класс 12 химии JEE_Main

Какой элемент обладает наибольшим атомным радиусом А Химический класс 11 JEE_Main

Фосфин получают из следующей руды А Кальций 12 химического класса JEE_Main

Трендовые сомнения

Студенты также читают

соленая вода

ДОСТОЯННАЯ ВОДА

Управление водой

В твердой воде

КИТА WATER

Управление водой

Тяжелая вода

Water Vapor

.

Причина. Поплатите лед.

Лед плавает — вот почему в океане есть полярный лед и айсберги, и поэтому плавает лед в вашем напитке. Если подумать, это может показаться немного странным, потому что лед — твердое тело, и интуитивно он должен быть тяжелее жидкости и тонуть. Хотя это верно для большинства веществ, вода является исключением. Его водородные связи и его твердое состояние на самом деле делают его легче, чем в жидком состоянии.

Лед менее плотный

Вода — это удивительное вещество, которое в основном питает жизнь на Земле — в ней нуждается каждый живой организм. Он также обладает некоторыми интересными свойствами, которые позволяют жизни быть такой, какая она есть. Одним из наиболее важных свойств является то, что вода имеет наибольшую плотность при температуре 4 ° C (40 ° F). Горячая вода и лед имеют меньшую плотность, чем холодная вода. Менее плотные вещества плавают поверх более плотных. Например, когда вы делаете заправку для салата, масло плавает поверх уксуса, потому что оно менее плотное. То же самое верно для всего. Если у вас есть надувной пляжный мяч в бассейне, он плавает, если у вас есть камень, он тонет.

Несмотря на то, что айсберг кажется тяжелым, он менее плотный, чем вода. Изображение предоставлено Национальной океанской службой NOAA.

Причина, по которой лед менее плотный, чем вода, связана с водородными связями. Как известно, вода состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Они связаны ковалентными связями, которые очень прочны. Однако между различными молекулами воды также образуется другой тип связи, называемый водородной связью, который является более слабым. Эти связи образуются потому, что положительно заряженные атомы водорода притягиваются к отрицательно заряженным атомам кислорода соседних молекул воды. Когда вода теплая, молекулы очень активны, много перемещаются, быстро образуют и разрывают связи с другими молекулами воды. У них есть энергия, чтобы приблизиться друг к другу и двигаться быстро.

РЕКЛАМА

Когда температура воды опускается ниже 4 °C, кинетическая энергия уменьшается, поэтому молекулы больше не двигаются. У них нет энергии, чтобы так легко двигаться, ломаться и формировать связи. Вместо этого они образуют больше водородных связей с другими молекулами воды, образуя структуры с гексагональной решеткой. Они образуют эти структуры, чтобы разделять отрицательно заряженные молекулы кислорода. В середине шестиугольников много пустого места.

Структура молекул воды, когда они образуют лед, обратите внимание на все пустое пространство. Кредиты изображений: NIMSoffice.

Лед на самом деле примерно на 9% менее плотный, чем жидкая вода. Поэтому лед занимает больше места, чем вода. Практически это имеет смысл, потому что лед расширяется. Вот почему вы не должны замораживать стеклянную бутылку с водой и почему замороженная вода может создать большие трещины в бетоне. Если у вас есть литровая бутылка со льдом и литровая бутылка с водой, то бутылка с ледяной водой будет легче. В этот момент молекулы находятся дальше друг от друга, чем когда вода теплее. Следовательно, лед менее плотный, чем вода, и плавает.

Когда лед тает, стабильная кристаллическая структура разрушается и внезапно становится более плотной. Когда вода нагревается выше 4 °C, она получает энергию, и молекулы движутся быстрее и дальше друг от друга. Таким образом, горячая вода также занимает больше места, чем более холодная вода, и она плавает поверх более холодной воды, потому что она менее плотная. Это похоже на то, когда вы идете на озеро, чтобы искупаться, и верхний слой приятный и теплый, но когда вы засовываете ноги под него, он внезапно становится намного холоднее.

Важно для нашей Земли

Так какое же это имеет значение? Плавучесть льда имеет важные последствия для жизни на Земле. Озера зимой в холодных местах замерзают сверху, что позволяет рыбам и другим животным выживать внизу. Если бы дно замерзало, все озеро могло бы замерзнуть, и почти ничто не могло пережить зиму в озере. В северном или южном океанах, если бы лед затонул, все ледяные шапки оказались бы на дне океана, не давая возможности жить там чему-либо.