პოლარული ყინულის ბლოკები და აისბერგები მოძრაობენ ოკეანეში და სასმელებშიც კი ყინული არასოდეს იძირება ფსკერზე. შეიძლება დავასკვნათ, რომ ყინული წყალში არ იძირება. რატომ? თუ დაფიქრდებით, ეს კითხვა შეიძლება ცოტა უცნაურად მოგეჩვენოთ, რადგან ყინული მყარია და - ინტუიციურად - თხევადზე მძიმე უნდა იყოს. მიუხედავად იმისა, რომ ეს განცხადება მართალია ნივთიერებების უმეტესობისთვის, წყალი გამონაკლისია წესიდან. წყალი და ყინული გამოირჩევიან წყალბადის ბმებით, რაც ყინულს მყარ მდგომარეობაში უფრო მსუბუქს ხდის, ვიდრე თხევად მდგომარეობაში.
სამეცნიერო კითხვა: რატომ არ იძირება ყინული წყალში
მოდით წარმოვიდგინოთ, რომ მე-3 კლასში ვართ გაკვეთილზე სახელწოდებით "სამყარო ირგვლივ". "რატომ არ იძირება ყინული წყალში?" ეკითხება მასწავლებელი ბავშვებს. და ბავშვები, რომლებსაც არ აქვთ ღრმა ცოდნა ფიზიკაში, იწყებენ მსჯელობას. "იქნებ ეს ჯადოსნურია?" ამბობს ერთ-ერთი ბავშვი.
ნამდვილად, ყინული უკიდურესად უჩვეულოა. პრაქტიკულად არ არსებობს სხვა ბუნებრივი ნივთიერებები, რომლებიც მყარ მდგომარეობაში ცურავდნენ სითხის ზედაპირზე. ეს არის ერთ-ერთი თვისება, რაც წყალს ასეთ უჩვეულო ნივთიერებად აქცევს და, გულწრფელად რომ ვთქვათ, ეს არის ის, რაც ცვლის პლანეტარული ევოლუციის გზას.
არსებობს პლანეტები, რომლებიც შეიცავს უზარმაზარ რაოდენობას თხევად ნახშირწყალბადებს, როგორიცაა ამიაკი - თუმცა, როდესაც გაყინულია, ეს მასალა ძირში იძირება. მიზეზი, რის გამოც ყინული წყალში არ იძირება, არის ის, რომ როდესაც წყალი იყინება, ის ფართოვდება და მასთან ერთად მცირდება მისი სიმკვრივე. საინტერესოა, რომ ყინულის გაფართოებას შეუძლია ქანების გატეხვა - წყლის გამყინვარების პროცესი იმდენად უჩვეულოა.
მეცნიერულად რომ ვთქვათ, გაყინვის პროცესი აყალიბებს ამინდის სწრაფ ციკლებს და ზედაპირზე გამოთავისუფლებულ გარკვეულ ქიმიკატებს შეუძლიათ მინერალების დაშლა. ზოგადად, არსებობს წყლის გაყინვასთან დაკავშირებული პროცესები და შესაძლებლობები, რასაც სხვა სითხეების ფიზიკური თვისებები არ გულისხმობს.
ყინულისა და წყლის სიმკვრივე
ასე რომ, პასუხი იმაზე, თუ რატომ არ იძირება ყინული წყალში, არამედ ცურავს ზედაპირზე არის ის, რომ მას აქვს უფრო დაბალი სიმკვრივე, ვიდრე სითხე - მაგრამ ეს პირველი დონის პასუხია. უკეთ რომ გაიგოთ, უნდა იცოდეთ, რატომ აქვს ყინულს დაბალი სიმკვრივე, რატომ ცურავს საგნები პირველ რიგში, როგორ იწვევს სიმკვრივე ცურვას.
გავიხსენოთ ბერძენი გენიოსი არქიმედე, რომელმაც აღმოაჩინა, რომ გარკვეული საგნის წყალში ჩაძირვის შემდეგ წყლის მოცულობა იზრდება ჩაძირული საგნის მოცულობის ტოლი რიცხვით. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, თუ წყლის ზედაპირზე დადებთ ღრმა ჭურჭელს და შემდეგ მასში მოათავსებთ მძიმე საგანს, წყლის მოცულობა, რომელიც ჩაისხმება ჭურჭელში, ზუსტად იქნება ობიექტის მოცულობის ტოლი. არ აქვს მნიშვნელობა ობიექტი მთლიანად ჩაძირულია თუნაწილობრივ.
წყლის თვისებები
წყალი საოცარი ნივთიერებაა, რომელიც ძირითადად კვებავს სიცოცხლეს დედამიწაზე, რადგან ის ყველა ცოცხალ ორგანიზმს სჭირდება. წყლის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისება ის არის, რომ მას აქვს ყველაზე მაღალი სიმკვრივე 4°C-ზე. ამრიგად, ცხელი წყალი ან ყინული ნაკლებად მკვრივია, ვიდრე ცივი წყალი. ნაკლებად მკვრივი ნივთიერებები ცურავს უფრო მკვრივი ნივთიერებების თავზე.
მაგალითად, სალათის მომზადებისას შეამჩნევთ, რომ ზეთი ძმრის ზედაპირზეა - ეს შეიძლება აიხსნას იმით, რომ მას აქვს უფრო დაბალი სიმკვრივე. იგივე კანონი მოქმედებს იმის ასახსნელადაც, თუ რატომ არ იძირება ყინული წყალში, არამედ იძირება ბენზინში და ნავთში. უბრალოდ, ამ ორ ნივთიერებას ყინულზე ნაკლები სიმკვრივე აქვს. ასე რომ, თუ გასაბერ ბურთს აუზში ჩააგდებთ, ის ზედაპირზე ამოიტივტივდება, ხოლო თუ ქვას წყალში ჩააგდებთ, ის ძირში ჩაიძირება.
რა ცვლილებები ხდება წყალში, როცა ის იყინება
მიზეზი, რის გამოც ყინული არ იძირება წყალში, არის წყალბადის ბმები, რომლებიც იცვლება წყლის გაყინვისას. მოგეხსენებათ, წყალი შედგება ერთი ჟანგბადის და ორი წყალბადის ატომისგან. ისინი მიმაგრებულია კოვალენტური ბმებით, რომლებიც წარმოუდგენლად ძლიერია. თუმცა, სხვა ტიპის ბმა, რომელიც წარმოიქმნება სხვადასხვა მოლეკულებს შორის, წყალბადის ბმას, უფრო სუსტია. ეს ბმები იქმნება იმის გამო, რომ დადებითად დამუხტული წყალბადის ატომები იზიდავს მეზობელი წყლის მოლეკულების უარყოფითად დამუხტულ ჟანგბადის ატომებს.
როდესაც წყალი თბილია, მოლეკულები ძალიან აქტიურია,ბევრი მოძრაობს, სწრაფად აყალიბებს და ანადგურებს ბმებს წყლის სხვა მოლეკულებთან. მათ აქვთ ენერგია, რომ მიუახლოვდნენ ერთმანეთს და სწრაფად იმოძრაონ. მაშ, რატომ არ იძირება ყინული წყალში? ქიმია მალავს პასუხს.
ყინულის ფიზიკური ქიმია
როგორც წყლის ტემპერატურა ეცემა 4 °C-ზე დაბლა, სითხის კინეტიკური ენერგია მცირდება, ამიტომ მოლეკულები აღარ მოძრაობენ. მათ არ აქვთ გადაადგილების ენერგია და ისეთივე ადვილია, როგორც მაღალ ტემპერატურაზე, წყვეტენ და ქმნიან ბმებს. ამის ნაცვლად, ისინი ქმნიან მეტ წყალბადურ კავშირს წყლის სხვა მოლეკულებთან ექვსკუთხა გისოსების სტრუქტურების შესაქმნელად.
ისინი ქმნიან ამ სტრუქტურებს, რათა დაშორდნენ უარყოფითად დამუხტულ ჟანგბადის მოლეკულებს. მოლეკულების აქტივობის შედეგად წარმოქმნილი ექვსკუთხედების შუაში დიდი სიცარიელეა.
ყინული იძირება წყალში - მიზეზები
ყინული სინამდვილეში 9%-ით ნაკლები მკვრივია ვიდრე თხევადი წყალი. ამიტომ, ყინული უფრო მეტ ადგილს იკავებს, ვიდრე წყალი. პრაქტიკულად, ამას აზრი აქვს, რადგან ყინული ფართოვდება. ამიტომაც არ არის რეკომენდებული წყლის შუშის ბოთლის გაყინვა - გაყინულ წყალს შეუძლია ბეტონშიც კი დიდი ბზარები შექმნას. თუ თქვენ გაქვთ ლიტრიანი ბოთლი ყინული და ლიტრიანი ბოთლი წყალი, მაშინ ყინულის წყლის ბოთლი უფრო ადვილი იქნება. მოლეკულები ამ დროს უფრო შორს არიან ერთმანეთისგან, ვიდრე მაშინ, როდესაც ნივთიერება თხევად მდგომარეობაშია. ამიტომ ყინული წყალში არ იძირება.
როცა ყინული დნებასტაბილური კრისტალური სტრუქტურა იშლება და უფრო მკვრივი ხდება. როდესაც წყალი თბება 4°C-მდე, ის ენერგიას იძენს და მოლეკულები უფრო სწრაფად და შორს მოძრაობენ. ეს არის მიზეზი იმისა, რომ ცხელი წყალი ცივ წყალზე მეტ ადგილს იკავებს და ცივ წყალზე ცურავს – მას ნაკლები სიმკვრივე აქვს. დაიმახსოვრე, როცა ტბაზე ხარ, ცურვისას, წყლის ზედა ფენა ყოველთვის სასიამოვნო და თბილია, მაგრამ როცა ფეხს დადებ, ქვედა ფენის სიცივეს გრძნობ.
წყლის გაყინვის პროცესის მნიშვნელობა პლანეტის ფუნქციონირებაში
მიუხედავად იმისა, რომ კითხვა "რატომ არ იძირება ყინული წყალში?" მე-3 კლასისთვის ძალიან მნიშვნელოვანია იმის გაგება, თუ რატომ ხდება ეს პროცესი და რას ნიშნავს ეს პლანეტისთვის. ამრიგად, ყინულის მოძრაობას მნიშვნელოვანი გავლენა აქვს დედამიწაზე სიცოცხლეზე. ტბები ზამთარში ცივ ადგილებში იყინება - ეს საშუალებას აძლევს თევზებს და სხვა წყლის ცხოველებს გადარჩეს ყინულის საფარის ქვეშ. თუ ფსკერი გაყინული იყო, მაშინ დიდი ალბათობაა, რომ მთელი ტბა გაიყინოს.
ასეთ პირობებში არც ერთი ორგანიზმი არ გადარჩებოდა.
თუ ყინულის სიმკვრივე წყლის სიმკვრივეზე მაღალი იქნებოდა, მაშინ ოკეანეები ყინულში ჩაიძირებოდნენ და ყინულის ქუდები, რომლებიც მაშინ იქნებოდა ბოლოში, არავის მისცემდნენ იქ ცხოვრების საშუალებას. ოკეანის ფსკერი სავსე იქნებოდა ყინულით - და რაში გადაიქცევა ეს ყველაფერი? სხვა საკითხებთან ერთად, პოლარული ყინული მნიშვნელოვანია, რადგან ის ირეკლავს სინათლეს და იცავს პლანეტა დედამიწას ძალიან ცხელისგან.
