HomeРазноеЧто плотнее вода или лед: Что легче лед или вода? Тут простой ответ на этот вопрос

Что плотнее вода или лед: Что легче лед или вода? Тут простой ответ на этот вопрос

Содержание

Почему лед легче воды 🚩 Разное

Закон Архимеда

Удивительная способность льда всплывать и курсировать на поверхности воды объясняется ни чем иным, как элементарными физическими свойствами, который изучают в курсе средней и старшей школы. Доподлинно известен тот факт, что вещества при нагревании имеют свойство расширяться, как, например, ртуть в градуснике, также и вода при понижении температуры замерзает и увеличивается в объемах, образуя на поверхности водоемов корку льда.

Увеличение объема замерзшей воды нередко играет злую шутку с теми, кто забывает емкости с жидкостью на морозе. Вода буквально разрывает тару.

Мнение о том, что во вновь образованной толще льда появляются микроскопические поры, заполненные воздухом, не является ошибочным, но и не может объяснить факт всплывания должным образом. В соответствии с принципами, выведенными и сформулированными древнегреческим ученым, получившими впоследствии название закон Архимеда, тела, которые погружаются в жидкость, выталкиваются из нее с силой, которая равна весовым характеристикам жидкости, вытесняемой данным телом.

Физика воды

Доподлинно известно, что лед примерно на одну десятую легче воды, именно поэтому гигантские айсберги погружены в океан примерно на девять десятых своего общего объема и видны лишь на небольшую долю. Данные весовые различия объясняются свойствами кристаллической решетки, которая у воды, как известно, не обладает упорядоченной структурой и характеризуется постоянным перемещением и столкновением молекул. Это и объясняет более высокую плотность воды по сравнению со льдом, молекулы которого под воздействием низких температур показывают низкую подвижность и небольшую энергетическую составляющую и соответственно меньшую плотность.

Известно также, что максимальную плотность и вес вода имеет при температуре, равной 4оС, дальнейшее понижение ведет к расширению и снижению показателя плотности, что и объясняет свойства льда. Именно поэтому в водоемах тяжелая четырехградусная вода опускается на дно, давая возможность более прохладной подняться и превратиться в не тонущий лед.

Лед имеет специфические свойства, к примеру, он устойчив к инородным элементам, имеет низкую реактивную способность, отличается подвижностью атомов водорода, а потому имеет низкий предел текучести.

Понятно, что данное свойство является основополагающим для сохранения жизни на Земле, ведь если бы лед имел свойство погружаться под толщу воды, с течением времени все водоемы Земли после понижения температур могли заполниться слоями, постоянно образующимися на поверхности льда, что привело бы к природной катастрофе и полному исчезновению флоры и фауны водоемов от самого экватора до противоположных полюсов.

Аномальная плотность льда и воды

Вода – загадочная жидкость. Это связано с тем, что большинство ее свойств являются аномальными, т.е. отличными от других жидкостей. Причина кроется в ее особой структуре, которая обусловлена водородными связями между молекулами, изменяющимися с температурой и давлением. Этими уникальными свойствами обладает и лед. Стоит сказать, что определение плотности возможно осуществить по формуле ρ = m/V. Соответственно, данный критерий возможно установить через исследование массы вещества среды на единицу объема.

Давайте рассмотрим некоторые свойства льда и воды. Например, аномалия плотности. После таяния плотность льда увеличивается, проходя через критическую отметку в 4 градуса, и только после этого начинает уменьшаться с ростом температуры. Вместе с тем в обычных жидкостях она всегда уменьшается в процессе похолодания. Этот факт находит вполне научное объяснение. Чем выше температура, тем скорость молекул больше. Это приводит к расталкиванию их друг другом, и, соответственно, вещество становится более рыхлым. Загадка воды состоит и в том, что, несмотря на увеличение скорости молекул при повышении температуры, понижение ее плотности происходит только при высоких температурах.

Вторая загадка заключается в вопросах: «Почему лед может плавать на поверхности воды?», «Почему она в реках не замерзает до дна?» Дело в том, что плотность льда оказывается ниже,  чем у воды. А в процессе плавления любой другой жидкости ее плотность оказывается меньшей, нежели у кристалла. Это связано с тем, что в последнем молекулы обладают некой периодичностью и расположены регулярно. Это характерно для кристаллов любых веществ. Однако, кроме этого, у них молекулы «упакованы» достаточно плотно. В процессе плавления кристалла регулярность исчезает, что возможно только при менее плотной связи молекул. Соответственно, плотность вещества уменьшается в процессе плавления. Но меняется этот критерий совсем немного, например, при плавке металлов он понижается в среднем всего на 3 процента.

Однако плотность льда меньше плотности воды сразу на десять процентов. Поэтому можно говорить о том, что этот скачок аномален не только своим знаком, но еще и величиной.

Объясняются данные загадки особенностями структуры льда. Она представляет собой сетку водородных связей, где в каждом узле их четыре штуки. Поэтому сетку называют четверной. Все углы в ней равны qT, поэтому она носит название тетраэдрической. Более того, она состоит из шестичленных колец изогнутой формы.

Особенностью структуры твердой воды является то, что упакованы молекулы рыхло в ней. Если бы они находились в тесной взаимосвязи, то плотность льда была бы равна 2,0 г/см3, а в реальности она составляет 0,92 г/см3. Из этого должен был следовать вывод, что наличие больших пространственных объемов должно привести к появлению неустойчивости. На самом деле сетка не становится менее крепкой, но она может перестраиваться. Лед — настолько крепкий материал, что еще предки современных эскимосов учились строить из него свои хижины. И по сей день жители Заполярья используют ледобетон как строительный материал. Соответственно, при повышении давления структура льда меняется. Именно в этой устойчивости состоит главное свойство водородных связей сеток между молекулами Н2О. Соответственно, каждая водяная молекула и в жидком состоянии сохраняет четыре связи водорода, но при этом углы становятся отличными от qT, это и приводит к тому, что плотность льда меньше, чем у воды.

Вода при замерзании расширяется или сжимается: простая физика

Многие юные почемучки задаются вопросом: при замерзании вода расширяется или сжимается? Ответ следующий: с приходом зимы вода начинает свой процесс расширения. Почему это происходит? Это свойство выделяет воду из списка всех остальных жидкостей и газов, которые, наоборот, сжимаются при охлаждении. В чем заключается причина такого поведения этой необычной жидкости?

Физика 3 класса: вода при замерзании расширяется или сжимается?

Большинство веществ и материалов увеличиваются в объеме при нагревании и уменьшаются при охлаждении. Газы этот эффект показывают более заметно, но различные жидкости и твердые металлы проявляют такие же свойства.

Одним из наиболее ярких примеров расширения и сжимания газа является воздух в воздушном шаре. Когда мы выносим воздушный шар на улицу в минусовую погоду, то шар сразу уменьшается в размерах. Если мы шар вносим в отапливаемое помещение, то он сразу же увеличивается. А вот если мы внесем воздушный шар в баню — он лопнет.

Молекулы воды требуют больше места

Причиной тому, что происходят эти процессы расширения и сжатия различных веществ, являются молекулы. Те из них, которые получают больше энергии (это происходит в теплом помещении), двигаются намного быстрее, чем молекулы, находящиеся в холодном помещении. Частицы, которые имеют большую энергию, сталкиваются намного активнее и чаще, им необходимо больше места для движения. Чтобы сдержать то давление, которое оказывают молекулы, материал начинает увеличиваться в размерах. Причем это происходит достаточно стремительно. Итак, вода при замерзании расширяется или сжимается? Почему это происходит?

Вода не подчиняется этим правилам. Если мы начинаем охлаждать воду до четырех градусов Цельсия, то она уменьшает свой объем. Но если температура продолжает падать, то вода вдруг начинает расширяться! Существует такое свойство, как аномалия плотности воды. Это свойство возникает при температуре в четыре градуса Цельсия.

Теперь, когда мы выяснили, расширяется или сжимается вода при замерзании, давайте узнаем, как вообще возникает эта аномалия. Причина таится в частицах, из которых она состоит. Молекула воды создана из двух атомов водорода и одного — кислорода. Формулу воды все знают еще с начальных классов. Атомы в этой молекуле притягивают электроны по-разному. У водорода создается положительный центр тяжести, а у кислорода, наоборот — отрицательный. Когда молекулы воды сталкиваются друг с другом, то атомы водорода одной молекулы переходят на атом кислорода совершенно другой молекулы. Этот феномен называется водородной связью.

Воде нужно больше места при ее охлаждении

В тот момент, когда начинается процесс формирования водородных связей, в воде начинают возникать места, где молекулы находятся в том же порядке, что и в кристалле льда. Эти заготовки называются кластерами. Они не прочны, как в твердом кристалле воды. При повышении температуры они разрушаются и меняют свое местоположение.

Во время процесса охлаждения воды начинает стремительно увеличиваться количество кластеров в жидкости. Они требуют больше пространства для распространения, вследствие этого вода и увеличивается в размерах после достижения своей аномальной плотности.

При падении столбика термометра ниже нуля кластеры начинают превращаться в мельчайшие кристаллы льда. Они начинают подниматься вверх. Вследствие всего этого вода превращается в лед. Это очень необычная способность воды. Данный феномен необходим для очень большого количества процессов в природе. Мы все знаем, а если не знаем, то запоминаем, что плотность льда незначительно меньше плотности прохладной или же холодной воды. Благодаря этому лед плавает на поверхности воды. Все водоемы начинают замерзать сверху вниз, что позволяет спокойно существовать и не замерзать водным обитателям на дне. Итак, теперь мы в подробностях знаем о том, расширяется или сжимается вода при замерзании.

Интересный феномен

Горячая вода замерзает быстрее холодной. Если мы возьмем два одинаковых стакана и нальем в один горячей воды, а в другой столько же холодной, то мы заметим, что горячая вода замерзнет быстрее, чем холодная. Это не логично, согласитесь? Горячей воде нужно остыть, чтобы начинать замерзать, а холодной этого не нужно. Как объяснить данный факт? Ученые по сей день не могут объяснить эту загадку. Данный феномен имеет название «Эффект Мпембы». Открыт был в 1963 году ученым из Танзании при необычном стечении обстоятельств. Студент хотел сделать себе мороженое и заметил, что горячая вода замерзает быстрее. Об этом он поделился со своим учителем физики, который сначала не поверил ему.

Таблица плотности веществ

Плотность — физическая величина, которая равна отношению массы тела к его объему:

Плотности некоторых твердых тел
(при норм. атм. давл., t = 20ºC)

Твердое тело ρ, кг / м 3 ρ, г / cм 3 Твердое тело ρ, кг / м 3 ρ, г / cм 3
Осмий 22 600 22,6 Мрамор 2700 2,7
Иридий 22 400 22,4 Стекло оконное 2 500 2,5
Платина 21 500 21,5 Фарфор 2 300 2,3
Золото 19 300 19,3 Бетон 2 300 2,3
Свинец 11 300 11,3 Кирпич 1 800 1,8
Серебро 10 500 10,5 Сахар-рафинад 1 600 1,6
Медь 8 900 8,9 Оргстекло 1 200 1,2
Латунь 8 500 8,5 Капрон 1 100 1,1
Сталь, железо 7 800 7,8 Полиэтилен 920 0,92
Олово 7 300 7,3 Парафин 900 0,90
Цинк 7 100 7,1 Лёд 900 0,90
Чугун 7 000 7,0 Дуб (сухой) 700 0,70
Корунд 4 000 4,0 Сосна (сухая) 400 0,40
Алюминий 2 700 2,7 Пробка 240 0,24

Плотности некоторых жидкостей
(при норм. атм. давл., t = 20ºC)

Жидкость ρ, кг / м 3 ρ, г / cм 3 Жидкость ρ, кг / м 3 ρ, г / cм 3
Ртуть 13 600 13,60 Керосин 800 0,80
Серная кислота 1 800 1,80 Спирт 800 0,80
Мёд 1 350 1,35 Нефть 800 0,80
Вода морская 1 030 1,03 Ацетон 790 0,79
Молоко цельное 1 030 1,03 Эфир 710 0,71
Вода чистая 1000 1,00 Бензин 710 0,71
Масло подсолнечное 930 0,93 Жидкое олово(при t = 400ºC) 6 800 6,80
Масло машинное 900 0,90 Жидкий воздух(при t = -194ºC) 860 0,86

Плотности некоторых газов
(при норм. атм. давл., t = 20ºC)

Газ ρ, кг / м 3 ρ, г / cм 3 Газ ρ, кг / м 3 ρ, г / cм 3
Хлор 3,210 0,00321 Оксид углерода (II)(угарный газ) 1,250 0,00125
Оксид углерода (IV)(углекислый газ) 1,980 0,00198 Природный газ 0,800 0,0008
Кислород 1,430 0,00143 Водяной пар (приt = 100ºC) 0,590 0,00059
Воздух (при 0ºC) 1,290 0,00129 Гелий 0,180 0,00018
Азот 1,250 0,00125 Водород 0,090 0,00009

Другие заметки по химии

7 интересных фактов, свойства, виды

Лёд – это вода в твердом агрегатном состоянии. Мы часто встречаем его в повседневной жизни: в холодное время лёд сковывает реки и лужи, появляется в виде ледяных узоров на окнах, сосульках на крышах. Мы можем приготовить его в любое время в холодильнике.

Лёд выполняет важную роль на Земле: участвует в круговороте воды в природе, снабжает нашу планету огромным объёмом пресной воды и сдерживает глобальный уровень воды в мировом океане.

Не только вода подвергается замораживанию. Поэтому название «лёд» получили и другие вещества. Например, существует сухой, аммиачный, метановой.

В данной статье мы подробно остановимся на природном кристаллический льде, который получается при замерзании воды. Рассмотрим: уникальные свойства, температуру, плотность, формулу и разновидности льда, которые создаются в лабораторных условиях при разном давлении и температуре.

Что такое лёд

Лёд – (вода в твердом агрегатном состоянии), твердое тело, образующееся из воды при понижении ее температуры до нуля и ниже. Образование происходит в результате кристаллизации – изменения состояния молекулярной решетки. Химическая формула — h3O. Рассмотрим строение молекулы на изображении № 1.

Кристаллическая структура напоминает структуру алмаза. Каждая молекула Н2О связана с тремя молекулами в своём слое и с одной молекулой соседнего слоя.

Лёд в природе

Изучением природных льдов во всех разновидностях на поверхности Земли, атмосфере, гидросфере, литосфере занимается наука – Гляциология.

Рассмотрим подробнее основные виды льда:

Атмосферный

Образуется в атмосфере и на земной поверхности.  Выпадает на Землю в виде осадков: снега, инея, града. Также может образовать ледяные облака и туман.

Ледниковый (глетчерный)

Образуется в результате накопления и его последующего преобразования в ледяную массу. Ледники занимают 11 процентов суши. Наибольшая часть ледников расположены в Антарктиде. Самый известный шельфовый ледник  Его площадь превышает 500 тыс. км2, а толщина льда достигает 700 м.

Подземный

Находится в верхней части земной коры. Основная масса находится в Северном полушарии. По подсчетам ученых запасы достигают от 0,3 до 0,5 млн км3

Морской

Образуется в море, океане при замерзании воды. Различают следующие виды:

  • Припай – прикрепленный к берегу или отмели ледяной покров. Его площадь может достигать от несколько метров до тысячи километров.
  • Паковый (многолетний) – морской, толщиной не менее 3 метров.
  • Плавучий (дрейфующий) – это айсберги, обломки льдин.

По форме айсберги бывают столообразные и пирамидальные. Часто достигают гигантских размеров. Площадь гигантов уменьшается прогрессивно по мере их продвижения в более низкие широты.

Космический

Ледяной покров можно встретить в солнечной системе: на планетах, спутниках, кометах.

Температура

На Земле практически весь лёд относится к одному виду, названному «обычный кристаллический» или по-научному — лёд Ih.

Кристаллический лёд (Ih) образуется при t от 0 °C и ниже, соленая вода замерзает при t 1,9 °C. При нагревании тает и снова превращается в воду.

Существуют другие виды льда, созданные в экспериментальных условиях.  Для них соответствует своя температура и давление. Рассмотрим изображении № 3.

Плотность

Уникальные свойства молекулы воды позволяют ей трансформироваться в разные агрегатные состояния: жидкое, твердое, газообразное. Молекула льда, как и жидкой воды, имеет один и тот же состав.

Одна молекула состоит из трех атомов: двух атомов водорода и одного атома кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью.

Плотность льда (р-0,917 г/см3), жидкой воды (р-0,9982 г/см3)

Рассмотрим различия в строении молекулы на изображении № 4.

В кристалле льда между молекулами воды остаются пустоты. Объем пустот чуть больше, чем размер отдельной молекулы воды. Поэтому он имеет наименьшую плотность.

Таким образом, образующийся зимой ледяной покров не тонет, а плавает на поверхности воды, так как его плотность меньше плотности жидкой воды.

Иначе все водоемы зимой наполнились бы льдом, и в них не могли бы существовать живые организмы. Большинство других веществ увеличивают свою плотность при замерзании.

Физические свойства льда

  1. Самое известное свойство – способность таять или расплавляться.
  2. Бесцветность и прозрачность. В больших скоплениях пропускает свет и приобретает синеватый оттенок.
  3. Твердость (сохраняет форму).
  4. Плавучесть (плотность меньше чем воды).
  5. Непрочность (хрупкость).
  6. Спайность (раскалывается по кристаллографическим направлениям).
  7. Необычное свойство – большинство растворенных в воде примесей не передается льду, когда он начинает расти; они вымораживаются.

Виды и фазы

В настоящее время науке известны следующие разновидности и фазы. Подробная информация предоставлена на изображении № 3.

Получение

В современном мире получение льда – процесс доступный. Достаточно взять любую емкость, наполненную водой, поставить на время в морозилку и получить твердое состояние воды.

Ледяной покров появляется при замерзании воды, при температуре от 0°C и ниже. Замерзание начинается с верхнего слоя. В ней образуются микроскопические ледяные иголочки, которые затем смерзаются между собой.

Применение

Лед имеет широкий спектр применения в разных сферах жизнедеятельности:

  • для очистки питьевой воды;
  • для хранения и охлаждения пищевых продуктов, напитков, медицинских препаратов;
  • для изготовления ледяной гидросмеси;
  • используют, как материал для строительства жилища;
  • для некоторых видов спорта используются катки с искусственным охлаждением;
  • помогает изучить прошлое нашей планеты и явлений космоса;
  • аморфный вид используют в некоторых научных экспериментах, особенно электронной криомикроскопии.

7 интересных фактов

  1. Лед снабжает планету пресной водой и сдерживает глобальный уровень воды в мировом океане
  2. Обладает меньшей плотностью, чем вода. Благодаря этому морские жители продолжают свою жизнедеятельность. Большинство других веществ увеличивают свою плотность при замораживании.
  3. Способен к самоочищению. Замёрзлая, вода вытесняет примеси которые были в ней растворены.
  4. Более 2/3 запасов пресной воды на Земле хранится в ледниках.
  5. Существует не только на Земле. Встречается в солнечной системе, на кометах, других планетах.
  6. В Антарктиде сосредоточено 90% от всехльдовсуши.
  7. Общая площадь вечной мерзлоты на Земле — 35 млн км². Грунтовые воды находятся в виде льда, глубина иногда превышает 1000 метров.

Подведём итоги

Лед – одно из уникальных явлений природы на Земле. Он всегда приковывал к себе пристальное внимание. Ученые постоянно проводят исследования в данной области, открывая новые фазы и виды.

Вода на Земле существует в трех агрегатных состояниях: жидком — это ее преимущественное состояние, твердое (лед), газообразное (водяной пар). Благодаря этому происходит круговорот воды в природе и жизнь на Земле.

Список литературы

  1. Ю. И. ГОЛОВИН. Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина Соросовский образовательный журнал, том 6, №9, 2000
  2. Химия и микробиология воды. Учебное пособие В. В. Котов, Г.А. Нетесова
  3. Конспект лекций ГИДРОГЕОХИМИЯ. Киреева Т.А., МГУ им. М.В. Ломоносова, 2016

Лед: обычный и необычный

Лед – это вода, но в твёрдом состоянии, это одно из наиболее странных, соблазнительных и завораживающих веществ в природе. Он всегда полон противоречий и загадок, разгадать которые до конца пока не удалось никому. Лед на первый взгляд прозрачен, но способен сиять всеми цветами радуги. Он способен разрушить камень или утопить корабли, и в то же время умеет исчезать (таять) буквально в считанные секунды. Он принимает самые разнообразные и причудливые формы – от маленькой снежинки до ледников весом в миллионы тонн, которые являются одной из самых разрушительных сил природы. Известно более 15 структурных модификаций льда. Лед есть и в космосе, и на Земле. Давайте попробуем разобраться, как можно использовать лёд и что нужно знать о нём и связанных с ним физических явлениях.

Человек перемещается по поверхности Земли или пешком, или при помощи наземного транспорта: автомобиль, автобус, трамвай, поезд и так далее. Самое удивительное, что определяющей силой, благодаря которой происходит движение в обоих случаях, является сила трения. Эта сила согласно закону Амонтона-Кулона равна произведению коэффициента трения на силу нормального давления, с которой ноги человека или колеса транспорта действуют на поверхность движения:

В зимнее время все дороги, как правило, покрыты снегом, а иногда наблюдается и гололед, что существенно уменьшает коэффициент трения, помогающий нам в движении. В частности, коэффициент трения шин автомобиля уменьшается практически в два раза. Это приводит к значительному уменьшению устойчивости автомобиля на дороге, что может привести к заносу. Поэтому в зимнее время при движении по заснеженной или покрытой льдом дороге необходимо использовать специальную зимнюю резину, а для усиления еще и шипованную. Аналогичная ситуация происходит при движении человека пешком. Поэтому для предотвращения непредвиденных падений рекомендуется использовать обувь с профильной и прорезиненной подошвой, а ходить лучше по дороге, посыпанной песком, который в несколько раз увеличивает силу трения.

С другой стороны, благодаря льду и снегу, которые имеют очень маленький коэффициент трения, существую такие виды спорта, как фигурное катание, хоккей, лыжные и конькобежные виды спорта, бобслей, сноуборд и т.д. Для того чтобы было хорошее скольжение, коньки должны иметь специальную форму и быть хорошо заточенными. Кроме того, высокое давление, которое оказывают коньки на лед, превращает поверхностный лед в воду, что существенно увеличивает скольжение. После того как коньки перестали давить на лед, образовавшаяся вода опять замерзает и превращается в лед. Чтобы увеличить скорость движения на лыжах, в зависимости от погоды и состояния снега, необходимо использовать специальные мази, увеличивающие скольжение на концах лыж и увеличивающие трение по центру для лучшего отталкивания.

Образование льда из воды может происходить совершенно необычно, если взять пластиковую бутылку с водой, охлажденной до 00С, и с силой поставить ее на стол, то вода начнет превращаться в лед, причем это будет происходить буквально на наших глазах. Аналогичное явление будет происходить, если в сосуд с охлажденной до 00С водой бросить кусок льда. Так можно быстро превратить достаточно холодную воду в лед.

 

Вода – единственное вещество, плотность которого в твердом состоянии меньше, чем в жидком. Молекулы воды хотя и близко расположены, но слабо связаны друг с другом, связи между ними постоянно создаются и разрушаются. При охлаждении до 00С связи быстро стабилизируются, создавая гексагональную решетку – ледяной кристалл, в котором молекулы воды находятся на большем расстоянии, чем в жидком состоянии. Поэтому плотность льда меньше, чем воды. Другие вещества этим свойством не обладают, что видно из следующей таблицы:






Вещество

Плотность в твердом состоянии, тонн/м3

Плотность в жидком состоянии, тонн/м3

Вода (лед)

0,917 (00С)

1,000 (200С)

Алюминий

2,689 (200С)

2,315 (9000С)

Железо

7,874 (200С)

7,23 (15300С)

Серебро

10,50 (200С)

9,00 (13000С)

Золото

19,32 (200С)

17,00 (13000С)

Это уникальное свойство льда позволяет ему плавать на поверхности воды, что мы и можем наблюдать весной во время ледохода на реках. Однако здесь таится и опасность: если наполнить какой-либо сосуд водой и охладить его 00С, то вода начнет превращаться в лед. Так как плотность льда меньше плотности воды, то одинаковое по массе количество льда занимает больший объем, чем вода. Учитывая, что прочностные характеристики льда достаточно высокие, лед просто может разрушить тот сосуд, в котором он находится. Важно знать, что объем льда при этом будет на 9% больше, чем воды. Зимой существует опасность, что замерзшая в засорившихся трубах водоснабжения вода может их разорвать. Поэтому эти трубы необходимо утеплять, чтобы температура в них не опустилась до 00С.

Именно благодаря тому, что плотность льда меньше плотности воды, она начинает замерзать сверху, а не снизу, защищая тем самым обитателей мирового океана от переохлаждения. Иначе жизнь на Земле в том виде, каком мы ее знаем, вообще могла бы не появиться. По этой же причине на поверхности воды плавают айсберги – огромные глыбы льда, представляя серьезную опасность для кораблей, потому что подводная часть айсберга намного больше видимой надводной. Это можно объяснить тем, что плотность воды не намного меньше плотности льда. Поэтому чтобы сила Архимеда уравновесила силу тяжести, айсберг должен почти полностью быть погружен в воду.

Средний айсберг имеет массу m= 20 000 000 000 кг. Давайте рассчитаем массу подводной и надводной части. Для этого необходимо учесть, что если айсберг плавает, то сила Архимеда по модулю равна силе тяжести:

,

,

где  и  – масса и объем надводной части,  и  – масса и объем подводной части,  – плотность льда,  – плотность воды,  – ускорение свободного падения. После несложных математических преобразований получаем:

,

.

Таким образом, масса и объем надводной части более чем в 11 раз меньше подводной части.

По предложенному методу мы предлагаем вам решить задачи:

  1. Рассчитайте максимальное ускорение, с каким может двигаться автомобиль по сухому асфальту и гладкому льду. Коэффициент трения скольжения шин автомобиля по сухому асфальту равен 0,5, а по гладкому льду – 0,25. Сравните полученные результаты.

  2. В воде плавает ледяной конус, высота которого 2 м, а радиус основания 1 м. Рассчитайте высоту надводной части конуса. Плотность воды 1000 кг/м3, плотность льда 917 кг/м3.

Автор: Матвеев К.В., методист ГМЦ ДО г. Москвы

Биологические роли воды: почему вода необходима для жизни?

Молли Сарджен
фигурки Дэниела Аттера

Вода составляет 60-75% массы тела человека. Потеря всего 4% воды в организме приводит к обезвоживанию, а потеря 15% может быть фатальной. Точно так же человек может прожить месяц без еды, но не проживет 3 дня без воды. Эта критическая зависимость от воды широко влияет на все формы жизни. Очевидно, что вода жизненно важна для выживания, но почему она так необходима?

Молекулярный состав воды

Многие роли воды в поддержании жизни обусловлены ее молекулярной структурой и некоторыми особыми свойствами.Вода — это простая молекула, состоящая из двух небольших положительно заряженных атомов водорода и одного большого отрицательно заряженного атома кислорода. Когда водород связывается с кислородом, он создает асимметричную молекулу с положительным зарядом с одной стороны и отрицательным с другой (рис. 1). Этот дифференциал заряда называется полярностью и определяет, как вода взаимодействует с другими молекулами.

Рисунок 1: Химия воды. Молекулы воды состоят из двух атомов водорода и одного кислорода.Эти атомы имеют разные размеры и заряды, что создает асимметрию в молекулярной структуре и приводит к прочным связям между водой и другими полярными молекулами, включая саму воду.

Вода — «универсальный растворитель»

Как полярная молекула вода лучше всего взаимодействует с другими полярными молекулами, такими как она сама. Это происходит из-за явления, когда противоположные заряды притягиваются друг к другу: поскольку каждая отдельная молекула воды имеет как отрицательную, так и положительную части, каждая сторона притягивается к молекулам с противоположным зарядом.Это притяжение позволяет воде образовывать относительно прочные связи, называемые связями, с другими полярными молекулами вокруг нее, включая другие молекулы воды. В этом случае положительный водород одной молекулы воды будет связываться с отрицательным кислородом соседней молекулы, собственные водороды которой притягиваются к следующему кислороду, и так далее (рис. 1). Важно отметить, что это связывание заставляет молекулы воды слипаться вместе, создавая свойство, называемое когезией. Сплоченность молекул воды помогает растениям впитывать воду своими корнями.Сплоченность также способствует высокой температуре кипения воды, что помогает животным регулировать температуру тела.

Более того, поскольку большинство биологических молекул обладают некоторой электрической асимметрией, они тоже полярны, и молекулы воды могут образовывать связи и окружать свои положительные и отрицательные области. Окружая полярные молекулы другого вещества, вода извивается во все укромные уголки и щели между молекулами, эффективно разрушая и растворяя. Вот что происходит, когда вы помещаете кристаллы сахара в воду: и вода, и сахар полярны, позволяя отдельным молекулам воды окружать отдельные молекулы сахара, разрушая сахар и растворяя его.Подобно полярности, некоторые молекулы состоят из ионов или противоположно заряженных частиц. Вода также разделяет эти ионные молекулы, взаимодействуя как с положительно, так и с отрицательно заряженными частицами. Вот что происходит, когда вы добавляете соль в воду, потому что соль состоит из ионов натрия и хлорида.

Обширная способность воды растворять самые разные молекулы принесла ей название «универсальный растворитель», и именно эта способность делает воду такой неоценимой силой поддержания жизни.На биологическом уровне вода как растворитель помогает клеткам переносить и использовать такие вещества, как кислород или питательные вещества. Растворы на водной основе, такие как кровь, помогают переносить молекулы в нужные места. Таким образом, роль воды в качестве растворителя облегчает транспортировку молекул, таких как кислород, для дыхания, и оказывает большое влияние на способность лекарств достигать своих целей в организме.

Водные опоры сотовой структуры

Вода также играет важную структурную роль в биологии.Визуально вода заполняет клетки, помогая сохранять форму и структуру (рис. 2). Вода внутри многих клеток (в том числе тех, что составляют человеческое тело) создает давление, которое противостоит внешним силам, подобно тому, как воздух попадает в воздушный шар. Однако даже некоторым растениям, которые могут сохранять свою клеточную структуру без воды, по-прежнему требуется вода для выживания. Вода позволяет всему внутри клеток принимать правильную форму на молекулярном уровне. Поскольку форма имеет решающее значение для биохимических процессов, это также одна из самых важных ролей воды.

Рисунок 2: Вода влияет на форму ячейки. Вода создает давление внутри ячейки, что помогает ей сохранять форму. В гидратированной ячейке (слева) вода выталкивается наружу, и ячейка сохраняет круглую форму. В обезвоженной клетке меньше воды выталкивается наружу, поэтому клетка становится морщинистой.

Вода также способствует образованию мембран, окружающих клетки. Каждая клетка на Земле окружена мембраной, большая часть которой состоит из двух слоев молекул, называемых фосфолипидами (рис. 3).У фосфолипидов, как и у воды, есть два различных компонента: полярная «голова» и неполярный «хвост». Из-за этого полярные головы взаимодействуют с водой, в то время как неполярные хвосты стараются избегать воды и вместо этого взаимодействуют друг с другом. В поисках этих благоприятных взаимодействий фосфолипиды спонтанно образуют бислои с головками, обращенными наружу, к окружающей воде, и хвостами, обращенными внутрь, за исключением воды. Двухслойный слой окружает клетки и выборочно позволяет таким веществам, как соли и питательные вещества, входить и выходить из клетки.Взаимодействия, участвующие в формировании мембраны, достаточно сильны, чтобы мембраны образуются спонтанно и их нелегко разрушить. Без воды клеточные мембраны не имели бы структуры, а без надлежащей структуры мембран клетки не смогли бы удерживать важные молекулы внутри клетки, а вредные молекулы вне клетки.

Рисунок 3: бислоев фосфолипидов. Фосфолипиды образуют бислои, окруженные водой. Полярные головки обращены наружу для взаимодействия с водой, а гидрофобные хвосты обращены внутрь, чтобы избежать взаимодействия с водой.

Помимо влияния на общую форму клеток, вода также влияет на некоторые фундаментальные компоненты каждой клетки: ДНК и белки. Белки производятся в виде длинной цепочки строительных блоков, называемых аминокислотами, и для правильного функционирования им необходимо складываться в определенную форму. Вода управляет складыванием аминокислотных цепей, поскольку разные типы аминокислот ищут и избегают взаимодействия с водой. Белки обеспечивают структуру, принимают сигналы и катализируют химические реакции в клетке. Таким образом, белки являются рабочими лошадками клеток.В конечном итоге белки управляют сокращением мышц, общением, перевариванием питательных веществ и многими другими жизненно важными функциями. Без правильной формы белки не смогли бы выполнять эти функции, и клетка (не говоря уже о человеке) не могла бы выжить. Точно так же ДНК должна иметь определенную форму для правильного декодирования ее инструкций. Белки, которые читают или копируют ДНК, могут связывать только ДНК определенной формы. Молекулы воды упорядоченно окружают ДНК, чтобы поддерживать ее характерную конформацию двойной спирали.Без этой формы клетки не смогли бы следовать точным инструкциям, кодируемым ДНК, или передавать инструкции будущим клеткам, что сделало бы невозможным человеческий рост, воспроизводство и, в конечном итоге, выживание.

Химические реакции воды

Вода принимает непосредственное участие во многих химических реакциях, направленных на построение и разрушение важных компонентов клетки. Фотосинтез, процесс, который происходит в растениях, который создает сахар для всех форм жизни, требует воды. Вода также участвует в создании более крупных молекул в клетках.Молекулы, такие как ДНК и белки, состоят из повторяющихся единиц более мелких молекул. Соединение этих маленьких молекул происходит в результате реакции с образованием воды. И наоборот, вода необходима для обратной реакции, которая разрушает эти молекулы, позволяя клеткам получать питательные вещества или перенаправлять части больших молекул.

Кроме того, вода защищает клетки от опасного воздействия кислот и щелочей. Сильно кислые или щелочные вещества, такие как отбеливатель или соляная кислота, вызывают коррозию даже самых прочных материалов.Это связано с тем, что кислоты и основания высвобождают избыточные водороды или поглощают избыточные водороды, соответственно, из окружающих материалов. Потеря или получение положительно заряженных атомов водорода нарушает структуру молекул. Как мы узнали, белкам для правильного функционирования требуется определенная структура, поэтому важно защищать их от кислот и оснований. Вода делает это, действуя как кислота и основание (рис. 4). Хотя химические связи внутри молекулы воды очень стабильны, молекула воды может отдать водород и стать ОН–, действуя таким образом как основание, или принять другой водород и стать h4O +, таким образом действуя как кислота.Эта адаптивность позволяет воде бороться с резкими изменениями pH из-за кислотных или основных веществ в организме в процессе, называемом буферизацией. В конечном итоге это защищает белки и другие молекулы в клетке.

Рисунок 4: Вода действует как буфер, высвобождая или принимая атомы водорода.

В заключение, вода жизненно необходима для всего живого. Его универсальность и адаптируемость помогают проводить важные химические реакции. Его простая молекулярная структура помогает поддерживать важные формы внутренних компонентов клеток и внешней мембраны.Никакая другая молекула не может сравниться с водой, когда речь идет об уникальных свойствах, поддерживающих жизнь. Интересно, что исследователи продолжают устанавливать новые свойства воды, такие как дополнительные эффекты ее асимметричной структуры. Ученым еще предстоит определить физиологическое влияние этих свойств. Удивительно, насколько простая молекула универсально важна для организмов с различными потребностями.


Молли Сарджен — аспирант первого курса программы биологических и биомедицинских наук Гарвардской медицинской школы.

Дэн Аттер — аспирант пятого курса органической и эволюционной биологии Гарвардского университета.

Для получения дополнительной информации:

  • Чтобы узнать больше о важности растворимости лекарств, прочтите эту статью.
  • Ознакомьтесь с этими статьями, чтобы узнать больше о белках и о том, как вода влияет на их складывание.
  • Узнайте больше о фосфолипидах здесь.
  • Узнайте больше о влиянии воды на структуру ДНК.
  • Узнайте больше о кислотах и ​​щелочах здесь.
  • Узнайте об уникальных свойствах воды на этой странице или недавно обнаруженных свойствах воды в этой статье.

Эта статья является частью нашего специального выпуска, посвященного воде. Чтобы узнать больше, посетите нашу домашнюю страницу специального выпуска!

15 преимуществ питьевой воды и другие факты о воде

Поделиться на Pinterest Возможные преимущества питьевой воды варьируются от сохранения здоровья почек до похудания.

Для правильного функционирования все клетки и органы тела нуждаются в воде.

Вот несколько причин, по которым нашему телу нужна вода:

1. Она смазывает суставы.

Хрящи в суставах и дисках позвоночника содержат около 80 процентов воды. Длительное обезвоживание может снизить амортизационную способность суставов, что приведет к боли в суставах.

2. Образует слюну и слизь

Слюна помогает нам переваривать пищу и сохраняет влажность рта, носа и глаз.Это предотвращает трение и повреждение. Питьевая вода также сохраняет ротовую полость в чистоте. Употребляемый вместо сладких напитков, он также может уменьшить кариес.

3. Доставляет кислород по всему телу.

Кровь более чем на 90 процентов состоит из воды, и кровь переносит кислород к различным частям тела.

4. Улучшает здоровье и красоту кожи.

При обезвоживании кожа становится более уязвимой для кожных заболеваний и преждевременного образования морщин.

5. Он смягчает мозг, спинной мозг и другие чувствительные ткани.

Обезвоживание может повлиять на структуру и функции мозга. Он также участвует в производстве гормонов и нейротрансмиттеров. Длительное обезвоживание может привести к проблемам с мышлением и рассуждением.

6. Регулирует температуру тела.

Вода, которая хранится в средних слоях кожи, выходит на поверхность кожи в виде пота при нагревании тела. По мере испарения охлаждает тело.В спорте.

Некоторые ученые предположили, что, когда в организме слишком мало воды, запас тепла увеличивается, и человек менее способен переносить тепловую нагрузку.

Наличие большого количества воды в организме может снизить физическое напряжение, если тепловой стресс возникает во время упражнений. Однако необходимы дополнительные исследования этих эффектов.

7, От этого зависит пищеварительная система

Кишечник нуждается в воде для правильной работы. Обезвоживание может привести к проблемам с пищеварением, запорам и повышенной кислотности желудка.Это увеличивает риск изжоги и язвы желудка.

8. Смывает отходы организма

Вода необходима в процессах потоотделения и удаления мочи и кала.

9. Помогает поддерживать кровяное давление

Недостаток воды может привести к сгущению крови, что приведет к повышению кровяного давления.

10. Это необходимо дыхательным путям

При обезвоживании дыхательные пути ограничиваются телом, чтобы минимизировать потерю воды.Это может усугубить астму и аллергию.

11. Обеспечивает доступность минералов и питательных веществ.

Они растворяются в воде, что позволяет им достигать различных частей тела.

12. Предотвращает повреждение почек.

Почки регулируют жидкость в организме. Недостаток воды может привести к образованию камней в почках и другим проблемам.

13. Повышает работоспособность во время упражнений.

Некоторые ученые предположили, что потребление большего количества воды может улучшить работоспособность во время напряженной деятельности.

Для подтверждения этого необходимы дополнительные исследования, но в одном обзоре было обнаружено, что обезвоживание снижает производительность при занятиях продолжительностью более 30 минут.

14. Похудание

Вода также может помочь в похудании, если ее употреблять вместо подслащенных соков и газированных напитков. «Предварительная загрузка» воды перед едой может помочь предотвратить переедание, создавая ощущение сытости.

15. Снижает вероятность похмелья.

Во время вечеринок несладкая газированная вода со льдом и лимоном, чередующаяся с алкогольными напитками, может помочь предотвратить чрезмерное употребление алкоголя.

Вода помогает растворять минералы и питательные вещества, делая их более доступными для организма. Это также помогает удалять отходы.

Эти две функции делают воду жизненно важной для почек.

Каждый день почки фильтруют около 120–150 литров жидкости.

Из них примерно 1-2 литра выводится из организма в виде мочи, а остальная часть восстанавливается с кровотоком.

Вода необходима для работы почек.

Если почки не функционируют должным образом, продукты жизнедеятельности и избыток жидкости могут накапливаться внутри тела.

Нелеченная хроническая болезнь почек может привести к почечной недостаточности. Органы перестают работать, требуется диализ или трансплантация почки.

Инфекции мочевыводящих путей (ИМП)

Какой процент воды на Земле является питьевой?

Джон Мисачи, 14 февраля 2018 г., Окружающая среда

Большая часть воды на Земле непригодна для питья.

То, что мир покрыт водой, — это общеизвестный факт. Фактически, континенты похожи на большие острова в бескрайних океанах. Около 75% земли покрыто водой. На земле нет недостатка в воде. Земля может похвастаться одними из крупнейших водоемов, включая океаны, озера и реки, которые простираются примерно на две трети ее поверхности. Однако, несмотря на то, что три четверти Земли состоит из воды, менее 3% воды — это пресная незасоленная вода.Кроме того, из существующей пресной воды не вся она доступна для потребления человеком.

Сколько пресной воды на Земле?

Как указано выше, около 2,5% воды на Земле — это пресная вода. Из доступной на Земле пресной воды только 31% доступен для использования. Около 69% пресной воды находится в форме ледяной шапки и ледника в таких местах, как ледяной щит Антарктики и Гренландии, что еще больше снижает количество доступной питьевой воды.Таким образом, если для питья доступен только 31% пресной воды, это означает, что 31% от 2,5% = 0,00775, что составляет менее 1%. Следовательно, менее 1% воды на Земле пригодно для питья. В некоторых районах ледник летом часто тает, чтобы обеспечить дополнительную питьевую воду. Однако количества воды от таяния ледников недостаточно для увеличения доступной пресной воды до уровня выше 1%.

Где хранится пресная вода?

Практически вся доступная пресная вода (за исключением ледников) — подземные.Подземные воды поднимаются и питают ручьи и насыщенные водно-болотные угодья. Он действует как резервуар, который также можно использовать для различных целей, в том числе в сельском хозяйстве и промышленности. Подземные воды обеспечивают примерно 40% питьевой воды.

Другой важный источник питьевой воды — это поверхностные пресные воды.Поверхностная вода содержится в озерах, реках, плотинах и ручьях. Хотя реки и плотины имеют решающее значение для водоснабжения, они содержат только 1% пресной воды. Около 0,001% пресной воды содержится в виде атмосферного пара, что является небольшим количеством, учитывая его важную функцию в погодных условиях. Однако атмосферные воды рециркулируют несколько раз в год между атмосферой и поверхностью земли, что приводит к дождям и снегам. Дожди и снег имеют решающее значение для пополнения поверхностных вод

Сколько людей не имеют доступа к чистой питьевой воде?

Из менее чем 1% доступной воды для питья большинство стран третьего мира не имеют необходимых ресурсов для обеспечения населения безопасной и чистой питьевой водой.Согласно отчету ВОЗ о питьевой воде и санитарии за 2008 год, около 885 миллионов человек, что составляет восьмую часть населения мира, не имеют доступа к безопасной воде. Около 3,6 миллиона человек ежегодно умирают от болезней, вызванных употреблением небезопасной питьевой воды.

Какое будущее у свежей питьевой воды?

Хотя поверхностные воды являются важным источником питьевой воды, поверхностные воды зависят от нескольких переменных режимов выпадения осадков, что делает их ненадежными.Защита подземных и поверхностных вод и управление ими — важная задача для обеспечения доступности питьевой воды. Никто не может создать больше воды. Но, управляя источниками воды и системами распределения, люди максимально используют доступную воду и эффективно используют каждую каплю.

выветривание | Национальное географическое общество

Выветривание описывает разрушение или растворение горных пород и минералов на поверхности Земли.Вода, лед, кислоты, соли, растения, животные и изменения температуры — все это агенты выветривания.

После того, как скала была разрушена, процесс, называемый эрозией, уносит куски породы и минерала. Ни один камень на Земле не является достаточно твердым, чтобы противостоять силам выветривания и эрозии. Вместе эти процессы высекли такие достопримечательности, как Гранд-Каньон в американском штате Аризона. Этот массивный каньон имеет длину 446 километров (277 миль), ширину 29 километров (18 миль) и глубину 1600 метров (1 милю).

Выветривание и эрозия постоянно меняют каменистый ландшафт Земли. Выветривание со временем изнашивает открытые поверхности. Продолжительность воздействия часто влияет на то, насколько уязвима скала к выветриванию. Скалы, такие как лава, которые быстро погружаются под другие породы, менее уязвимы для выветривания и эрозии, чем породы, подверженные воздействию таких факторов, как ветер и вода.

Поскольку он сглаживает грубые, острые поверхности скал, выветривание часто является первым шагом в создании почвы.Крошечные частицы выветрившихся минералов смешиваются с растениями, останками животных, грибами, бактериями и другими организмами. Один тип выветренной породы часто дает неплодородную почву, в то время как выветрившиеся материалы из коллекции горных пород богаче минеральным разнообразием и способствуют созданию более плодородной почвы. Типы почв, связанные со смесью выветрелых пород, включают ледниковый тилл, лёсс и аллювиальные отложения.

Выветривание часто делят на процессы механического и химического.Биологическое выветривание, при котором живые или некогда живые организмы способствуют выветриванию, может быть частью обоих процессов.

Механическое выветривание

Вода, в жидкой или твердой форме, часто является ключевым фактором механического выветривания. Например, жидкая вода может просачиваться в трещины и щели в скале. Если температура упадет достаточно низко, вода замерзнет. Когда вода замерзает, она расширяется. Тогда лед работает как клин.Он медленно расширяет трещины и раскалывает скалу. Когда лед тает, жидкая вода выполняет акт эрозии, унося крошечные фрагменты породы, потерянные в трещине. Этот специфический процесс (цикл замораживания-оттаивания) называется морозным выветриванием или криотрещиной.

Изменения температуры также могут способствовать механическому выветриванию в процессе, называемом термическим напряжением. Изменения температуры заставляют горную породу расширяться (при нагревании) и сжиматься (при холоде). Поскольку это происходит снова и снова, структура породы ослабевает.Со временем рассыпается. Скалистые пустынные ландшафты особенно уязвимы для термического стресса. Внешний слой пустынных скал подвергается повторяющимся нагрузкам, когда температура меняется от дня к ночи. В конце концов, внешние слои отслаиваются на тонкие листы — процесс, называемый отшелушиванием.

Отслоение способствует образованию бороздок, одной из самых драматических особенностей ландшафта, образованных выветриванием и эрозией. Борнхардты — это высокие куполообразные изолированные скалы, часто встречающиеся в тропических регионах.Гора Сахарная голова, знаковая достопримечательность Рио-де-Жанейро, Бразилия, является борнхардтом.

Изменения давления также могут способствовать отшелушиванию из-за погодных условий. В процессе, называемом разгрузкой, удаляются вышележащие материалы. Нижележащие породы, освобожденные от давления над ними, могут затем расширяться. По мере того как поверхность породы расширяется, она становится уязвимой для разрушения в процессе, называемом раскатыванием.

Другой тип механического выветривания происходит, когда глина или другие материалы рядом с горными породами поглощают воду.Глина, более пористая, чем камень, может набухать под водой, выветривая окружающие более твердые породы.

Соль также способствует выветриванию горных пород в процессе, называемом галокластикой. Морская вода иногда попадает в трещины и поры породы. Если соленая вода испаряется, остаются кристаллы соли. По мере того, как кристаллы растут, они оказывают давление на камень, медленно разрушая его.

Выветривание сот связано с галокластикой. Как следует из названия, сотовое выветривание описывает скальные образования с сотнями или даже тысячами ям, образованных ростом кристаллов соли.Выветривание соты — обычное дело в прибрежных районах, где морские брызги постоянно заставляют камни взаимодействовать с солями.

Галокластика не ограничивается прибрежными пейзажами. Солевой апвеллинг, геологический процесс, при котором подземные соляные купола расширяются, может способствовать выветриванию вышележащих пород. Сооружения в древнем городе Петра, Иордания, были нестабильными и часто разрушались из-за солевого подъема из-под земли.

Агентами механического выветривания могут быть растения и животные.Семя дерева может прорасти в почве, скопившейся в потрескавшейся скале. По мере роста корни расширяют трещины, в конечном итоге разбивая камень на части. Со временем деревья могут раскалывать даже большие камни. Даже небольшие растения, такие как мох, могут увеличивать крошечные трещинки по мере роста.

Животные, прокладывающие туннели под землей, такие как кроты и луговые собачки, также разрушают камни и землю. Другие животные копают и топчут камни над землей, заставляя их медленно крошиться.

Химическое выветривание

Например, двуокись углерода из воздуха или почвы иногда соединяется с водой в процессе, называемом карбонизацией. При этом образуется слабая кислота, называемая угольной кислотой, которая может растворять породу. Угольная кислота особенно эффективна при растворении известняка. Когда углекислота просачивается сквозь известняк под землей, она может открыть огромные трещины или выдолбить обширную сеть пещер.

Национальный парк Карлсбадские пещеры в американском штате Нью-Мексико включает более 119 известняковых пещер, созданных в результате выветривания и эрозии. Самый большой называется Большой зал. Большой зал площадью около 33 210 квадратных метров (357 469 квадратных футов) имеет размер шести футбольных полей.

Иногда химическое выветривание растворяет большие части известняка или других пород на поверхности Земли, образуя ландшафт, называемый карстом.В этих областях поверхностная порода испещрена ямами, провалами и пещерами. Одним из самых ярких примеров карста в мире является Шилин, или Каменный лес, недалеко от Куньмина, Китай. Сотни стройных, острых башен из выветрившегося известняка возвышаются над ландшафтом.

Другой тип химического выветривания воздействует на горные породы, содержащие железо. Эти породы превращаются в ржавчину в процессе окисления. Ржавчина — это соединение, образующееся при взаимодействии кислорода и железа в присутствии воды.По мере того, как ржавчина расширяется, она ослабляет породу и помогает разрушить ее.

Гидратация — это форма химического выветривания, при которой химические связи минерала изменяются по мере его взаимодействия с водой. Один случай гидратации происходит, когда минеральный ангидрит реагирует с грунтовыми водами. Вода превращает ангидрит в гипс, один из самых распространенных минералов на Земле.

Еще одна известная форма химического выветривания — гидролиз. В процессе гидролиза образуется новый раствор (смесь двух или более веществ), поскольку химические вещества в породе взаимодействуют с водой.Например, во многих породах минералы натрия взаимодействуют с водой, образуя раствор соленой воды.

Гидратация и гидролиз способствуют расширению склонов — еще одному яркому примеру ландшафта, сформированному выветриванием и эрозией. Расширяющиеся склоны представляют собой вогнутые скальные образования, которые иногда называют «волновыми скалами». Их c-образная форма в значительной степени является результатом подземного выветривания, при котором гидратация и гидролиз изнашивают породы под поверхностью ландшафта.

Живые или некогда живые организмы также могут быть агентами химического выветривания.Разлагающиеся остатки растений и некоторых грибов образуют углекислоту, которая ослабляет и растворяет породу. Некоторые бактерии могут выветриваться с камнями, чтобы получить доступ к таким питательным веществам, как магний или калий.

Глинистые минералы, включая кварц, являются одними из наиболее распространенных побочных продуктов химического выветривания. Глины составляют около 40% химических веществ во всех осадочных породах на Земле.

Выветривание и люди

Выветривание — это естественный процесс, но деятельность человека может его ускорить.

Например, некоторые виды загрязнения воздуха увеличивают скорость выветривания. При сжигании угля, природного газа и нефти в атмосферу выделяются такие химические вещества, как оксид азота и диоксид серы. Когда эти химические вещества сочетаются с солнечным светом и влагой, они превращаются в кислоты. Затем они падают на Землю в виде кислотного дождя.

Кислотный дождь быстро выветривает известняк, мрамор и другие виды камня. Последствия кислотного дождя часто можно увидеть на надгробиях, из-за чего имена и другие надписи невозможно прочитать.

Кислотный дождь также повредил многие исторические здания и памятники. Например, высотой 71 метр (233 фута) Гигантский Будда Лэшань на горе Эмэй, Китай, является самой большой статуей Будды в мире. Он был вырезан 1300 лет назад и веками оставался целым и невредимым. Инновационная дренажная система смягчает естественный процесс эрозии. Но в последние годы из-за кислотного дождя нос статуи почернел, а некоторые волосы рассыпались и выпадали.

Chem4Kids.com: Дело: изменение состояний




Все дело может переходить из одного состояния в другое.Это может потребовать экстремальных температур или экстремального давления, но это можно сделать. Иногда вещество не хочет менять состояния. Когда это произойдет, вам придется использовать все свои уловки. Чтобы создать твердое тело, вам, возможно, придется значительно уменьшить температуру , а затем добавить давление . Например, кислород (O 2 ) затвердеет при -361,8 градуса по Фаренгейту (-218,8 градуса по Цельсию) при стандартном давлении. Однако он замерзнет при более высоких температурах при повышении давления.

Некоторые из вас знают о жидком азоте (N 2 ). Это азот из атмосферы в жидкой форме, и он должен быть очень холодным, чтобы оставаться жидким. Что, если вы хотите превратить его в твердое тело, но не можете сделать его достаточно холодным, чтобы он затвердел? Вы можете увеличить давление в закрытой камере. В конце концов вы достигнете точки, когда жидкость станет твердой. Если у вас есть жидкая вода (H 2 O) при комнатной температуре и вам нужен водяной пар (газ), вы можете использовать комбинацию высоких температур или низких давлений для решения вашей проблемы.

Смена фаз происходит, когда вы достигаете определенных особых точек. Иногда жидкость хочет стать твердой. Ученые используют то, что называется точкой замерзания или точкой плавления , чтобы измерить температуру, при которой жидкость превращается в твердое тело. Есть физических эффектов, которые могут изменить точку плавления. Давление — один из таких эффектов. Когда давление вокруг вещества увеличивается, точка замерзания и другие особые точки также повышаются.Когда вещи находятся под большим давлением, легче сохранять твердость.

Как правило, твердые тела на плотнее, чем жидкости, потому что их молекулы расположены ближе друг к другу. В процессе замораживания молекулы сжимаются в меньшее пространство.

В науке всегда есть исключения. Вода особенная на многих уровнях. В замороженном состоянии между молекулами больше места. Молекулы организованы в определенном порядке, занимающем больше места, чем когда они все слабохарактерны в жидком состоянии.Поскольку такое же количество молекул занимает больше места, твердая вода менее плотная, чем жидкая вода. В твердой воде есть много других типов молекулярных организаций, о которых мы не можем здесь говорить.

Представьте, что вы солидный. Вы — кубик льда, стоящий на прилавке. Вы мечтаете стать жидкой водой. Вам нужно энергии . Тепло, вероятно, самая легкая энергия, которую вы можете использовать для изменения своего физического состояния. Атомы в жидкости обладают большей энергией, чем атомы в твердом теле.

Для каждого вещества существует своя температура, называемая точкой плавления . Когда твердое вещество достигает температуры плавления, оно может стать жидкостью. Для воды температура должна быть немного выше нуля градусов по Цельсию (0 o C), чтобы вы могли растаять.

Если вы были солью, сахаром или камнем, ваша температура плавления выше, чем у воды. Откуда вы знаете этот факт? Если бы их точки плавления были ниже, они также были бы жидкостями при температуре выше нуля градусов Цельсия.Обратный процесс плавления называется замораживанием . Жидкая вода замерзает и становится твердым льдом, когда молекулы теряют энергию.

Вы знаете, что твердые тела плавятся и превращаются в жидкости. Некоторые из вас, возможно, также видели, как твердое вещество превращается в газ. Это процесс под названием сублимация . Самый простой пример сублимации — сухой лед. Сухой лед — твердый диоксид углерода (CO 2 ). Удивительно, но когда вы оставляете сухой лед в комнате, он просто превращается в газ.Вы когда-нибудь слышали о жидком диоксиде углерода? Сделать это можно, но не в обычных ситуациях. Уголь — еще один пример соединения, которое не плавится при нормальном атмосферном давлении. Он сублимируется при очень высоких температурах.

Можно ли перейти от газа к твердому телу? Конечно. Осаждение происходит, когда газ становится твердым, минуя жидкое состояние вещества. Те из вас, кто живет около экватора, возможно, не видели его, но ближе к полюсам мы видим мороз зимним утром.Эти маленькие кристаллы инея на растениях накапливаются, когда водяной пар из воздуха становится твердым на листьях растений.

► Подробнее об изменениях фаз в части II …

Жидкость на борту МКС (видео NASA / MSFC)


Каким был бы мир, если бы твердая вода была плотнее жидкой воды, образец эссе

2 страницы, 663 слова

Каким был бы мир, если бы твердая вода была плотнее жидкой? Плотность — свойство материи.Он определяется как количество материала, которое умещается в данном пространстве. Более плотные предметы естественно тяжелее, чем менее плотные и того же размера. Точно так же, как твердые объекты имеют плотность, жидкости также имеют плотность. В связи с этим вода плотнее масла. Если два объекта разной плотности соприкоснутся, то на нем будет плавать тот, который менее плотный.

Это называется потоками плотности (Меркель).

Если твердая вода или лед были плотнее жидкой воды, вода в трубах замерзнет, ​​и это может привести к их разрыву.Произойдет хаос, поскольку все трубы под землей лопнут в холодной воде, и людям нечего будет пить, поскольку вода не будет течь по их водопроводным трубам. Таким образом, грунтовые воды будут загрязнены. Если грунтовые воды загрязнены, их невозможно очистить, и в зависимости от плотного льда, погруженного под воду, результаты могут быть тревожными (Water Basics).

Загрязнение подземных вод связано со многими экологическими проблемами, включая кислотные дожди, вывоз мусора, методы ведения лесного хозяйства и разливы токсичных веществ.Питьевая вода обязательно будет загрязнена, и возникнет путаница, поскольку люди паникуют по поводу ремонта сантехники и вытягивания большого количества свинца из труб.

Кроме того, когда лед станет более плотным, тогда произойдет разлив океанов и морей, что может вызвать катастрофы огромных размеров. Биологическое разнообразие, которое уже сокращается в результате различных видов деятельности человека, может стать одной из жертв такой ситуации. Ускоренное вымирание видов — неизбежное следствие стремительного потепления.Каковы последствия этого для водных организмов? Если бы лед был плотнее жидкой воды, это будет иметь разрушительные последствия для водных организмов. Большая часть водной флоры и фауны замерзнет, ​​и рыбы не выдержат низких температур. Лед не будет задерживать более теплую воду внизу, поэтому рыбы и другие существа не выживут, потому что под морем будут низкие температуры.

2 страницы, 701 слово

Эссе о том, как приготовить мороженое

Здесь всегда есть место для десерта, а когда дело доходит до сладостей, первое, что приходит в голову, — это не что иное, как мороженое.Шоколад, клубника, ваниль, фисташка, аромат продолжается и продолжается. И дети, и взрослые требуют мороженого. Происхождение этого американского десерта можно проследить еще в 4 веке до нашей эры. Когда император Римской империи Нерон захотел иметь …

Загрязнение вызовет еще большую озабоченность, поскольку будет ограниченное количество пресной воды или географическое распределение водных ресурсов. Возникнут проблемы с загрязнением окружающей среды, особенно воздуха и воды, и это нанесет серьезный удар человечеству в виде болезней, истощения или нехватки ресурсов и изменения климата, которые все приведут к уничтожению жизни животных и людей.Поскольку лед становится более плотным, чем жидкая вода, это отрицательно скажется на водной экосистеме, поскольку pH воды изменится и станет ниже 6. При pH 5,5 в озере меньше видов, а оставшимся будет сложно выжить. Немногие рыбы могут воспроизводить потомство, если pH водоемов ниже 5. Рыбы находятся под угрозой не только из-за повышенной кислотности окружающей среды, но и из-за токсичных тяжелых металлов, на которые, возможно, также повлияли эти изменения плотности твердых вод. Растворимость металлов увеличивается при неблагоприятных условиях.Следовательно, эти металлы могут активироваться в почве, попадать в воду и накапливаться в рыбе. Если рыбу съела птица, яды передаются по пищевой цепи.

Поскольку эти изменения плотности влияют на минералы, они убивают организм за организмом, и вся водная экосистема оказывается под угрозой. Между тем, в то время как почва будет повреждена, растения также будут поражены. По мере того как растения становятся более поврежденными, они становятся более восприимчивыми к заражению вредителями и грибами. Также могут возникнуть атмосферные загрязнители, что соответствует повышению средней глобальной температуры.Хотя этот сценарий далек от реализации, с пиковыми уровнями загрязнения озоном, кто знает, могут произойти изменения плотности воды. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Merkel, D.

3 страницы, 1448 слов

Очерк качества воды против Популяция рыб

ИНСТРУКЦИИ: • Самостоятельно и без посторонней помощи заполните эту форму ответов на лабораторную работу 1 в электронном виде и отправьте ее через папку заданий до даты, указанной в вашем расписании курса (в разделе «Программа»). • Для проведения лабораторных упражнений используйте Лабораторное руководство, доступное в классе WebTycho (зарезервированное чтение или предоставленное вашим инструктором) или на студенческом портале eScience Labs….

Плотность токов. Геологическая служба Алабамы. По состоянию на 6 июля 2006 г. по адресу: http://www.beloit.edu/~SEPM/Water_Works/de density_cu rrents.html Water Basics. По состоянию на 6 июля 2006 г.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *