Բևեռային սառցե բլոկները և այսբերգները սահում են օվկիանոսում, և նույնիսկ ըմպելիքների մեջ սառույցը երբեք չի սուզվում հատակը: Կարելի է եզրակացնել, որ սառույցը չի խորտակվում ջրի մեջ։ Ինչո՞ւ։ Եթե մտածեք դրա մասին, այս հարցը կարող է մի փոքր տարօրինակ թվալ, քանի որ սառույցը պինդ է և, ինտուիտիվ, պետք է լինի ավելի ծանր, քան հեղուկը: Թեև այս հայտարարությունը ճիշտ է նյութերի մեծ մասի համար, ջուրը բացառություն է կանոնից: Ջուրն ու սառույցը տարբերվում են ջրածնային կապերով, որոնք պինդ վիճակում սառույցը դարձնում են ավելի թեթև, քան հեղուկ վիճակում։
Գիտական հարց. ինչու սառույցը չի խորտակվում ջրի մեջ
Պատկերացնենք, որ 3-րդ դասարանի «Շուրջ աշխարհը» կոչվող դասին ենք։ «Ինչու՞ սառույցը չի խորտակվում ջրի մեջ», - հարցնում է ուսուցիչը երեխաներին: Իսկ երեխաները, չունենալով ֆիզիկայի խորը գիտելիքներ, սկսում են տրամաբանել։ «Միգուցե դա մոգությո՞ւն է»: ասում է երեխաներից մեկը։
Իսկապես, սառույցը չափազանց անսովոր է: Գործնականում չկան այլ բնական նյութեր, որոնք պինդ վիճակում կարող են լողալ հեղուկի մակերեսի վրա: Սա այն հատկություններից մեկն է, որը ջուրը դարձնում է անսովոր նյութ և, անկեղծ ասած, հենց դա է փոխում մոլորակների էվոլյուցիայի ուղին:
Կան մոլորակներ, որոնք պարունակում են հսկայական քանակությամբ հեղուկ ածխաջրածիններ, ինչպիսին է ամոնիակը, սակայն, երբ սառչում է, այս նյութը իջնում է հատակը: Սառույցը ջրի մեջ չսուզվելու պատճառն այն է, որ երբ ջուրը սառչում է, այն ընդլայնվում է, իսկ դրա հետ մեկտեղ՝ նվազում է խտությունը։ Հետաքրքիր է, որ սառույցի ընդլայնումը կարող է կոտրել ժայռերը. ջրի սառցակալման գործընթացն այնքան անսովոր է:
Գիտականորեն ասած՝ սառեցման գործընթացն արագ եղանակային ցիկլեր է ստեղծում, և մակերեսի վրա արձակված որոշ քիմիական նյութեր կարող են լուծարել հանքանյութերը: Ընդհանուր առմամբ, ջրի սառեցման հետ կապված կան գործընթացներ և հնարավորություններ, որոնք չեն ենթադրում այլ հեղուկների ֆիզիկական հատկությունները:
Սառույցի և ջրի խտություն
Այնպես որ, պատասխանը, թե ինչու սառույցը չի խորտակվում ջրի մեջ, այլ լողում է մակերեսի վրա, այն է, որ այն ավելի ցածր խտություն ունի, քան հեղուկը, բայց դա առաջին մակարդակի պատասխանն է: Ավելի լավ հասկանալու համար դուք պետք է իմանաք, թե ինչու է սառույցը ցածր խտություն, ինչու են իրերն առաջին հերթին լողում, ինչպես է խտությունը հանգեցնում լողանալու:
Հիշենք հույն հանճար Արքիմեդին, ով պարզել է, որ որոշակի առարկա ջրի մեջ ընկղմելուց հետո ջրի ծավալը մեծանում է ընկղմված առարկայի ծավալին հավասար թվով։ Այսինքն, եթե ջրի երեսին խորը աման դնես, հետո մեջը ծանր առարկա դնես, ջրի ծավալը, որը կլցվի ամանի մեջ, լրիվ հավասար կլինի առարկայի ծավալին։ Կարևոր չէ՝ առարկան ամբողջությամբ ջրի տակ է, թեմասամբ։
Ջրի հատկությունները
Ջուրը զարմանալի նյութ է, որը հիմնականում կերակրում է կյանքը երկրի վրա, քանի որ յուրաքանչյուր կենդանի օրգանիզմ դրա կարիքն ունի: Ջրի ամենակարևոր հատկություններից մեկն այն է, որ այն ունի ամենաբարձր խտությունը 4°C-ում: Այսպիսով, տաք ջուրը կամ սառույցը ավելի քիչ խիտ է, քան սառը ջուրը: Ավելի քիչ խիտ նյութերը լողում են ավելի խիտ նյութերի վրա:
Օրինակ, աղցան պատրաստելիս կնկատեք, որ յուղը գտնվում է քացախի մակերեսին, դա կարելի է բացատրել նրանով, որ այն ունի ավելի քիչ խտություն։ Նույն օրենքը գործում է նաև բացատրելու համար, թե ինչու սառույցը չի խորտակվում ջրի մեջ, այլ խորտակվում է բենզինի և կերոսինի մեջ։ Պարզապես այս երկու նյութերն ավելի ցածր խտություն ունեն, քան սառույցը։ Այսպիսով, եթե փչովի գնդակը նետեք լողավազանի մեջ, այն կբողոքի մակերեսի վրա, բայց եթե քարը նետեք ջուրը, այն կնվազի հատակը:
Ինչ է փոխվում ջրի հետ, երբ այն սառչում է
Պատճառը, որ սառույցը չի սուզվում ջրի մեջ, ջրածնային կապերի պատճառով է, որը փոխվում է, երբ ջուրը սառչում է: Ինչպես գիտեք, ջուրը բաղկացած է մեկ թթվածնի ատոմից և երկու ջրածնի ատոմից։ Դրանք կապված են կովալենտային կապերով, որոնք աներևակայելի ամուր են: Այնուամենայնիվ, կապի մյուս տեսակը, որը ձևավորվում է տարբեր մոլեկուլների միջև, որը կոչվում է ջրածնային կապ, ավելի թույլ է: Այս կապերը ձևավորվում են, քանի որ դրական լիցքավորված ջրածնի ատոմները ձգվում են դեպի հարևան ջրի մոլեկուլների բացասական լիցքավորված թթվածնի ատոմները:
Երբ ջուրը տաք է, մոլեկուլները շատ ակտիվ են,շատ շարժվել, արագ կապեր ձևավորել և քայքայվել ջրի այլ մոլեկուլների հետ: Նրանք միմյանց մոտենալու և արագ շարժվելու էներգիա ունեն։ Այսպիսով, ինչու սառույցը չի խորտակվում ջրի մեջ: Քիմիան թաքցնում է պատասխանը։
Սառույցի ֆիզիկական քիմիա
Քանի որ ջրի ջերմաստիճանը իջնում է 4 °C-ից ցածր, հեղուկի կինետիկ էներգիան նվազում է, ուստի մոլեկուլներն այլևս չեն շարժվում։ Նրանք շարժվելու էներգիա չունեն և այնքան հեշտ է, որքան բարձր ջերմաստիճանի դեպքում, կոտրվում և կապեր ձևավորվում: Փոխարենը, նրանք ավելի շատ ջրածնային կապեր են ստեղծում ջրի այլ մոլեկուլների հետ՝ ձևավորելով վեցանկյուն վանդակավոր կառուցվածքներ։
Նրանք ձևավորում են այս կառուցվածքները՝ բացասաբար լիցքավորված թթվածնի մոլեկուլները միմյանցից հեռու պահելու համար: Մոլեկուլների ակտիվության արդյունքում առաջացած վեցանկյունների մեջտեղում մեծ դատարկություն կա։
Սառույցը խորտակվում է ջրի մեջ. պատճառներ
Սառույցը իրականում 9%-ով պակաս խտություն ունի, քան հեղուկ ջուրը: Հետեւաբար, սառույցը ավելի շատ տեղ է զբաղեցնում, քան ջուրը: Գործնականում դա իմաստ ունի, քանի որ սառույցը ընդլայնվում է: Ահա թե ինչու խորհուրդ չի տրվում սառեցնել ջրի ապակե շիշը. սառեցված ջուրը կարող է մեծ ճաքեր ստեղծել նույնիսկ բետոնի վրա: Եթե դուք ունեք մեկ լիտր շիշ սառույց և մեկ լիտր շիշ ջուր, ապա սառցե ջրի շիշը ավելի հեշտ կլինի: Մոլեկուլները այս պահին ավելի հեռու են միմյանցից, քան երբ նյութը գտնվում է հեղուկ վիճակում: Ահա թե ինչու սառույցը չի խորտակվում ջրի մեջ։
Երբ սառույցը հալվում էկայուն բյուրեղային կառուցվածքը քայքայվում է և դառնում ավելի խիտ: Երբ ջուրը տաքանում է մինչև 4°C, այն էներգիա է ստանում, և մոլեկուլներն ավելի ու ավելի արագ են շարժվում։ Սա է պատճառը, որ տաք ջուրն ավելի շատ տեղ է զբաղեցնում, քան սառը ջուրը և լողում է սառը ջրի վրա՝ այն ավելի քիչ խտություն ունի։ Հիշեք, երբ լճում եք, լողալիս, ջրի վերին շերտը միշտ հաճելի է և տաք, բայց երբ ոտքդ ցած դնում ես, զգում ես ստորին շերտի սառնությունը։
Ջրի սառեցման գործընթացի նշանակությունը մոլորակի գործունեության մեջ
Չնայած այն հանգամանքին, որ «Ինչո՞ւ սառույցը չի խորտակվում ջրի մեջ» հարցին. 3-րդ դասարանի համար շատ կարևոր է հասկանալ, թե ինչու է այս գործընթացը տեղի ունենում և ինչ է դա նշանակում մոլորակի համար: Այսպիսով, սառույցի լողացողությունը կարևոր հետևանքներ ունի Երկրի վրա կյանքի համար: Ձմռանը լճերը սառչում են ցուրտ վայրերում. դա թույլ է տալիս ձկներին և այլ ջրային կենդանիներին գոյատևել սառցե շերտի տակ: Եթե հատակը սառած է, ապա մեծ հավանականություն կա, որ ամբողջ լիճը կարող է սառչել։
Նման պայմաններում ոչ մի օրգանիզմ չէր գոյատևի։
Եթե սառույցի խտությունն ավելի բարձր լիներ, քան ջրի խտությունը, ապա օվկիանոսները կխորտակվեին սառույցի մեջ, իսկ սառցե գլխարկները, որոնք այդ ժամանակ կլինեն հատակին, ոչ մեկին թույլ չէին տա ապրել այնտեղ: Օվկիանոսի հատակը լի կլիներ սառույցով, և ինչի՞ կվերածվեր այդ ամենը: Ի թիվս այլ բաների, բևեռային սառույցը կարևոր է, քանի որ այն արտացոլում է լույսը և թույլ չի տալիս Երկիր մոլորակը շատ տաքանալ:
