كتل الجليد القطبي والجبال الجليدية تنجرف في المحيط ، وحتى في المشروبات الجليد لا يغوص أبدًا في القاع. يمكن استنتاج أن الجليد لا يغرق في الماء. لماذا ا؟ إذا فكرت في الأمر ، فقد يبدو هذا السؤال غريباً بعض الشيء ، لأن الجليد صلب ، ويجب أن يكون - بشكل حدسي - أثقل من السائل. في حين أن هذه العبارة صحيحة بالنسبة لمعظم المواد ، فإن الماء هو الاستثناء من القاعدة. يتميز الماء والجليد بالروابط الهيدروجينية ، التي تجعل الجليد أخف في الحالة الصلبة منه عندما يكون في الحالة السائلة.
سؤال علمي: لماذا لا يغرق الجليد في الماء
لنتخيل أننا في درس يسمى "العالم من حولنا" في الصف الثالث. يسأل المعلم الأطفال "لماذا لا يغرق الجليد في الماء؟" والأطفال ، الذين ليس لديهم معرفة عميقة بالفيزياء ، يبدأون في التفكير. "ربما هو سحر؟" يقول أحد الأطفال
في الواقع ، الجليد غير عادي للغاية. لا توجد عمليا أي مواد طبيعية أخرى يمكن أن تطفو على سطح السائل في الحالة الصلبة. هذه إحدى الخصائص التي تجعل الماء مادة غير عادية ، وبصراحة ، هذا هو ما يغير مسار تطور الكواكب.
هناك بعض الكواكب التي تحتوي على كميات هائلة من الهيدروكربونات السائلة مثل الأمونيا - ولكن عندما تتجمد ، تغرق هذه المادة في القاع. السبب في عدم غرق الجليد في الماء هو أنه عندما يتجمد الماء يتمدد ومعه تقل كثافته. ومن المثير للاهتمام ، أن تمدد الجليد يمكن أن يكسر الصخور - عملية تجمد الماء غير عادية.
من الناحية العلمية ، فإن عملية التجميد تنشئ دورات تجوية سريعة ويمكن لبعض المواد الكيميائية التي يتم إطلاقها على السطح إذابة المعادن. بشكل عام ، هناك عمليات واحتمالات مرتبطة بتجميد الماء لا تتضمنها الخصائص الفيزيائية للسوائل الأخرى.
كثافة الثلج والماء
إذن الجواب عن سبب عدم غرق الجليد في الماء ولكنه يطفو على السطح هو أن كثافة الجليد أقل من كثافة السائل - ولكن هذه إجابة من المستوى الأول. لفهم أفضل ، عليك أن تعرف سبب انخفاض كثافة الجليد ، ولماذا تطفو الأشياء في المقام الأول ، وكيف تؤدي الكثافة إلى الطفو.
تذكر العبقري اليوناني أرخميدس ، الذي اكتشف أنه بعد غمر جسم معين في الماء ، يزداد حجم الماء بمقدار يساوي حجم الجسم المغمور. بمعنى آخر ، إذا وضعت طبقًا عميقًا على سطح الماء ثم وضعت شيئًا ثقيلًا فيه ، فإن حجم الماء الذي سيتم سكبه في الطبق سيكون مساويًا تمامًا لحجم الجسم. لا يهم ما إذا كان الكائن مغمورًا تمامًا أوجزئياً
خصائص المياه
الماء مادة رائعة تغذي الحياة على الأرض ، لأن كل كائن حي يحتاجها. من أهم خصائص الماء أنه يحتوي على أعلى كثافة عند 4 درجات مئوية. وبالتالي ، فإن الماء الساخن أو الجليد أقل كثافة من الماء البارد. المواد الأقل كثافة تطفو فوق المواد الأكثر كثافة.
على سبيل المثال ، أثناء تحضير سلطة ، ستلاحظ أن الزيت موجود على سطح الخل - ويمكن تفسير ذلك من خلال حقيقة أنه أقل كثافة. يسري نفس القانون أيضًا على شرح سبب عدم غرق الجليد في الماء ، ولكنه يغرق في البنزين والكيروسين. كل ما في الأمر أن هاتين المادتين لهما كثافة أقل من كثافة الجليد. لذلك ، إذا رميت كرة قابلة للنفخ في حوض السباحة ، فسوف تطفو على السطح ، ولكن إذا رميت حجرًا في الماء ، فسوف تغوص في القاع.
ما هي التغييرات التي تحدث للماء عندما يتجمد
سبب عدم غرق الجليد في الماء هو الروابط الهيدروجينية التي تتغير عندما يتجمد الماء. كما تعلم ، يتكون الماء من ذرة أكسجين واثنين من ذرات الهيدروجين. إنها مرتبطة بروابط تساهمية قوية بشكل لا يصدق. ومع ذلك ، فإن النوع الآخر من الروابط التي تتشكل بين الجزيئات المختلفة ، والذي يسمى رابطة الهيدروجين ، يكون أضعف. تتشكل هذه الروابط لأن ذرات الهيدروجين موجبة الشحنة تنجذب إلى ذرات الأكسجين سالبة الشحنة لجزيئات الماء المجاورة.
عندما يكون الماء دافئًا ، تكون الجزيئات نشطة جدًا ،تتحرك كثيرًا ، وتشكل وتتحلل بسرعة الروابط مع جزيئات الماء الأخرى. لديهم الطاقة للاقتراب من بعضهم البعض والتحرك بسرعة. فلماذا لا يغرق الجليد في الماء؟ الكيمياء تخفي الإجابة.
الكيمياء الفيزيائية للجليد
عندما تنخفض درجة حرارة الماء إلى أقل من 4 درجات مئوية ، تنخفض الطاقة الحركية للسائل ، وبالتالي لا تتحرك الجزيئات. ليس لديهم الطاقة للتحرك ويسهل كسرها وتشكيل الروابط في درجات الحرارة العالية. بدلاً من ذلك ، فإنها تشكل المزيد من الروابط الهيدروجينية مع جزيئات الماء الأخرى لتشكيل هياكل شعرية سداسية.
أنها تشكل هذه الهياكل للحفاظ على جزيئات الأكسجين سالبة الشحنة منفصلة. في منتصف الأشكال السداسية التي تشكلت نتيجة نشاط الجزيئات ، هناك الكثير من الفراغ.
يغرق الجليد في الماء - الأسباب
الجليد أقل كثافة بنسبة 9٪ من الماء السائل. لذلك ، يشغل الجليد مساحة أكبر من مساحة الماء. عمليًا ، هذا منطقي لأن الجليد يتمدد. هذا هو السبب في أنه لا يوصى بتجميد زجاجة ماء زجاجية - فالمياه المجمدة يمكن أن تحدث شقوقًا كبيرة حتى في الخرسانة. إذا كان لديك زجاجة لتر من الثلج وزجاجة لتر من الماء ، فستكون زجاجة الماء المثلج أسهل. تكون الجزيئات متباعدة في هذه المرحلة أكثر مما كانت عليه عندما تكون المادة في الحالة السائلة. لهذا السبب لا يغرق الجليد في الماء.
عندما يذوب الجليدينهار الهيكل البلوري المستقر ويصبح أكثر كثافة. عندما ترتفع درجة حرارة الماء إلى 4 درجات مئوية ، فإنه يكتسب طاقة وتتحرك الجزيئات بشكل أسرع وأبعد. هذا هو السبب في أن الماء الساخن يأخذ مساحة أكبر من الماء البارد ويطفو فوق الماء البارد - فهو أقل كثافة. تذكر ، عندما تكون في البحيرة ، أثناء السباحة ، تكون الطبقة العليا من الماء لطيفة ودافئة دائمًا ، ولكن عندما تضع قدميك ، تشعر ببرودة الطبقة السفلية.
اهمية عملية تجميد الماء في سير عمل الكوكب
على الرغم من أن السؤال "لماذا لا يغرق الجليد في الماء؟" بالنسبة للصف الثالث ، من المهم جدًا فهم سبب حدوث هذه العملية وما تعنيه لكوكب الأرض. وبالتالي ، فإن طفو الجليد له آثار مهمة على الحياة على الأرض. تتجمد البحيرات في الشتاء في الأماكن الباردة - وهذا يسمح للأسماك والحيوانات المائية الأخرى بالبقاء تحت الغطاء الجليدي. إذا تم تجميد القاع ، فهناك احتمال كبير أن البحيرة بأكملها يمكن أن تتجمد.
في مثل هذه الظروف ، لن ينجو كائن حي واحد.
إذا كانت كثافة الجليد أعلى من كثافة الماء ، فإن المحيطات ستغرق في الجليد ، ولن تسمح القمم الجليدية التي ستكون في القاع لأي شخص بالعيش هناك. سيكون قاع المحيط مليئًا بالجليد - وماذا سيتحول كل هذا؟ من بين أمور أخرى ، الجليد القطبي مهم لأنه يعكس الضوء ويمنع كوكب الأرض من السخونة الشديدة.
