Условие задачи
Расширяется или сжимается вода при замерзании? Ответ поясните.
Решение
Дисциплина задачи – физика, в частности раздел термодинамики и физического состояния вещества.
При замерзании вода ведёт себя аномально: вместо того чтобы сжиматься, она расширяется. Это связано с особенностями строения молекул воды и их межмолекулярного взаимодействия.
Объяснение:
1. В жидком состоянии молекулы воды движутся и располагаются хаотично, при этом они могут сближаться достаточно близко друг к другу.
2. При замерзании вода переходит в кристаллическое состояние, где молекулы выстраиваются в правильную решётку. Из-за образования водородных связей кристаллическая решётка приобретает форму приблизительно шестиугольного каркаса, при котором молекулы находятся на большем расстоянии друг от друга, чем в жидком состоянии.
3. Следовательно, несмотря на то, что масса остаётся неизменной, объём увеличивается. Если обозначить объём как V, массу как m и плотность как ρ, то воспользуемся формулой:
ρ = m ⁄ V
При замерзании плотность воды уменьшается (примерно с 1 г⁄см³ для жидкой воды до примерно 0,92 г⁄см³ для льда). При той же массе m увеличение объёма V означает, что вода расширяется.
Таким образом, при замерзании вода расширяется, что является причиной того, что лед имеет меньшую плотность, чем жидкая вода, и поэтому плавает на её поверхности.