Плотность воды и льда. Что больше и почему?
Ещё со школьной скамьи все знают о том, что лёд не тонет в воде. Но в чём же причина, ведь, по логике, он должен быть тяжелее, чем вода. Всё дело в том, что на самом деле плотность льда меньше, чем плотность воды. Как такое возможно? Попробуем разобраться.
Почему плотность льда меньше плотности воды?
Почему вода в своём твёрдом состоянии (лёд) легче, чем вода в жидком состоянии? Ведь должно быть наоборот: при переходе из жидкого состояния в твёрдое плотность вещества должна увеличиться, а объём при этом уменьшиться. Это известно всем из школьного курса физики. Исключение составляет обычная вода. Когда она замерзает и переходит в состояние льда, то плотность её при этом уменьшается. А причина – в так называемых водородных связях. Кристаллическая решётка льда похожа на соты, в каждом из шести углов расположены молекулы воды, соединённые водородными связями. Расстояние между молекулами воды в твёрдом состоянии больше, чем в жидком, где они перемещались свободно и могли сближаться.
Что больше, плотность льда или воды: исключение из правил
Итак, мы выяснили, почему плотность льда меньше плотности воды. Но существует ещё одна интересная закономерность. Если воду охлаждать не сразу, а постепенно, то вплоть до температуры +4оС вещество действительно становится плотнее. То есть, на этом этапе никаких отклонений от нормы мы не наблюдаем. А пройдя эту отметку, вода становится легче и, в конце концов, образуется лёд, плотность которого меньше, чем плотность воды. Впервые на это необычное свойство обратил внимание ещё Галилео Галилей.
Причём после того, как температура воды становится ниже отметки +4оС, плотность падает скачкообразно – сразу на 8%. Насколько же различаются плотность воды и льда? Если принять плотность воды за единицу, то плотность льда будет составлять 0,91.
Что нужно знать?
После замерзания объём воды увеличивается на 9%. Именно это становится причиной того, что замёрзшая в трубах вода «рвёт» их.
Но если на коммунальном хозяйстве такие свойства воды сказываются крайне негативно, то обитателям водоёмов они спасают жизнь. Даже в самые холодные зимы озёра и пруды не промерзают до дна. Нижние слои воды охлаждаются до 4о, а верхние слои превращаются в лёд. Плотность льда меньше плотности воды, поэтому он не опускается на дно, позволяя водяным жителям перезимовать. Кроме того, в толще льда ещё и остаются воздушные пузырьки, они делают плотность льда ещё меньше, как и сам вес ледяной пластины.
Наглядно продемонстрировать, например, ребёнку, что вода расширяется при замерзании можно при помощи простого опыта. Достаточно налить воды в пластиковый стаканчик и оставить его на морозе. Через несколько часов можно наблюдать результат: стаканчик будет разорван или деформирован.
Ещё один интересный опыт, который понравится детям: возьмите пластиковую трубочку для коктейля, плотно залепите пластилином, и залейте туда воду, отметив маркером уровень. Поставьте трубочку в морозилку. Когда вода замёрзнет, будет видно, что уровень находится выше, чем первоначальный.
Плотность морской воды
Как ведёт себя пресная вода при замерзании, мы разобрались. А вот с морской водой всё немного по-другому. Дело в том, что она представляет собой фактически раствор солей (35 г слой содержится в 1 литре морской воды). Максимума своей плотности она достигает при температуре -3,5оС, но замерзает уже при -1,9 °C.
Самая чистая вода
Уникальные свойства льда не ограничиваются его молекулярной структурой. Достаточно распространено мнение о пользе для здоровья именно талой воды. Однако учёные с сомнением относятся к «чудодейственным» свойствам такой воды. Ведь во время таяния льда его кристаллическая структура практически сразу разрушается, а значит, межмолекулярные связи становятся таким же, как и у обычной воды.
Если вы заботитесь о своём здоровье, то лучше установить качественную систему очистки водопроводной воды. А перед этим сдать воду на анализ. Лаборатория «УкрХимАнализ» проведёт анализ водопроводной воды по ключевым показателям (выбирайте пакет «Базовый», «Расширенный» или «Максимальный») и даст необходимые рекомендации, как улучшить её качество.
Разница в характеристиках, или что тяжелее — вода или лед
Обычная вода (H2O) может существовать в природе в трёх агрегатных состояниях. Логично предположить, что вес равных объёмов этого вещества в жидком и твёрдом виде будет одинаковым.
Давайте разберёмся, справедливо ли это утверждение, что тяжелее — вода или лед.
Что более тяжелое?
Учёные взвесили на точных весах образцы одинаковых объёмов H2O в жидком и твёрдом состояниях. Оказалось, что 250 мл пресной воды весит 249,6 г, а замёрзшей – 229 г, поэтому лед легче воды.
Ответ подтверждается простым опытом. Достаточно поместить в стакан с водой кусочек льда. Последний не погрузится в жидкость, а будет плавать на поверхности.
Наблюдения в природе показывают, что зимой замёрзшая поверхность водоёмов держится сверху, а не опускается на дно.
Почему лед не тонет в воде, подскажет видео:
Почему ледышка легче, чем H2O?
Масса вещества напрямую зависит от его плотности. Чем больше значение этого параметра, тем тяжелее образец. Оказывается, при понижении температуры вода изменяет свой объём и плотность по-разному.
Охлаждаясь до значения 3,86 °С, она сжимается, достигая максимального значения 1000 кг/м3. Но при приближении точки замерзания эта жидкость начинает расширяться. Объём увеличивается до 9%.
Таблица плотности H2O:
| Температура, °С | Плотность, кг/м3 |
| 20 | 998,2 |
| 10 | 999,7 |
| 3,86 | 1000 |
| 0,1 | 999,8 |
| -5 | 917,5 |
| -10 | 918,9 |
Примечание: данные приведены для нормального атмосферного давления.
Замерзание воды в закрытых резервуарах приводит к их разрушению из-за изменения объёма. Именно поэтому нельзя оставлять на зиму снаружи здания неутеплённые трубопроводы заполненными.
Отличия по другим параметрам
Кроме плотности лёд от воды отличается по следующим параметрам:
- Агрегатным состоянием. Вода – это жидкость, которая не сохраняет свою форму, а заполняет объём сосуда или растекается по поверхности. Её замёрзший кусок – это тоже H2O, но в твёрдом состоянии. Он не изменяет свою форму, если температура не поднимается выше нуля.
- Расположением молекул. Молекулы воды двигаются хаотично, хотя сохраняют связи между собой. Благодаря этому жидкость обладает текучестью. При замерзании вещество приобретает кристаллическую структуру в форме тетраэдра. Все молекулы прочно связаны, находятся на равных расстояниях на вершинах этой фигуры.
- Удельной теплоёмкостью. Удельная теплоёмкость воды – 1 ккал/ (кг °С). Но чтобы нагреть 1 кг её в твёрдом состоянии, на 1 градус потребуется затратить всего 0,49 ккал.
Сравнение сухого льда по тяжести с водой
Сухим льдом принято называть двуокись углерода CO2 в твёрдой форме. Это вещество без запаха белого цвета. В обычных условиях оно испаряется, превращаясь в углекислый газ.
Определить, какое вещество тяжелее при одинаковых объёмах можно по плотности. Максимальное её значение для H2O – 1000 кг/м3. Для CO2 в сжатой форме этот параметр равен 1500 кг/м3, значит он тяжелее.
Заключение
Одинаковые объёмы воды в жидком и твёрдом состояниях имеют разный вес. Из-за более низкой плотности H2O в замёрзшем виде легче. Именно поэтому реки и озёра в холодное время имеют застывшее покрытие только сверху.
Вода легко перетекает, занимая всё свободное пространство, а при отрицательной температуре становится неподвижной, сохраняет свою форму.
Что весит больше — литр ВОДЫ или литр ЛЬДА .
Вода при замерзании увеличивается в объеме ,так что один литр вмещает меньшее количество льда,чем воды.Сравните эти массы : 1литр воды при 0С весит 999г ,а 1литр льда 990г , а литр в данном случае является мерой не веса,а объема.
Лучший ответ
Поскольку в литрах измеряется объем, а плотность (масса вещества в единице объема) льда меньше плотности воды (лед плавает в воде) , то естественно литр воды весит больше литра льда.
Остальные ответы
рома .Ученик (161) 1 год назад
Учебник по физике открой. Куб м. Воды весит 1000кг а Куб м. Льда весит 900кг .
килограм льда объемом больше чем литр воды 🙂
если по объёму — то литр воды, потомо что плотность воды 4200 а льда 2100, кстати именно поэтому лёд плавает.
ДемонМыслитель (5288) 15 лет назад
В каких единицах измерения?плотность воды 1гр на см,а льда 0.9.гр на см^3.
плоотность воды 998+-, плотность льда чуть меньше 0.92
одинаково. 1 всё равно чего, главное литр.
KvanМудрец (17113) 15 лет назад
Плотность воды больше, плотности льда, поэтому, при одинаковых объемах литр воды тяжелее.
AN82Мастер (2433) 15 лет назад
А литр воздуха и литр железа тоже одинаково весят?
По мне дак одинакого
брось себе на голову — что больнее, то весит больше
Что тяжелее кг ваты иль кг кирпичей??)
При одинаковом объеме (литр) весить будет больше то вещество- у которого больше плотность. Лед не тонет в воде- значит у воды плотность больше. Т. е. литр воды весит больше литра льда.
))))) литр воды весит больше.. . так как удельный вес воды больше, чем удельный вес льда. Железный корабль тоже не тонет в воде))) ) литр железа тоже весит больще литра воды. ))))
муниципальное дошкольное образовательное учреждение «Детский сад № 59» города Ярославля
Прозрачность воды
Перед ребенком стоят два прозрачных стаканчика: один с водой, другой – с молоком. В оба стаканчика положить ложечки или палочки. В каком из стаканчиков они видны, а в каком – нет? Почему? Перед нами молоко и вода, в стаканчике с водой мы видим ложку, а в стаканчике с молоком – нет. Вывод: вода прозрачная, а молоко – нет.
Лед – это твердая вода
Принесите сосульки в помещение, поместив каждую в отдельную емкость, чтобы каждый ребенок наблюдал за своей сосулькой. Если опыт проводится в теплое время года, сделайте кубики льда, заморозив воду в холодильнике. Вместо сосулек можно взять шарики из снега.
Дети должны следить за состоянием сосулек и кубиков льда в теплом помещении. Обращайте их внимание на то, как постепенно уменьшаются сосульки и кубики льда. Что с ними происходит? Возьмите одну большую сосульку и несколько маленьких. Следите, какая из них растает быстрее.
Важно, чтобы дети обратили внимание на то, что отличающиеся по величине куски льда растают за разные промежутки времени. Вывод: лед, снег – это тоже вода.
Вода – жидкая, течет
Дайте детям два стаканчика – один с водой, другой – пустой, и предложите аккуратно перелить воду из одного в другой. Льется вода? Почему? Потому что она жидкая. Если бы вода не была жидкой, то она не смогла бы течь в реках и ручейках, не текла бы из крана.
Для того, чтобы дети лучше поняли, что такое «жидкая», предложите им вспомнить, что кисель бывает жидким и густым. Если кисель течет, мы можем его перелить из стакана в стакан, и мы говорим, что он жидкий. Если же мы не можем его перелить из стакана в стакан, потому что он не течет, а вываливается кусками, то мы говорим, что кисель густой. Поскольку вода жидкая, может течь, ее называют жидкостью.
Лед легче воды
Опустить кусочек льда в стакан, до краев наполненный водой. Лед растает, но вода не перельется через край.
Вывод: Вода, в которую превратился лед, занимает меньше места, чем лед, то есть она тяжелее.
Вода не имеет формы
Предложите детям рассмотреть кусочек льда (лед – это твердая вода). Какой формы этот кусочек льда? Изменит ли он свою форму, если мы опустим его в стакан, в миску, положим на стол или на ладошку? Нет, в любом месте он остается кубиком (до тех пор, пока не растает). А жидкая вода?
Пусть ребята нальют воду в кувшин, тарелку, стакан, на поверхность стола. Что происходит? Вода принимает форму того предмета, в котором находится, а на ровном месте расползается лужицей. Значит, жидкая вода не имеет формы. Опыт можно дополнить следующими наблюдениями: кубик льда, имеющий форму, при таянии превращается жидкость и растекается по поверхности блюдца.
Горячая, теплая, холодная вода
Дайте детям стаканчики с водой разной температуры. Пусть они пальчиком попробуют и определят, в каком стаканчике вода самая холодная, самая теплая.
В реках, озерах, морях вода разной температуры: и теплая, и холодная. Некоторые рыбы, звери, растения, улитки могут жить только в теплой воде, другие – только в холодной. В холодных морях, реках живет меньше разных животных. В природе есть такие необычные места, где очень горячая вода выходит из-под земли на поверхность. Это гейзеры. От них, как и от термоса с горячей водой, тоже идет пар.
В водоемах вода бывает разной температуры, а значит, в них живут разные растения и животные.
У воды нет вкуса
Предложите детям попробовать через соломинку воду.
Вопрос: есть ли у нее вкус?
Очень часто дети убежденно говорят, что вода очень вкусная. Дайте им для сравнения попробовать молоко или сок. Если они не убедились, пусть еще раз попробуют воду. Вы должны доказать им, что у воды нет вкуса. Дело в том, что дети часто слышат от взрослых (в том числе в детском саду), что вода очень вкусная. У них формируется свой действующий стереотип, представление. Объясните, что когда человек очень хочет пить, то с удовольствием пьет воду, и, чтобы выразить свое удовольствие, говорит: «Какая вкусная вода!», хотя на самом деле ее вкус не чувствует.
А вот морская вода на вкус соленая, потому что в ней много разных солей. Ее человек не может пить.
Встреча с ручейком
Сделайте небольшой желобок, похожий на русло ручейка. Положите его наклонно, приложив нижний конец к блюду или мисочке. Верхний конец желобка укрепите на какой-нибудь подставке так, чтобы он держался и не падал. В результате у вас должна получиться модель наклонного русла ручейка и пруда или озера. Возьмите емкость с водой примерно на 1 литр. Наклоните ее над желобком и лейте воду небольшой струйкой. Чтобы вода напоминала ручей, положите немного мелких камешков, создавая преграду для воды. Так вы сможете добиться эффекта журчащих струек.
Капельки
Из бутылочки на блюдце капните несколько капель воды. Капельницу держите достаточно высоко от блюдца, чтобы дети увидели, какой формы появляется капля из горлышка и как она падает.
Превращение в воду
Приносим с улицы ведерко со снегом. Вспоминаем превращение снега на холоде и в тепле. На улице мороз, в комнате тепло. Снег тает – его становится меньше, а воды больше. Вода вначале холодная, а через некоторое время теплеет. Снег, лед, сосульки тают в комнате от тепла, превращаются в воду.
Чем пахнет вода
Предложить детям два стакана воды – чистую и с каплей валерианы. Вода начинает пахнуть тем веществом, которое в нее положено.
Тонет, не тонет
Для опыта необходима ванночка или таз с водой, различные по весу предметы. Опустить в воду предметы по очереди. Что произошло? Некоторые предметы утонули, а некоторые всплыли. Это зависит от веса предмета. Вода выталкивает более легкие предметы.