Презентация на тему: Вода при замерзании

Аномальные свойства воды при замерзании. 900igr.net

Цель: Изучение причин изменения плотности воды при снижении температуры. Как известно, вода во внешней среде бывает одновременно в трёх агрегатных состояниях: в жидком в твёрдом в газообразном

Аномалия воды. Удивительным свойством обладает вода: это единственное вещество на земле, которое при замерзании расширяется. Плотность воды при понижении температуры сначала возрастает, достигает максимума при 4oС и начинает уменьшаться. ПОЧЕМУ?

Строение воды. Молекула воды имеет угловое строение, угол Н–О–Н составляет 104,5 градусов. Одна молекула Н2О- газ, пар. Две неподеленные электронные пары О, образуют две донорно-акцепторные связи с атомами водорода соседних молекул воды. Это водородные связи.

Водородная связь. ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ-взаимодействие между двумя электроотрицательными атомами одной или разных молекул посредством атома водорода: A-H…B. Наличием водородных связей обусловлены уникальные свойства воды. Трехатомная молекула Н2О образует четыре водородные связи. В их образовании принимают участие оба атома водорода, а атом кислорода образует две водородные связи с атомами водорода соседних молекул воды. (Электронная плотность О распределяется равномерно) Кристаллическая решетка Н2О- лед (схема)

Кристаллическая решётка льда. в структуре льда обычные связи О–Н и водородные О•••Н структурно неразличимы – длина связей и валентные углы совпадают. тетраэдр. Каждая молекула воды соединена с четырьмя ближайшими к ней другими молекулами. Образуемые при этом пустоты в структуре льда приводят к уменьшению его плотности по сравнению с жидкой водой.

Величина пустот Большая пустота образована 15 молекулами Н2О Результаты эксперимента V пустоты : V Н2О = 2,25 : 1 Пустота удлиненная, (льдинки-иголочки) толщина чуть больше диаметра молекулы Н2О, длина = 2 диаметрам Н2О Т.к. молекула Н2О самая маленькая среди подобных молекул, то пустота не позволяет заключать в себе частицы других веществ В структуре льда практически не бывает примесей: при замерзании они вытесняются в жидкость. Именно поэтому снежинки всегда белые, а льдинки на поверхности грязной лужи практически прозрачные.

Величина пустот Результаты эксперимента Максимальная плотность в интервале от 15 до 3 градусов: V Н2О при 4oС =14,6 мл. V льда =16,05 мл. Следовательно V льда увеличился на 9,932 % Теоретический расчет m Н2О = 14,6 г.; n Н2О = 0,811 моль; n фрагментов из 15 молекул Н2О =0,054 моль; это равно n пустот V Н2О = 0,811 моль * 1 объем = 0,811 объема V пустот = 0,054 моль * 2.25 объема = 0,1217 объема. Следовательно V льда увеличился на 15 % Вывод: Теоретически объем льда увеличивается на 15%, практически – на 10%. Следовательно, при таянии льда водородные связи разрушаются на 2/3. Т.е. 30% водородных связей заключены в кластерах.

Кластеры. Молекулы воды могут объединяться в небольшие группы - кластеры. Их жизнь быстротечна, и потому они с трудом поддаются изучению. При температуре 4оС общая формула кластера Н14О7. , а при комнатной температуре среднее между Н8О4 Вода – смесь разных кластеров

Изменение объема воды при снижении температуры . № п/п ВРЕМЯ ОБЪЁМ мл. Температура градус С № п/п ВРЕМЯ ОБЪЁМ мл. Температура градус С 1 10.32 15,4 96 14 11.52 14,6 12 2 10.35 15,2 76 15 11.58 14,6 10 3 10.38 15 63 16 12.04 14,6 9 4 10.41 14,95 54 17 12.10 14,6 8 5 10.44 14,9 50 18 12.16 14,6 3 6 10.47 14,85 44 19 12.52 14,63 1 - 0 7 10.50 14,8 41 20 13.01 14,66 1 - 0 8 11.02 14,8 32 21 13.22 14,8 1 - 0 9 11.26 14,7 22,5 22 13.40 15 1 - 0 10 11.29 14,7 17 23 13.58 16,05 ЛЁД 0 11 11.35 14,6 15 12 11.40 14,6 14 13 11.46 14,6 13

Изменение объема воды при снижении температуры . Температура, *С Объем. мл.

Выводы: Образование кластеров и пустот в них объясняет расширение воды при замерзании. Отсутствие в пустотах материальных частиц не отрицает сохранение в них полей и волн, т. е. кластер может быть хранителем информации.

Заключение: Результаты исследования могут быть полезны в расшифровке структуры воды. Особенность образования кластеров и кристаллической решётки льда - вытеснять все растворённые в воде вещества – может быть заменима в разработке установок по отчистке воды с помощью неполного замораживания.

Автор: Захаренкова Наталья МОУ « Коммунаровская средняя общеобразовательная школа №1» Гатчинский район, Ленинградская область, Россия. Руководитель: Петролай Валентина Сафроновна