Как уменьшить расширение воды при замерзании. Вода при замерзании расширяется или сжимается: простая физика

Вода - самое распространенное и самое загадочное вещество на нашей планете. Она обладает простыми свойствами, известными с древних времен. Именно благодаря этим особенностям ее и называют «основой жизни». Так в чем же «чудесность» этих свойств? Давайте разбираться.

Текучесть. Основное свойство всех жидкостей, и воды - в том числе. Под действием внешних сил она способна принимать форму любого сосуда. И это обеспечивает ее повсеместную доступность. Вода течет в водопроводах, образует озера, реки и моря. И, самое главное, вы всегда можете взять ее с собой в любой удобной упаковке - от маленькой бутылочки до огромной цистерны.

Температурные свойства. Теплая вода легче холодной и всегда поднимается вверх. Поэтому мы можем готовить суп, нагревая кастрюлю только снизу, а не со всех сторон сразу. Благодаря этому явлению, называемому «конвекцией», большинство обитателей земных водоемов живут ближе к поверхности.

Но самым важным из температурных свойств воды является ее высокая теплоемкость - в 10 раз больше, чем у железа. Это значит, что для ее нагревания необходимо большое количество энергии, однако и при остывании энергии выделяется столько же. На этом принципе основаны системы отопления в наших домах - и системы охлаждения, применяемые в промышленности.

Кроме того, моря и океаны играют роль терморегулятора Земли, смягчая сезонные перепады температуры, поглощая тепло летом и отдавая его зимой. А при сочетании теплоемкости и конвекции можно даже обогреть целый континент! Речь идет о «главной батарее Европы», теплом течении Гольфстрим. Гигантские потоки теплой воды, двигаясь по поверхности Атлантики, обеспечивают на ее побережье комфортную температуру, не свойственную для этих широт.

Замерзание. Температура замерзания воды условно равна 0 градусов, но на самом деле этот параметр зависит от ряда факторов: атмосферного давления, емкости, в которую вода помещена, от наличия в ней примесей.

Вода уникальна тем, что, в отличие от других веществ, при замерзании расширяется. При наших суровых зимах, это, пожалуй, можно назвать отрицательным свойством. Замерзая и увеличиваясь в объеме, вода (а точнее, уже лед) просто рвет трубы из металла.

Итак, при переходе в твердое состояние вода увеличивается в объеме, но становится не такой плотной. Поэтому лед всегда легче воды, и находится на ее поверхности. К тому же, он плохо проводит тепло: даже самой холодной зимой в водоемах планеты сохраняется жизнь. Ведь чем толще ледяная «подушка», тем теплее вода под ней. Также, благодаря этому свойству, некоторые народы до сих пор строят так называемые «ледники» - погреба или пещеры, обложенные льдом, который не тает даже летом, и позволяет хранить продукты очень долго.

Некоторые ученые даже предложили использовать лед в борьбе с глобальным потеплением. Суть идеи такова - специальный корабль берет на буксир айсберг, дрейфующий где-нибудь близ Антарктиды. А потом тащит его в теплые края, где люди страдают от жары. Айсберг тает, обеспечивая прохладой целый прибрежный регион. Такой вот «Гольфстрим наоборот», только созданный человеком.

Закипание. От холодного льда перейдем к горячему пару. Всем известно, что вода закипает при температуре в 100 градусов Цельсия. Но это лишь в условиях нормального состава воздуха и атмосферного давления. Зато на вершине Эвереста, где давление ниже, а воздух разрежен, ваш чайник закипит уже при 68 градусах! Кипячение воды способствует тому, что в ней погибают вредные микроорганизмы. А еще продукты, приготовленные на пару, намного более полезны, чем жареные.

К тому же, водяной пар можно назвать настоящим двигателем цивилизации. Еще не прошло и ста лет с эпохи паровых двигателей, и многие до сих пор ошибочно называют железнодорожные локомотивы (работающие сейчас преимущественно на электричестве) «паровозами».

Кстати, об электричестве. Без пара оно до сих пор оставалось бы редкой и дорогой диковинкой. Ведь принцип работы большинства электростанций основан на вращении ротора под давлением горячего пара. Современные атомные станции отличаются от старых угольных или нефтяных только принципом нагрева воды. Даже инновационная и безопасная солнечная энергетика использует пар: огромные зеркала, подобно лупе, фокусируют солнечные лучи на резервуаре с водой, превращая ее в пар для электротурбин.

Растворение. Еще одно важнейшее свойство воды, без которого была бы невозможна не только наука и промышленность, но и сама жизнь! Как думаете, что общего между плазмой крови и вашей любимой газировкой? Ответ прост: газировка - это водный раствор различных солей, минералов и газов. Плазма же состоит на 90% из воды, а также из белков и других веществ. И каждая клетка живого организма получает нужные ей вещества тоже в виде водного раствора.

Вода является самым простым, безопасным, но, тем не менее, самым надежным природным растворителем. Между ее подвижных молекул могут «затесаться» практически любые вещества - от жидкостей до металлов. Это чудесное свойство было замечено еще на заре человечества. Древние художники растворяли в воде природные красители, чтобы рисовать на стенах пещер. Потом эстафету приняли средневековые алхимики, растворяя в воде самые разные вещества в надежде получить «философский камень», превращающий любой материал в золото. А теперь это свойство с успехом используют современные химики.

Поверхностное натяжение. Большинство людей, слыша про поверхностное натяжение воды, вспоминают разве что насекомых-водомерок, скользящих по глади пруда или лужи. А, между тем, без этого свойства воды невозможно даже вымыть руки! Именно благодаря ему образуется мыльная пена. Да и вытереть руки полотенцем без него тоже сложно. Ведь все впитывающие материалы (неважно, бумажная салфетка или ткань из микрофибры) обладают микроскопическими порами, в которые влага впитывается за счет поверхностного натяжения. По этой же причине вода устремляется по тончайшим капиллярам, пронизывающим корни растений. И приготовление сухих строительных смесей также возможно благодаря поверхностному натяжению добавляемой воды.

Молекулы воды активно притягиваются друг к другу, в результате ее поверхность при данном объеме стремится к минимиму. Именно поэтому естественной формой любой жидкости является шар. Это легко можно проверить оказавшись в невесомости. Хотя, для подобного эксперимента не обязательно лететь в космос, просто введите с помощью шприца немного воды в стакан с растительным маслом и наблюдайте, как она соберется в шарики.

Расширяется или сжимается? Ответ следующий: с приходом зимы вода начинает свой процесс расширения. Почему это происходит? Это свойство выделяет воду из списка всех остальных жидкостей и газов, которые, наоборот, сжимаются при охлаждении. В чем заключается причина такого поведения этой необычной жидкости?

Физика 3 класса: вода при замерзании расширяется или сжимается?

Большинство веществ и материалов увеличиваются в объеме при нагревании и уменьшаются при охлаждении. Газы этот эффект показывают более заметно, но различные жидкости и твердые металлы проявляют такие же свойства.

Одним из наиболее ярких примеров расширения и сжимания газа является воздух в воздушном шаре. Когда мы выносим воздушный шар на улицу в минусовую погоду, то шар сразу уменьшается в размерах. Если мы шар вносим в отапливаемое помещение, то он сразу же увеличивается. А вот если мы внесем воздушный шар в баню - он лопнет.

Молекулы воды требуют больше места

Причиной тому, что происходят эти процессы расширения и сжатия различных веществ, являются молекулы. Те из них, которые получают больше энергии (это происходит в теплом помещении), двигаются намного быстрее, чем молекулы, находящиеся в холодном помещении. Частицы, которые имеют большую энергию, сталкиваются намного активнее и чаще, им необходимо больше места для движения. Чтобы сдержать то давление, которое оказывают молекулы, материал начинает увеличиваться в размерах. Причем это происходит достаточно стремительно. Итак, вода при замерзании расширяется или сжимается? Почему это происходит?

Вода не подчиняется этим правилам. Если мы начинаем охлаждать воду до четырех градусов Цельсия, то она уменьшает свой объем. Но если температура продолжает падать, то вода вдруг начинает расширяться! Существует такое свойство, как аномалия плотности воды. Это свойство возникает при температуре в четыре градуса Цельсия.

Теперь, когда мы выяснили, расширяется или сжимается вода при замерзании, давайте узнаем, как вообще возникает эта аномалия. Причина таится в частицах, из которых она состоит. Молекула воды создана из двух атомов водорода и одного - кислорода. Формулу воды все знают еще с начальных классов. Атомы в этой молекуле притягивают электроны по-разному. У водорода создается положительный центр тяжести, а у кислорода, наоборот - отрицательный. Когда молекулы воды сталкиваются друг с другом, то атомы водорода одной молекулы переходят на атом кислорода совершенно другой молекулы. Этот феномен называется водородной связью.

Воде нужно больше места при ее охлаждении

В тот момент, когда начинается процесс формирования водородных связей, в воде начинают возникать места, где молекулы находятся в том же порядке, что и в кристалле льда. Эти заготовки называются кластерами. Они не прочны, как в твердом кристалле воды. При повышении температуры они разрушаются и меняют свое местоположение.

Во время процесса начинает стремительно увеличиваться количество кластеров в жидкости. Они требуют больше пространства для распространения, вследствие этого вода и увеличивается в размерах после достижения своей аномальной плотности.

При падении столбика термометра ниже нуля кластеры начинают превращаться в мельчайшие кристаллы льда. Они начинают подниматься вверх. Вследствие всего этого вода превращается в лед. Это очень необычная способность воды. Данный феномен необходим для очень большого количества процессов в природе. Мы все знаем, а если не знаем, то запоминаем, что плотность льда незначительно меньше плотности прохладной или же холодной воды. Благодаря этому лед плавает на поверхности воды. Все водоемы начинают замерзать сверху вниз, что позволяет спокойно существовать и не замерзать водным обитателям на дне. Итак, теперь мы в подробностях знаем о том, расширяется или сжимается вода при замерзании.

Горячая вода замерзает быстрее холодной. Если мы возьмем два одинаковых стакана и нальем в один горячей воды, а в другой столько же холодной, то мы заметим, что горячая вода замерзнет быстрее, чем холодная. Это не логично, согласитесь? Горячей воде нужно остыть, чтобы начинать замерзать, а холодной этого не нужно. Как объяснить данный факт? Ученые по сей день не могут объяснить эту загадку. Данный феномен имеет название «Эффект Мпембы». Открыт был в 1963 году ученым из Танзании при необычном стечении обстоятельств. Студент хотел сделать себе мороженое и заметил, что горячая вода замерзает быстрее. Об этом он поделился со своим учителем физики, который сначала не поверил ему.

Плотность

Плотность чистого льда ρ ч при температуре О °С и давлении 1 атм (1,01105 Па) равна 916,8 кг/м 3 . При увеличении давления плотность льда несколько увеличивается. Так, в основании Антарктического ледникового щита в местах его наибольшей мощности, достигающей 4200 м, плотность льда может достигать 920 кг/м 3 . Плотность льда увеличивается также при понижении температуры (примерно на 1,5 кг/м 3 при понижении температуры на 10 °С).

Тепловая деформация

При понижении температуры линейные размеры и объем образцов и массивов льда уменьшаются, а при повышении температуры наблюдается противоположный процесс - термическое расширение льда. Коэффициент линейного расширения льда зависит от температуры, увеличиваясь при ее повышении. В интервале температуры от -20 до 0 °С коэффициент линейного расширения в среднем равен 5,5-10~5,. а коэффициент объемного расширения соответственно составляет 16,5-10"5 на 1 °С. В интервале от -40 до -20 °С коэффициент линейного расширения уменьшается до 3,6-10~5 на 1 °С.

Теплота плавления и возгонки

Количество тепла, требуемое для таяния единицы массы льда без изменения его температуры, называется удельной теплотой плавления льда. Замерзающая вода выделяет такое же количество тепла. При 0 °С и при нормальном атмосферном давлении удельная теплота плавления льда равна L пл = 333,6 кДж/кг.

Скрытая теплота испарения воды в зависимости от ее температуры равна
L исп = 2500 - 246 кДж/кг ,
где 6 - температура льда в °С.

Удельная теплота возгонки льда , т.е. количество тепла, требуемое для непосредственного перехода пресного льда в пар при постоянной температуре, равно сумме затрат тепла, требуемого для таяния льда L по и испарения воды L исп:
L возг =L пл +L исп

Удельная теплота возгонки почти не зависит от температуры испаряющегося льда (при 0 °С L возг = 2834 кДж/кг, при -10°С - 2836, при -20 °С - 2837 кДж/кг). При сублимации пара выделяется аналогичное количество тепла.

Теплоемкость

Количество тепла, необходимое для нагрева единицы массы льда на 1 °С при постоянном давлении, называется удельной теплоемкостью льда. Теплоемкость пресного льда С л уменьшается с понижением температуры:
С л = 2,12 + 0,00786 кДж/кг.

Режеляция

Лед обладает свойством режеляции (смерзаемости), которое характеризуется тем, что при соприкосновении и сжатии двух кусков льда они смерзаются. Под действием местных повышенных давлений на контактах может происходить некоторое плавление льда. Образующаяся при этом вода выдавливается в места, где давление меньше, и там замерзает. Смерзание ледяных поверхностей может происходить и без давления, и без участия жидкой фазы.

Благодаря свойствам режеляции трещины в ледяных покровах и массивах способны "залечиваться" и трещиноватый лед может превращаться в монолитный. Это весьма важно при использовании льда в качестве строительного материала для возведения инженерных конструкций (ледяных складов, водонепроницаемых ядер гидротехнических сооружений и др.).

Метаморфизм

Метаморфизмом льда называется изменение его структуры и текстуры под воздействием молекулярных и термодинамических процессов. Эти процессы наиболее полно проявляются при образовании метаморфических льдов, когда из первоначального скопления едва соприкасающихся между собой частиц снега со временем формируется сплошной, непроницаемый агрегат ледяных кристаллов. При этом про¬исходят относительные смещения кристаллов, поверхностные изменения их формы и размеров, деформации и рост одних кристаллов за счет других.

В кристаллическом льде метаморфизм происходит преимущественно в виде собирательной перекристаллизации с ростом среднего размера кристаллов и уменьшением их количества в единице объема. По мере увеличения размеров кристалла интенсивность перекристаллизации замедляется.

Оптические свойства

Лед является одноосным, оптически положительным кристаллом, обладающим свойством двойного преломления, при этом у него самый низкий показатель преломления из всех известных минералов. В результате двойного лучепреломления световой поток в кристалле поляризуется. Это позволяет определять положение осей кристаллов с помощью поляроидов.

При прохождении света через поликристаллический лед наблюдается ослабление потока вследствие поглощения и рассеяния, при этом световая энергия переходит в тепловую, вызывая радиационный нагрев и таяние льда. Рассеянный свет распространяется во льду во всех направлениях, в том числе выходит через облучаемую поверхность. Из-за рассеяния света лед выглядит голубым и даже изумрудным, а при наличии во льду значительного количества воздушных включений он приобретает белый цвет.

Отношение количества отраженной от поверхности льда и выходящей через поверхность рассеянной лучевой энергии к общей энергии поступающего на поверхность света называется альбедо льда. Вели¬чина альбедо зависит от состояния поверхности льда - для чистого холодного льда величина альбедо порядка 0,4, а при таянии и загрязнении поверхности она снижается до 0,3-0,2. При отложении на поверхности льда снега альбедо существенно увеличивается. Альбедо снежного покрова меняется от 0,95 для свежевыпавшего сухого снега в полярных и горных районах до 0,20 для влажного загрязненного снега.

Войтковский К.Ф. Основы гляциологии. М.: Наука, 1999, 255 с.

Казалось бы, что может быть обычнее льда? В средней полосе Евразии, где зима длится несколько месяцев, на севере, где зи­ма продолжается большую часть года, да и в южных горных районах снег и лед - привыч­ные компоненты ландшафта.

Между тем необычен сам процесс образо­вания льда. Посмотрим, например, как изме­няется объем воды при переходе из жидкого состояния в твердое, то есть при замерзании. Это изменение происходит совсем не так, как у других известных нам веществ. Все они, кроме висмута и галлия, сжимаются, сокра­щают объем по мере охлаждения. При затвер­девании их объем значительно уменьшается по сравнению с такой же массой расплава.

При замерзании воды все происходит на­оборот - плотность льда уменьшается, а объ­ем увеличивается на 10% по сравнению с объ­емом, занимаемым той же массой воды.

Издавна люди знали это свойство льда. Не умея его объяснить, они, тем не менее, успеш­но им пользовались. Могучие постройки на севере Европы возводились из каменных мо­нолитов, весящих сотни килограммов. Что­бы изготовить такие блоки, в скалах пробива­ли сравнительно неглубокие пазы или выби­рали подходящие трещины. Перед наступле­нием зимних холодов их заливали водой, и об­разовавшийся лед выполнял роль взрывчат­ки. Так терпеливо, год за годом, люди дроби­ли крепчайшие скалы, получали строитель­ный материал, используя расширение воды при замерзании. Теперь наука может объяс­нить причину этого явления. Как видно из рис. 1.8, изменение объема с понижени­ем температуры идет своеобразно. Сначала вода ведет себя, как и многие другие жидко­сти: понемногу уплотняясь, уменьшает свой объем. Это наблюдается вплоть до 4°С (точ­нее - до 3,98°С). При этой температуре как будто бы наступает кризис. Дальнейшее охла­ждение уже не уменьшает, а постепенно уве­личивает объем. Плавность резко прерывает­ся при 0°С, кривая переходит в отвесную пря­мую, объем скачком возрастает почти на 10%. Вода превращается в лед.

Очевидно, при 3,98°Степловыепомехив об­разовании ассоциатов начинают ослабевать настолько, что появляется возможность неко­торой структурной перестройки воды в льдо- подобные каркасы. Молекулы взаимно упоря­дочиваются, местами складывается характер­ная для льда гексагональная структура1.

Эти процессы в жидкой воде как бы подго­тавливают полную структурную перестройку, и при 0°С она наступает: струящаяся вода ста­новится льдом - кристаллическим твердым те­лом. Каждая молекула получает возможность соединиться водородными связями с четырь-

Мя соседними. Поэтому в фазе льда вода обра­зует ажурную конструкцию с «каналами» меж­ду фиксированными группами молекул воды.

Вероятно, со структурной перестройкой связано и еще одно своеобразное свойство во­ды - резкий скачок теплоемкости при фазо­вом переходе «вода - лед». Вода при 0°С име­ет удельную теплоемкость 1,009. Удельная те­плоемкость превратившейся в лед воды при этой же температуре вдвое ниже.

Благодаря особенности структурного пере­хода «вода - лед», в интервале 3,98...0°С при­родные водоемы достаточной глубины обыч­но не промерзают до дна. С наступлением зимних холодов верхние слои воды, охладив­шись примерно до +4°С и достигнув макси­мальной плотности, опускаются на дно водо­ема. Эти слои несут в глубины кислород и по­могают равномерному распределению пита­тельных примесей. На их место к поверхно­сти поднимаются более теплые массы воды, уплотняются, остывая при контакте с припо­верхностным воздухом, и, охладившись до +4°С, в свою очередь опускаются вглубь. Пе­ремешивание идет до тех пор, пока циркуля­ция не исчерпается и водоем не покроется плавающим слоем льда. Лед надежно предо­храняет глубины от сплошного промерзания - ведь его теплопроводность намного мень­ше, чем воды.

С каждым годом становится всё популярнее здоровый стиль жизни. Люди бросают курить, начинают заниматься спортом, подсчитывают калории в продуктах, которые употребили за день, контролируют лишний вес. Существует ряд видов спорта …

Технология широкоформатной печати подразумевает тиражирование полиграфической продукции больших параметров на специальных "широких принтерах" и плоттерах. Благодаря применению такого мощного современного оборудования можно получать отпечатки разных форматов А1, А2, А3 и …

Утепление – важный процесс любого ремонта дома. ведь именно от него будет зависеть долговечность конкретной стены и фасада в целом. Сегодня производители предлагают самые разнообразные материалы для утепления – минеральная …

Это - вообще уникальное свойство молекулы воды Н2О: замерзая и кристаллизуясь, атомы водорода и кислорода образуют кристаллическую решетку с расстояниями между собой более дальним, чем в плотно упакованной смеси молекул воды.

Молекулы воды:

Молекулы льда:



В результате объем одной и той же массы льда - увеличивается примерно на 9 % по сравнению с той же массой воды, соответственно - плотность льда - ниже..

И, благодаря этому уникальному свойству воды, кстати - на Земле существет жизнь : более легкий лед, образовываясь зимой в реках, озерах, морях, океанах - всплывает вверх, создавая панцирь и не давая воде снизу замерзнуть.

В противном случае более тяжелый лед - оказывался бы на дне водоемов, и постепенно вся вода на Земле - источник биологической жизни - просто бы вымерзла, не успевая расстаять за лето на дне Мирового Океана , подробно об этом можно прочитать .

Вода - одна из немногих жидкостей, которая увеличивается в размере после замерзания. Из-за этого свойства во многих породах в природе появляются трещины после заморозки воды.

А все из-за того, что кристаллическая решетка льда заменяет больше места, чем обычная молекула воды.

Слава Богу за воду! Господь все дивно сотворил!

Это все интересно, только ошибка человека заключается в том что он всюду пытается в лесть с топором. А ответ может заключаться в элементарном. Будь моя воля я бы вообще убрал H2O из таблицы Менделеева или сделал приписку живая. И вот почему: как всем известно вода состоит из двух компонентов (кислорода и водорода) и находясь в любом состоянии будь то жидкое, газообразное или кристаллическое подвержена постоянному синтезу,элементарный круговорот воды в природе знающий любому школьнику. А теперь разберем ошибку, точнее дополним ответ что происходит при замерзании воды, да вода приобретает кристаллическую форму вытесняя кислород что можно увидеть при образовании пустот в виде пузыриков на пример, именно они создают мнимый увеличенный объем так как плотно закрытая бутылка не дает оттоку кислорода. Так же как и при нагретой жидкости бутылку разорвет. Мы живем в постоянном изменении температуры иными словами климате а это значит что можно предположить что вода не имеет постоянного свойства и даже при не значительных перепадах температуры вода регенерирует в ту или иную форму. А все приведенные опыты будь то нагревание или замерзание лишь ускоряют его. Если принять такое отверждение как данность не удивлюсь что именно вода основной ключ к бессмертию или по крайней мере к долголетию так как человек также большую часть состоит из воды. Это лично мое мнение.

Дело в том, что замерзая, вода кристаллизуется. И если в жидком состоянии молекулы воды расположены более тесно, плотно, то в замерзшем состоянии атомы кислорода и водорода располагаются по углам кристаллов, между которыми, углами, имеется определенное расстояние. Таким образом, отдельно взятое кол-во воды становится менее плотным и увеличивается в объеме.

Правильно мыслишь super4el. Одно только это уже приводит в сомнение что при замерзании частицы увеличиваются в объеме. Люди не смогли бы выживать в минусовую температуру так как простите за выражение их бы разрывало согласно такому утверждению уже при -20. попробуйте заморозить жидкость не содержащую кислорода.

Есть еще одно объяснение этому расширению воды, имеющее право на существование. Речь идет о так называемых Ван-дер-ваальсовских силах. Силах межмолекулярного и межатомного взаимодействия. При температуре + 4 градуса по Цельсию в нормальных условиях вода имеет уравновешенное оптимальное состояние межмолекулярных связей и поворотов диполей.

При понижении температуры колебания молекул уменьшаются. Здесь важно пояснить, что молекулы постоянно находятся в состоянии колебания, относительно свое оси (суммарной оси диполя). При этом диполями создается сверхмалое магнитное поле (как капсула). Благодаря этому полю диполи в воде не входят в непосредственный контакт друг с другом, но могут под действием сверхмалых сил притяжения при определенных условиях собираться в кластеры или структуры. Эти колебания молекул создают микро-ЭДС и при определенных условиях простая вода может быть источником энергии. Итак, при снижении температуры колебания молекул снижаются, и магнитные поля ослабевают до такой степени, что возможен вход диполей один в другой (зацеп). Но при сближении атомов диполя увеличиваются силы отталкивания (Ван-дер-ваальса). И диполи поворачиваются друг к другу совсем не так. Получается как колючий ежик) с водородными рогами и наружу и внутрь. В зависимости какие изотопы водорода и кислорода, и какие у них атомные спины. Структура воды меняется, и внешне и визуально видно РАСШИРЕНИЕ объема воды. При этом атомарные силы так велики, что могут при ЭНТРОПИЙНОМ сжатии, разорвать кристаллические связи других веществ.

Но не вся вода может расширяться при замерзании. Исследователями Санкт-Петербурга создана вода, которая не расширяется при замерзании. Температура е замерзания 10-12 градусов ниже нуля. Вода сохраняет свойства питьевой воды, одновременно обладает многими отличительными физическими свойствами от обычной. Обладая многими положительными свойствами для физиологии человека, она (вода) может быть также использована во многих существующих технических и иных направлениях, а также в новых технологиях. Мир вокруг нас загадочен. Надо только по иному на него взглянуть.

При замерзании происходит расширение на 10 % объема, занимаемой водой.

Такого расширения достаточно для разрыва труб и других емкостей содержащих воду.

До 4 градусов при нормальном давлении вода ведет себя как и все вещества - сжимается и достигает максимальной плотности.

Ниже 4 градусов у воды начинается перестройка молекулярной структуры. Новый вид связи имеет менее плотную структуру. В таком состоянии вода замерзает.

Молекулы воды при ее замерзании замедляют свое движение, но до температуры 4 градуса, когда вода имеет наибольшую плотность. А с 4 по 0 градусов происходит перестройка водородно-кислородных связей, вода меняет свою структуру, этот новый вид молекулярной связи образует менее плотную упаковку молекул, отчего объем воды увеличивается на 9%. То есть атомы кислорода и водорода начинают отстоять друг от друга дальше, грубо говоря, не так тесно прижимаются друг к другу.

Это уникальное свойство именно воды, хотя есть еще некоторые вещества с отрицательным коэффициентом объемного расширения, например фторид скандия, но он в отличии от воды не является столь широко распространенным в природе и не столь необходим для поддержания жизни. А уникальное свойство воды превращаясь в лед терять плотность, помогло выжить многочисленным водным организмам, ведь благодаря этому водоемы не промерзают до дна, а температура глубинных слоев воды остается выше нуля. То есть, физики объясняют этот процесс особенностями кристаллического строения льда, но не слишком ли замечательное исключение для вещества, без которого невозможна была бы жизнь? Может есть некий высший смысл в таком поведении обычной воды.

Вода после замерзания увеличивается в объеме потому что образуются молекулы кристаллической сетки которые связываясь между собой на больших расстояниях и таким образом увеличиваются в размерах, причиной тому реакция молекулы воды Н2О, благодаря такой реакции лед и выглядит больше воды.

не буду приводить кучу разных физических формул и вычислений, скажу - это зависит от плотности, как бы странно не звучало, но у льда плотность меньше чем у воды.