Çfarë ndodh me molekulat e ujit kur nxehen. Çfarë ndodh me ujin kur nxehet

Një nga substancat më të zakonshme në Tokë: uji. Ai, si ajri, është i nevojshëm për ne, por ndonjëherë nuk e vërejmë fare. Ajo thjesht është. Por rezulton

Një nga substancat më të zakonshme në Tokë: uji. Ai, si ajri, është i nevojshëm për ne, por ndonjëherë nuk e vërejmë fare. Ajo thjesht është. Por rezulton se uji i zakonshëm mund të ndryshojë vëllimin e tij dhe të peshojë pak a shumë. Kur uji avullon, nxehet dhe ftohet, ndodhin vërtet gjëra të mahnitshme, për të cilat do të mësojmë sot.
Muriel Mandell, në librin e saj argëtues "Eksperimente fizike për fëmijë", paraqet mendime interesante për vetitë e ujit, mbi bazën e të cilave jo vetëm fizikantët e rinj mund të mësojnë shumë gjëra të reja, por edhe të rriturit do të rifreskojnë njohuritë e tyre, gjë që ka nuk duhej të përdorej për një kohë të gjatë, kështu që doli të ishte harruar pak.Sot do të flasim për vëllimin dhe peshën e ujit. Rezulton se i njëjti vëllim uji nuk peshon gjithmonë njësoj. Dhe nëse derdhni ujë në një gotë dhe nuk derdhet mbi buzë, kjo nuk do të thotë se do të futet në të në asnjë rrethanë.

1. Kur uji nxehet, ai zgjerohet në vëllim

Vendoseni kavanozin e mbushur me ujë në një tigan të mbushur me rreth pesë centimetra ujë të vluar. ujë dhe mbajeni zierjen në zjarr të ulët. Uji nga kavanozi do të fillojë të vërshojë. Kjo ndodh sepse kur uji nxehet, si lëngjet e tjera, fillon të zërë më shumë hapësirë. Molekulat sprapsin njëra-tjetrën me intensitet më të madh dhe kjo çon në një rritje të vëllimit të ujit.

2. Kur uji ftohet, ai tkurret

Lëreni ujin në kavanoz të ftohet në temperaturën e dhomës ose shtoni ujë të ri dhe vendoseni në frigorifer. Pas pak, do të zbuloni se kavanoza e mbushur më parë nuk është më plot. Kur ftohet në 3.89 gradë Celsius, uji zvogëlohet në vëllim ndërsa temperatura ulet. Arsyeja për këtë ishte një rënie në shpejtësinë e lëvizjes së molekulave dhe afrimi i tyre me njëri-tjetrin nën ndikimin e ftohjes.Duket se gjithçka është shumë e thjeshtë: sa më i ftohtë të jetë uji, aq më pak vëllim zë, por...

3. ...vëllimi i ujit rritet sërish kur ngrin

Mbushni kavanozin me ujë deri në buzë dhe mbulojeni me një copë kartoni. E vendosim në frigorifer dhe e presim derisa të ngrijë. Do të zbuloni se "kapaku" i kartonit është shtyrë jashtë. Në temperaturat midis 3,89 dhe 0 gradë Celsius, domethënë kur i afrohet pikës së ngrirjes, uji fillon të zgjerohet përsëri. Është një nga substancat e pakta të njohura me këtë veti.Nëse përdorni një kapak të ngushtë, akulli thjesht do ta thyejë kavanozin. A keni dëgjuar ndonjëherë që edhe tubat e ujit mund të thyhen nga akulli?

4. Akulli është më i lehtë se uji

Vendosni disa kuba akulli në një gotë me ujë. Akulli do të notojë në sipërfaqe. Kur uji ngrin, ai rritet në vëllim. Dhe, si rezultat, akulli është më i lehtë se uji: vëllimi i tij është rreth 91% e vëllimit përkatës të ujit.
Kjo veti e ujit ekziston në natyrë për një arsye. Ka një qëllim shumë specifik. Thonë se në dimër lumenjtë ngrijnë. Por në realitet kjo nuk është plotësisht e vërtetë. Zakonisht vetëm një shtresë e vogël e sipërme ngrin. Kjo shtresë akulli nuk fundoset sepse është më e lehtë se uji i lëngshëm. Ai ngadalëson ngrirjen e ujit në thellësi të lumit dhe shërben si një lloj batanije, duke mbrojtur peshqit dhe jetën e tjera të lumenjve dhe liqeneve nga ngricat e rënda të dimrit. Duke studiuar fizikën, ju filloni të kuptoni se shumë gjëra në natyrë janë rregulluar në mënyrë të përshtatshme.

5. Uji i rubinetit përmban minerale

Hidhni 5 lugë gjelle ujë të zakonshëm rubineti në një tas të vogël qelqi. Kur uji të avullojë, një kufi i bardhë do të mbetet në tas. Ky buzë formohet nga mineralet që u tretën në ujë kur kalonte nëpër shtresat e tokës.Shikoni brenda kazanit tuaj dhe do të shihni depozita minerale. E njëjta shtresë formohet në vrimën e kullimit në vaskë.Provoni të avulloni ujin e shiut për të provuar vetë nëse ai përmban minerale.

Në sistemet e ngrohjes së ujit, uji përdoret për të transferuar nxehtësinë nga gjeneratori i tij te konsumatori.
Karakteristikat më të rëndësishme të ujit janë:
kapaciteti i nxehtësisë;
ndryshimi i volumit gjatë ngrohjes dhe ftohjes;
karakteristikat e vlimit gjatë ndryshimit të presionit të jashtëm;
kavitacion.
Le të shqyrtojmë këto veti fizike të ujit.

Nxehtësia specifike

Një veti e rëndësishme e çdo ftohës është kapaciteti i tij i nxehtësisë. Nëse e shprehim përmes ndryshimit të masës dhe temperaturës së ftohësit, marrim kapacitetin specifik të nxehtësisë. Ajo shënohet me shkronjën c dhe ka dimension kJ/(kg K) Nxehtësia specifike- kjo është sasia e nxehtësisë që duhet të transferohet në 1 kg të një lënde (për shembull, ujë) për ta ngrohur atë me 1 °C. Në të kundërt, një substancë lëshon të njëjtën sasi energjie kur ftohet. Kapaciteti mesatar termik specifik i ujit ndërmjet 0 °C dhe 100 °C është:
c = 4,19 kJ/(kg K) ose c = 1,16 Wh/(kg K)
Sasia e nxehtësisë së përthithur ose lëshuar P, shprehur në J ose kJ, varet nga masa m, shprehur në kg, kapaciteti specifik i nxehtësisë c dhe ndryshimi i temperaturës, i shprehur në K.

Rritja dhe zvogëlimi i vëllimit

Të gjitha materialet natyrore zgjerohen kur nxehen dhe tkurren kur ftohen. Përjashtimi i vetëm nga ky rregull është uji. Kjo veti unike quhet anomali e ujit. Uji ka dendësinë më të madhe në +4 °C, në të cilin 1 dm3 = 1 litër ka një masë prej 1 kg.

Nëse uji nxehet ose ftohet në lidhje me këtë pikë, vëllimi i tij rritet, që do të thotë se dendësia e tij zvogëlohet, d.m.th., uji bëhet më i lehtë. Kjo mund të shihet qartë në shembullin e një rezervuari me një pikë tejmbushjeje. Rezervuari përmban saktësisht 1000 cm3 ujë me temperaturë +4 °C. Ndërsa uji nxehet, disa do të rrjedhin nga rezervuari në gotën matëse. Nëse ngrohni ujin në 90 °C, saktësisht 35,95 cm3 do të derdhen në enë matëse, që korrespondon me 34,7 g Uji gjithashtu zgjerohet kur ftohet nën +4 °C.

Falë kësaj anomalie të ujit pranë lumenjve dhe liqeneve, është shtresa e sipërme që ngrin në dimër. Për të njëjtën arsye, akulli noton në sipërfaqe dhe dielli pranveror mund ta shkrijë atë. Kjo nuk do të ndodhte nëse akulli do të ishte më i rëndë se uji dhe do të zhytej në fund.

Rezervuari me pikë përmbytjeje

Megjithatë, kjo aftësi për t'u zgjeruar mund të jetë e rrezikshme. Për shembull, motorët e makinave dhe pompat e ujit mund të shpërthejnë nëse uji në to ngrin. Për të shmangur këtë, shtohen aditivë në ujë për të parandaluar ngrirjen e tij. Glikolet përdoren shpesh në sistemet e ngrohjes; Referojuni specifikimeve të prodhuesit për raportin ujë ndaj glikolit.

Karakteristikat e vlimit të ujit

Nëse uji nxehet në një enë të hapur, ai do të vlojë në një temperaturë prej 100 °C. Nëse matni temperaturën e ujit të vluar, ajo do të qëndrojë në 100 °C derisa pika e fundit të avullojë. Kështu, konsumi i vazhdueshëm i nxehtësisë përdoret për të avulluar plotësisht ujin, domethënë për të ndryshuar gjendjen e tij të grumbullimit.

Kjo energji quhet edhe nxehtësi latente (latente). Nëse furnizimi me nxehtësi vazhdon, temperatura e avullit që rezulton do të fillojë të rritet përsëri.

Procesi i përshkruar jepet në një presion ajri prej 101.3 kPa në sipërfaqen e ujit. Në çdo presion tjetër të ajrit, pika e vlimit të ujit zhvendoset nga 100 °C.

Nëse do të përsërisnim eksperimentin e përshkruar më sipër në një lartësi prej 3000 m - për shembull, në Zugspitze, majën më të lartë në Gjermani - do të zbulonim se uji atje tashmë vlon në 90 °C. Arsyeja e kësaj sjelljeje është ulja e presionit atmosferik me lartësinë.

Sa më i ulët të jetë presioni në sipërfaqen e ujit, aq më e ulët do të jetë pika e vlimit. Në të kundërt, pika e vlimit do të jetë më e lartë me rritjen e presionit në sipërfaqen e ujit. Kjo veti përdoret, për shembull, në tenxhere me presion.

Grafiku tregon varësinë e pikës së vlimit të ujit nga presioni. Presioni në sistemet e ngrohjes është rritur qëllimisht. Kjo ndihmon në parandalimin e formimit të flluskave të gazit gjatë kushteve kritike të funksionimit dhe gjithashtu parandalon që ajri i jashtëm të hyjë në sistem.

Zgjerimi i ujit kur nxehet dhe mbrojtja nga presioni i tepërt

Sistemet e ngrohjes së ujit funksionojnë në temperatura të ujit deri në 90 °C. Zakonisht sistemi mbushet me ujë në 15°C, i cili më pas zgjerohet kur nxehet. Kjo rritje e vëllimit nuk duhet të lejohet të çojë në presion të tepërt dhe tejmbushje të lëngut.

Kur ngrohja fiket në verë, vëllimi i ujit kthehet në vlerën e tij origjinale. Kështu, për të siguruar zgjerimin e papenguar të ujit, është e nevojshme të instaloni një rezervuar mjaft të madh.

Sistemet e vjetra të ngrohjes kishin rezervuarë të hapur zgjerimi. Ata ishin gjithmonë të vendosur mbi seksionin më të lartë të tubacionit. Me rritjen e temperaturës në sistem, duke shkaktuar zgjerimin e ujit, u rrit edhe niveli në rezervuar. Me uljen e temperaturës, ajo u ul në përputhje me rrethanat.

Sistemet moderne të ngrohjes përdorin rezervuarët e zgjerimit të membranës (MEV). Kur presioni në sistem rritet, presioni në tubacione dhe elementë të tjerë të sistemit nuk duhet të lejohet të rritet mbi vlerën kufi.

Prandaj, një parakusht për çdo sistem ngrohjeje është prania e një valvul sigurie.

Kur presioni rritet mbi normalen, valvula e sigurisë duhet të hapet dhe të lëshojë vëllimin e tepërt të ujit që rezervuari i zgjerimit nuk mund të strehojë. Megjithatë, në një sistem të projektuar dhe të mirëmbajtur me kujdes një gjendje e tillë kritike nuk duhet të ndodhë kurrë.

Të gjitha këto konsiderata nuk marrin parasysh faktin që pompa e qarkullimit rrit më tej presionin në sistem. Marrëdhënia midis temperaturës maksimale të ujit, pompës së zgjedhur, madhësisë së rezervuarit të zgjerimit dhe presionit të reagimit të valvulës së sigurisë duhet të vendoset me kujdesin më të madh. Përzgjedhja e rastësishme e elementeve të sistemit - edhe bazuar në koston e tyre - është e papranueshme në këtë rast.

Rezervuari i zgjerimit të membranës furnizohet i mbushur me azot. Presioni fillestar në rezervuarin e diafragmës së zgjerimit duhet të rregullohet në varësi të sistemit të ngrohjes. Uji i zgjeruar nga sistemi i ngrohjes hyn në rezervuar dhe ngjesh dhomën e gazit përmes një diafragme. Gazrat mund të kompresohen, por lëngjet jo.

Presioni

Përcaktimi i presionit
Presioni është presioni statik i lëngjeve dhe gazeve, i matur në enë dhe tubacione në lidhje me presionin atmosferik (Pa, mbar, bar).

Presioni statik
Presioni statik është presioni i një lëngu të palëvizshëm.
Presioni statik = niveli mbi pikën përkatëse të matjes + presioni fillestar në rezervuarin e zgjerimit.

Presioni dinamik
Presioni dinamik është presioni i një rryme lëngu në lëvizje. Presioni i shkarkimit të pompës Ky është presioni në daljen e një pompe centrifugale gjatë funksionimit.

Rënie presioni
Presioni i zhvilluar nga një pompë centrifugale për të kapërcyer rezistencën totale të sistemit. Ajo matet midis hyrjes dhe daljes së një pompë centrifugale.

Presioni operativ
Presioni i disponueshëm në sistem kur pompa është në punë. Presioni i lejueshëm i funksionimit Vlera maksimale e presionit të funksionimit të lejuar për funksionimin e sigurt të pompës dhe sistemit.

Kavitacioni

Kavitacioni- ky është formimi i flluskave të gazit si rezultat i shfaqjes së presionit lokal nën presionin e avullimit të lëngut të pompuar në hyrjen e shtytësit. Kjo çon në ulje të performancës (presionit) dhe efikasitetit dhe shkakton zhurmë dhe shkatërrim të materialit të pjesëve të brendshme të pompës. Duke rrëzuar flluskat e ajrit në zona me presion më të lartë (si p.sh. priza e shtytësit), shpërthimet mikroskopike shkaktojnë rritje të presionit që mund të dëmtojnë ose shkatërrojnë një sistem hidraulik. Shenja e parë e kësaj është zhurma në shtytës dhe erozioni i saj.

Një parametër i rëndësishëm i një pompe centrifugale është NPSH (lartësia e kolonës së lëngshme mbi tubin e thithjes së pompës). Ai përcakton presionin minimal të hyrjes së pompës që kërkohet nga një lloj i caktuar pompe për të funksionuar pa kavitacion, pra presionin shtesë që kërkohet për të parandaluar flluska. Vlera e NPSH ndikohet nga lloji i shtytësit dhe shpejtësia e pompës. Faktorët e jashtëm që ndikojnë në këtë parametër janë temperatura e lëngut dhe presioni atmosferik.

Parandalimi i kavitacionit
Për të shmangur kavitacionin, lëngu duhet të hyjë në hyrjen e pompës centrifugale në një lartësi të caktuar thithjeje minimale, e cila varet nga temperatura dhe presioni atmosferik.
Mënyra të tjera për të parandaluar kavitacionin janë:
Rritja e presionit statik
Reduktimi i temperaturës së lëngut (ulja e presionit të avullimit PD)
Zgjedhja e një pompe me një kokë më të ulët hidrostatike konstante (ngritje minimale e thithjes, NPSH)
Specialistët e Agrovodcom do të jenë të lumtur t'ju ndihmojnë të vendosni për zgjedhjen optimale të pompës. Na kontaktoni!

Aleksandër 2013-10-22 09:38:26
[Përgjigje] [Përgjigju me citat][Anulo përgjigjen]

Nikolai 2016-01-13 13:10:54

Mesazh nga Aleksandër
E thënë thjesht: nëse një sistem ngrohje e mbyllur ka një vëllim uji prej 100 litrash. dhe një temperaturë prej 70 gradë - sa do të rritet vëllimi i ujit. Presioni i ujit në sistem është 1.5 bar.

3,5--4,0 litra

[Përgjigje] [Përgjigju me citat][Anulo përgjigjen]

Tema: Natyra e pajetë

Mësimi: Vetitë e ujit të lëngshëm

Në formën e tij të pastër, uji nuk ka shije, erë apo ngjyrë, por pothuajse kurrë nuk është i tillë, sepse në mënyrë aktive shpërndan shumicën e substancave në vetvete dhe kombinohet me grimcat e tyre. Uji gjithashtu mund të depërtojë në trupa të ndryshëm (shkencëtarët kanë gjetur ujë edhe në gurë).

Klori ka një pikë të dobët: mund të reagojë për të formuar kloramina dhe hidrokarbure të kloruara, të cilat janë kancerogjene të rrezikshme. Një nënprodukt i këtij reaksioni është kloriti. Studimet toksikologjike kanë treguar se nënprodukti i dezinfektimit i dioksidit të klorit, klorit, nuk përbën një rrezik të konsiderueshëm për shëndetin e njeriut. Mos ngurroni të na kontaktoni nëse keni ndonjë pyetje tjetër.

Fëmijët tanë e shohin botën ndryshe. Asgjë nuk mund t'i shpëtojë vëmendjes së tyre dhe kurioziteti i tyre nuk njeh kufij. Ata vazhdimisht bëjnë pyetje dhe duan t'i përgjigjen kësaj pyetjeje. Por problemet me fëmijët shpesh na pengojnë. Ne do të ndajmë pyetjet më të shpeshta dhe përgjigjet e tyre me ju, në mënyrë që të jeni të përgatitur për herën tjetër.

Nëse mbushni një gotë me ujë rubineti, ajo do të duket e pastër. Por në fakt, është një tretësirë e shumë substancave, ndër të cilat ka gazra (oksigjen, argon, azot, dioksid karboni), papastërti të ndryshme që përmbahen në ajër, kripëra të tretura nga toka, hekur nga tubat e ujit, grimca të vogla pluhuri të patretur. , etj.

Kur uji nxehet, molekulat e tij fillojnë të lëvizin. Ndërsa kjo lëvizje rritet, distanca midis molekulave bëhet më e madhe. Më në fund, vjen një kohë kur marrëdhëniet midis molekulave bëhen shumë të dobëta. Molekulat shpërndahen dhe bëhen avull uji. Ky proces quhet "avullim".

Çfarë i mban aeroplanët në ajër? Çfarë e mban ajrin e madh në ajër? Forca e punës këtu quhet "ngritje". Ngritja ndodh kur ajri kalon mbi dhe nën rrafshin e krahut në të njëjtën kohë. Për shkak se ajri lëviz më shpejt se maja e krahut, ai ushtron më pak presion. Në të njëjtën kohë, ajri i dendur nën krahë e shtyn avionin lart. Sa më e lartë të jetë shpejtësia e avionit, aq më i lartë është ngritja.

Nëse hidhni pika uji të rubinetit në gotë të pastër dhe e lini të avullojë, do të mbeten njolla mezi të dukshme.

Uji i lumenjve dhe përrenjve, shumica e liqeneve përmban papastërti të ndryshme, për shembull, kripëra të tretura. Por ka pak prej tyre, sepse ky ujë është i freskët.

Kur shikohet individualisht, çdo fjollë dëbore është e pangjyrë dhe transparente. Përgjigja është se kur flokët e borës formojnë një masë të madhe, ato reflektojnë rrezet e diellit. Drita e reflektuar është e bardhë sepse dielli është gjithashtu i bardhë. Pse flokët e njeriut nuk mund të jenë natyralë?

Flokët e njeriut përmbajnë pigmente që i bëjnë ato të zeza, kafe, bionde ose të kuqe. Flokët tanë përmbajnë gjithashtu flluska të vogla ajri. Kombinimet e pigmenteve dhe numri i flluskave të ajrit në flokë përcaktojnë ngjyrën. Pigmentet që gjenden në flokët tanë nuk mund të rezultojnë në blu ose jeshile kur kombinohen.

Uji rrjedh në tokë dhe nën tokë, mbush përrenj, liqene, lumenj, dete dhe oqeane, duke krijuar pallate nëntokësore.

Duke bërë rrugën e tij përmes substancave lehtësisht të tretshme, uji depërton thellë nën tokë, duke i marrë ato me vete, dhe përmes çarjeve dhe çarjeve në shkëmbinj, duke formuar shpella nëntokësore, që pikon nga çatitë e tyre, duke krijuar skulptura të çuditshme. Miliarda pika uji avullohen gjatë qindra viteve dhe substancat e tretura në ujë (kripërat, gurët gëlqerorë) vendosen në harqet e shpellës, duke formuar akullnajë guri të quajtur stalaktite.

Pse astronautët udhëtojnë në hapësirë? Ndryshe nga sa mendojnë shumë njerëz, astronautët në Stacionin Ndërkombëtar të Hapësirës nuk janë të lirë nga graviteti. Ashpërsia e Tokës prek të gjitha objektet në orbitë. Por lartësia e madhe në të cilën ndodhet stacioni e bën këtë një rënie të përhershme. Është sikur objekti orbital ende nuk po prek sipërfaqen e planetit tonë dhe në vend të kësaj po fluturon mbi Tokë. Imagjinoni një makinë ashensori që bie nga kati i fundit i një rrokaqiell. Personi brenda kësaj kabine do të përjetojë mungesë peshe të përkohshme.

Astronautët në orbitë përjetojnë të njëjtën gjë, por vazhdimisht. Ndërsa rrezet e diellit hyjnë në atmosferën e planetit, ato shpërndahen dhe thyhen. Fillimisht, rrezet e bardha të diellit ndahen në 7 ngjyra të ylberit. Për shkak se bluja shpërndahet më shumë se ngjyrat e tjera, ajo është mbizotëruese. Por qielli nuk është kurrë plotësisht blu për shkak të pranisë së ngjyrave të tjera në spektër.

Formacione të ngjashme në dyshemenë e një shpelle quhen stalagmite.

Dhe kur një stalaktit dhe stalagmit rriten së bashku për të formuar një kolonë guri, quhet stalagnate.

Mjegulla përbëhet nga mijëra pika të vogla uji ose kristale akulli që varen në ajër pak mbi tokë. Formohet kur ajri është i ftohtë dhe toka është e ngrohtë ose anasjelltas. Në të dyja rastet, shfaqet një re e trashë avulli uji ose grimcash akulli dhe përhapet në të gjithë sipërfaqen.

Uji formohet nga një reaksion kimik në të cilin hidrogjeni oksidohet nga oksigjeni dhe lirohet nxehtësia. Meqenëse tashmë është tërhequr, uji nuk mund të digjet në kushte natyrore. Pse orët rrotullohen në drejtim të akrepave të orës? Përpara se të bëjnë orët mekanike, njerëzit përdorin orë dielli për të marrë një ide se sa kohë duhet. Orët diellore shfaqen për herë të parë në hemisferën veriore, ku lëvizja e diellit bën që hijet të lëvizin nga e majta në të djathtë. Më vonë në historinë e orëve mekanike, ata trashëguan këtë lëvizje nga dielli.

Duke vëzhguar lëvizjen e akullit në një lumë, ne shohim ujin në gjendje të ngurtë (akulli dhe borë), të lëngët (që rrjedh poshtë) dhe të gaztë (grimcat e vogla të ujit që ngrihen në ajër, të cilat quhen gjithashtu avujt e ujit).

Forma e rrumbullakët është ideale për rrokullisje në sipërfaqe të sheshta. Për shkak se të gjitha pikat në timon janë të barabarta nga boshti i tyre, boshti mbetet në të njëjtën lartësi mbi tokë dhe automjeti nuk lëviz lart e poshtë ndërsa udhëton në rrugë. Përveç sigurimit të asaj që ofrojnë të brendshmet tona, ato gjithashtu mbron pjesët tona intime nga infeksionet dhe lëndimet. Higjiena është arsyeja kryesore që ne veshim të brendshme. Më parë, rrobat ishin shumë të shtrenjta dhe njerëzit shpesh nuk mund t'i ndryshonin ato.

Kjo përpjekje zgjat pak më shumë, prandaj planifikojeni atë në dy seanca dhe gradualisht "rriten" kristale dekorative, të ngrënshme dhe të pangrënshme. Mund të krijoni një ekran kristali, kristale për të emërtuar veten, të krijoni imazhe kristali, të prisni me padurim idetë dhe fotot tuaja.

Uji mund të jetë në të tre gjendjet në të njëjtën kohë: gjithmonë ka avull uji në ajër dhe retë, të cilat përbëhen nga pika uji dhe kristale akulli.

Avulli i ujit është i padukshëm, por mund të zbulohet lehtësisht nëse lini një gotë me ujë të ftohur në frigorifer për një orë në një dhomë të ngrohtë, pikat e ujit do të shfaqen menjëherë në muret e gotës. Pas kontaktit me muret e ftohta të xhamit, avulli i ujit që gjendet në ajër shndërrohet në pika uji dhe vendoset në sipërfaqen e xhamit.

Kristale të ngrënshme dhe të pangrënshme Mund të hapni dhe shkarkoni të gjithë tekstin ose. Tema: Kristalizimi, tretësirat e ngopura. Lëndët e ngurta ndahen në substanca amorfe dhe kristalore. Rregullimi i grimcave të substancave amorfe është i rastësishëm dhe struktura e tyre ngjan me atë të lëngjeve. Grimcat e substancave kristalore ndodhen në një rrjetë kristalore. Baza e këtij rrjeti është një qelizë njësi që përsëritet vazhdimisht.

Kristalizimi ose kristalizimi është një fenomen në të cilin kristalet e rregullta të ngurta formohen nga një lëng për shkak të mjedisit. Kristalet mund të formohen nga tretësirat, shkrirjet ose avujt, ku ndryshimet në presion, temperaturë ose përqendrim të një substance mund të çojnë në kristalizim. Për një proces të qetë, kërkohet të paktën një nga kushtet e mëposhtme: Ulje e temperaturës së lëngut burimor. Rritja e përqendrimit të kristalizuesit për shkak të avullimit të tretësit. Acidifikimi i lëndës fillestare me një kristalizues.

Oriz. 11. Kondensimi në muret e një gote të ftohtë ()

Për të njëjtën arsye, pjesa e brendshme e xhamit të dritares mjegullohet gjatë stinës së ftohtë. Ajri i ftohtë nuk mund të përmbajë aq avuj uji sa ajri i ngrohtë, kështu që një pjesë e tij kondensohet - shndërrohet në pika uji.

Kristalizimi nga tretësira ndodh kur substanca e kristalizimit tretet derisa tretësira të jetë e ngopur në një temperaturë të caktuar. Pas ngrohjes, tretësira bëhet përsëri e pangopur, por me ftohjen ose avullimin e tretësit, tretësira bëhet e tepërt e ngopur dhe ndodh kristalizimi. Kristalizimi natyror ndodh pas formimit të bërthamave bërthamore. Kristalizimi gjithashtu mund të shkaktohet artificialisht nga i ashtuquajturi inokulim - duke futur një trup të huaj në një zgjidhje, dhe kjo metodë përdoret, për shembull, në prodhimin e sheqerit.

Gjurma e bardhë pas një avioni që fluturon në qiell është gjithashtu rezultat i kondensimit të ujit.

Nëse sillni një pasqyrë në buzët tuaja dhe nxirrni, pikat e vogla të ujit do të mbeten në sipërfaqen e saj, kjo dëshmon se kur merr frymë një person thith avujt e ujit me ajrin.

Emri vjen nga panxhari arab - i bardhë. Përdorimi i mëtejshëm në industrinë kimike dhe ushqimore, qelqin, letrën, bujqësinë si pleh dhe për saldimin e farkëtimit. Për këto qëllime përgatitet edhe artificialisht. Mjetet: boraks, kazan, ujë, gotë e pastër, rrotull ose kashtë, fije ose tela, pastrues tubash, ngjyrosje ushqimore, lugë.

Dizajni: Ne formojmë çdo formë nga pastruesi i tubave. Ne e lidhim këtë formë në një fije ose tel. E varim shkopin në një lugë ose kashtë. Hedhim ujë në kazan dhe e derdhim në një gotë. Përzieni boraksin në ujë derisa të merret një zgjidhje e ngopur. Nëse boraksi i mbetur mbetet në enë, rikonstituoni tretësirën në një gotë të pastër. Duke përdorur një qebap, varni trupin tonë prej teli me qime në gotë në mënyrë që të zhytet plotësisht në tretësirën e ngopur të boraksit që kemi krijuar dhe që të mos prekë muret ose fundin e gotës në asnjë moment të kohës.

Kur uji nxehet, ai "zgjerohet". Kjo mund të vërtetohet me një eksperiment të thjeshtë: një tub qelqi u ul në një balonë me ujë dhe u mat niveli i ujit në të; më pas balona u hodh në një enë me ujë të ngrohtë dhe, pas ngrohjes së ujit, u rimat niveli në tub, i cili u rrit ndjeshëm, pasi uji rritet në vëllim kur nxehet.

I gjithë sistemi lihet në tretësirë gjatë natës në mënyrë që boraksi të mund të kristalizohet. Shpjegim: Teli me gëzof është vendi ku janë formuar shumë mirë bërthamat e kristalizimit, tek të cilat kristalet e boraksit paketohen gradualisht dhe kristali rritet. Kristalizimi përshpejtohet duke përdorur ujë të nxehtë për të formuar një tretësirë të ngopur dhe ftohje dhe avullim për të krijuar një zgjidhje të tepërt.

Koha: përgatitja e eksperimentit dhe përgatitja e të gjitha mjeteve ndihmëse 5 minuta. Test eksperiment 5 min. Rritja e kristalit 24 orë. Emërtimi i kristaleve. Vlerësoni 10 minuta. Test 5 minuta. Pas 25 minutash e 24 orësh. Diskutimi i mëtejshëm i eksperimentit dhe modifikimi i tij është i mundur.

Oriz. 14. Një balonë me një tub, numrin 1 dhe një vijë tregon nivelin fillestar të ujit

Oriz. 15. Një balonë me një tub, numrin 2 dhe një vijë tregon nivelin e ujit kur nxehet

Ai shpreh se si ndryshon energjia e brendshme, d.m.th. shuma e energjisë së lëvizjes dhe e pozicionit të grimcave të një trupi kur ai trup ftohet ose rrit temperaturën e tij. Nxehtësia është e barabartë me energjinë që siguron një mbyllje e ngrohtë gjatë shkëmbimit të nxehtësisë. Transferimi i nxehtësisë Rrjedh përmes rrezatimit.

Në të gjitha gjendjet, molekulat janë në lëvizje të vazhdueshme të çrregullt. Çdo grimcë ka vendin e vet që vibron rreth saj. Kur grimcat nxehen, ato dridhen më shpejt. Kur temperatura rritet mjaftueshëm, grimcat do të shkëputen nga pozicioni i tyre fiks dhe do të fillojnë të lëvizin lirshëm. Në këtë pikë, trupi i ngurtë do të fillojë të kthehet në një lëng. Ne e quajmë këtë shkrirje që ndodh, dhe themi se indi po shkrihet.

Kur uji ftohet, ai "ngjesh". Kjo mund të vërtetohet nga një eksperiment i ngjashëm: në këtë rast, një balonë me një tub u ul në një enë me akull pas ftohjes, niveli i ujit në tub u ul në krahasim me shenjën origjinale, sepse uji u ul në vëllim.

Ngurtësimi Kur një lëng ftohet, ai fillon të ngurtësohet në një temperaturë të caktuar dhe shndërrohet në inde. Grimcat që lëvizin lirshëm lëvizin më ngadalë ndërsa temperatura ulet derisa të konvergojnë dhe të vendosen në një pozicion specifik, rreth të cilit më pas dridhen. Lëngu bëhet i ngurtë. Ne e quajmë këtë ngurtësim dhe themi se substanca do të ngurtësohet.

Zierja ndodh kur një lëng nxehet deri në pikën e vlimit. Pika e vlimit ndryshon për lëngje të ndryshme. Pika e vlimit varet gjithashtu nga presioni mbi lëngun. Kjo ndikon edhe në vlimin në enë me lartësi të konsiderueshme. Lëngu kthehet në gaz vetëm nga sipërfaqja. Lëngu avullues largon nxehtësinë nga mjedisi. Avullimi ndodh në çdo temperaturë të lëngshme.

Oriz. 16. Një balonë me një tub, numrin 3 dhe një vijë tregon nivelin e ujit gjatë ftohjes

Kjo ndodh sepse grimcat e ujit, molekulat, lëvizin më shpejt kur nxehen, përplasen me njëra-tjetrën, zmbrapsen nga muret e enës, distanca midis molekulave rritet dhe për këtë arsye lëngu zë një vëllim më të madh. Kur uji ftohet, lëvizja e grimcave të tij ngadalësohet, distanca midis molekulave zvogëlohet dhe lëngu kërkon më pak vëllim.

Planet mësimore për çështjet e qeverisë, aktivitetet e studentëve dhe organizatorët grafikë

Sa më e lartë të jetë temperatura, aq më i shpejtë është avullimi, dimensionet nga sipërfaqja në sipërfaqe, avullimi më i shpejtë, vetitë e lëngut, rrjedha e gazit mbi lëng, presioni i avullit të gazit mbi lëng. Materia mund të përshkruhet si diçka që zë hapësirë në universin tonë. Lloji i grimcave dhe mënyra se si janë vendosur grimcat përcaktojnë se si do të duket pyetja dhe çfarë mund të bëjë ajo. Një kuptim i mirë i gjendjes së materies është çelësi për të përshkruar universin rreth nesh.

Vetitë e gjendjeve të ndryshme të materies

Lloji i detyrës individuale ose grupore.

Oriz. 17. Molekulat e ujit në temperaturë normale

Oriz. 18. Molekulat e ujit kur nxehen

Oriz. 19. Molekulat e ujit gjatë ftohjes

Jo vetëm uji, por edhe lëngjet e tjera (alkooli, merkuri, benzina, vajguri) kanë veti të tilla.

Njohja e kësaj vetie të lëngjeve çoi në shpikjen e një termometri (termometri), i cili përdor alkool ose merkur.

Kur uji ngrin, ai zgjerohet. Kjo mund të vërtetohet nëse një enë e mbushur deri në buzë me ujë mbulohet lirshëm me kapak dhe vendoset në ngrirje pas një kohe do të shohim që akulli i formuar do të ngrejë kapakun, duke shkuar përtej enës.

Kjo veti merret parasysh gjatë vendosjes së tubave të ujit, të cilët duhet të izolohen në mënyrë që gjatë ngrirjes, akulli i formuar nga uji të mos çajë tubat.

Në natyrë, uji i ngrirë mund të shkatërrojë malet: nëse uji grumbullohet në të çarat e shkëmbinjve në vjeshtë, ai ngrin në dimër dhe nën presionin e akullit, i cili zë një vëllim më të madh se uji nga i cili është formuar, shkëmbinjtë çahen dhe shemben.

Ngrirja e ujit në të çarat e rrugëve çon në shkatërrimin e trotuarit të asfaltit.

Kreshtat e gjata që ngjajnë me palosjet në trungjet e pemëve janë plagë nga çarjet e drurit nën presionin e ngrirjes së lëngjeve të pemëve në të. Prandaj, në dimër të ftohtë mund të dëgjoni kërcitjen e pemëve në një park ose pyll.

Vakhrushev A.A., Danilov D.D. Bota rreth nesh 3. M.: Ballas.
Dmitrieva N.Ya., Kazakov A.N. Bota rreth nesh 3. M.: Shtëpia Botuese Fedorov.
Pleshakov A.A. Bota rreth nesh 3. M.: Edukimi.

Festivali i Ideve Pedagogjike ().
Shkenca dhe arsimi ().
Klasa publike ().

Bëni një test të shkurtër (4 pyetje me tre opsione përgjigjesh) me temën "Uji rreth nesh".
Kryeni një eksperiment të vogël: vendosni një gotë me ujë shumë të ftohtë në një tavolinë në një dhomë të ngrohtë. Përshkruani se çfarë do të ndodhë, shpjegoni pse.
*Vizatoni lëvizjen e molekulave të ujit në gjendje të nxehtë, normale dhe të ftohur. Nëse është e nevojshme, shkruani titrat në vizatimin tuaj.

Uji është substanca më e zakonshme në planet dhe ka një veçori që e dallon atë nga lëngjet e tjera: kur nxehet nga pika e shkrirjes deri në 40 ° C, kompresueshmëria e tij rritet dhe më pas zvogëlohet.

Karakteristikat unike të ujit

Nuk ka asnjë substancë në Tokë më të rëndësishme për njerëzit se uji. Oqeanet dhe detet zënë ¾ të sipërfaqes së planetit, një tjetër 20% e sipërfaqes së tokës është e mbuluar me borë dhe akull - ujë të ngurtë. Nëse nuk do të ishte uji, i cili ndikon drejtpërdrejt në klimën, Toka do të shndërrohej në një gur të pajetë që fluturon nëpër hapësirë.

Njerëzimi konsumon të paktën 1 miliard ton ujë në ditë, ndërsa sasia totale e burimeve në planet mbetet e njëjtë. Miliona vjet më parë kishte po aq ujë në sipërfaqen e Tokës sa ka tani.

Organizmat e gjallë që banojnë në planet kanë mësuar të përshtaten me kushtet e pafavorshme. Por asnjë krijesë nuk mund të ekzistojë pa ujë - kjo substancë gjendet në të gjitha kafshët dhe bimët. Trupi i njeriut përbëhet nga ¾ ujë.

Përmbajtja e ujit në trupin e njeriut

Karakteristikat themelore të ujit:

Nuk ka ngjyrë;

Transparente;

Pa erë dhe pa shije;

Të aftë për të qenë në tre gjendje grumbullimi;

Të aftë për të kaluar nga një gjendje grumbullimi në një tjetër;

Eksperiment që demonstron vetitë e ujit gjatë ngrohjes dhe ftohjes

Për të kryer eksperimentin në shtëpi, do t'ju nevojiten dy enë dhe dy balona laboratorike me një tub dalje gazi, si dhe substanca: akull, ujë të nxehtë dhe ujë në temperaturën e dhomës.

Derdhni ujë në temperaturën e dhomës në dy balona identike, shënoni nivelin e ujit me një shenjë dhe uleni në dy enë - me ujë të nxehtë dhe akull. Cili është rezultati i eksperimentit? Uji në një balonë, i zhytur në ujë të nxehtë, ngrihet mbi shenjën. Uji në balonë, i vendosur në akull, bie nën shenjën.

Përfundim: si rezultat i ngrohjes, uji zgjerohet dhe kur ftohet, tkurret.

Përvoja në demonstrimin e vetive të ujit kur ruhet në kushte të ndryshme

Eksperimenti kryhet në shtëpi në mbrëmje. Mbushni tre enë identike (do të bëjnë gotat) me 100 ml ujë. Një gotë e vendosim në prag të dritares, të dytën në tavolinë, të tretën pranë radiatorit.

Në mëngjes krahasojmë rezultatet: në gotën e mbetur në dritare, uji është avulluar me 1/3, në gotën në tavolinë uji është avulluar përgjysmë, gota pranë radiatorit doli të jetë bosh dhe e thatë. : uji ka avulluar prej tij. Përfundim: avullimi i ujit varet nga temperatura e ambientit, dhe sa më e lartë të jetë, aq më shpejt avullohet uji.

Shndërrimi i avullit të ujit në ujë

Për të kryer eksperimentin, ne përgatisim pajisje speciale:

Llamba e alkoolit;

Pllakë metalike;

Një balonë me një tub dalje gazi.

Hidhni ujë në balonë dhe ngroheni në një llambë alkooli derisa të vlojë. Ne mbajmë një pllakë metalike të ftohtë pranë tubit të daljes së gazit - avulli vendoset mbi të në formën e pikave të ujit. Shndërrimi i ujit të gaztë në lëng quhet kondensim. Përfundim: kur nxehet fort, uji kthehet në avull dhe kthehet në gjendje të lëngshme kur bie në kontakt me një sipërfaqe të ftohtë.

Kondensimi në sipërfaqe xhami

Ngrohni ujin në një pikë vlimi

Uji që arrin pikën e vlimit ka veçori karakteristike: lëngu vlon, brenda shfaqen flluska dhe ngrihet avulli i trashë. Kjo ndodh sepse molekulat e ujit, kur nxehen, marrin energji shtesë nga burimi i nxehtësisë dhe lëvizin më shpejt. Kur nxehet për një kohë të gjatë, lëngu arrin pikën e vlimit: në muret e enës shfaqen flluska.

Ujë i ngrohur

Nëse zierja nuk ndalet, procesi vazhdon derisa i gjithë uji të kthehet në gaz. Ndërsa temperatura rritet, presioni rritet, molekulat e ujit lëvizin më shpejt dhe kapërcejnë forcat ndërmolekulare që i lidhin ato. Presioni atmosferik kundërshton presionin e avullit. Uji vlon kur presioni i avullit tejkalon ose arrin presionin e jashtëm.

Fizikani japonez Masakazu Matsumoto ka paraqitur një teori që shpjegon pse uji tkurret në vend që të zgjerohet kur nxehet nga 0 në 4°C. Sipas modelit të tij, uji përmban mikroformime - "vitrite", të cilat janë poliedra të uritur konveks, kulmet e të cilave përmbajnë molekula uji, dhe skajet janë lidhje hidrogjeni. Me rritjen e temperaturës, dy dukuri konkurrojnë me njëra-tjetrën: zgjatja e lidhjeve hidrogjenore midis molekulave të ujit dhe deformimi i vitriteve, duke çuar në uljen e zgavrave të tyre. Në intervalin e temperaturës nga 0 deri në 3,98°C, fenomeni i fundit dominon efektin e zgjatjes së lidhjeve hidrogjenore, e cila në fund jep ngjeshjen e vëzhguar të ujit. Nuk ka ende asnjë konfirmim eksperimental të modelit të Matsumotos, si dhe teori të tjera që shpjegojnë ngjeshjen e ujit.

Ndryshe nga shumica dërrmuese e substancave, uji mund të zvogëlojë vëllimin e tij kur nxehet (Fig. 1), domethënë ka një koeficient negativ të zgjerimit termik. Sidoqoftë, nuk po flasim për të gjithë gamën e temperaturës ku uji ekziston në gjendje të lëngshme, por vetëm për një seksion të ngushtë - nga 0°C në afërsisht 4°C. Me b O Në temperatura më të larta, uji, si substancat e tjera, zgjerohet.

Nga rruga, uji nuk është e vetmja substancë që ka vetinë e tkurrjes kur rritet temperatura (ose zgjerohet kur ftohet). Bismut, galium, silic dhe antimoni gjithashtu mund të mburren me sjellje të ngjashme. Megjithatë, për shkak të strukturës së brendshme më komplekse, si dhe përhapjes dhe rëndësisë së tij në procese të ndryshme, është uji ai që tërheq vëmendjen e shkencëtarëve (shih Studimi i strukturës së ujit vazhdon, “Elementet”, 10/09/2006 ).

Disa kohë më parë, teoria e pranuar përgjithësisht që i përgjigjej pyetjes se përse uji rrit vëllimin e tij me uljen e temperaturës (Fig. 1) ishte modeli i një përzierjeje të dy komponentëve - "normal" dhe "si akull". Kjo teori u propozua për herë të parë në shekullin e 19-të nga Harold Whiting dhe më vonë u zhvillua dhe u përmirësua nga shumë shkencëtarë. Relativisht kohët e fundit, në kuadrin e polimorfizmit të zbuluar të ujit, u rimendua teoria e Wieting. Tani besohet se ekzistojnë dy lloje të nanodominave të ngjashme me akullin në ujin e superftohur: rajone amorfe me densitet të lartë dhe me densitet të ulët të ngjashëm me akullin. Ngrohja e ujit të superftohur çon në shkrirjen e këtyre nanostrukturave dhe shfaqjen e dy llojeve të ujit: me densitet më të lartë dhe më të ulët. Konkurrenca dinake e temperaturës midis dy "gradave" të ujit që rezulton krijon një varësi jo monotonike të densitetit nga temperatura. Megjithatë, kjo teori ende nuk është konfirmuar eksperimentalisht.

Duhet të jeni të kujdesshëm me këtë shpjegim. Nuk është rastësi që këtu po flasim vetëm për struktura që i ngjajnë akullit amorf. Fakti është se rajonet nanoskopike të akullit amorf dhe analogët e tij makroskopikë kanë parametra të ndryshëm fizikë.

Fizikani japonez Masakazu Matsumoto vendosi të gjejë një shpjegim për efektin e diskutuar këtu "nga e para", duke hedhur poshtë teorinë e një përzierjeje me dy përbërës. Duke përdorur simulimet kompjuterike, ai ekzaminoi vetitë fizike të ujit në një gamë të gjerë temperaturash - nga 200 në 360 K në presion zero - për të kuptuar në një shkallë molekulare arsyet e vërteta të zgjerimit të ujit kur ftohet. Artikulli i tij në revistë Letrat e rishikimit fizik quhet: Pse zgjerohet uji kur ftohet? ("Pse zgjerohet uji kur ftohet?").

Fillimisht, autori i artikullit shtroi pyetjen: çfarë ndikon në koeficientin e zgjerimit termik të ujit? Matsumoto beson se për këtë mjafton të zbulohet ndikimi i vetëm tre faktorëve: 1) ndryshimet në gjatësinë e lidhjeve hidrogjenore midis molekulave të ujit, 2) indeksi topologjik - numri i lidhjeve për molekulë uji dhe 3) devijimi i këndi ndërmjet lidhjeve nga vlera e ekuilibrit (shtrembërim këndor).

Përpara se të flasim për rezultatet e marra nga fizikani japonez, do të bëjmë komente dhe sqarime të rëndësishme në lidhje me tre faktorët e mësipërm. Para së gjithash, formula e zakonshme kimike e ujit, H 2 O, korrespondon vetëm me gjendjen e tij të avullit. Në formë të lëngshme, molekulat e ujit kombinohen në grupe (H 2 O) përmes lidhjeve hidrogjenore. x, Ku x- numri i molekulave. Kombinimi më i favorshëm energjik i pesë molekulave të ujit ( x= 5) me katër lidhje hidrogjenore, në të cilat formohen lidhjet ekuilibri, të ashtuquajturat këndi katërkëndor, e barabartë me 109,47 gradë (shih Fig. 2).

Pasi analizoi varësinë e gjatësisë së lidhjes së hidrogjenit midis molekulave të ujit nga temperatura, Matsumoto arriti në përfundimin e pritur: një rritje e temperaturës shkakton një zgjatje lineare të lidhjeve hidrogjenore. Dhe kjo, nga ana tjetër, çon në një rritje të vëllimit të ujit, domethënë në zgjerimin e tij. Ky fakt bie ndesh me rezultatet e vëzhguara, kështu që ai shqyrtoi më tej ndikimin e faktorit të dytë. Si varet koeficienti i zgjerimit termik nga indeksi topologjik?

Modelimi kompjuterik dha rezultatin e mëposhtëm. Në temperatura të ulëta, vëllimin më të madh të ujit në përqindje e zënë grupimet e ujit, të cilat kanë 4 lidhje hidrogjeni për molekulë (indeksi topologjik është 4). Një rritje e temperaturës shkakton një ulje të numrit të asociacioneve me indeksin 4, por në të njëjtën kohë numri i grupimeve me indekset 3 dhe 5 fillon të rritet, pasi ka kryer llogaritjet numerike, Matsumoto zbuloi se vëllimi lokal i grupimeve me topologjikë. indeksi 4 praktikisht nuk ndryshon me rritjen e temperaturës, dhe ndryshimi në vëllimin e përgjithshëm të bashkëpunëtorëve me indekset 3 dhe 5 në çdo temperaturë kompensojnë reciprokisht njëri-tjetrin. Rrjedhimisht, një ndryshim në temperaturë nuk ndryshon vëllimin e përgjithshëm të ujit, dhe për këtë arsye indeksi topologjik nuk ka asnjë efekt në ngjeshjen e ujit kur ai nxehet.

Mbetet për t'u sqaruar efekti i shtrembërimit këndor të lidhjeve hidrogjenore. Dhe këtu fillon më interesantja dhe më e rëndësishmja. Siç u përmend më lart, molekulat e ujit priren të bashkohen në mënyrë që këndi midis lidhjeve të hidrogjenit të jetë tetraedral. Megjithatë, dridhjet termike të molekulave të ujit dhe ndërveprimet me molekula të tjera që nuk përfshihen në grup i pengojnë ata ta bëjnë këtë, duke devijuar këndin e lidhjes hidrogjenore nga vlera e ekuilibrit prej 109,47 gradë. Për të përcaktuar sasinë e këtij procesi të deformimit këndor, Matsumoto dhe kolegët ndërtuan në punën e tyre të mëparshme Blloqe ndërtuese topologjike të rrjeteve të lidhjeve hidrogjenore në ujë, botuar në 2007. Journal of Chemical Physics, hodhi hipotezën e ekzistencës së mikrostrukturave tredimensionale në ujë që i ngjajnë poliedrave të zgavëruar konveks. Më vonë, në botimet e mëvonshme, ata i quajtën mikrostruktura të tilla vitrina(Fig. 3). Në to, kulmet janë molekula uji, roli i skajeve luhet nga lidhjet hidrogjenore dhe këndi midis lidhjeve hidrogjenore është këndi midis skajeve në vitrit.

Sipas teorisë së Matsumoto, ekziston një shumëllojshmëri e madhe e formave të vitritit, të cilat, si elementët mozaik, përbëjnë pjesën më të madhe të strukturës së ujit dhe që në të njëjtën kohë mbushin në mënyrë të barabartë të gjithë vëllimin e tij.

Molekulat e ujit priren të krijojnë kënde tetraedrale në vitrite, pasi vitritet duhet të kenë energjinë më të ulët të mundshme. Megjithatë, për shkak të lëvizjeve termike dhe ndërveprimeve lokale me vitritet e tjerë, disa mikrostruktura nuk shfaqin gjeometri me kënde tetraedrale (ose kënde afër kësaj vlere). Ata pranojnë konfigurime të tilla strukturore jo ekuilibër (të cilat nuk janë më të favorshmet për ta nga pikëpamja energjetike), të cilat lejojnë që e gjithë "familja" e vitriteve në tërësi të marrë vlerën më të ulët të energjisë midis atyre të mundshme. Vitrite të tilla, domethënë vitritet që duket se sakrifikojnë veten për "interesat e përbashkëta të energjisë", quhen të frustruar. Nëse në vitritin e pafrustruar vëllimi i kavitetit është maksimal në një temperaturë të caktuar, atëherë vitriti i frustruar, përkundrazi, ka vëllimin minimal të mundshëm.

Simulimet kompjuterike të kryera nga Matsumoto treguan se vëllimi mesatar i zgavrave të vitritit zvogëlohet në mënyrë lineare me rritjen e temperaturës. Në këtë rast, vitriti i frustruar zvogëlon ndjeshëm vëllimin e tij, ndërsa vëllimi i zgavrës së vitritit të pafrustruar mbetet pothuajse i pandryshuar.

Pra, ngjeshja e ujit me rritjen e temperaturës shkaktohet nga dy efekte konkurruese - zgjatja e lidhjeve hidrogjenore, e cila çon në një rritje të vëllimit të ujit dhe një ulje të vëllimit të zgavrave të vitriteve të frustruar. Në intervalin e temperaturës nga 0 deri në 4°C, fenomeni i fundit, siç kanë treguar llogaritjet, mbizotëron, e cila përfundimisht çon në ngjeshjen e vëzhguar të ujit me rritjen e temperaturës.

Mbetet të presim për konfirmimin eksperimental të ekzistencës së vitriteve dhe sjelljes së tyre. Por kjo, mjerisht, është një detyrë shumë e vështirë.

Ne jemi të rrethuar nga uji, në vetvete, si pjesë e substancave dhe trupave të tjerë. Mund të jetë në formë të ngurtë, të lëngët ose të gaztë, por uji është gjithmonë rreth nesh. Pse çahet asfalti në rrugë, pse një kavanoz me ujë shpërthen në të ftohtë, pse dritaret mjegullohen në sezonin e ftohtë, pse një aeroplan lë një gjurmë të bardhë në qiell - do të kërkojmë përgjigje për të gjitha këto dhe “pse” të tjera në këtë mësim. Do të mësojmë se si ndryshojnë vetitë e ujit kur nxehet, ftohet dhe ngrihet, si formohen shpellat nëntokësore dhe figurat e çuditshme në to, si funksionon një termometër.