دانلود تحقیق علت انبساط غير عادي آب

علت انبساط غير عادي آب

علت انبساط غير عادي آب مربوط به وضع مولكولهاي آب در حالت جامد و مايع آن است براي توضيح اين پديده لازم است كه ساختمان مولكولي آب و نيز اتمهاي سازنده آن بررسي شود.
هر مولكول آب از يك اتم اكسيژن و دو اتم هيدروژن ( H2O) تركيب شده است هر اتم اكسيژن داراي8 الكترون است. از اين تعداد 2 الكترون بر سطح انرژي k=1 و6 الكترون برسطح انرژي L=2 با آرايش زير قرار دارند:
هر اتم هيدروژن داراي يك الكترون ) 1S1) و زماني كه يك اتم اكسيژن با دو اتم هيدروژن پيوند مي يابد مولكول قطبي آب را را ايجاد مي كنند كه وصع اتمها در آن به اين صورت است:
زاويه پيوند در اين مولكول حدود 105 ( 41 ، 104( و فاصله دو مركز اتمهاي اكسيژن و هيدروژن 99/0 آنگستروم است. در مولكولهاي آب علاوه بر آنكه هيدروژن و اكسيژن بر هم نيرو وارد مي كنند نيروهاي الكتروستاتيكي هم در اثر وجود هيدروژن موجود است كه سبب مي شود هر ملكول آب با چهار ملكول مجاور خود پيوند يابد
( پيوند هيدروژني ) و يك شبكه بلوري را ترتيب دهد. در يخ ملكولهاي آب كاملا با يكديگر پيوند يافته و حلقه هاي شش ضلعي به وجود مي آورند. اين شش ضلعيها همه به هم متصلند و ساختمان قفس مانند گسترده اي را در حجم يخ مي سازن. فاصله بين دو اكسيژن مجاور 22 / 76 A است. وقتي يخ را حرارت دهيم در دماي ذوب، يخ به شبكه هاي كوچكتري شكسته مي شود و اگر بتوان در لحظه كوتاهي از اين تبديل عكسبرداري كرد ، در عكس به نظر مي رسد كه يخي شكسته مي شود و هر قسمت مي تواند بر قسمت ديگر بلغزد. وقتي دما را به تدريج افزايش دهيم ، گرمايي كه آن مي گيرد ، سبب شكسته شدن پيوند بلوري و افزايش جنبش حرارتي مي گردد. جنبش حرارتي بيشتر ، سبب افزايش حجم ماده مي شود ، در صورتي كه مولكولهايي كه در شبكه بلوري در فاصله مشخصي از هم قرار داشتند ، در حالت مايع به هم نزديكترند و حجم كمتري را اشغال مي كنند.
بايد توجه داشت كه در دماي صفر درجه همه مولكولهاي يخ از شبكه بلوري خارج نمي شوند و در اثر افزايش دما ، به تدريج شبكه بلوري شكسته مي شود و مولكولها به هم نزديكتر مي شوند و همزمان ، جنبش مولكولي سبب افزايش حجم مايع مي شود. دو عامل كاهش و افزايش حجم سبب مي شود كه تا دماي 4 درجه ، حجم آب به كمترين مقدار خود برسد و از آن پس ، با زياد شدن جنبش مولكولي ، پديده عادي افزايش حجم آب مشاهده مي شود.
در هنگام سرد كردن آب تا دماي 4 درجه ، حجم كاهش مي يابد ولي در فاصله 4 درجه تا 0 درجه به سبب تشكيل پيوندهاي هيدروژني بين مولكولها و تشكيل شبكه بلوري ، فاصله بين مولكولها زيادتر و در نتيجه حجم افزايش مي يابد.
كاربرد انبساط آب :

كم بودن چگالي يخ نسبت به آب پيامدهاي خطرناكي براي سلول هاي زنده دارد. هنگامي كه بافتهاي زنده منجمد مي شوند، آب موجود درون سلولها بر اثر يخ زدن منبسط مي شود. با انبساط آب، سلول مي تركد و از بين مي رود. هر چه سرد شدن آهسته تر صورت گيرد، بلورهاي يخ درشت تر مي شود و سلولها هم آسيب بيشتري مي بينند.
كارخانه هاي سازنده مواد غذايي منجمد ار اين ويژگي آب استفاده مي كنند و مواد غذايي را به سرعت منجمد مي كنند. در اين حالت بلورهاي يخ بسيار كوچكي تشكيل مي شود كه به سلولهاي ماده غذايي آسيب بسيار كم تري وارد مي كند.