چرا چگالی یخ از آب کمتر می شود ؟

مدیران انجمن: parse, javad123javad

نمایه کاربر
M_J1364@yahoo.com

نام: م. ج. معروف به گربه ی زَبادی

محل اقامت: تهران

عضویت : پنج‌شنبه ۱۳۹۰/۹/۲۴ - ۱۱:۴۹


پست: 1403

سپاس: 506

جنسیت:

تماس:

Re: چرا چگالی یخ از آب کمتر می شود ؟

پست توسط M_J1364@yahoo.com »

ghm نوشته شده:
چهارشنبه ۱۴۰۱/۹/۹ - ۰۰:۲۳
مولکولها مثل بچه هایی هستن که در صف مدرسه خبردار می ایستن. وقتی شلوغ میکنن فاصلشون کمتر میشه.
وقتی خبردار می ایستن فاصله ها مرتب میشه. این فاصله ها بخاطر قطبش مولکول هست که ایجاب میکنه کریستال شکل بگیره.(صف منظم). وقتی ارامش ایجاد میشه نیروهای بین مولکولی ناشی از قطبیدگی به ارامی شروع به آرایش منظم میکنن و حجم کلی بیشتر میشه.
این استدلالتون ممکنه برای آب و یخ و یا احتمالاً برای هر کریستال و مایعِ همون کریستال درست باشه (که مطمئن نیستم) ولی فکر نکنم درباره ی همه ی مواد صدق کنه. طبق گفته ی شما اگه یه گاز رو سرد کنیم باید حجمش بیشتر بشه که نمی شه، البته توی گازها هم پیوند مولکولی خاصی شاید نشه پیدا کرد.

نمایه کاربر
ghm

عضویت : چهارشنبه ۱۳۹۲/۵/۹ - ۲۱:۰۸


پست: 193

سپاس: 141

جنسیت:

Re: چرا چگالی یخ از آب کمتر می شود ؟

پست توسط ghm »

سلام.
فاصله بین مولکولهای گاز ناشی از حرکت های شدید مکانیکی (دما) در حرکت های تصادفی هست.
فاصله تنظیم شده، بین مولکولهای یخ ناشی از نیروهای بین مولکولی هست.

در کریستال میتونه یه دیفکت وجود داشته باشه که در اون نقطه ثابت شبکه رعایت نشده باشه. در اینجا ثابت شبکه از فاصله بین مولکولهای آب بهم ریخته بیشتره.
آب یک کریستال به شدت بهم ریخته است که عامل به هم ریختگی دما است. اگر دما کم باشه نیاز به زمان داره که نیروهای بین مولکولی نظم پیدا کنند.

چون در تعیین حجم 2 عامل متفاوت نقش داره، از تغییرات گاز به یخ، ابتدا چگالی زیاد و سپس کم میشه و در هر طرف یکی غالب هست. در دماهای زیاد، دما عامل افزایش حجم و در دماهای پایین نیروهای بین مولکولهای قطبی عامل افزایش حجم هست.
˙ ·٠•♥ السلام علی بقیه الله فی ارضه ♥•٠·˙

نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 2469

سپاس: 4615

جنسیت:

تماس:

Re: چرا چگالی یخ از آب کمتر می شود ؟

پست توسط rohamavation »

نمونه های دیگر از عناصر عبارتند عبارتند از سیلیکون، گالیم، ژرمانیوم، آنتیموان، بیسموت، پلوتونیوم و همچنین ترکیبات شیمیایی که شبکه های کریستالی بزرگی را با هماهنگی چهار وجهی تشکیل می دهند. نیز به عنوان جامد چگالی کمتری نسبت به مایع دارد. در همه موارد، مواد یک ساختار بلوری نسبتاً منظم را تشکیل می دهند که اتفاقاً چگالی کمتری نسبت به فازهای مایع (کمتر مرتب شده) داردسایر موادی که در هنگام انجماد منبسط می شوند $Arsenic______4.70 ___________5.22___________817
Bismuth______9.80 __________10.07___________271
Gallium_______5.90 ___________6.09____________30
Germanium____5.32 ___________5.60___________940
Silicon________2.33___________2.51__________1410

$
ببینید پیوندهای هیدروژنی اضافی که هنگام یخ زدن آب رخ میده فضای بین مولکول ها را افزایش میده و باعث کاهش چگالی کلی میشه. در چون هر مولکول یخ آب با چهار مولکول دیگر پیوند هیدروژنی ایجاد میکنه در حالی که مولکول های آب فقط با میانگین 3.4 مولکول دیگر پیوند هیدروژنی تشکیل میدن. خوب چون که مولکول ها از هم جدا شدند فضای بیشتری را اشغال می کنند. چگالی کمتری دارن و برعکس زمانی که یک مایع یا گاز خنک میشه. مولکول ها کندتر حرکت می کنند و فضای کمتری را اشغال می کنند پس.هنگامی که چگالی افزایش می یابه دما کاهش میابه. هنگامی که چگالی کاهش میابه دما افزایش میابه با افزایش دما تراکم کاهش میابه.به دلیل ساختار بلوری فاز جامد آب مولکول‌ها خود را به شکلی صلب و منظم مرتب می‌کنند و در نهایت به طور متوسط از یکدیگر دورتر میشن(نسبت به فاز مایع)، وخوب نتیجه اونکه چگالی کمتری دارن میدونید. چیزهای با چگالی کمتر به دلیل شناور بودن شناور می شوند. خودچگالی به طور مستقیم با فشار و به طور غیر مستقیم با دما متناسب است. با افزایش فشار با ثابت دما، چگالی افزایش میایبه برعکس، هنگامی که دما افزایش میابه، با ثابت فشار، چگالی کاهش میابه.اگر چگالی$\rho_r$ را در دمایی$T_r$ می دانید، فرمول زیر برای چگالی وجود داره..$\rho=\rho_r[1+b(T-T_r)]$
جایی که ρ چگالی در دمای T و b است، ضریب انبساط مکعبی میگیم که در دما و چگالی مرجع (ρr و Tr) ارزیابی میشه
این یک تقریب خطیه که برای محدوده دماهای باریک معتبر ه- به طور کلی، وابستگی چگالی به دما و فشار (معادله حالت) هر تابع پیچیده ای است که به دلیل ساختار داخلی ماده هستش برای آب، حتی به طور یکنواخت کاهش پیدا نمیکنه. با دما! مکانیک آماری روش هایی را برای تقریب معادله حالت برای یک مدل معین از یک ماده توصیف میکنه، ا (یک استثناء قابل توجه معادله گاز هست). معمولاً روابط اندازه‌گیری می‌شوند و یا از جدول ها برمیداریم، یا با یک تابع چند جمله‌ای/گویا پردازش و با ترم افزارها و شبیه سازی ها .چگالی مایع به عنوان تابعی از فشار و دما، چگونه داده های تجربی ρ(p,T) را مدل کنیم؟$\tag{1} \rho = \rho_o [1-\alpha (T-T_o)+\beta (p-p_o)]$
که در آن چگالی مرجع ρo طوری انتخاب مییشه که در میان محدوده چگالی‌هایی هستند که احتمالاً در مسئله مورد نظر رخ می‌دهد. این برای اطمینان از این است که ضرایب α و β که با توجه به ρo تعریف شده‌اند، اساساً در محدوده‌های مرتبط T و p ثابت هستند. برای شفاف‌سازی، α نشان‌دهنده ضریب محلی انبساط حرارتی است که توسط
$\tag{2} \alpha=\frac{1}{V_o}\frac{\partial V}{\partial T}=-\frac{1}{\rho_o}\frac{\partial \rho}{\partial T}$
و β بیانگر تراکم پذیری همدما موضعی است که با تعریف شده توسط
$\tag{3} \beta=-\frac{1}{V_o}\frac{\partial V}{\partial p}=\frac{1}{\rho_o}\frac{\partial \rho}{\partial p}$
با این حال، کاری که من می‌خواهم انجام دهم، در صورت امکان، گسترش معادله (1) است، به طوری که α و β ثابت نیستند، بلکه تابع‌هایی از فشار و دما هستند، یعنی α(p،T) و β(p، T).
آیا فرمولی وجود دارد که نشان دهد چگالی آب چگونه تحت تأثیر دما قرار می گیرد؟
میدونم سرعت صوت می توان نشان بدم که دما چگونه بر سرعت تأثیر می گذارد:
$V = 331\ \mathrm{m/s} + \left(0.6\ \mathrm{\frac{m/s}{°C}}\right)T$
آیا فرمول مشابهی وجود دارد که چگالی مایع را به دما مرتبط کند؟ (در این مورد آب)
چگالی دمای آببه طور کلی، ما می توانیم بیان چگالی هر ماده را به عنوان تابعی از دما با استفاده از تعریف انبساط حرارتی به دست آوریم.
$\frac{\mathrm dV}{\mathrm dT}=\alpha V\tag1$
با تمایز $\rho=m/V$، می توانم نشان دهم که $\mathrm d\rho/\rho = -\mathrm dV/V$. بنابراین با استفاده از این و معادله (1)،
$\frac{\mathrm d\rho}{\mathrm dT}=-\alpha V\tag2$
ادغام این عبارت بالا و تقریب عبارت،
$\rho = \rho^\circ\cdot\left(1-\alpha\Delta T\right)\tag3$
که $\rho^\circ$ چگالی اولیه در دمای اولیه، $\alpha$ضریب انبساط حرارتی حجمی و ΔT دما است.
برای آب، $\alpha$ معمولاً $207\times10^{-6}\ \mathrm{K^{-1}}$ در 20 ∘C است. با استفاده از این، می توانیم مشاهده کنیم که دما چگونه بر چگالی آب تأثیر می گذارد.من یک متن خیلی کوتاه انگلیسی اوردم که میتونید خلاصه جواب ببینیدthe extra hydrogen bonds that occur when water freezes increase the space between molecules, causing a decrease in overall density. in fact, each water ice molecule forms hydrogen bonds with four other molecules, while water molecules only form hydrogen bonds with an average of 3.4 other molecules.
تصویر

ارسال پست