چرا یخ لغزنده است؟

مقدمه

یخ عبارت است از حالت جامد آب که چگالی آن 0/9 گرم در سانتی متر مکعب است و به همین جهت در مقایسه با شکل آبگون آن (با چگالی 1 گرم در سانتی متر مکعب) سبک تر بوده و حالت شناور پیدا می کند. نقطه انتقال میان آب جامد و مایع در فشار، یک اتمسفر صفر درجه سانتی گراد و همچنین با صفر درجه سلسیوس تعریف می شود. یخ فرم جامد آب است. تقریباً حدود یک درصد سطح زمین به وسیله یخسارهای وسیعی مانند نواحی قطب جنوب و گروئنلند پوشیده شده که ضخامت آنها در بعضی از 2000 متر تجاوز می کند. یخ همچنین به شکل بلورهای کوچکی مانند ذرات برف و تگرگ و شبنم یخ زده دیده می شود. یخ با افزایش فشار دمای انجماد کاهش می یابد. در یخ مولکول های آب با پیوندهای هیدروژنی به همدیگر پیوسته اند.

آیا یخ در طبیعت فقط بر اثر سرما ایجاد می شود برای اغلب مردم، درست كردن یخ كار ساده ای است: كافی است یك ظرف آب را در فریزر قرار دهیم. اما شیمیدانی به نام «یون می چوی» Eun Mi Choi و همكارانش در دانشگاه ملی سئول در كره جنوبی به این مسئله به گونه ای دیگر می نگرند. برای آنها درست كردن یخ از طریق كاهش دما تا زیر نقطه انجماد آب، آخرین گزینه محسوب می شود و نه اولین گزینه. این محققان ترجیح می دهند با قرار دادن آب در معرض میدان های الكتریكی یخ درست كنند.

لایه نازک آب مایع در بالای یخ جامد باعث لغزندگی آن می شود. تحرک این لایه مایع باعث می شود که با وجود نازک بودن آن حرکت برروی آن مشکل شود.
اما در این مورد توافق وجود ندارد که چرا یخ بر خلاف اغلب جامدات دیگر- دارای چنین لایه ای از شکل مایعش بر روی خودش است.

دانشمندان مدت های درازی استدلال می کردند از آنجا که آب دارای این خاصیت غیرمعمول است که در شکل جامدش تراکم کمتری نسبت به شکل مایعش دارد، با افزایش فشار می توان نقطه ذوب آ ن را پایین آورد.

با وجود اینکه این نظر صحیح است، اما حتی نوک تیز ترین اسکیت ها هم نقطه ذوب را تنها چند درجه بالا می برند و نظریه فشار نمی تواند وجود لایه آب بر روی یخ را توجیه کند، مگر اینکه یخ قبلا به قدر کافی گرم شده باشد.

قضیه دیگری باید در کار باشد. برخی از تحقیقات بیانگر آن است که اصطکاک ناشی از کفش، اسکیت یا تایر در حال حرکت حرارت لازم برای ذوب یخ را فراهم می کند.

اما اگر اصلا کفش حرکت نکند چه؟

نظریه دوم پیشنهاد می کند یخ ذاتا دارای یک لایه مایع است، که ناشی از حرکت مولکول های سطحی آن است که در بالای خود دیگر مولکولی برای وصل شدن ندارند و بنابراین برای پایدار شدن به اطراف حرکت می کنند.

شاید هم لغزندگی یخ را باید به ترکیبی از این دو نظریه مربوط باشد.

یخ داغ

تهیه ی یخ داغ یا استات سدیم از سرکه و جوش شیرین

استات سدیم یا یخ داغ یک ماده ی شیمیایی شگفت انگیز است که خودتان می توانید از سرکه و جوش شیرین تهیه کنید.

می توانید محلول استات سدیم را تا زیر نقطه ی ذوب آن سرد کنید و با این کار، مایع را وادار به بلوری شدن کنید.

بلورینه شدن یا تشکیل کریستال یک فرایند گرماده است…

بنابراین یخی که از این فرایند تهیه می کنید، داغ است یخ داغ

منجمد کردن و استحکام یخ داغی که به دست می آورید، آن قدر سریع اتفاق می افتد که می توانید آن را در یک قالب خاص بریزید و شکل دهید.

مواد لازم برای تهیه ی یخ داغ یا استات سدیم:

1 لیتر سرکه ی خالص و صاف شده (اسید استیک ضعیف)
4 قاشق سوپ خوری جوش شیرین (بی کربنات سدیم)

طرز تهیه:

1) در یک ماهی تابه یا بشر بزرگ، جوش شیرین را به سرکه اضافه کنید، این کار را به آرامی انجام دهید و پیوسته آن را به هم بزنید. جوش شیرین و سرکه با هم واکنش نشان می دهند تا استات سدیم و گاز دی اکسید کربن تشکیل دهند.
اگر جوش شیرین را به آرامی اضافه نکنید، فقط یک کوه آتشفشان جوش شیرین و سرکه به دست خواهید آورد که از بشر یا ظرف آزمایش شما سر ریز خواهد شد. حال شما استات سدیم به دست آورده اید اما آن قدر رقیق است که کاربردی ندارد؛ بنابراین لازم است که آب اضافی را بردارید.

شما می توانيد بهترين خرید اینترنتی و آنلاین را با تخفيف بسيار خوب از ويتابن تهيه نماييد

در این جا واکنش جوش شیرین و سرکه را برای تولید استات سدیم می بینید:

Na+[HCO3]– + CH3–COOH → CH3–COO– Na+ + H2O + CO2

2) محلول را بجوشانید تا استات سدیم به دست آمده غلیظ شود. وقتی 100-150 ml از محلول باقی مانده است، می توانید آن را از روی آتش بردارید اما ساده ترین راه برای آن که نتایج خوبی به دست آورید، آن است که محلول را تا وقتی که پوسته ی بلوری یا نازکی شروع به تشکیل شدن بر روی سطح می کند، بجوشانید. این کار بر روی بخاری و بر روی گرمای ملایم، حدود یک ساعت وقت می گیرد.
اگر از گرمای کم تری استفاده می کنید، مایع زرد رنگ یا قهوه ای رنگی به دست خواهید آورد اما زمان بیشتری را صرف این کار خواهید کرد. اگر مایع شما بی رنگ شد، نتیجه ی عالی تری به دست خواهید آورد.
3) وقتی که محلول استات سدیم را از روی حرارت برداشتید، به سرعت روی آن را بپوشانید تا جلوی تبخیر آن را بگیرید. می توانید محلول خود را در یک بشر جداگانه بریزید و روی آن را با پلاستیک بپوشانید. در این حالت نباید هیچ بلوری در محلول خود ببینید. یخ داغ اگر بلور مشاهده می کنید، کمی آب یا سرکه درون محلول بریزید و تکان دهید، این مقدار آن قدر باید باشد که بلورها را حل کند.
4) محلول استات سدیم پوشیده شده در یک بشر را در یخچال قرار دهید تا خنک شود.

فعالیت های مرتبط با یخ داغ:

استات سدیم محلول در یخچال، مثال خوبی از مایع ابر سرد است یخ داغ که این ماده، استات سدیمی به شکل مایع است که زیر نقطه ی ذوب عادی استات روی معمولی است.

می توانید با اضافه کردن یک بلور کوچک استات سدیم یا حتی با لمس کردن سطح محلول استات سدیم با یک قاشق یا انگشت، بلوری از استات سدیم به دست آورید.

بلورینه شدن، مثال خوبی از یک فرایند گرماده است. هنگامی که یخ تشکیل شود، گرما آزاد می شود. برای نمایش ابر سرد شدن، بلورینه شدن و آزاد شدن گرما می توانید:

یخ داغیک بلور به داخل محلول استات سدیم سرد شده بریزید. در عرض چند ثانیه، استات سدیم شروع به بلوری شدن خواهد کرد. بلور به عنوان محل هسته بندی یا دانه ای برای رشد سریع بلوری عمل می کند. با این که محلول از یخچال بیرون آمده است، اگر بشر را لمس کنید، خواهید فهمید که داغ است یا گرم.

یخ داغ محلول را در یک دیس مسطح بریزید، اگر یخ داغ خود به خود شروع به بلورینه شدن نکند، می توانید با یک بلور استات سدیم به سطح آن بزنید (می توانید مقدار کمی از استات سدیم را از کناره های بشری که قبلا از آن استفاده کرده اید، بتراشید). بلورینه شدن از دیس به بالای جایی که شما مایع را می ریزید، پیش خواهد رفت. می توانید برج های یخ داغ درست کنید. البته برج ها داغ هستند!

یخ داغ می توانید استات روی را دوباره ذوب کنید و برای نمایش دوباره استفاده کنید.

بی خطری یخ داغ:

همان گونه که انتظار داشتید، استات سدیم یک ماده ی شیمیایی بی خطر است.

این ماده به عنوان یک طعم دهنده ی غذایی استفاده می شود و یک ماده ی شیمیایی فعال است.

سؤالات رایج در مورد یخ داغ که ممکن است نوجوانان بپرسند:

a) آیا می توان به جای جوش شیرین از بیکینگ پودر استفاده کرد؟

نه! بیکینگ پودر شامل دیگر مواد شیمیایی است که به صورت ناخالصی در این پروژه عمل می کند و از تشکیل یخ داغ جلوگیری می کند.

b) آیا می توان نوع دیگری از سرکه را در این آزمایش استفاده کرد؟

نه! در انواع دیگر سرکه، ناخالصی هایی وجود دارد که از بلوری شدن یخ داغ جلوگیری می کند. البته به جای سرکه ی خالص، از اسید استیک رقیق هم می توان استفاده کرد.

c) آیا می توان دوباره از یخ داغ استفاده کرد؟

بله. می توانید دوباره یخ داغ را روی بخاری یا در فر و ماکرفر گرم کنید.

d) آیا یخ داغ قابل خوردن است؟

خوردن یخ داغ اشکالی ندارد زیرا سمی نیست اما به طور کلی ماده ی خوردنی نیست.

علت افزایش حجم اب را به هنگام یخ زدن شرح دهید؟

علت افزایش حجم آب به هنگام یخ زدن تغییر ساختار مولكولی آن است . در هنگامی كه آب حالت مایع دارد ساختمان منظمی دارد كه فضای خالی در آن وجود ندارد و یا كم وجود دارد . در آب پیوندهای هیدروژنی تقریبا برابر و متقارن هستند و هر مولكول آب به طور چهاروجهی به وسیله اتمهای اكسیژن چهار مولكول مجاور آن احاطه شده است و در نتیجه یك شبكه‌هایی به وجود می‌آورند كه البته در درون شبكه هم مولكولهای آب دیگری وجود دارند . اما وقتی آب به یخ تبدیل می‌شود ، این حلقه‌های شش ضلعی درونشان خالی از مولكول می‌شود و در درون آن فضاهای خالی به وجود می‌آید كه ایجاد همین فضاهای خالی سبب افزایش حجم یخ می‌شود . البته این ساختمان باز متشكل از حلقه‌های شش ضلعی چین خورده دیگر مانند آب پیوندهای هیدروژنی متقارن ندارد و فاصله اتم هیدروژن از یك اكسیژن 01/1 آنگستروم و از اتم اكسیژن دیگر 74/1 آنگستروم است و همین سبب چین خوردگی حلقه‌ها می‌شود . پس یكی توخالی بودن حلقه‌های شش ضلعی و دیگری چین خوردگی حلقه‌ها سبب افزایش حجم در یخ می‌شود.

شما می توانید بهترین خریدها را در فروشگاه اینترنتی ویتابن با تخفیف مناسب خرید نمایید

برای بازدید از فروشگاه ویتابن کلیک کنید