Почему замёрзшая вода мутная
Почему замёрзшая вода мутная
Вопрос:
Здрасти! Скажите почему моя замерзшая из под крана вода практически вся мутная (на 80%), прозрачного есть только еле чуток по бокам, она что такая грязная? От минералки с магазина тот же итог. Спасибо за ответ! Руслан
Ответ:
Почетаемый Руслан. Такое странноватое поведение ваших кубиков льда разъясняется особенностями процесса кристаллизации воды. Перевоплощение воды в кристалл происходит в первую очередь на центрах кристаллизации; примесях и неоднородностях — частицах пыли, пузырьках воздуха, мелких царапинах на стенках сосуда. Незапятнанная вода центров кристаллизации фактически лишена, потому она может переохлаждаться, и довольно очень, оставаясь водянистой, но мелкие пузырьки воздуха вода всегда содержит. А тем паче газированная вода, насыщенная углекислым газом. Они то и являются предпосылкой того, что лёд смотрится мутным, а не поэтому, что она грязная.
Процесс кристаллизации происходит так. Каждый образующийся кристаллик воды имеет 6 лучей. Соединяясь, они образуют лед, и скоро на поверхности воды появляется корочка льда. Время от времени лед выходит прозрачным, время от времени — нет. Почему? Дело в том, что при замерзании капелек воды мелкие пузырьки воздуха прилипают к лучам кристаллов льда. Чем больше появляется кристалликов льда, тем больше пузырьков воздуха — вот вам и непрозрачный мутный лед.
Если вода подо льдом движется и умеренно перемешивается, воздушные пузырьки не собираются совместно, и появляется прозрачный лед.
В природе это происходит когда снег опускается на воду, температура которой близка к замерзанию, он сбивается при волнении в гряды шириной 0,5 м. Когда температура воды опускается до точки замерзания, влажный снег и вода смерзаются, и появляется мутный, непрозрачный лед.
Есть даже такая догадка, что в структуре льда остаются бессчетные поры и промежутки, заполненные воздухом. Пузырьки воздуха вмерзают в лёд, и такая „губка“ становится существенно легче воды. Но даже лёд без микроскопичных пор и трещин имеет плотность 0,9168 г/см 3 при 0°С, а вода при той же температуре — 0,9984 г/см 3.
Рис. Кристаллические решётки льда. Молекулы воды H2O (зелёные шарики) в её узлах размещены так, что любая имеет четырёх „соседок“.
Сами молекулы воды, состоящие из одного атома кислорода и двух атомов водорода, имеют вид шариков с выпуклостями. В кристалле льда они размещаются так, что неровности (надлежащие атомам водорода) ориентируются строго по направлению 2-ух примыкающих молекул. В результате появляется трёхмерная кристаллическая решётка, состоящая из почти безупречных тетраэдров. Любая молекула в его верхушках окружена 4-мя другими, т.е. имеет координационное число равное 4.
Похожие явления кристаллизации льда на примесях можно следить и в природе. Многие путники издавна отмечали, что глубочайшей осенью очень незапятнанные речки и ручьи начинают леденеть со дна. Через слой незапятанной воды отлично видно, что водные растения и коряги на дне зарастают рыхловатой ледяной шубой. В какой-то момент этот донный лёд всплывает, и поверхность воды одномоментно оказывается скованной ледяной коркой.
К подобным сообщениям всегда относились достаточно скептически. Температура верхних слоёв воды ниже, чем глубинных, и замерзание вроде бы должно начинаться с поверхности. Но незапятнанная вода леденеет без охоты, и лёд в первую очередь появляется там, где имеются центры кристаллизации — взвесь ила и твёрдая поверхность, — возле дна.
Кристалл льда стремится вырасти как можно более правильным — это „прибыльно“ с точки зрения его внутренней энергии. А любые примеси искажают форму решётки. Потому возрастающий кристалл теснит любые посторонние атомы и молекулы, стараясь строить безупречную решетку, пока это может быть. И только когда примесям деваться уже некуда, кристалл льда начинает встраивать их в свою структуру или оставляет в виде капсул концентрированной жидкостью. Потому морской лёд пресный, а даже самые грязные лужи покрываются прозрачным и чистым льдом.
Водопроводная вода содержит приблизительно 100 частей примесей на миллион частей воды (в главном это хлор, растворённый для дезинфекции, поваренная соль, которая есть всюду, и твёрдые наночастицы). Дистилляцией в обычных лабораторных критериях их количество несложно снизить раз в сто, получив воду с чистотой 99,9999%. Если же сосуд с этой водой медлительно охлаждать с одной стороны, получится лёд с чистотой уже до шести девяток после запятой. В нём отыщется только одна частичка примеси на сто миллионов частиц воды.
В минералогических коллекциях часто можно созидать, к примеру, прозрачные кристаллы корунда Al2O3, которые завершаются рубиновой „шапочкой“. Это возрастающий кристалл „собрал“ со всего объёма примесь — ионы хрома Cr 3+, которые превращают тусклый корунд в красный рубин.
Рис. Слева — Видимый свет льдом фактически не поглощается, но задерживает весь ультрафиолет и большую часть инфракрасного излучения. В этих областях диапазона лёд смотрится полностью чёрным. Справа — Белоснежный свет, падающий на снег, не поглощается, а многократно преломляется в ледяных кристаллах и отражается от их граней. Потому снег смотрится белоснежным.
Аналогичным образом, и лёд, выжимая примеси из своей кристаллической решётки, становится прозрачным. А снег же, который состоит из микроскопических кристалликов льда, непрозрачен. В чём же причина настолько различных оптических параметров 1-го и того же вещества?
Как это ни странно, причина в этом случае одна. Лёд фактически не поглощает видимый свет. И если бы лёд не был прозрачным, снег не был бы белоснежным. Световые лучи проходят ледяную пластинку насквозь, а в слое снега испытывают неоднократное отражение и выходят назад, не потеряв ни одного из компонентов диапазона. Но если бы мы могли созидать инфракрасное излучение и ультрафиолет, снег казался бы нам полностью чёрным: коэффициент поглощения света в этих областях диапазона очень велик.
Можно получить прозрачный лёд и в морозильной камере холодильника. Но для этого вам нужно за ранее прокипятить применяемую для изготовления льда воду при температуре 90 градусов Цельсия, чтоб весь воздух, находящийся в воде испарился и потом стремительно её охладить.
Используйте наши советы по изготовлению талой воды и будьте здоровы!
С почтением,
к.х.н. О.В. Мосин