9. Лёд — твёрдое тело

Определения и обозначения

Лёд — твёрдая вода. В природе он встречается на замёрзших водоёмах, в снегу и ледниках; образуется, когда вода охлаждается и замерзает. Это определение помогает понять, что лёд не отдельное вещество, а вода в другом состоянии. Поэтому лёд может снова стать жидкой водой.

Твёрдое тело — тело, которое сохраняет форму и объём. Кусок льда сохраняет форму, если его положить на блюдце, и занимает определённое место. Он не растекается, как вода. По этим свойствам лёд относят к твёрдым телам.

Замерзание — переход воды из жидкого состояния в твёрдое при охлаждении. Например, в морозильной камере вода постепенно становится льдом. Это слово называет изменение состояния, а не появление нового вещества. Оно помогает описать, что происходит с водой на холоде.

Плавление — переход льда из твёрдого состояния в жидкое при нагревании. Когда лёд лежит в тёплом месте, он превращается в воду. Название процесса позволяет отличить нагревание льда от охлаждения воды. В обоих случаях меняется состояние одного и того же вещества — воды.

Как это устроено

Когда вода охлаждается, она постепенно теряет тепло и становится холоднее. При температуре около 0 °C вода начинает замерзать и превращаться в лёд. Это происходит потому, что при охлаждении частицы воды движутся медленнее и располагаются более упорядоченно. Вода не исчезает и не превращается в другое вещество: меняется только её состояние.

Лёд сохраняет собственную форму и объём, поэтому его относят к твёрдым телам. В жидкой воде частицы могут перемещаться друг относительно друга, и вода принимает форму сосуда. В твёрдом льду частицы расположены устойчивее, поэтому кусок не растекается. Если положить его на блюдце, он останется куском, пока не начнёт таять или не будет расколот.

Лёд твёрдый, но хрупкий. Его форма сохраняется при обычном обращении, однако сильный удар может нарушить целостность куска. Тогда лёд раскалывается на части, и каждая часть тоже сохраняет свою форму. Значит, твёрдость не означает, что тело невозможно сломать: лёд может быть одновременно твёрдым и хрупким.

При нагревании лёд получает тепло и начинает плавиться. При обычном давлении это происходит около 0 °C: твёрдая вода становится жидкой. Частицы получают больше энергии и могут перемещаться свободнее, поэтому вместо куска получается вода. При дальнейшем нагревании вода будет становиться теплее, но сам переход льда в воду называют плавлением.

При замерзании вода расширяется, то есть занимает больше места. Поэтому лёд легче такого же объёма жидкой воды и держится на её поверхности. Это можно заметить, опустив кусок льда в стакан: он не тонет, а плавает. Причина здесь не просто в том, что лёд твёрдый, а в его меньшей плотности по сравнению с жидкой водой.

Сравнение льда и жидкой воды

Сравнивай вещества по одному признаку за раз: например, по форме или состоянию. Обрати внимание, что и лёд, и жидкая вода сохраняют объём, но только лёд сохраняет собственную форму. Последние строки показывают, как температура меняет состояние воды и почему лёд оказывается сверху.

Разбор задач

Задача 1. Кусок льда положили на блюдце. Объясните, почему он сохраняет форму. Чтобы ответить, нужно назвать наблюдаемое свойство, а затем связать его с состоянием вещества. Проверь, растекается ли кусок по поверхности блюдца.

1. Определи, что происходит: лёд остаётся куском и не принимает форму блюдца.
2. Вспомни признак твёрдого тела: оно сохраняет собственную форму и объём.
3. Сопоставь признак с наблюдением: лёд ведёт себя как твёрдое тело.

Ответ. Лёд сохраняет форму, потому что он твёрдое тело. Если ударить по нему сильно, он может расколоться, но это не означает, что лёд был жидким.

Задача 2. В морозильную камеру поставили ёмкость с водой. Опишите, какое изменение произойдёт с водой при охлаждении. Здесь важно не только назвать результат, но и правильно указать направление перехода. Вспомни, что происходит с водой, когда температура понижается до точки замерзания.

1. Определи исходное состояние вещества: в ёмкости находится жидкая вода.
2. Установи, что делает морозильная камера: охлаждает воду.
3. Назови процесс и результат: при охлаждении вода замерзает и становится льдом.

Ответ. Вода охладится и перейдёт из жидкого состояния в твёрдое. Этот переход называется замерзанием; при обычном давлении он происходит около 0 °C.

Задача 3. Лёд оставили в тёплой комнате, а затем опустили оставшийся кусок в стакан с водой. Объясните оба наблюдения: почему лёд растаял и почему он плавал. Нужно рассмотреть два разных явления: изменение состояния при нагревании и положение льда в воде. Не смешивай причину плавления с причиной плавучести.

1. Установи, что лёд получил тепло в тёплой комнате.
2. Свяжи нагревание с процессом: лёд плавится и становится жидкой водой.
3. Объясни положение оставшегося куска: при замерзании вода расширяется, поэтому лёд легче жидкой воды.

Ответ. В комнате лёд растаял, потому что при нагревании он плавится. В стакане оставшийся кусок плавал на поверхности, потому что лёд легче жидкой воды.

Типичные ошибки

Ошибка: считать лёд отдельным веществом. Так можно подумать, потому что лёд выглядит иначе, чем вода. Но это вода в твёрдом состоянии, а при нагревании она снова становится жидкой. Проверь себя вопросом: может ли лёд превратиться в воду без добавления другого вещества?

Ошибка: утверждать, что лёд не имеет объёма. Иногда расколотый лёд кажется изменившимся, но при раскалывании меняются размер и форма кусков, а не исчезает объём. Лёд занимает место, поэтому объём у него есть. Чтобы проверить себя, вспомни: тело не может существовать без занимаемого пространства.

Ошибка: путать замерзание и плавление. Оба процесса связаны с переходом между водой и льдом, поэтому их легко перепутать. Замерзание происходит при охлаждении воды, а плавление — при нагревании льда. Проверь направление: спроси себя, что было сначала и что стало потом.

Ошибка: думать, что лёд тонет, потому что он твёрдый. Твёрдыми бывают тела, которые и плавают, и тонут, так что одно лишь состояние не объясняет поведение льда. Лёд плавает, потому что он легче жидкой воды. Проверь себя, сравнив объяснение «он твёрдый» с тем, почему лёд остаётся на поверхности.

Связь с другими темами

Чтобы разобраться со льдом, нужно знать, что вода бывает жидкой и газообразной, а также может нагреваться и охлаждаться. Новая тема дополняет знания о состояниях вещества: лёд показывает, как жидкость становится твёрдой, а затем снова жидкой. Эти наблюдения помогают изучать свойства твёрдых тел и переходы из одного состояния в другое.

Замерзание воды связано с природными явлениями, которые встречаются зимой. Понимание этого процесса пригодится при изучении круговорота воды, а также образования снега и льда. Наблюдая за водой на улице или в морозильнике, можно увидеть, как температура влияет на её состояние.

Что запомнить

• Лёд — вода в твёрдом состоянии.
• Лёд сохраняет форму и объём.
• Лёд твёрдый, но хрупкий.
• При охлаждении вода замерзает и превращается в лёд.
• При нагревании лёд плавится и превращается в воду.
• При замерзании вода расширяется.
• Лёд легче жидкой воды и плавает на её поверхности.