雪花,科学和冻结的冰,festive-like实验,你可以试着在家里。
好的,我们通常不把雪在澳大利亚在圣诞节,但是我们想把冰放在我们的饮料在炎热的夏天,所以为什么不谈论冰雪。毕竟,冬天来了…
但是事情是这样的,我们知道水冻结成冰,但我们并不总是很好地理解为什么和如何,至少不是在分子水平上。水平以下问题我们有不同的理解。然而,学生获得研究数学的美(几何),做一点化学,他们应该选择,通常会把厨房。但是我们也会让你对冰的一些思考。
Festivey问题
雪花有多少面,为什么?
热水或冷水,冻结速度快?
雪花
雪花是有序和无序的奇怪组合的结果。没有两个一模一样的雪花,很明显,但是你可以说任何有一定程度的复杂性——树木,岩石,同卵双胞胎…
所有雪花(真正的)有6面(六角),都是对称的,但它们中创建的混乱和无序,负责他们的多样性和美丽。
障碍的发生在云层和无限的温度和湿度的变化,雪花是暴露在绕云收集微小水滴产生其独特的形状,但总是六角对称——秩序。
为什么六倍径向对称(六边形)?六边形是最有效的包装形状的东西。认为蜜蜂的蜂巢。检查下面的图1 6相同的徽章将装在中间7th徽章形成六边形。
图1所示。六边形,随处可见在性质和形状,使有效的东西装进一个空间
在分子水平上,水分子是极性的,氧气更消极和氢更积极。(见舰队的学校“水本德活动一个很好的解释。)积极的吸引一个水分子的氢-氧在另一个水分子在水分子之间产生一种联系,因为他们冻结和锁在一起,形成一个六角晶格,相同碳原子的石墨烯-见图2。
图2。石墨烯的碳碳键形成的六角形晶格。当冷冻水分子形成一个类似的晶格。
看你还能在哪里找到六边形自然?你会发现它们无处不在。一个很酷的例子是复眼许多昆虫。尤其是那些很酷的龙飞翔。
Make-a-flake
雪花的形成开始,水蒸气必须压缩到一个粒子的灰尘和花粉,然后冻结。这个触发器滚雪球的过程(不确定滚雪球是一个真正的术语,但我拥有它)。一旦水蒸气已经冻结的粒子,其他水滴坚持冰冻的表面,直到你得到一个六角晶种。籽晶的六角形状意味着水分子将倾向于坚持和成长从尖的六角而不是平面。这产生了美丽的dendritc雪花你看到如图3所示。
但你也可以让雪花形状像针头和子弹(还是六角)。不同的温度和湿度决定形状的雪花将成为什么。看到加州理工学院的图片和描述年代的不同形式。
图3。树突雪花显示6倍径向对称。
(图片:Alexey Kljatov——自己的工作、CC冲锋队4.0,https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=106384255)
有大量的视频,看看雪花形式,但我认为Veritasium做一个更好的工作。
热的或冷的水。将冻结更快呢?
最初的问题是在什么温度的水结冰?答案是,这取决于。标准融化/对水的冰点是0摄氏度。但是有一种现象被称为过冷,现在我们可以推动水的冰点下降到-44摄氏度
但在与我们是否热水或冷水冷却和冻结速度更快。
回答——如果条件是正确的那么热冷却速度和冻结。但是这些条件仍是科学的奥秘之一。这是一个现象称为Mpemba效应命名的13岁坦桑尼亚学生注意到冰淇淋用温牛奶冻结速度比用冷牛奶样品。
最近由一些西班牙研究人员造型表明Mpemba效应可以解释如果你认为并不是所有的水分子都是冷却(或加热)以同样的速度。,热水的水分子会跳跃,互相碰撞分子比冷水快得多,但据研究人员是重要的需要考虑,并不是所有的热水分子将以同样的速度盘旋着。有些人会压缩;其他人将相对镇静地。如果模型是正确的,那么这些非常缓慢,非常快速移动的分子至关重要的冷却速率。但它是一个模型和实验现象是难以复制的家庭科学实验。但它可能是一个很酷的课堂实验,你可以得到很多学生尝试并记录他们的方法。有人首先表明热样本冻结吗?结果让你说什么最终发生了什么呢?
潜在的方法
把两个相同的容器。填满一个热水的水壶。填满其他冷自来水。(实际上,不要因为他们满冰冻结,膨胀,这可能会导致混乱。)但是确保你有相同数量的水在每个容器。
把容器在冰箱里。检查冻结第一。
变量可能包括不同温度对温度和水冷却器,冰箱的温度,体积的水,船的形状保持水、自来水和雨水,与蒸馏水等。不同的方法和冷冻时间记录。看看你能找到什么比较类的结果。
Mpemba效应的不确定性由SciShow概述了船员在下面的视频。
或检查这个艺术效果的影响YouTube剪辑
舰队家科学有趣
使晶体。(Snowfakes ?)
好吧,我们没有真正的雪花,但这些有趣的活动可以在家完成。试着用水彩颜料代替食品染料液体和检查的区别。
热的冰可能需要一些成人监督——热水。
暴力崩溃:因为我提到蜂窝(也就是你)作为一个自然的六边形和泡沫往往会形成六边形的例子当被捆绑在一起,这是一个有趣的和可食用的家庭科学实验。我没有检查,但如果有人让这,打破蜂窝,研究它在放大镜下观察,看看洞中的六角形蜂巢。让我知道。
假期快乐每一个人。玩得开心