Ποια είναι η πυκνότητα του νερού;
Η πυκνότητα του νερού είναι η μάζα του νερού ανά μονάδα όγκου. Για όλους τους πρακτικούς σκοπούς, αυτό είναι το ίδιο με το βάρος του νερού ανά μονάδα όγκου. Η πυκνότητα του νερού είναι περίπου 1 γραμμάριο ανά χιλιοστόλιτρο (g/ml), 1 γραμμάριο ανά κυβικό εκατοστό (g/cm), 1000 kg/m ή 62 λίβρες ανά κυβικό πόδι (lb/ft). Η ακριβής τιμή είναι στην πραγματικότητα ελαφρώς χαμηλότερη και εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Η μέγιστη πυκνότητα νερού είναι 0,9998395 g/ml στους 4,0° C (39,2° F).
Επίδραση της θερμοκρασίας στην πυκνότητα του καθαρού νερού
Μερικές φορές η στρογγυλοποίηση της τιμής για την πυκνότητα του νερού στο 1 g/ml δεν είναι αρκετά καλή. Ευτυχώς, υπάρχουν πίνακες τιμών πυκνότητας για διαφορετικές θερμοκρασίες:
| Θερμοκρασία (°F/°C) | Πυκνότητα (γραμμάρια/cm | Βάρος (λίβρες/ft |
|---|---|---|
| 32°F/0°C | 0,99987 | 62.416 |
| 39,2°F/4,0°C | 1.00000 | 62.424 |
| 40°F/4,4°C | 0,99999 | 62.423 |
| 50°F/10°C | 0,99975 | 62.408 |
| 60°F/15,6°C | 0,99907 | 62.366 |
| 70°F/21°C | 0,99802 | 62.300 |
| 80°F/26,7°C | 0,99669 | 62.217 |
| 90°F/32,2°C | 0,99510 | 62.118 |
| 100°F/37,8°C | 0,99318 | 61.998 |
| 120°F/48,9°C | 0,98870 | 61.719 |
| 140°F/60°C | 0,98338 | 61.386 |
| 160°F/71,1°C | 0,97729 | 61.006 |
| 180°F/82,2°C | 0,97056 | 60.586 |
| 200°F/93,3°C | 0,96333 | 60.135 |
| 212°F/100°C | 0,95865 | 59.843 |
Άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν την πυκνότητα του νερού
Εκτός από τη θερμοκρασία, άλλοι παράγοντες επηρεάζουν την πυκνότητα του νερού. Η πίεση επηρεάζει την πυκνότητα, αλλά επειδή το νερό δεν είναι πολύ συμπιέσιμο, συνήθως δεν είναι σημαντικός παράγοντας. Η πυκνότητα εξαρτάται επίσης από το πόσο διαλυμένο υλικό βρίσκεται στο νερό. Τα διαλυμένα αέρια μπορεί να κάνουν το νερό λιγότερο πυκνό. Το διαλυμένο αλάτι, τα μέταλλα και άλλες χημικές ουσίες μπορούν να κάνουν το νερό πιο πυκνό. Για παράδειγμα, το θαλασσινό νερό είναι πιο πυκνό από το καθαρό νερό.
Πώς να βρείτε την πυκνότητα ενός υγρού
Ο ευκολότερος τρόπος για να μετρήσετε την πυκνότητα ενός υγρού, συμπεριλαμβανομένου του νερού, είναι να χρησιμοποιήσετε ένα υδρόμετρο. Ένα τυπικό υδρόμετρο αποτελείται από έναν σταθμισμένο βολβό με κυλινδρικό στέλεχος. Οι γραμμές που σημειώνονται στο στέλεχος δείχνουν πόσο βυθίζεται ο λαμπτήρας στο υγρό. Όσο χαμηλότερος βυθίζεται ο λαμπτήρας, τόσο μικρότερη είναι η πυκνότητα. Όσο πιο ψηλά επιπλέει ο λαμπτήρας, τόσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα του υγρού. Οι γραμμές βαθμονομούνται επιπλέοντας το υδρόμετρο σε ένα υγρό με γνωστή πυκνότητα. Συνήθως το πρότυπο είναι το νερό επειδή έχει ειδικό βάρος 1.000 σε περίπου 4°C.
Η μέτρηση της μάζας και του όγκου είναι ένας άλλος τρόπος για να βρείτε την πυκνότητα ενός υγρού.
- Ζυγίστε έναν βαθμονομημένο κύλινδρο ή ποτήρι ζέσεως.
- Ρίξτε υγρό και καταγράψτε τη μέτρηση όγκου.
- Ζυγίστε τα γυάλινα σκεύη με το υγρό.
- Βρείτε τη μάζα του υγρού. Πάρτε τη μάζα του υγρού συν το γυαλί και αφαιρέστε το βάρος του ποτηριού.
- Βρείτε την πυκνότητα παίρνοντας τη μάζα του υγρού και διαιρώντας την με τον όγκο. Φροντίστε να καταγράψετε τις μονάδες μάζας και όγκου.
Ο πάγος είναι λιγότερο πυκνός από το νερό
Συνήθως, η στερεά μορφή μιας ένωσης είναι πιο βαριά ή πιο πυκνή από το υγρό της. Αυτό δεν συμβαίνει με το νερό. Ο πάγος είναι περίπου 9% λιγότερο πυκνός από το νερό. Τα παγάκια επιπλέουν σε ένα ποτήρι νερό και τα παγόβουνα επιπλέουν στη θάλασσα. Ο λόγος που το νερό είναι πιο πυκνό από τον πάγο έχει να κάνει με τους δεσμούς υδρογόνου. Η έλξη μεταξύ των θετικών φορτισμένων ατόμων υδρογόνου ενός μορίου νερού προς τα αρνητικά φορτισμένα άτομα οξυγόνου των γειτονικών μορίων νερού έλκει τα σωματίδια του υγρού πολύ κοντά μεταξύ τους. Η άκαμπτη κρυσταλλική δομή του στερεού νερού (πάγος) κρατά τα μόρια ελαφρώς πιο μακριά.
Αυτή η ιδιοκτησία είναι σημαντική για τη ζωή. Εάν ο πάγος ήταν βαρύτερος από το νερό, θα βυθιζόταν στον πυθμένα των ποταμών και των λιμνών και θα πάγωναν από κάτω προς τα πάνω. Επειδή το νερό είναι εξαιρετικός θερμομονωτής, οι βαθιές λίμνες μπορεί να μην ξεπαγώσουν ποτέ το καλοκαίρι και το οικοσύστημα θα ήταν πολύ διαφορετικό.
Ο πάγος βαρύ νερό επιπλέει ή βυθίζεται;
Στο βαρύ νερό, τα συνηθισμένα άτομα υδρογόνου αντικαθίστανται με άτομα δευτερίου. Το κανονικό υδρογόνο είναι το ισότοπο που ονομάζεται πρωτίου, στο οποίο τα άτομα έχουν ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Το δευτέριο είναι το ισότοπο υδρογόνου στο οποίο τα άτομα έχουν ένα πρωτόνιο, ένα νετρόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Ο τύπος για το βαρύ νερό γράφεται D2 O για να αντικατοπτρίζει τη διαφορά. Η προσθήκη ενός νετρονίου σε κάθε άτομο υδρογόνου κάνει το δευτέριο 10,6% πιο πυκνό από το κανονικό νερό. Ο πάγος που δημιουργείται από βαρύ νερό επιπλέει σε βαρύ βαρύ νερό, αλλά βυθίζεται σε κανονικό νερό.
Αναφορές
- Ball, Philip (2008). «Νερό:Νερό — ένα διαρκές μυστήριο». Φύση . 452 (7185):291–2. doi:10.1038/452291a
- Kotz, J.C.; Treichel, Ρ.; Weaver, G.C. (2005). Χημεία και χημική αντιδραστικότητα . Τόμσον Μπρουκς/Κόουλ. ISBN 978-0-534-39597-1.
- Η.Π.Α. Department of Interior, Bureau of Reclaimation (1977). Εγχειρίδιο υπόγειων υδάτων , στο Fierro, Ρ.; Nyler, Ε.Κ. (επιμ.). (2007). Η Εγκυκλοπαίδεια του Νερού (3η έκδ.). Υδρολογικά δεδομένα και Πόροι Διαδικτύου.
