මිදෙන විට ජලය ප‍්‍රසාරණය වන්නේ ඇයි?

සාමාන්‍යයෙන් අප දන්නා ආකාරයට නම් යමක් මිදෙන අවස්ථාවට පත් වූ විට එය සංකෝචනය වේ. එහෙත් ජලයේ හැසිරීම ඒ ආකාර නොවේ. මෙය වටහා ගැනීමට පහසු රත්වන විට යම් දේවල් ප‍්‍රසාරණය වන්නේ මන්දැයි තේරුම් ගැනීමෙනි. යමක් රත්වන්න, රත්වන්න එහි සමන්විත වන අංශු වැඩි වැඩියෙන් භ‍්‍රමණය වේ. වැඩියෙන් භ‍්‍රමණය වන විට ඊට වැඩියෙන් අවකාශයක් අවශ්‍ය වේ. එම හේතුවෙන් එය ප‍්‍රසාරණය වේ. සීතල වෙද්දී මෙහි අනික් පැත්ත සිදුවේ. භ‍්‍රමණය අඩුවන අතර ඊට අවශ්‍ය අවකාශය ඒ අනුව අඩුවේ.

මේ අතින් අයිස් ඉතාමත් අසාමාන්‍ය යයි.  ජලය සීතලව මිදෙන්නට පටන් ගනිද්දී අංශු භ‍්‍රමණය අඩුවුවද එය ප‍්‍රසාරණය වෙයි. මෙයට හේතුව ජලයේ අද්භූත හැඩයයි. ඔබ කිසියම් දවසක ජල අණුවක් දැන ඇත්නම් එය මිකීමවුස් නමින් ප‍්‍රකට චරිතයේ අනුරුවක් ලෙස පෙනේ. මිකී මවුස් ගේ මුහුණ ඇති තැන ඔක්සිජන් අණුවක්ද මවුස්ගේ දෙකන් පෙති ඇති තැන හයිඩ‍්‍රජන් පරමාණු දෙකක් වශයෙන් සලකන්න. ඔක්සිජන් පරමාණුව මද වශයෙන් ඍණය. හයිඩ‍්‍රජන් පරමාණු මද වශයෙන් ධන ආරෝපිතය. එම නිසාවෙන් හයිඩ‍්‍රජන් බන්ධන සකසමින් ජල අණු එකට ඈදී සිටීමට මාන බලයි.

තවද අණුවෙහි හැඩය හේතුවෙන් ජල අණු එකට ඈදී සිටීමට ඇති ප‍්‍රවණතාව ඇත්තටම විශාල සිදුරු සහිත ඉතා විවෘත ව්‍යුහයකි. ඉන් කියැවෙන්නේ අතිරේක ‘හිස්’ අවකාශ බෙහෙවින් පවතින බවයි. ඉතින්, ජලය මිදෙන විට එය ශක්තිය මුදාහරින්නේ විශාල සංඛ්‍යාවක අතිරේක ශක්තිමත් බන්ධන ඇති කර ගැනීමට හැකි හෙයිනි. ඒත් එහිදී එය වැඩියෙන් අවකාශය අත් පත් කර ගනී. ඉතින්, මේ අන්දමට ජලය මිදෙන විට විස්තාරණය වෙයි.

 

පාවෙන අයිස් කුට්ටි

මිදෙන විට අයිස් විස්තාරණය වීම හේතුවෙන් අයිස් කුට්ටි (icebergs) ජලය මතුපිට පාවෙයි. ජලය සෙල්සියස් අංශක 4ක (4°C) උෂ්ණත්වයකදී උපරිම ඝනත්වයට (maximum density) ළඟාවන හෙයින් ජල කඳන්වලදී මුලින් මිදෙන්නේ මුදුනය. අනතුරුව, කලා විපර්යාසයේ (phase change) කොටසක් ලෙස තවදුරටත් විස්තරණය වන හෙයින් අයිස්, එහි ස්කන්ධයෙන් 8%ක් පමණ මතුපිටින් උඩ පාවෙමින් පවතී.

ජලය මිදෙන විට විස්තාරණය වීම ඇතිවන්නේ ජලය විවෘත සපැති (හයපට්ටම්) හැඩයකට ස්ඵටික සෑදෙන හෙයිනි. මෙකී සපැති දැලිසහි (hexagonal lattice) ද්‍රව ස්වරූපයට වඩා වැඩි ඉඩක් අඩංගුය.

ජල ඝනත්වය

සාමාන්‍ය උෂ්ණත්වයේදී ජලය සංකෝචනය වන අතර එය සිසිල් වීමේදී ඝනත්වයෙන් වර්ධනය වේ. එහෙත්, සෙල්සියස් අංශක 4දී පමණ එය උපරිම ඝනත්වයට ළඟා වෙයි. අනතුරුව එය හිමාංකනය වෙත ළඟාවෙද්දී එහි ඝනත්වය අඩුවෙයි. සෙල්සියස් අංශක 4 සිට සෙල්සියස් අංශක 0 දක්වා අඩුවෙද්දී ඝනත්වයේ මෙම අඩුවීම 10,000 කින් එක් කොටසක් පමණය. එහෙත්, මිදෙන්නට ආසන්න ජලය මුදුනට (උඩට) ඒමට තරම් මෙය ප‍්‍රමාණවත්ය. මිදීමෙන් පසුව ජලය තවත් ප‍්‍රසාරණය වන අතර මුදුනේ සිට පහළට එය මිදෙන්නට පටන්ගෙන අයිස් ජලය මත පාවෙයි.

ඉහත දැක්වූ සපැති අයිස් ස්වරූපය, අයිස්වල මූලික ස්වරූපය වුවද, 273K වලදී සිට පහළට 72K පමණ දක්වා හිමාංකනයේ සිට එය ප‍්‍රමුඛ ස්වරූපයද වුනේ නමුත් අයිස්වල විවිධ ස්ඵටික ස්වරූප 13ක් හඳුනා ගනු ලැබ ඇත.

The Naked Scientists හී සහ Why does water expand when it freezes?

HyperPhysics හී පළවූ  The Expansion of Water Upon Freezing යන  ලිපි ඇසුරෙනි