Heat and Thermodynamics · Thermal expansion and anomalous expansion of water
Q1. जल का अधिकतम घनत्व होता है:
- (a) 0°C
- (b) 4°C
- (c) 25°C
- (d) 100°C
उत्तर और व्याख्या
उत्तर: (b) 4°C
सही उत्तर: 4°C — विकल्प (b)
जल एक अद्वितीय गुण प्रदर्शित करता है जिसे असामान्यता प्रसार (anomalous expansion) कहते हैं: अधिकांश अन्य तरल पदार्थों के विपरीत, जल 4°C से नीचे ठंडा होने पर और 4°C से ऊपर गर्म होने पर फैलता है (कम घना हो जाता है)। 4°C पर, जल का अधिकतम घनत्व लगभग 1000 kg/m³ (1 g/cm³) होता है। 4°C से ऊपर, तापमान बढ़ने पर जल सामान्य रूप से फैलता है (घनत्व कम होता है)। 4°C से नीचे, जैसे-जैसे तापमान 0°C की ओर गिरता है, जल के अणु हाइड्रोजन बंधन बनाना शुरू कर देते हैं जो उन्हें बर्फ की खुली षटकोणीय क्रिस्टल जाली संरचना (hexagonal crystal lattice structure) में धकेलते हैं — जिससे जल फैलता है और कम घना हो जाता है। यही कारण है कि बर्फ पानी पर तैरती है (बर्फ 4°C पर तरल पानी से कम घनी होती है)। इस असामान्यता प्रसार का महत्वपूर्ण पारिस्थितिक महत्व है क्योंकि यह सुनिश्चित करता है कि जल निकाय ऊपर से नीचे की ओर जमते हैं, जिससे जलीय जीवन संरक्षित रहता है।
विकल्प (a) 0°C — गलत: 0°C पर, जल या तो बर्फ में जम जाता है या सिर्फ हिमांक पर होता है; इसका घनत्व 4°C की तुलना में कम होता है क्योंकि 4°C से नीचे हाइड्रोजन-बंधित जाली संरचना बननी शुरू हो जाती है।
विकल्प (c) 25°C — गलत: कमरे के तापमान (25°C) पर, जल 4°C से काफी ऊपर होता है और इसका घनत्व लगभग 997 kg/m³ होता है, जो 4°C पर अधिकतम घनत्व से कम है।
विकल्प (d) 100°C — गलत: 100°C पर, जल अपने क्वथनांक पर होता है और इसका घनत्व लगभग 958 kg/m³ होता है, जो 4°C पर अधिकतम घनत्व से काफी कम है।
जल एक अद्वितीय गुण प्रदर्शित करता है जिसे असामान्यता प्रसार (anomalous expansion) कहते हैं: अधिकांश अन्य तरल पदार्थों के विपरीत, जल 4°C से नीचे ठंडा होने पर और 4°C से ऊपर गर्म होने पर फैलता है (कम घना हो जाता है)। 4°C पर, जल का अधिकतम घनत्व लगभग 1000 kg/m³ (1 g/cm³) होता है। 4°C से ऊपर, तापमान बढ़ने पर जल सामान्य रूप से फैलता है (घनत्व कम होता है)। 4°C से नीचे, जैसे-जैसे तापमान 0°C की ओर गिरता है, जल के अणु हाइड्रोजन बंधन बनाना शुरू कर देते हैं जो उन्हें बर्फ की खुली षटकोणीय क्रिस्टल जाली संरचना (hexagonal crystal lattice structure) में धकेलते हैं — जिससे जल फैलता है और कम घना हो जाता है। यही कारण है कि बर्फ पानी पर तैरती है (बर्फ 4°C पर तरल पानी से कम घनी होती है)। इस असामान्यता प्रसार का महत्वपूर्ण पारिस्थितिक महत्व है क्योंकि यह सुनिश्चित करता है कि जल निकाय ऊपर से नीचे की ओर जमते हैं, जिससे जलीय जीवन संरक्षित रहता है।
विकल्प (a) 0°C — गलत: 0°C पर, जल या तो बर्फ में जम जाता है या सिर्फ हिमांक पर होता है; इसका घनत्व 4°C की तुलना में कम होता है क्योंकि 4°C से नीचे हाइड्रोजन-बंधित जाली संरचना बननी शुरू हो जाती है।
विकल्प (c) 25°C — गलत: कमरे के तापमान (25°C) पर, जल 4°C से काफी ऊपर होता है और इसका घनत्व लगभग 997 kg/m³ होता है, जो 4°C पर अधिकतम घनत्व से कम है।
विकल्प (d) 100°C — गलत: 100°C पर, जल अपने क्वथनांक पर होता है और इसका घनत्व लगभग 958 kg/m³ होता है, जो 4°C पर अधिकतम घनत्व से काफी कम है।