பனிக்கட்டி தண்ணீரில் எப்படிக் கரைகின்றது?

Krithika Lakshminarasimhanன் கேள்வி.

தண்ணீர் ஒரு உலகளாவியக்கரைப்பான் (Universal Solvent) என்று சொல்வார்கள். உலகின் பெரும்பாலான பொருட்களை தண்ணீர் கரைத்து விடுவதால் அப்படிப் பெயர். சரி, பனிக்கட்டி தண்ணீரில் எப்படிக் கரைகின்றது? பனிக்கட்டி தண்ணீரால் ஆனதுதானே? தண்ணீரே தண்ணீரைக் கரைக்குமா?

ஐஸ் கட்டி எடை உள்ளது..தண்ணீரில் போட்ட உடன் உள்ளே செல்லாமல், எதற்காக மிதக்கின்றது?

பதில்:

இங்கு பனிக்கட்டியைக் கரைப்பது தண்ணீர் அல்ல. தண்ணீரின் வெப்பநிலை. பனிக்கட்டியானது தான் ஆவியாவதற்கு அருகிலுள்ள பொருட்களின் அல்லது சுற்றுப்புற வெப்பநிலையை உள்வாங்கிக்கொள்ளும். பனிக்கட்டியானது ஆவியாதலின் முதற்படியாக திரவநிலையை அடைந்து தண்ணீராக மாறி விடுகின்றது.

இனி, பனிக்கட்டி தண்ணீரைவிட எடை அதிகமாகத் தெரிகின்றதே, அது எப்படி தண்ணீரில் மூழ்காமல் மிதக்கின்றது?

முதலில் மிதவை விதி (Law of Floatation) குறித்து ஒரு சிறு பார்வை பார்த்து விடலாம். இதனைக் கண்டு பிடித்தவர் ஆர்க்கிமிடிசு என்பதால் இதனை ஆர்க்கிமிடிசு தத்துவம் என்றும் சொல்வார்கள்.

Any object, wholly or partially immersed in a fluid, is buoyed up by a force equal to the weight of the fluid displaced by the object.

ஒரு பாய்மத்தினுள் (திரவம்/வாயு) அமிழ்த்தப்பட்ட ஒரு பொருளின் மீது அப்பாய்மம் செலுத்தும் மிதப்பு-விசை அப்பொருளினால் இடப்பெயர்வு செய்யப்பட்ட பாய்மத்தின் எடைக்குச் சமம்.

ஒரு பொருளைத் தண்ணீரில் போட்டதும் இரண்டு விசைகளின் செயல்பாடுகள் நிகழ்கின்றன. ஒன்று, பொருளின் எடைகாரணமாக கீழ்நோக்கிய விசை; இரண்டு, நீரின் வெளித்தள்ளும் மிதப்பு விசை (buoyancy).

பொருளின் எடையானது பாய்மத்தின் மிதப்பு விசையினை விடக் குறைவாகவோ அல்லது சமமாகவோ இருப்பின், அப்பொருள் மிதக்கும்.

அல்லது இப்படியும் சொல்லலாம்.

பொருளின் எடையானது வெளியேற்றப்படும் பாய்மத்தின் எடையை விட குறைவாகவோ அல்லது சமமாகவே இருப்பின், அப்பொருள் மிதக்கும்.

சரி, நம் கேள்விக்கு வருவோம். பொதுவாக ஒரு திரவமானது, திரவநிலையில் இருந்து திட நிலைக்கு மாறும்பொழுது தன் இயல்பில் குறுகிவிடும். காரணம் அதன் மூலக்கூறுகள் ஒன்றுக்கொன்று நெருக்கமாக வந்துவிடும். அதன் விளைவாக, திரவநிலையில் இருந்த கனஅளவைவிடக் குறைந்து திட நிலையில் அதன் அடர்த்தி அதிகரித்துவிடும். அதாவது திரவநிலையை விட திட நிலையில் அதன் எடை அதிகரித்துவிடும்.

ஆனால், நீர் அப்படியல்ல, சற்றே மாறுபட்டது. நீரானது திரவ நிலையில் இருந்து திடநிலைக்கு மாறும்பொழுது சுருங்குவதற்குப் பதிலாக விரிவடைந்துவிடும். இதற்குக் காரணம் ஹைட்ரஜனின் பிணைப்பு. நமக்குத் தெரியும் நீர் என்பது, ஒரு ஆக்ஸிஜனுடன்(-) இரண்டு ஹைட்ரஜன்(+) சேர்ந்தது என்று. இந்த நீரின் மூலக்கூறானது தன்னருகே இருக்கும் மற்றொரு நீரின் மூலக்கூறோடு ஒரு பலவீனமான வேதியல் பிணைப்பினையும் கொண்டிருக்கும். இதனையே பகிர்பிணைப்பு (Covalent Bond) என்பர்.

நீர் திடநிலைக்கு மாறும்பொழுது, அதாவது 4 டிகிரி செல்சியஸ் வெப்பநிலைக்கு வரும்பொழுது ஹைட்ரஜன் அணுவானது மற்றொரு ஆக்ஸிஜனுடன் தான் கொண்டிருக்கும் பகிர்வுப் பிணைப்பை மெல்ல இழந்துவிடும். இதன் காரணமாக படிகம் போன்றதொரு அமைப்பைப் பெறும். அந்த இணைப்பு விலகுவதால் மூலக்கூறுகளின் இடைவெளியும் அதிகரிக்கும்.

ஆக, நீர் மட்டும் திடநிலைக்கு மாறும்பொழுது தன் இயல்பில் இருந்து விரிவடையும்*. அந்த விரிவடைதலில் திரவநிலையில் இருந்த அடர்த்தியை விட 9 மடங்கு அடர்த்தி குறைந்துவிடுகின்றது. நீரைவிட 9 மடங்கு இடத்தினை பனிக்கட்டி எடுத்துக்கொள்கின்றது.

அதாவது, ஒரு லிட்டர் தண்ணீரின் அடர்த்தியை விட ஒரு லிட்டர் நீரில் உருவான பனிக்கட்டியின் அடர்த்தி (9/10) குறைவானதாகும். நீரின் அடர்த்தி 10 எனக்கொண்டால் பனிக்கட்டியின் அடர்த்தி 9. எனவே நீரைவிட பனிக்கட்டி எடை குறைவு.

இதனால்தான், மிதவை விதிப்படி பனிக்கட்டியானது நீரில் மூழ்கி தன் எடைக்குச் சமமான நீரை (9/10) வெளியேற்றியதால் தண்ணீரில் மிதக்கின்றது. 1/10 பகுதி வெளியே தெரிகின்றது. 9/10 பகுதி நீரில் அமிழ்ந்திருக்கும்.#

*குளிர்காலங்களில் தண்ணீர்க்குழாய்களில் வெடிப்பு ஏற்படுவதற்குக் காரணம் இந்த விரிவடைதலே.

#கடலில் பெரிய பனிக்கட்டிகள் மிதக்கும்பொழுது, வெளியே தெரியும் பனிக்கட்டியானது 10ல் ஒரு பகுதியே. மீதமுள்ள 10ல் 9 பகுதி நீருக்குள் அமிழ்ந்திருக்கும். டைட்டானிக் விபத்து நினைவுக்கு வருகின்றதா?