Mis on jää? Külmunud vee definitsioon, teke ja omadused

Mis on jää? Uuri jää definitsiooni, teke ja omadused – kuidas vesi külmub, külmumispunkt, jää struktuur ja praktilised näited igapäevaelust.

Jää on külmunud vee üldnimetus. Muid vedelikke, näiteks ammoniaaki või metaani või piima võiks nimetada jääks, kui need jäätuvad, kuid neid nimetatakse näiteks "piimajääks", mitte lihtsalt "jääks". Vedel vesi muutub tahkeks jääks, kui see on väga külm. Külmumispunkt on 0° Celsiuse järgi (32° Fahrenheiti ehk 273.15 kelvini).

Jää valmistatakse tavaliselt koduses külmkapis või sügavkülmikus. Kui vesi pannakse sügavkülmikusse ja jäetakse mõneks ajaks seisma, muutub vesi väga külmaks ja jäätub tahkeks, tekitades jääd. Vee võib panna vask- (või muusse metallist) anumasse, et see kiiremini jääks jäätuks. Metallid on head soojusjuhid, mistõttu vesi võib jäätuda kiiremini kui plastist jäätumisalus.

Kuidas jää tekib

Jää tekib siis, kui vee molekulide liikumine aeglustub piisavalt, et nad asetseksid korrapärasesse kristallvõrku. Protsess algab tavaliselt tuumastumise ehk nukleatsiooni teel: jääkristallide tekke kohad, mille ümber kristall kasvab. Mõnikord võib puhas vesi jäässe muutumiseks alistuda ka alla 0 °C — seda nähtust nimetatakse ülekülmumiseks. Kui selline ülekülmunud vesi saab puutepunkti ühe tuumaga (näiteks tolmuosake või jääkristall), algab kiire jäätumine.

Jää omadused

• Kristallstruktuur: koduses tingimustes moodustab vesi heksagonaalse kristalli (ice Ih), mis põhjustab lumehelveste kuueharulisuse.
• Tihedus: jää on vedelast veest hõredam (ligikaudu 0,917 g/cm³ 0 °C juures), mistõttu jää ujub veepinnal.
• Soojus: sulamissoojus on suur (umbes 334 kJ/kg) — jää sulamisele kulub palju energiat.
• Takistus ja haprus: jää on tahke ja habras; paks jää võib olla väga tugev (näiteks liustikud), õhuke jää murdub kergesti.
• Optilised omadused: õhupuudusel võib peenike jää olla läbipaistev; paks jää võib paista sinakas, sest punane valgus neeldub sügavamal rohkem kui sinine.
• Thermal conductivity: jää juhib soojust paremini kui õhk, kuid kehvemini kui metallid.

Jää liigid ja vormid

• Lumehelbed: õhus tekkinud jääkristallid, mille kuju sõltub temperatuurist ja niiskusest.
• Liustiku- ja mägijää: moodustuvad aastaid lume pressimisel; võivad olla väga paksud ja tihedad.
• Meri- või merejää: tekib merevee külmumisel; sisaldab soolasust ja poorides õhku.
• Hägu- ja härmasjää (hoarfrost, rime): tekivad õhuvedelikest ja niiskusest otse külmunud kujul objektide pinnale.
• Frazil- ja lahete jää: tekivad liikuva vee jahenemisel ja kristalliseerumisel.

Mõjud loodusele ja igapäevaelule

Jääl on suur tähtsus kliima ja ökosüsteemide toimimises. Jäine pind peegeldab päikesevalgust (kõrge albedo), mis aitab jahutada maakera. Jääkihtade sulamine mõjutab merepinna kõrgust ja mageveevarusid. Samuti isoleerib jää järvede ja ookeanide pinnal oleva vee all elu külma eest — paks jää ja lumekattega jää all püsib vesi sageli vedelas olekus.

Kasutusalad ja ohud

• Kasutus: jahutamine ja säilitamine (toiduained, meditsiin), spordialad (uisutamine, jäähoki), ehitus (näiteks jääsildad) ja vaba aja tegevused.
• Ohud: libisemisoht teedel, õhuke jää võib inimese või sõiduki kanda ebaõnnestuda, sulamine põhjustab üleujutusi ja maastiku erosiooni.
• Soojenemine ja kliima: arenev soojenemine vähendab jääkatteid, mõjutades kohalikku kliimat ja liustike vähenemist.

Täiendavad tähelepanekud ja huvitavad faktid

• Vesi saavutab oma suurima tiheduse 4 °C juures — see on põhjus, miks veekogudes jää tekib pealtpoolt ja toitained ning elu võivad vee all säilida.
• Jääl on palju polümorfseid faase (mitmesugused kristallstruktuurid), kuid maismaal tavaline on ice Ih.
• Jää saamiseks võib kasutada erinevaid viise: väiksemad kogused vett jäävad kiiremini külmaks kui suured, ja metallist anumad viivad soojust paremini kui plast; mõned efektid (nt Mpemba-efekt, kus kuum vesi võib mõnikord kiiremini külmuda) on keerukad ja sõltuvad tingimustest.
• Jääpindadel liikudes aitab lühiajaline surve ja hõõrdumine tekitada vedelikku õhukest vett, mis vähendab hõõrdumist — see on üks seletus uisutamise toimimisele (lisaks on oluline ka pinnastruktuur ja hõõrdetegurid).

Jää on lihtne ja tavapärane aine igapäevaelus, kuid selle füüsika ja roll keskkonnas on mitmekesine ning teadlaste jaoks huvipakkuv veel paljudes aspektides (näiteks liustike dünaamika, merejää käitumine ja erinevad jääfaasid planeetide tingimustes).

Kuivjää

On olemas ka "kuivjää"; see on külmutatud süsinikdioksiid. Tavalise õhuga kokku puutudes eraldub süsinikdioksiidigaas, mis on lõhnatu ja värvitu. Gaas on nii külm, et õhuga segunedes jahutab ta õhus oleva veeauru uduks, mis näeb välja nagu paks valge suits. Seda kasutatakse sageli teatris, et tekitada võltsudu või suitsu.

Kuivjää, kui see pannakse vette

Küsimused ja vastused

K: Mis on jää?

K: Kas ka teisi vedelikke võib nimetada jääks?

K: Millal muutub vedel vesi tahkeks jääks?

K: Kuidas tehakse kodus jääd?

K: Kas mahuti materjal mõjutab aega, mis kulub vee jääks külmumiseks?

K: Milline on vee külmumispunkt?

K: Miks on mõnel vedelikul külmumisel erinevad nimed?

Otsing