Site Loader

Плотность воды и льда. Что больше и почему?

Ещё со школьной скамьи все знают о том, что лёд не тонет в воде. Но в чём же причина, ведь, по логике, он должен быть тяжелее, чем вода. Всё дело в том, что на самом деле плотность льда меньше, чем плотность воды. Как такое возможно? Попробуем разобраться.

Почему плотность льда меньше плотности воды?

Почему вода в своём твёрдом состоянии (лёд) легче, чем вода в жидком состоянии? Ведь должно быть наоборот: при переходе из жидкого состояния в твёрдое плотность вещества должна увеличиться, а объём при этом уменьшиться. Это известно всем из школьного курса физики. Исключение составляет обычная вода. Когда она замерзает и переходит в состояние льда, то плотность её при этом уменьшается. А причина – в так называемых водородных связях. Кристаллическая решётка льда похожа на соты, в каждом из шести углов расположены молекулы воды, соединённые водородными связями. Расстояние между молекулами воды в твёрдом состоянии больше, чем в жидком, где они перемещались свободно и могли сближаться.

Что больше, плотность льда или воды: исключение из правил

Итак, мы выяснили, почему плотность льда меньше плотности воды. Но существует ещё одна интересная закономерность. Если воду охлаждать не сразу, а постепенно, то вплоть до температуры +4оС вещество действительно становится плотнее. То есть, на этом этапе никаких отклонений от нормы мы не наблюдаем. А пройдя эту отметку, вода становится легче и, в конце концов, образуется лёд, плотность которого меньше, чем плотность воды. Впервые на это необычное свойство обратил внимание ещё Галилео Галилей.

Причём после того, как температура воды становится ниже отметки +4оС, плотность падает скачкообразно – сразу на 8%. Насколько же различаются плотность воды и льда? Если принять плотность воды за единицу, то плотность льда будет составлять 0,91.

Что нужно знать?

После замерзания объём воды увеличивается на 9%. Именно это становится причиной того, что замёрзшая в трубах вода «рвёт» их.

Но если на коммунальном хозяйстве такие свойства воды сказываются крайне негативно, то обитателям водоёмов они спасают жизнь. Даже в самые холодные зимы озёра и пруды не промерзают до дна. Нижние слои воды охлаждаются до 4о, а верхние слои превращаются в лёд. Плотность льда меньше плотности воды, поэтому он не опускается на дно, позволяя водяным жителям перезимовать. Кроме того, в толще льда ещё и остаются воздушные пузырьки, они делают плотность льда ещё меньше, как и сам вес ледяной пластины.

Наглядно продемонстрировать, например, ребёнку, что вода расширяется при замерзании можно при помощи простого опыта. Достаточно налить воды в пластиковый стаканчик и оставить его на морозе. Через несколько часов можно наблюдать результат: стаканчик будет разорван или деформирован.

Ещё один интересный опыт, который понравится детям: возьмите пластиковую трубочку для коктейля, плотно залепите пластилином, и залейте туда воду, отметив маркером уровень. Поставьте трубочку в морозилку. Когда вода замёрзнет, будет видно, что уровень находится выше, чем первоначальный.

Плотность морской воды

Как ведёт себя пресная вода при замерзании, мы разобрались. А вот с морской водой всё немного по-другому. Дело в том, что она представляет собой фактически раствор солей (35 г слой содержится в 1 литре морской воды). Максимума своей плотности она достигает при температуре -3,5оС, но замерзает уже при -1,9 °C.

Самая чистая вода

Уникальные свойства льда не ограничиваются его молекулярной структурой. Достаточно распространено мнение о пользе для здоровья именно талой воды. Однако учёные с сомнением относятся к «чудодейственным» свойствам такой воды. Ведь во время таяния льда его кристаллическая структура практически сразу разрушается, а значит, межмолекулярные связи становятся таким же, как и у обычной воды.

Если вы заботитесь о своём здоровье, то лучше установить качественную систему очистки водопроводной воды. А перед этим сдать воду на анализ. Лаборатория «УкрХимАнализ» проведёт анализ водопроводной воды по ключевым показателям (выбирайте пакет «Базовый», «Расширенный» или «Максимальный») и даст необходимые рекомендации, как улучшить её качество.

У Вас есть вопросы или Вам нужна консультация?

Заполните форму и получите бесплатную консультацию!

Читайте похожие статьи:

3 класс. Окружающий мир. Свойства воды в жидком, твёрдом и газообразном состоянии — Свойства воды в жидком, твёрдом и газообразном состоянии

Комментарии преподавателя

В чи­стом виде вода не имеет вкуса, за­па­ха и цвета, но она почти ни­ко­гда не бы­ва­ет такой, по­то­му что ак­тив­но рас­тво­ря­ет в себе боль­шин­ство ве­ществ и со­еди­ня­ет­ся с их ча­сти­ца­ми. Так же вода может про­ни­кать в раз­лич­ные тела (уче­ные нашли воду даже в кам­нях).

 

Рис. 1. Вода (Ис­точ­ник)

Если в ста­кан на­брать воды из-под крана, она будет ка­зать­ся чи­стой. Но на самом деле, это – рас­твор мно­гих ве­ществ, среди ко­то­рых есть газы (кис­ло­род, аргон, азот, уг­ле­кис­лый газ), раз­лич­ные при­ме­си, со­дер­жа­щи­е­ся в воз­ду­хе, рас­тво­рен­ные соли из почвы, же­ле­зо из во­до­про­вод­ных труб, мель­чай­шие нерас­тво­рен­ные ча­сти­цы пыли и др.

 

Рис. 2. Вода в ста­кане (Ис­точ­ник)

Если на­не­сти пи­пет­кой ка­пель­ки во­до­про­вод­ной воды на чи­стое стек­ло и дать ей ис­па­рить­ся, оста­нут­ся едва за­мет­ные пят­ныш­ки.

 

Рис. 3. Капли воды на стек­ле (Ис­точ­ник)

В воде рек и ру­чьев, боль­шин­ства озер со­дер­жат­ся раз­лич­ные при­ме­си, на­при­мер, рас­тво­рен­ные соли. Но их немно­го, по­то­му что эта вода – прес­ная.

 

Рис. 4. Река (Ис­точ­ник)

Вода течет на земле и под зем­лей, на­пол­ня­ет ручьи, озера, реки, моря и оке­а­ны, со­зда­ет под­зем­ные двор­цы.

 

Рис. 5. Под­зем­ная пе­ще­ра (Ис­точ­ник)

Про­кла­ды­вая себе путь сквозь лег­ко­рас­тво­ри­мые ве­ще­ства, вода про­ни­ка­ет глу­бо­ко под землю, унося их с собой, и через ще­лоч­ки и тре­щин­ки в скаль­ных по­ро­дах, об­ра­зуя под­зем­ные пе­ще­ры, ка­па­ет с их свода, со­зда­вая при­чуд­ли­вые скульп­ту­ры. Мил­ли­ар­ды ка­пе­лек воды за сотни лет ис­па­ря­ют­ся, а рас­тво­рен­ные в воде ве­ще­ства (соли, из­вест­ня­ки) осе­да­ют на сво­дах пе­ще­ры, об­ра­зуя ка­мен­ные со­суль­ки, ко­то­рые на­зы­ва­ют ста­лак­ти­та­ми.

 

Рис. 6. Ста­лак­ти­ты (Ис­точ­ник)

Сход­ные об­ра­зо­ва­ния на полу пе­ще­ры на­зы­ва­ют­ся ста­лаг­ми­та­ми.

Рис. 7. Ста­лаг­ми­ты (Ис­точ­ник)

А когда ста­лак­тит и ста­лаг­мит срас­та­ет­ся, об­ра­зуя ка­мен­ную ко­лон­ну, это на­зы­ва­ют ста­ла­г­на­том.

Рис. 8. Ста­ла­г­нат (Ис­точ­ник)

На­блю­дая ле­до­ход на реке, мы видим воду в твер­дом (лед и снег), жид­ком (те­ку­щая под ним) и га­зо­об­раз­ном со­сто­я­нии (мель­чай­шие ча­сти­цы воды, под­ни­ма­ю­щи­е­ся в воз­дух, ко­то­рые ещё на­зы­ва­ют во­дя­ным паром).

Рис. 9. Ле­до­ход на реке (Ис­точ­ник)

Вода может од­но­вре­мен­но на­хо­дит­ся во всех трех со­сто­я­ни­ях: в воз­ду­хе все­гда есть во­дя­ной пар и об­ла­ка, ко­то­рые со­сто­ят из ка­пе­лек воды и кри­стал­ли­ков льда.

 

Рис. 10. Об­ла­ко (Ис­точ­ник)

Во­дя­ной пар неви­дим, но его можно легко об­на­ру­жить, если оста­вить в теп­лой ком­на­те охла­ждав­ший­ся в хо­ло­диль­ни­ке в те­че­ние часа ста­кан с водой, на стен­ках ко­то­ро­го сразу по­явят­ся ка­пель­ки воды. При со­при­кос­но­ве­нии с хо­лод­ны­ми стен­ка­ми ста­ка­на, во­дя­ной пар, со­дер­жа­щий­ся в воз­ду­хе, пре­об­ра­зу­ет­ся в ка­пель­ки воды и осе­да­ет на по­верх­но­сти ста­ка­на.

Рис. 11. Кон­ден­сат на стен­ках хо­лод­но­го ста­ка­на (Ис­точ­ник)

По этой же при­чине в хо­лод­ное время года за­по­те­ва­ет внут­рен­няя сто­ро­на окон­но­го стек­ла. Хо­лод­ный воз­дух не может со­дер­жать столь­ко же во­дя­но­го пара, сколь­ко и теп­лый, по­это­му ка­кое-то его ко­ли­че­ство кон­ден­си­ру­ет­ся – пре­вра­ща­ет­ся в ка­пель­ки воды.

 

Рис. 12. За­по­тев­шее окно (Ис­точ­ник)

Белый след за ле­тя­щим в небе са­мо­ле­том – тоже ре­зуль­тат кон­ден­са­ции воды.

 

Рис. 13. След за са­мо­ле­том (Ис­точ­ник)

Если под­не­сти к губам зер­каль­це и вы­дох­нуть, на его по­верх­но­сти оста­нут­ся мель­чай­шие ка­пель­ки воды, это до­ка­зы­ва­ет то, что при ды­ха­нии че­ло­век вды­ха­ет с воз­ду­хом во­дя­ной пар.

При на­гре­ва­нии вода «рас­ши­ря­ет­ся». Это может до­ка­зать про­стой опыт: в колбу с водой опу­сти­ли стек­лян­ную труб­ку и за­ме­ри­ли уро­вень воды в ней; затем колбу опу­сти­ли в сосуд с теп­лой водой и после на­гре­ва­ния воды по­втор­но за­ме­ри­ли уро­вень в труб­ке, ко­то­рый за­мет­но под­нял­ся, по­сколь­ку вода при на­гре­ва­нии уве­ли­чи­ва­ет­ся в объ­е­ме.

 

Рис. 14. Колба с труб­кой, циф­рой 1 и чер­той обо­зна­чен пер­во­на­чаль­ный уро­вень воды

 

Рис. 15. Колба с труб­кой, циф­рой 2 и чер­той обо­зна­чен уро­вень воды при на­гре­ва­нии

При охла­жде­нии вода «сжи­ма­ет­ся». Это может до­ка­зать сход­ный опыт: в этом слу­чае колбу с труб­кой опу­сти­ли в сосуд со льдом, после охла­жде­ния уро­вень воды в труб­ке по­ни­зил­ся от­но­си­тель­но пер­во­на­чаль­ной от­мет­ки, по­то­му что вода умень­ши­лась в объ­е­ме.

 

Рис. 16. Колба с труб­кой, циф­рой 3 и чер­той обо­зна­чен уро­вень воды при охла­жде­нии

Так про­ис­хо­дит, по­то­му что ча­сти­цы воды, мо­ле­ку­лы, при на­гре­ва­нии дви­жут­ся быст­рее, стал­ки­ва­ют­ся между собой, от­тал­ки­ва­ют­ся от сте­нок со­су­да, рас­сто­я­ние между мо­ле­ку­ла­ми уве­ли­чи­ва­ет­ся, и по­это­му жид­кость за­ни­ма­ет боль­ший объем. При охла­жде­нии воды дви­же­ние её ча­стиц за­мед­ля­ет­ся, рас­сто­я­ние между мо­ле­ку­ла­ми умень­ша­ет­ся, и жид­ко­сти тре­бу­ет­ся мень­ший объем.

 

Рис. 17. Мо­ле­ку­лы воды обыч­ной тем­пе­ра­ту­ры

 

 

Рис. 18. Мо­ле­ку­лы воды при на­гре­ва­нии

 

 

Рис. 19. Мо­ле­ку­лы воды при охла­жде­нии

Та­ки­ми свой­ства­ми об­ла­да­ет не толь­ко вода, но и дру­гие жид­ко­сти (спирт, ртуть, бен­зин, ке­ро­син).

Зна­ние этого свой­ства жид­ко­стей при­ве­ло к изоб­ре­те­нию тер­мо­мет­ра (гра­дус­ни­ка), где ис­поль­зу­ет­ся спирт или ртуть.

 

Рис. 20. Тер­мо­метр (Ис­точ­ник)

При за­мер­за­нии вода рас­ши­ря­ет­ся. Это можно до­ка­зать, если ем­кость, на­пол­нен­ную до краев водой, неплот­но на­крыть крыш­кой и по­ста­вить в мо­ро­зиль­ную ка­ме­ру, через время мы уви­дим, что об­ра­зо­вав­ший­ся лед при­под­ни­мет крыш­ку, выйдя за пре­де­лы ем­ко­сти.

Это свой­ство учи­ты­ва­ет­ся при про­кла­ды­ва­нии во­до­про­вод­ных труб, ко­то­рые обя­за­тель­но утеп­ля­ют­ся, чтобы при за­мер­за­нии об­ра­зо­вав­ший­ся из воды лед не разо­рвал трубы.

В при­ро­де за­мер­за­ю­щая вода может раз­ру­шать горы: если осе­нью в тре­щи­нах скал скап­ли­ва­ет­ся вода, зимой она за­мер­за­ет, и под на­по­ром льда, ко­то­рый за­ни­ма­ет боль­ший объем, чем вода, из ко­то­рой он об­ра­зо­вал­ся, гор­ные по­ро­ды трес­ка­ют­ся и раз­ру­ша­ют­ся.

Вода, за­мер­за­ю­щая в тре­щи­нах дорог, при­во­дит к раз­ру­ше­нию ас­фаль­то­во­го по­кры­тия.

Длин­ные греб­ни, на­по­ми­на­ю­щие склад­ки, на ство­лах де­ре­вьев – раны от раз­ры­вов дре­ве­си­ны под на­по­ром за­мер­за­ю­ще­го в ней дре­вес­но­го сока. По­это­му в хо­лод­ные зимы можно услы­шать треск де­ре­вьев в парке или в лесу.

В Ан­тарк­ти­де, по­кры­той че­ты­рех­ки­ло­мет­ро­вым слоем льда, на­хо­дят­ся ос­нов­ные за­па­сы этого ве­ще­ства на Земле.

 

Рис. 1. Ан­тарк­ти­да (Ис­точ­ник)

Лед встре­ча­ет под зем­лей, по­кры­ва­ет по­верх­но­сти во­до­е­мов.

 

Рис. 2. Лед в под­зем­ной пе­ще­ре (Ис­точ­ник)

 

Рис. 3. Лед на по­верх­но­сти реки (Ис­точ­ник)

Айс­бер­ги – пла­ва­ю­щие в море глыбы льда.

 

Рис. 4. Айс­берг (Ис­точ­ник)

Сне­жин­ки со­сто­ят из мел­ких кри­стал­ли­ков льда.

 

Рис. 5. Сне­жин­ка (Ис­точ­ник)

Узоры на стек­ле в зим­нее время – это кри­стал­лы льда, об­ра­зо­ван­ные за­мерз­шим во­дя­ным паром.

 

Рис. 6. Иней на стек­ле (Ис­точ­ник)

В со­вре­мен­ном мире по­лу­че­ние льда – про­цесс до­ступ­ный даже ре­бен­ку. До­ста­точ­но взять ка­кую-ни­будь ем­кость, на­пол­нить водой, по­ста­вить на время в мо­ро­зиль­ную ка­ме­ру, и по­лу­чит­ся лед.

 

Рис. 7. По­лу­че­ние льда из форм (Ис­точ­ник)

Иней в хо­ло­диль­ни­ке – это за­мерз­ший во­дя­ной пар. Иней и лед – это вода в твер­дом со­сто­я­нии.

Лед имеет свой­ство таять в теп­лом по­ме­ще­нии (выше 0°), пре­вра­ща­ясь в воду.

Лед хо­лод­ный и скольз­кий на ощупь.

 

Рис. 8. Лед на руке (Ис­точ­ник)

Люди знали о том, что лед скольз­кий, и за­щи­ща­ли кре­по­сти на воз­вы­ше­ни­ях рвами с водой. В хо­лод­ное время года за­щит­ни­ки по­ли­ва­ли стены водой, и по скольз­кой ле­дя­ной стене за­хват­чи­ки не могли про­брать­ся внутрь.

 

Рис. 9. Кре­пость зимой

При тем­пе­ра­ту­ре ниже 0° вода на по­верх­но­сти почвы за­мер­за­ет, пре­вра­ща­ясь в го­ло­лед – опас­ное яв­ле­ние при­ро­ды (в спеш­ке можно по­скольз­нуть­ся, упасть и по­лу­чить трав­му). Чтобы из­бе­жать травм, нужно не то­ро­пить­ся, вы­хо­дить из дому за­ра­нее, при ходь­бе на­сту­пать на всю по­дош­ву. Осо­бен­но осто­рож­но нужно пе­ре­хо­дить до­ро­гу – на скольз­ком пути во­ди­те­лю слож­нее быст­ро за­тор­мо­зить.

 

Рис. 10. Осто­рож­но! Го­ло­лед! (Ис­точ­ник)

Лед – хруп­кий. Если стук­нуть по ку­би­ку льда мо­ло­точ­ком, он рас­ко­лет­ся на мно­же­ство льди­нок.

Рис. 11. Ко­ло­тый лед (Ис­точ­ник)

 

Лед со­хра­ня­ет свою форму. Если пе­ре­ло­жить льдин­ку из блю­деч­ка в ста­кан, её форма не из­ме­нить­ся, по­то­му что лед – твер­дое ве­ще­ство и не ме­ня­ет свою форму.

 

Рис. 12. Кубик льда (Ис­точ­ник)

 

За­мерз­шую по­верх­ность во­до­е­ма можно ис­поль­зо­вать для пе­ре­ме­ще­ний на транс­пор­те или пеш­ком, по­то­му что лед, в от­ли­чие от воды, спо­со­бен вы­дер­жи­вать на своей по­верх­но­сти до­ста­точ­но боль­шой вес.

 

Рис. 13. Мо­то­кросс по льду (Ис­точ­ник)

Для за­ня­тий спор­том и раз­вле­че­ний за­ли­ва­ют катки – боль­шие ров­ные про­стран­ства льда.

 

Рис. 14. Каток на Крас­ной пло­ща­ди (Ис­точ­ник)

Во время ка­та­ния на конь­ках лед, со­при­ка­са­ю­щий­ся с лез­ви­я­ми, тает, пре­вра­ща­ясь в воду. Если бы не было этого тон­ко­го слоя воды, ка­тать­ся по льду было бы так же труд­но, как по полу. Вода, как масло в ма­шине, умень­ша­ет тре­ние между льдом и конь­ком и об­лег­ча­ет сколь­же­ние.

 

Рис. 15. Сколь­же­ние конь­ков по льду (Ис­точ­ник)

По той же при­чине про­ис­хо­дит дви­же­ние лед­ни­ков с гор. Под дав­ле­ни­ем огром­ной массы льда его ниж­ние слои на­чи­на­ют таять и ле­дя­ная река сколь­зит по гор­но­му скло­ну вниз, как конь­ки по по­верх­но­сти катка.

 

Рис. 16. Схож­де­ние лед­ни­ка с горы (Ис­точ­ник)

 

Лед не тонет в воде. Если бро­сить ку­со­чек льда в ем­кость с водой, он не уто­нет, а будет пла­вать на по­верх­но­сти.

 

Рис. 17. Лед пла­ва­ет на по­верх­но­сти воды (Ис­точ­ник)

Обыч­но твер­дые ве­ще­ства тя­же­лее, чем те же ве­ще­ства в жид­ком со­сто­я­нии. На­при­мер, ку­со­чек же­ле­за тонет в рас­плав­лен­ном же­ле­зе, а свин­цо­вый кубик тонет в рас­плав­лен­ном свин­це. При за­мер­за­нии вода за­ни­ма­ет боль­ший объем, чем пре­жде, она рас­ши­ря­ет­ся, по­это­му лед легче воды. Уже од­но­го этого свой­ства до­ста­точ­но, чтобы вы­де­лить лед из ряда твер­дых ве­ществ как ис­клю­че­ние.

Если бы лед тонул, на по­верх­но­сти во­до­е­мов в те­че­ние хо­лод­но­го вре­ме­ни года об­ра­зо­вы­ва­лись бы новые и новые слои льда на месте за­то­нув­ших и во­до­ем про­мер­зал бы до са­мо­го дна. В ре­зуль­та­те вод­ные жи­вот­ные и рас­те­ния ока­за­лись бы ско­ва­ны льдом, им гро­зи­ла бы неми­ну­е­мая ги­бель. К сча­стью, в при­ро­де этого не про­ис­хо­дит, по­то­му что лед не тонет в воде.

 

Рис. 18. Слой льда на по­верх­но­сти во­до­е­ма (Ис­точ­ник)

 

Лед плохо про­во­дит тепло. В во­до­е­ме он за­щи­ща­ет воду под ним от даль­ней­ше­го охла­жде­ния. Вода тоже плохо пе­ре­да­ет тепло. Это до­ка­зы­ва­ет такой опыт: на дно про­бир­ки с водой опус­ка­ют кубик льда с тя­же­лым гру­зом (по­сколь­ку лед не тонет в воде, в него за­ра­нее вмо­ра­жи­ва­ют гру­зик), край про­бир­ки на­гре­ва­ют, верх­ний слой воды кипит, а лед не пла­вит­ся. Из опыта можно сде­лать вывод, что не толь­ко лед, но и вода плохо про­во­дит тепло. Верх­ние слои воды на­гре­ва­ют­ся, в то время как ниж­ние оста­ют­ся хо­лод­ны­ми. Это объ­яс­ня­ет, по­че­му ис­па­ре­ния про­ис­хо­дят толь­ко с по­верх­но­сти во­до­е­мов.

 

Рис. 19. Опыт по на­гре­ва­нию края про­бир­ки с водой и утоп­лен­ным льдом (Ис­точ­ник)

Если же на­гре­вать воду в ем­ко­сти снизу, то вско­ре весь объем воды за­ки­пит (на­при­мер, если мы по­ста­вим на плиту ка­стрю­лю с супом). Так про­ис­хо­дит по­то­му, что ниж­ний слой воды на­гре­ва­ет­ся, рас­ши­ря­ет­ся и под­ни­ма­ет­ся вверх, на его место опус­ка­ет­ся еще не про­гре­тая вода, и про­цесс по­вто­ря­ет­ся до тех пор, пока вся вода не про­гре­ет­ся до 100°. При такой тем­пе­ра­ту­ре вода за­ки­па­ет и пре­вра­ща­ет­ся в во­дя­ной пар.

 

Рис. 20. Опыт по на­гре­ва­нию ем­ко­сти с водой снизу (Ис­точ­ник)

Лед, как и стек­ло, бес­цве­тен и про­зра­чен.

 

Рис. 21. Лед (Ис­точ­ник)

 

Рис. 22. Стек­ло (Ис­точ­ник)

 

Снег – одно из твер­дых со­сто­я­ний воды. Он белый, рых­лый, непро­зрач­ный, тает в тепле и пла­ва­ет в воде. 

 

Рис. 23. Снег (Ис­точ­ник)

 

Вода со­сто­ит из мо­ле­кул, ко­то­рые на­хо­дят­ся в непре­рыв­ном дви­же­нии.

 

Рис. 1. Мо­ле­ку­лы воды обыч­ной тем­пе­ра­ту­ры

Те из них, что ока­зы­ва­ют­ся близ­ко к по­верх­но­сти, ока­зы­ва­ют­ся в воз­ду­хе и пе­ре­ме­ши­ва­ют­ся с его ча­сти­ца­ми, пре­вра­ща­ясь в во­дя­ной пар. Ча­сти­цы воз­ду­ха и во­дя­но­го пара так малы, что их невоз­мож­но уви­деть нево­ору­жен­ным гла­зом. Во­дя­ной пар – это про­зрач­ный бес­цвет­ный газ, неви­ди­мый, как и воз­дух.

 

Рис. 2. Об­ра­зо­ва­ние во­дя­но­го пара при ки­пе­нии (Ис­точ­ник)

Ис­па­ре­ние – пе­ре­ход воды из жид­ко­го со­сто­я­ния в га­зо­об­раз­ное.

 

Рис. 3. Ис­па­ре­ние воды с по­верх­но­сти во­до­е­ма (Ис­точ­ник)

Лед тоже ис­па­ря­ет­ся, но зна­чи­тель­но мед­лен­нее, чем вода в жид­ком со­сто­я­нии. На­при­мер, если зимой вы­ве­сить мокрое белье на улицу, сна­ча­ла оно по­кро­ет­ся ле­дя­ной кор­кой, а потом вы­сох­нет.

 

Рис. 4. Сушка мок­ро­го белья зимой (Ис­точ­ник)

В каком бы со­сто­я­нии вода не была, она по­сто­ян­но ис­па­ря­ет­ся с по­верх­но­сти Земли.

Че­ло­век ис­поль­зу­ет зна­ния об ис­па­ре­нии воды. Про­су­ши­ва­ют со­бран­ное зерно, за­го­тов­лен­ные дрова, ошту­ка­ту­рен­ные стены, вы­мы­тую по­су­ду, вы­сти­ран­ное белье.

 

Рис. 5. Сушка зерна (Ис­точ­ник)

 

Рис. 6. Сушка дров (Ис­точ­ник)

 

Рис. 7. Сушка ошту­ка­ту­рен­ных стен (Ис­точ­ник)

 

Рис. 8. Сушка по­су­ды (Ис­точ­ник)

 

Рис. 9. Сушка белья (Ис­точ­ник)

Мок­рые во­ло­сы сушат элек­три­че­ским феном.

 

Рис. 10. Сушка волос феном (Ис­точ­ник)

 

Ин­тен­сив­ность ис­па­ре­ния за­ви­сит от тем­пе­ра­ту­ры воды: чем выше тем­пе­ра­ту­ра, тем выше ско­рость дви­же­ния мо­ле­кул воды, а зна­чит и ис­па­ре­ния. Это до­ка­зы­ва­ет про­стой опыт: если в 2 ем­ко­сти на­лить оди­на­ко­вое ко­ли­че­ство воды, а затем одну по­ста­вить в хо­лод­ное место, а дру­гую – в теп­лое, через неко­то­рое время ста­нет ясно, что вода в хо­лод­ном месте ис­па­ря­ет­ся мед­лен­нее, чем в теп­лом.

Мок­рая до­ро­га летом вы­сох­нет на­мно­го быст­рее, чем осе­нью.

Рис. 11. Мок­рая до­ро­га (Ис­точ­ник)

Ско­шен­ная трава в сол­неч­ный день вы­сох­нет быст­рее, чем в пас­мур­ный.

 

Рис. 12. Ско­шен­ная трава (Ис­точ­ник)

Зна­ние этого свой­ства по­мо­га­ет людям. На­при­мер, если под­мок­ла ста­рин­ная книга, её остав­ля­ют в спе­ци­аль­ной мо­ро­зиль­ной ка­ме­ре, чтобы вы­сы­ха­ние шло мед­лен­но и стра­ни­цы книги не по­вре­ди­лись.

Ис­па­ре­ние про­ис­хо­дит в месте со­при­кос­но­ве­ния по­верх­но­сти воды с воз­ду­хом, со­от­вет­ствен­но, чем боль­ше пло­щадь со­при­кос­но­ве­ния, тем быст­рее про­ис­хо­дит ис­па­ре­ние. До­ка­зать это можно с по­мо­щью неслож­но­го опыта: нужно на­лить оди­на­ко­вое ко­ли­че­ство воды в 3 ем­ко­сти с раз­ной пло­ща­дью со­при­кос­но­ве­ния на­ли­той воды с воз­ду­хом (на­при­мер, бу­тыл­ка с узким гор­лыш­ком, стек­лян­ная банка и ши­ро­кая та­рел­ка). Через неко­то­рое время мы уви­дим, что вода из та­рел­ки ис­па­ря­ет­ся быст­рее всего, по­то­му что пло­щадь со­при­кос­но­ве­ния воды с воз­ду­хом наи­боль­шая. Из банки немно­го мед­лен­нее, по­то­му что пло­щадь со­при­кос­но­ве­ния мень­ше. А из бу­тыл­ки мед­лен­нее всего, по­то­му что пло­щадь со­при­кос­но­ве­ния воды с воз­ду­хом наи­мень­шая.

 

Рис. 13. Опыт по ис­па­ре­нию воды из ем­ко­стей с раз­лич­ной пло­ща­дью со­при­кос­но­ве­ния воды с воз­ду­хом (Ис­точ­ник)

По­это­му фрук­ты, пред­на­зна­чен­ные для сушки, раз­ре­за­ют на тон­кие лом­ти­ки – чтобы уве­ли­чить по­верх­ность со­при­кос­но­ве­ния с воз­ду­хом и уве­ли­чить ско­рость ис­па­ре­ния.

 

Рис. 14. Сушка яблок (Ис­точ­ник)

 

Под воз­дей­стви­ем ветра ис­па­ре­ние идет быст­рее, по­то­му что мо­ле­ку­лы воды ак­тив­нее со­еди­ня­ют­ся с мо­ле­ку­ла­ми воз­ду­ха. В вет­ре­ную по­го­ду влаж­ные по­верх­но­сти вы­сы­ха­ют быст­рее, если дер­жать руки под су­шил­кой, они вы­сох­нут быст­рее.

 

Рис. 15. Сушка рук под воз­дей­стви­ем по­то­ка теп­ло­го воз­ду­ха (Ис­точ­ник)

Наи­бо­лее ак­тив­но ис­па­ре­ние идет при на­гре­ва­нии. При 100г вода кипит и пре­вра­ща­ет­ся в во­дя­ной пар. Мо­ле­ку­лы во­дя­но­го пара под воз­дей­стви­ем вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ры дви­га­ют­ся очень быст­ро, ему необ­хо­дим боль­шой объем, по­это­му у ки­пя­ще­го чай­ни­ка «под­пры­ги­ва­ет» крыш­ка.

 

Рис. 16. Ки­пя­щий чай­ник (Ис­точ­ник)

 

Зна­ние этого свой­ства во­дя­но­го пара поз­во­ли­ло людям скон­стру­и­ро­вать па­ро­вые дви­га­те­ли.

 

Рис. 17. Ма­ши­на с па­ро­вым дви­га­те­лем (Ис­точ­ник)

Часто, когда пе­чет­ся яб­ло­ко, его ко­жу­ра ло­па­ет­ся – это яб­лоч­ный сок, пре­вра­ща­ясь в пар, раз­ры­ва­ет ко­жу­ру.

 

Рис. 18. Пе­че­ное яб­ло­ко (Ис­точ­ник)

Или можно услы­шать треск дров в печи – под воз­дей­стви­ем вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ры вода в дро­вах пре­вра­ща­ет­ся в во­дя­ной пар и раз­ры­ва­ет дре­ве­си­ну.

 

Рис. 19. Дро­вя­ная печь (Ис­точ­ник)

Как было ска­за­но, во­дя­ной пар – неви­дим. Так по­че­му же мы видим пар, когда кипит чай­ник? В хо­лод­ном воз­ду­хе разо­гре­тый во­дя­ной пар кон­ден­си­ру­ет­ся – пре­вра­ща­ет­ся в мель­чай­шие ка­пель­ки воды, ко­то­рые мы видим как белый пар. А неви­ди­мый во­дя­ной пар на­хо­дит­ся возле но­си­ка чай­ни­ка на гра­ни­це бе­ло­го об­лач­ка пара.

 

Рис. 20. Ки­пя­щий чай­ник (Ис­точ­ник)

Если по­ме­стить у но­си­ка ки­пя­ще­го чай­ни­ка хо­лод­ный ме­тал­ли­че­ский пред­мет, то очень скоро на нем по­явят­ся ка­пель­ки осев­шей воды. Этот опыт до­ка­зы­ва­ет на­ли­чие во­дя­но­го пара у но­си­ка чай­ни­ка.

 

Рис. 21. Опыт по кон­ден­са­ции во­дя­но­го пара у но­си­ка чай­ни­ка (Ис­точ­ник)

 

источник конспекта:

http://interneturok.ru/ru/school/okruj-mir/3-klass/undefined/svoystva-vody-v-zhidkom-sostoyanii?seconds=0&chapter_id=826

http://interneturok.ru/ru/school/okruj-mir/3-klass/undefined/svoystva-vody-v-tverdom-sostoyanii

http://interneturok.ru/ru/school/okruj-mir/3-klass/undefined/svoystva-vody-v-gazoobraznom-sostoyanii

исчтоник презентации — http://prezentacii.com/biologiya/6000-tri-sostoyaniya-vody.html

источник видео:

http://www.youtube.com/watch?v=nGsOh3iCC70

http://www. youtube.com/watch?v=WL_GTjYByG8

http://www.youtube.com/watch?v=BsjlZh2kKbo

2.4.1: Состояние воды: газ, жидкость и твердое тело

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  • Идентификатор страницы
    8794
    • Безграничный
    • Безграничный

    Ориентация водородных связей при изменении состояния воды определяет свойства воды в ее газообразной, жидкой и твердой формах.

    Цели обучения

    • Объяснить биологическое значение способности льда плавать на воде

    Ключевые моменты

    • При кипячении воды кинетическая энергия приводит к полному разрыву водородных связей и позволяет молекулам воды выходить в воздух в виде газа (пара или водяного пара).
    • Когда вода замерзает, молекулы воды образуют кристаллическую структуру, поддерживаемую водородными связями.
    • Твердая вода или лед менее плотны, чем жидкая вода.
    • Лед менее плотный, чем вода, потому что ориентация водородных связей заставляет молекулы отталкиваться дальше друг от друга, что снижает плотность.
    • Для других жидкостей затвердевание при понижении температуры включает снижение кинетической энергии, что позволяет молекулам более плотно упаковываться и делает твердое тело более плотным, чем его жидкая форма.
    • Поскольку лед менее плотный, чем вода, он может плавать на поверхности воды.

    Основные термины

    • плотность : Мера количества вещества, содержащегося в данном объеме.

    Состояния воды: газ, жидкость и твердое тело

    Образование водородных связей является важным качеством жидкой воды, которое имеет решающее значение для жизни, какой мы ее знаем. Поскольку молекулы воды образуют водородные связи друг с другом, вода приобретает некоторые уникальные химические характеристики по сравнению с другими жидкостями, а поскольку живые существа имеют высокое содержание воды, понимание этих химических свойств является ключом к пониманию жизни. В жидкой воде водородные связи постоянно образуются и разрываются, когда молекулы воды скользят друг относительно друга. Разрыв этих связей вызывается движением (кинетической энергией) молекул воды за счет тепла, содержащегося в системе. Когда тепло повышается при кипении воды, более высокая кинетическая энергия молекул воды приводит к полному разрыву водородных связей и позволяет молекулам воды выходить в воздух в виде газа (пара или водяного пара). С другой стороны, когда температура воды снижается и вода замерзает, молекулы воды образуют кристаллическую структуру, поддерживаемую водородными связями (энергии для разрыва водородных связей недостаточно). Это делает лед менее плотным, чем жидкая вода, явление, не наблюдаемое при затвердевании других жидкостей.

    Фазы вещества : Посмотрите, что происходит с межмолекулярными связями во время фазовых переходов в этом интерактивном режиме.

    Более низкая плотность воды в ее твердом состоянии обусловлена ​​тем, как ориентируются водородные связи при замерзании: молекулы воды отталкиваются дальше друг от друга по сравнению с жидкой водой. Для большинства других жидкостей затвердевание при понижении температуры включает снижение кинетической энергии между молекулами, что позволяет им упаковываться даже более плотно, чем в жидкой форме, и придает твердому телу большую плотность, чем жидкость.

    Низкая плотность льда, аномалия, заставляет его плавать на поверхности жидкой воды, такой как айсберг или кубики льда в стакане воды. В озерах и прудах лед образуется на поверхности воды, создавая изолирующий барьер, который защищает животных и растения в пруду от замерзания. Без этого слоя изолирующего льда растения и животные, живущие в пруду, замерзли бы в сплошной глыбе льда и не смогли бы выжить. Губительное действие замерзания на живые организмы обусловлено расширением льда относительно жидкой воды. Кристаллы льда, образующиеся при замораживании, разрывают тонкие мембраны, необходимые для функционирования живых клеток, необратимо повреждая их. Клетки могут пережить замораживание только в том случае, если вода в них временно заменена другой жидкостью, такой как глицерин.

    Рисунок: Плотность льда : Водородные связи делают лед менее плотным, чем жидкая вода. (а) решетчатая структура льда делает его менее плотным, чем свободно текущие молекулы жидкой воды, что позволяет ему (б) плавать на поверхности воды.
    1. Наверх
      • Была ли эта статья полезной?
      1. Тип изделия
        Раздел или Страница
        Автор
        Безграничный
        Лицензия
        CC BY-SA
        Версия лицензии
        4,0
        Показать оглавление
        нет
      2. Теги
          На этой странице нет тегов.

      лед | Определение, структура, свойства, точка замерзания и факты

      айсберг

      Посмотреть все СМИ

      Ключевые люди:
      Сэр Джон Лесли
      Похожие темы:
      ледник айсберг кристалл льда ось с столбчатый лед

      Просмотреть весь связанный контент →

      Резюме

      Прочтите краткий обзор этой темы

      лед , твердое вещество, полученное замораживанием водяного пара или жидкой воды. При температуре ниже 0 ° C (32 ° F) водяной пар превращается в иней на уровне земли и снежинки (каждая из которых состоит из одного кристалла льда) в облаках. Ниже одной и той же температуры жидкая вода образует твердое тело, как, например, речной лед, морской лед, град и лед, произведенный в промышленных масштабах или в бытовых холодильниках.

      Лед встречается на континентах Земли и в поверхностных водах в различных формах. Наиболее примечательны континентальные ледники (ледяные щиты), покрывающие большую часть Антарктиды и Гренландии. Меньшие массы многолетнего льда, называемые ледяными шапками, занимают части Арктической Канады и другие высокоширотные регионы, а горные ледники встречаются в более ограниченных районах, таких как горные долины и равнины внизу. Другие случаи появления льда на суше включают различные типы подземного льда, связанные с вечной мерзлотой, то есть постоянно мерзлой почвой, характерной для очень холодных регионов. В океанических водах полярных областей айсберги возникают, когда большие массы льда отрываются от ледников или шельфовых ледников и дрейфуют. Замерзание морской воды в этих регионах приводит к образованию пластов морского льда, известных как паковые льды. В зимние месяцы подобные ледяные тела образуются на озерах и реках во многих частях мира. В этой статье рассматриваются структура и свойства льда в целом. Лед в озерах и реках, ледники, айсберги, паковые льды и вечная мерзлота рассматриваются отдельно в статьях под соответствующими названиями.

      Подробный отчет о повсеместном появлении ледникового льда в прошлом Земли см. в см. статьи геохронология и климат. См. также ледниковая форма рельефа, чтобы узнать о последствиях оледенения.

      Структура

      Молекула воды

      Станьте свидетелем эксперимента, объясняющего, почему пресная и морская вода имеют разные точки замерзания температуре 0 ° C (32 ° F) или ниже и расширяется до газообразного состояния при температуре 100 ° C (212 ° F) или выше. Вода — необычное вещество, аномальное почти по всем своим физическим и химическим свойствам и, пожалуй, самое сложное из всех известных веществ, представляющих собой монохимические соединения. Состоящая из двух атомов водорода (Н) и одного атома кислорода (О), молекула воды имеет химическую формулу Н

      2 O. Эти три атома связаны ковалентно (т. е. их ядра связаны притяжением к общим электронам) и образуют специфическую структуру, в которой атом кислорода расположен между двумя атомами водорода. Однако три атома не лежат на одной прямой. Вместо этого атомы водорода изогнуты друг к другу, образуя угол около 105°.

      Трехмерную структуру молекулы воды можно представить в виде тетраэдра с центром кислорода и четырьмя ветвями с высокой электронной вероятностью. Две ветви, в которых присутствуют ядра водорода, называются связывающими орбиталями. Напротив связывающих орбиталей и направленных к противоположным углам тетраэдра расположены две ветви отрицательного электрического заряда. Эти орбитали, известные как неподеленные пары, являются ключом к своеобразному поведению воды, поскольку они притягивают ядра водорода соседних молекул воды, образуя так называемые водородные связи. Эти связи не особенно прочны, но поскольку они ориентируют молекулы воды в определенную конфигурацию, они существенно влияют на свойства воды в ее твердом, жидком и газообразном состояниях.

      Викторина «Британника»

      Викторина «Зимняя погода»

      Зима — время экстремальной погоды и необычных слов для описания этой погоды. Эти вопросы викторины, любезно предоставленные Merriam-Webster, заставят вас тосковать по лету.

      В жидком состоянии большинство молекул воды связано в полимерную структуру, то есть в цепочки молекул, соединенных слабыми водородными связями. Под влиянием термического перемешивания происходит постоянный разрыв и восстановление этих связей. В газообразном состоянии, будь то пар или водяной пар, молекулы воды в значительной степени независимы друг от друга, и, если не считать столкновений, взаимодействия между ними незначительны. Таким образом, газообразная вода в основном мономерна, т. е. состоит из отдельных молекул, хотя иногда встречаются димеры (союз двух молекул) и даже несколько тримеров (сочетание трех молекул). В твердом состоянии, с другой стороны, молекулы воды взаимодействуют друг с другом достаточно сильно, чтобы сформировать упорядоченную кристаллическую структуру, в которой каждый атом кислорода собирает четыре ближайших своих соседа и упорядочивает их вокруг себя в жесткой решетке. Эта структура приводит к более открытой сборке и, следовательно, к меньшей плотности, чем плотно упакованная сборка молекул в жидкой фазе. По этой причине вода является одним из немногих веществ, плотность которых в твердом состоянии на самом деле меньше, чем в жидком: ее плотность падает с 1000 до 917 кг на кубический метр. Это причина того, что лед скорее плавает, чем тонет, так что зимой он образует щит на поверхности озер и рек, а не тонет под поверхностью и накапливается со дна.

      Когда вода нагревается от точки замерзания от 0 до 4 °C (от 32 до 39 °F), она сжимается и становится более плотной. Это начальное увеличение плотности происходит потому, что при 0 °C часть воды состоит из молекулярных структур с открытой структурой, подобных кристаллам льда. При повышении температуры эти структуры разрушаются и уменьшают свой объем до объема более плотно упакованных полимерных структур в жидком состоянии. При дальнейшем нагревании выше 4 °C вода начинает расширяться в объеме, наряду с обычным усилением межмолекулярных колебаний, вызванных тепловой энергией.

      alexxlab

      Добавить комментарий

      Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *