Вода во всех агрегатных состояниях

Агрегатные состояния воды в обычных условиях

Агрегатные состояния воды в природе — облака, дождь, снег, лед, град, роса, иней туман … мы знакомы с ними с раннего детства.

Агрегатные состояния воды в обычных условиях в природе

Агрегатные состояния воды ежедневно встречаются нам в окружающей нас природе. Они активно влияют на все аспекты жизнедеятельности человека.

В природе в естественных условиях вода может в изобилии существовать в 3-х основных агрегатных состояниях:

• Твердое состояние – лед, снег, град, иней … ;
• Жидкое – вода, дождь, туман, роса, радуга, облака …;
• Газообразное – пар …

К выше сказанному, важно уточнить, что туман и облака, на самом деле, не являются газообразным состоянием воды. Они являются результатом конденсации водяного пара, а не самим паром как таковым. Подробнее про Водяной пар читайте в статье ВОДЯНОЙ ПАР — ГАЗООБРАЗНОЕ СОСТОЯНИЕ ВОДЫ → .

Круговорот воды в природе

Уникальное свойство воды — возможность быть в природных условиях в трех разных базовых агрегатных состояниях, обеспечивает нашей планете жизненно важный процесс – гидрологический цикл или круговорот воды в природе. Если кратко круговорот воды состаит из таких процессов — осадков, испарения и конденсации. Круговорот воды в природе обеспечивает ее присутствие практически во всех уголках нашей планеты, а вода, как известно, источник жизни. Более подробно про него читайте в нашей статье КРУГОВОРОТ ВОДЫ В ПРИРОДЕ → .

Жидкое состояние воды в природе

Без воды в жидком состоянии большинство живых существ на нашей планете просто погибнет.

Химическая формула воды — H2O . Два атома водорода имеют положительный заряд, а один атом кислорода отрицательный. Связь между атомами «не сильная». Поэтому она легко разрывается, впрочем как и устанавливается.

Аккумулируется вода в жидком состоянии в хорошо всем нам известных формах — это океаны, моря, реки, озёра, пруды, ставки, каналы, атмосферных осадках …

Отметим интересный факт — вода в жидком состоянии при фиксированном объёме не имеет фиксированной формы.

Твердое состояние воды в природе

Вода из жидкого состояния переходит в твердое при температуре 0º C (плюс/минус в зависимости от давления). Процесс перехода воды из жидкого состояния в твердое имеет интересную аномалию. При понижении температуры молекулы воды, как и в других материях, сближаются друг с другом. Так происходит вплоть до температуры 4º C. При этой температуре у воды максимальная плотность. При дальнейшем понижении температуры плотность начинает уменьшаться. Благодаря именно этому удивительному свойству лёд плавает, а не тонет. Плотность льда составляет приблизительно 90% от плотности воды.

Вода в твердом состоянии имеет как фиксированный объём, так и фиксированную форму.

Газообразное состояние воды в природе

Из жидкого состояния в парообразное вода переходит при температуре 100º C (плюс/минус в зависимости от давления). Водяной пар не всегда можно увидеть, но его можно почувствовать. Количество пара в атмосфере определяется как влажность. При повышенной влажности можно сказать, что по ощущениям воздух становится «липким».

Агрегатные состояния воды — переходные процессы

Процессы перехода воды с одного агрегатного состояния в другое определяются следующим образом:

• Кипение и парообразование — переход воды из жидкого состояния в пар;
• Конденсация — процесс перехода пара в жидкое состояние воды;
• Кристаллизация — переход жидкости в лед;
• Плавление – переход льда в жидкость;
• Сублимация – переход льда прямо в парообразное состояние;
• Десублимация – переход пара сразу в лед, примером может служить иней.

Граничные точки перехода воды в состояния лед/вода и вода/пар определили соответственно как 0 и 100 градусов по Цельсию при условии атмосферного давления 760 мм рт. ст. или 101 325 Па. Всем с детства хорошо известна простая примета, температура за окном опустилась ниже нуля, ждите снега 🙂

Четвёртое или второе жидкое агрегатное состояние воды

Относительно недавно физики обнаружили новое состояние воды. Это состояние проявляется при температурах в промежутке от 40º до 60º C и проявляется в том, что жидкая вода непрерывно переключается между двумя состояниями, которые имеют разный набор физических свойств.

Данное качество жидкой воды обнаружила физик Лаура Маэстро из Оксфордского университета в Великобритании. Она вместе со своими коллегами провела исследования в ходе которых, при разных температурах измерялись такие физические параметры жидкой воды — показатель преломления, поверхностное натяжение, теплопроводность, диэлектрическая проницаемость … .

Дать объяснение этому феномену учёные пока не смогли. Возможно этот факт связан с другими аномальными свойствами воды, про которые мы подробно писали в нашей статье АНОМАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ВОДЫ, ИЛИ УДИВИТЕЛЬНОЕ РЯДОМ → .

Важно знать …

Необходимо отметить такой, важный для человека факт – при понижении атмосферного давления температура кипения падает. Это необходимо учитывать, например, в условиях высокогорья. Отметим также еще одно явление, которое полезно знать человеку в повседневной жизни — объем воды в твердом состоянии больше чем в жидком. Этот факт иллюстрирует общеизвестный пример – бутылка с водой оставленная на морозе будет разорвана, образовавшимся в ней льдом.

Очевидно, что в разных своих агрегатных состояниях Вода обладает разными базовыми физическими свойствами такими как – текучесть, твердость, летучесть.

Необходимо отметить, что пар определяет такой важный для человека и других живых организмов параметр как «влажность воздуха«. Влажность воздуха напрямую зависит от количества водяного пара в атмосфере, больше пара выше влажность. На земле существуют места как с очень высокой, так и с низкой влажностью атмосферы. Одним из самых влажных мест планеты считается индийский город Черрапунджи (Cherrapunji), а одним из самых сухих Сухие долины в Антарктике.

Выводы

Еще раз сделаем акцент на том, что во многом благодаря именно способности воды находиться в природных естественных условиях в трех разных агрегатных состояниях и существует жизнь на нашей планете.

Источник

Что такое вода: агрегатные состояния, роль на Земле

Вода — самая удивительная и загадочная из всех жидкостей, существующих на Земле.

Учёные на протяжении многих столетий продолжают проводить исследования, находя новые интересные факты. Каждый человек знает, что без воды жизнь невозможна.

Вода участвует в формировании климата, для многих живых организмов является средой обитания. Её важность сложно недооценить. Не случайно, нашу планету называют голубой, именно вода покрывает 71 % поверхности земного шара.

В статье мы собрали самую важную и интересную информацию про воду: гипотезы её появления на нашей планете, особенности строения молекулы, агрегатные состояния, уникальные и необычные свойства.

Что такое вода, химические названия

Вода — это бинарное неорганическое соединение, химическая формула H₂O.

При нормальных условиях представляет собой прозрачную, бесцветную жидкость, которая не имеет вкуса и запаха, текуча (принимает форму сосуда).

Молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, которые соединены между собой ковалентной связью. Никакие другие элементы таблицы Менделеева при соединении не образуют жидкости. Рассмотрим строение молекулы H₂O на изображении.

Вода имеет несколько химических названий:

• оксид водорода;
• гидроксид водорода;
• монооксид дигидрогена;
• дигидромонооксид;
• гидроксильная кислота.

Агрегатные состояния

Из всех веществ, существующих на Земле, только вода может иметь три принципиально разных агрегатных состояния: жидкое, газообразное и твердое. Благодаря трём агрегатным состояниям происходит круговорот воды в природе и жизнь на Земле. Рассмотрим подробнее каждое агрегатное состояние.

1. Жидкое (вода). В нормальных условиях вода является жидкостью. Образует мировой океан, реки, ручьи и т.д.
2. Газообразное (водяной пар) — это бесцветный газ, не имеет вкуса и запаха. Испаряется с поверхности океанов, рек, болот, почвы, растений и поступает в воздух или образуется путём кипения жидкой воды или сублимации из льда. Сублимация — переход вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя стадию плавления (перехода в жидкое состояние).
3. Твердое (лёд). При температуре от нуля и ниже вода превращается в лёд. В холодное время года он сковывает реки и лужи, выпадает в виде осадков: снежинок, града, инея, образует ледяные облака. Встречается в виде ледников и айсбергов.

Строение в различных агрегатных состояниях

Жидкая вода, лёд и водяной пар имеют один и тот же состав, но разные состояния.

Рассмотрим строение молекулы на изображении.

Многочисленные исследования ученых подтверждают, что по структуре вода и лед близки друг к другу. Структура льда – это решетчатый каркас. Структура воды зависит от содержания разных веществ, которые в ней растворяются, а также от нерастворимых соединений и некоторых других факторов.

В воде возникают структуры, которые стали называть «кластерами» — группа атомов или молекул, которые представляют собой единую структуру, но внутри имеют свои индивидуальные особенности.

При температуре близкой к точке замерзания, молекулы жидкой воды собираются в небольшие группы, практически так, как в кристаллах. При температуре близкой к точке кипения они располагаются более свободно.

Свойства

Вода — уникальный природный компонент, который обладает рядом свойств. Рассмотрим основные:

• не имеет цвета, запаха и вкуса;
• распространенный растворитель;
• обладает высоким поверхностным натяжением, уступая в этом только ртути;
• имеет большую теплоту испарения (используется для терморегуляции);
• чистая вода — хороший изолятор;
• обладает большой теплоёмкостью (увеличение тепловой энергии вызывает лишь сравнительно небольшое повышение ее температуры);
• плотность в разных диапазонах температур меняется неодинаково.

Существуют необычные свойства. Например, в твердом виде вода легче, чем в жидком. Лёд не тонет в воде. В твёрдом состоянии частички воды располагаются по порядку, между ними остается много свободного пространства. Когда лёд тает, активность частичек повышается, свободное пространство заполняется. Жидкая форма становится более тяжелой, нежели твердая.

Такая уникальная способность даёт возможность любому водоёму не замерзать по всей глубине. Даже при самом сильном морозе температура воды у дна не опускается ниже +4 ᵒС. Все живые существа (рыбы и другие) могут спокойно пережить самую суровую зиму подо льдом.

Когда лёд тает, плотность увеличивается, и становится максимальной при температуре +4 ᵒС. В диапазоне от +4 ᵒС до +40 ᵒС плотность снижается, потом снова увеличивается. При понижении температуры ниже +4 ᵒС плотность уменьшается, т.е. при замерзании вода расширяется.

Горячая вода замерзает быстрее, чем холодная. Это связано с большей скоростью испарения и излучения тепла.

Теплоемкость и некоторые другие физические свойства воды тоже зависят от температуры неодинаково. Другие виды жидкостей не имеют таких особенностей – чтобы какой-то один параметр менялся по-разному на разных порогах температуры.

Круговорот воды в природе

Вода образует водную оболочку нашей планеты – гидросферу.

Её делят на Мировой океан, континентальные поверхностные воды и ледники, а также подземные водоёмы. Переходы H2O из одних частей гидросферы в другие составляют сложный круговорот воды на Земле

Круговорот воды в природе — это непрерывное движение воды в гидросфере Земли. В процессе этого обмена водная масса меняет агрегатное состояние: из жидкой или твердой превращается в газообразную и обратно.

Рассмотрим на примере.

• С поверхности океанов, морей, рек и суши вода в виде пара поднимается вверх.
• Высоко над землей он охлаждается и образует множество водяных капелек и льдинок. Из них образуются облака.
• В виде осадков вода возвращается на Землю.

Происхождение воды на планете

Возникновение воды на нашей планете является предметом научных споров. Существует 2 основные гипотезы:

1. Космическое происхождение. Часть учёных считают, что вода появилась вследствие падающих метеоритов, астероидов, которые содержали воду.
2. Земное происхождение. Другие учёные считают, что вода образовалась на Земле во время формирования, а не занесена с космоса.

Наука о воде

Изучением природных вод, явлений и процессов занимается наука Гидрология.

Первые упоминания о гидрологии появились на заре истории человечества около 6000 лет назад.

Начало гидрологических наблюдений в России относится к XV–XVI вв.: в записях русских летописцев сохранились сведения о свойствах воды, наводнениях, паводках, замерзании.

Значение на Земле

Без воздуха человек может прожить несколько секунд, без еды – несколько месяцев, без воды – максимум несколько суток. Снижение содержания воды в организме всего лишь на 2% может вызвать сильную слабость. При нехватке 8% уже может возникнуть серьезное недомогание, а при 12% – смерть.

Каждая клетка живого организма состоит из жидкости и нуждается в регулярном пополнении. Без воды не проживут ни люди, ни растения, ни животные.

Вода формирует климат, участвует в круговороте воды в природе, для многих живых организмов является средой обитания.

Применение

Все люди на планете прекрасно знают, что жизнь без воды невозможна. Любое начало жизни изначально зарождается в воде.

Человек применяет воду:

• для поддержании жизни (приготовления пищи, обеспечения организма водой);
• для бытовых нужд (гигиены, уборки и т. д);
• в сельском хозяйстве и животноводстве;
• промышленности (используется при производстве продуктов питания, чугуна, стали, резины и т. д);
• медицине;
• химии (в качестве реагента для химических реакций, опытов, исследований);
• рыболовстве;
• для транспортировки людей и грузов;
• для спорта;
• в земледелии;
• для пожаротушения;
• служит источником энергии (электростанции).

Сколько жидкости в теле человека

Эмбрион человека состоит из жидкости не менее, чем на 97%. Когда ребенок рождается, вода составляет около 80% его тела. В первые несколько суток после рождения этот показатель существенно снижается.

В дальнейшем содержание воды в организме человека постоянно уменьшается. В пожилом возрасте в теле человека доля воды не превышает 50-60%.

Как определить, сколько воды в теле человека?

Массу тела необходимо разделить на 3 и умножить на 2.

Стоит отметить, что расчет считается приблизительным (может отличаться на 5-10%) Так как количество воды зависит от возраста, пола, физической активности, состояния здоровья.

Основные функции

Вода необходима каждому живому существу. Каждый живой организм состоит из клеток. Ключевую роль выполняет вода. Она составляет около 70 процентов от её массы. Рассмотрим кратко основные функции.

• Растворитель. Большинство химических реакций протекают только в водной среде.
• Транспортная функция. Переносит питательные вещества из одной части в другую.
• Функция регенерации. С помощью воды удаляются ненужные продукты жизнедеятельности.
• Регулирует терморегуляцию. Защищает организм от перегрева и обеспечивает равномерное распределение тепла по организму.
• Все обменные процессы в организме регулируются водой.

Польза чистой питьевой воды

Врачи, диетологи и другие специалисты часто совершают ошибку, когда слишком много внимания уделяют разным продуктам питания и забывают про воду. Любые вещества, даже самые питательные и полезные, могут оказаться совершенно неэффективными, если нет растворителя, способного доставить их в нужные части тела. На Земле есть только один простой, надежный и распространенный растворитель – вода.

Вода участвует абсолютно во всех обменных процессах. И чтобы они протекали нормально, необходимо пить достаточное количество чистой воды. Именно воды, не чая, не напитков. Содержание разных примесей, консервантов и прочих веществ существенно меняют структуру, нормальное молекулярное состояние воды.

Изначально природой заложено употреблять чистую воду. Когда в организм вносится некая смесь, то пищеварительной системе приходится прикладывать много усилий, растрачивать много энергии, чтобы отделить все лишнее и получить воду. Кроме этого, высокое содержание сахара неизбежно провоцирует нарушение нормального обмена веществ.

Питьевая вода должна быть чистая, свежая, качественная, «живая». Т.е. это должна быть натуральная природная вода, которая при попадании в организм легко проникает во все клетки, служит эффективным растворителем. Она быстро доставляет все питательные вещества к тканям и органам.

Сколько нужно пить воды в день

Рекомендуется употреблять чистую воду без примесей 30-40 мл на 1 кг веса.

для женщины: 1,5 – 2 литра ежедневно;

для мужчины: 2,5 – 5 литров ежедневно.

Количество рекомендуемой нормы зависит от физической активности, климата и веса.

Процентное содержание в органах

Вода в теле человека находится в разных субстанциях и никогда не смешивается в единое целое.

Жидкости больше в тех клетках, в которых обмен веществ протекает более интенсивно. Рассмотрим таблицу № 1.

Таблица № 1. Процент содержания в органах человека

Органы	Процент содержания
Мозг	90
Лёгкие	86
Печень	86
Кровь	83
Яйцеклетки	90
Кости	72
Кожа	72
Сердце	75
Желудок	75
Селезёнка	77
Почки	83
Мышцы	75

Признаки обезвоживания

Если содержание воды резко меняется в одну или другую сторону, то это сразу сказывается на общем состоянии здоровья. Чрезмерное количество воды организм переносит намного легче, чем ее нехватку. Рассмотрим основные симптомы проявления нехватки воды в организме человека.

1. Жажда – первый сигнал нехватки жидкости в организме.
2. У человека возникают твердые каловые массы и запоры.
3. Появляется усталость и слабость.
4. Возникают головные боли и головокружения.
5. Кожа становится сухой.
6. Состояние может сопровождаться сильным упадком настроения (вплоть до тяжелой депрессии).

При длительном сохранении такого состояния могут возникнуть проблемы:

• с артериальным давлением;
• нарушением пищеварения;
• заболеваниями органов ЖКТ;
• может появиться диабет, ожирение (или наоборот – истощение, дистрофия);
• появляются зрительные и слуховые галлюцинации (при потери воды 10%);
• сильное обезвоживание может привести к смерти.

Проходя гидрологический цикл, вода может дополняться химическими элементами: ионами, растворенными газами, микроэлементами и т.д.

Воду квалифицируют по следующим признакам:

• по наличию и составу изотопов в молекуле;
• по степени растворения частиц солей и других примесей;
• по источнику;
• по взаимодействию с другими элементами и компонентами;
• по воздействию человека;
• по индивидуальным параметрам.

Рассмотрим некоторые виды на рисунке.

Запасы пресной воды

Несмотря на то, что Земля более, чем на 70% покрыта водой, лишь 1% является пресной (её солёность не превышает 0,5 ‰).
Более 2/3 запасов пресной воды на Земле хранится в ледниках. Крупнейшим водоёмом пресной воды считается озеро Байкал в России.

Показатели качества

В воде, которая течет из кранов современных городских квартир, могут содержаться вредные примеси. Такую воду стали называть словом «техногенная». В ней содержатся металлы, песок, глина, хлор и много чего еще.

Современные нормы очистки водопроводной питьевой воды предполагают использование хлорсодержащих реагентов, которые избавляют воду от инфекций. В дополнение рекомендуется использовать дополнительные методы очистки. Например, фильтры.

Большой популярностью в развитых странах пользуется бутилированная питьевая вода. Она является экологически чистым продуктом. Реализуется в гигиенически чистой ёмкости и соответствует всем установленным требованиям.

25 интересных фактов

Ученые постоянно исследуют оксид водорода, находя интересные факты.

1. Лёд не тонет в воде. Дело в том, что плотность льда меньше чем, воды в жидком состоянии. Поэтому морские обитатели продолжают жизнедеятельность. Другие вещества увеличивают плотность при замерзании.
2. Большинство загрязнений вымораживаются при образовании льда.
3. Более 2/3 запасов пресной воды на Земле хранится в ледниках.
4. Вёдра для воды изготавливают в форме конуса для того, чтобы их не разорвало при случайном замерзании воды.
5. Теплоёмкость и некоторые другие физические свойства воды зависят от температуры не одинаково.
6. Жидкая вода регулирует температуру Земли, водяной пар — влажность воздуха.
7. Снег способен отражать лучи света на 75%, а вода только на 5%, поэтому снежные ночи такие светлые.
8. В Антарктиде есть озеро с водой, в 11 раз солёнее морской. В нем настолько соленая вода, что не замерзает даже при — 50 С.
9. Горячая вода имеет способность замерзать быстрее, чем холодная. Этот факт легко проверить самостоятельно.
10. Лёд встречается на полюсах Луны, а также на полюсах Марса и Меркурия.
11. В Антарктике находится самый холодный лёд, а вот самым теплым льдом считается Альпийский, так как его температура составляет 0 градусов по Цельсию.
12. Температура кипения воды не всегда составляет 100 градусов по Цельсию. Показатель зависит от атмосферного давления. Например, на Эльбрусе — самой высокой вершине Европы (5642 м), — вода закипит при 80,8 °С.
13. Примерно на каждые 100 метров вглубь к центру Земли температура кипения увеличивается на 3°C.
14. Озеро Байкал — самое большое пресное озеро в мире.
15. Для производства 1 тонны стали требуется 300 тонн воды.
16. Учёные считают, что мировой океан изучен только на 2-7%.
17. На 1 кг тела коровы приходится 600 грамм жидкости.
18. В теле рыбы 70-80 процентов.
19. В медузе больше 95 процентов.
20. Растения на 50-90 процентов состоят из жидкости.
21. Вода участвует в фотосинтезе растений.
22. Бегемот употребляет около 250 литров воды в сутки.
23. Древесное растение Эвкалипт в сутки поглощает из почвы и испаряет 320 л влаги.
24. Верблюд способен выпить больше 100 литров воды менее, чем за 15 минут.
25. Скалистая белка может жить без воды до 100 дней.

Заключение

Вода – удивительное вещество, обладающее химическими и физическими свойствами. Она формирует климат на планете, для многих живых организмов является средой обитания, необходима для фотосинтеза растений и жизнедеятельности всех живых организмов.

Источник