Какими свойствами обладает вода в жидком состоянии

Общее описание

Вода состоит из водорода и кислорода. Она выступает основой жизни на Земле. О ней написано много рассказов и научных работ. Это вещество необходимо для существования человека, животных и растений. Даже в поисках жизни на других планетах люди сначала пытаются найти воду, ведь без нее не обходится ни одно живое существо.

При изучении свойств воды по окружающему миру в 3 классе уже можно понять, почему она часто встречается в природе. Разнообразие полезных характеристик объясняет ее большой объём на Земле. Вода может формироваться в разных состояниях. Дети обычно воспринимают её как текучее вещество. В жидком виде она может течь и принимать форму ёмкостей, в которые её наливают. Это обусловлено свойством текучести, которое характерно для пластичных веществ.

Люди с детства знают, каковы основные признаки воды в жидком состоянии. Их можно отразить в таблице.

Большое количество растворённого в жидкости кальция может сделать её жёсткой. Это можно определить по вещам, которые теряют мягкость после стирки.

Свойства растворителя и проводника

Вода в чистом виде практически не встречается в природе. В ней могут растворяться некоторые виды веществ, частицы которых соединяются с её компонентами и образуют различные соединения. Кроме того, жидкость может проникать в различные тела. Специалисты доказали, что в жидком состоянии она присутствует даже внутри некоторых камней.

Часто содержимое водопроводных труб вмещает в себя аргон, азот или углекислый газ. В нем находятся различные примеси, которые поступают в водоёмы из воздуха, растворённых солей в почве, железа из водопроводных труб, мельчайших частиц пыли и т. д.

В воде растворяются соль и сахар. Но в этом соединении способны разлагаться только некоторые твёрдые вещества. К примеру, в нём не могут растворяться масло и камень.

Также жидкость может выступать проводником тока, если в ней есть определённые частицы. Чтобы не ударило током, следует держать подальше от нее включенные электрические приборы. Нередко приходится напоминать даже взрослым людям, что нельзя лежать в ванне с телефоном, который подключён к зарядному устройству. Дистиллированная жидкость является диэлектриком и не проводит ток.

Агрегатные состояния

В окружающем мире вода может представлять собой не только реки, озёра, океаны и другие виды водоёмов. Она может принимать различные формы, изменяясь под воздействием внешних факторов. Известны три состояния воды:

• жидкое;
• твёрдое;
• газообразное.

Способность соединения переходить из одной формы в другую обуславливает его круговорот в природе. В учебной литературе переход вещества в разные состояния изображается в виде схематических рисунков. При комнатной температуре вода характеризуется жидким состоянием. Она может быть тёплой, горячей и холодной, не теряя свойства текучести.

При замерзании жидкость переходит в твёрдое состояние и превращается в лёд. В естественных условиях она встречается в виде ледников, айсбергов и снега. Плотность льда меньше, чем у нее, поэтому часть водоёма замерзает не снизу, а сверху. Сформированный ледяной кусок не даёт промерзать остальной жидкости. Такие образования помогают некоторым животным выживать рядом с большими водоёмами.

При температуре 100 °C часть жидкости смешивается с частицами воздуха и преобразуется в пар. В газообразном состоянии ее невозможно увидеть в тёплом помещении. Водяной пар прозрачен и не имеет цвета. В природе газообразное состояние можно наблюдать в виде облаков и тумана. В домашних условиях его можно увидеть в виде испарений при закипании.

Можно провести небольшой опыт с холодной водой. В холодильник помещают на некоторое время стакан с ней, потом его вытаскивают и ставят на стол. Через определённый период водяной пар в воздухе преобразуется в капли, оседающие на стенках посуды.

Нагревание и замерзание

С помощью экспериментов и проектов получится узнать о свойствах воды в её разных агрегатных состояниях. Следует отметить, что это соединение обладает многими признаками, которые характерны для других видов жидкостей:

1. При нагревании вода расширяется. Чтобы это доказать, можно посмотреть видеоурок или провести простой опыт. Необходимо взять колбу и стеклянную трубку с жидкостью. Трубку нужно опустить в большую ёмкость и отмерить в ней уровень вещества. Потом рабочую посуду помещают в ёмкость с тёплой водой. После нагревания снова отмеряют уровень жидкости в трубке, который поднимается из-за увеличения её объёма. Явление обусловлено тем, что с повышением температуры молекулы соединения движутся быстрее, сталкиваясь друг с другом и отталкиваясь от стенок ёмкости. Расстояние между частицами увеличивается, а жидкость занимает больший объём.
2. При охлаждении вода сжимается. В этом случае колбу с трубкой опускают в ёмкость со льдом. После охлаждения уровень жидкости в узком сосуде понижается. Поскольку молекулы соединения движутся медленнее, расстояние между ними уменьшается. Это способствует снижению объёма вещества в сосуде.
3. При замерзании вода расширяется. Для опыта следует взять банку, наполнить её жидкостью до краёв, неплотно закрыть и поставить в морозильную камеру. Через какое-то время можно увидеть, что вещество постепенно преобразовывается в лёд. Он начинает приподнимать крышку и выходить за пределы ёмкости. Эту особенность соединения специалисты учитывают при использовании водопроводных труб, которые обязательно утепляют, чтобы замёрзшее содержимое их не разорвало.

В природных условиях замерзающая вода может разрушать горы. Обычно осенью она скапливается в трещинах скал, замерзает и занимает большой объём в пустотах. Из-за этого горные породы разрушаются. Кроме того, вода может попадать в трещины асфальта, деформируя его при замерзании.

Вода является незаменимым источником жизни на Земле, ее используют не только для питья, но и для других нужд человечества. Учёные считают, что изучены не все свойства этого вещества, поэтому не исключено, что впереди нас ждет еще немало открытий.

Благодаря своим уникальным физическим и химическим
свойствам, часто аномальным, вода сделала возможной жизнь на Земле. Так в чем
состоят эти уникальные характеристики?

Физические свойства воды

Вода имеет высокую удельную теплоемкость, т.е. ей нужно
много тепла, чтобы нагреться, и потребуется много времени, чтобы потерять
накопленное тепло и остыть. Вот почему она используется в системах охлаждения
(например, в автомобильных радиаторах или для охлаждения промышленного
оборудования). Эта характеристика объясняет также то, почему в прибрежных (или
озерных) регионах температура воздуха мягче: в этих местах, когда времена года
меняются, температура воды «смягчает» температуру воздуха, так как она уменьшается
или увеличивается медленнее.

При ответе на вопрос: какие физические свойства воды
определяют ее особое биологическое значение, первым делом нужно вспомнить, что
она имеет высокое поверхностное натяжение. Это означает, что после наливания на
гладкую поверхность она имеет тенденцию образовывать сферические капли, а не
растекаться в тонкую пленку. И это свойство во многом объясняет высокую
биологическую активность воды. Без гравитации капля ее была бы совершенно
сферической. Поверхностное натяжение позволяет растениям поглощать воду,
содержащуюся в почве, через корни. И поверхностное натяжение делает кровь такой
«проникающей» через ткани нашего организма.

Вода обычно находится в жидком состоянии, но может легко
стать твердой или газообразной. Чистая вода переходит из жидкой в ​​твердую, то
есть замерзает при 0° С, а на уровне моря она кипит при 100 ° С (чем выше
уровень, тем ниже температура, при которой вода начинает кипеть). Значения
кипения и замерзания воды берут в качестве контрольной точки для калибровки
термометров: в градусах Цельсия 0 ° по шкале Цельсия — это точка замерзания, а
100 ° — это точка кипения.

При замерзании вода расширяется, то есть ее плотность
уменьшается, а объем остается неизменным: поэтому лед плывет по поверхности или
лопается бутылка, наполненная водой и помещенная в морозильник.

Вода является особым природным ресурсом, поскольку она
является единственным на Земле веществом, которое можно найти во всех трех
физических состояниях в зависимости от температуры окружающей среды: жидкой,
твердой (лед) и газообразной (пар).

Химические свойства воды

Химическая формула молекулы воды — H2O: два атома водорода
(H2) связаны с одним атомом кислорода (O). Электроны атома (частицы с
отрицательным зарядом) устанавливают связи между собой. Кислород способен
держать их ближе к нему, чем водород. Молекула эта оказывается заряженной
отрицательно вблизи атома кислорода и положительно вблизи атомов водорода.
Поскольку противоположности притягиваются, молекулы воды имеют тенденцию
соединяться вместе, как магниты.

Вода может растворять многие вещества

Воду называют универсальным растворителем, поскольку она
может растворять больше веществ, чем любая другая жидкость. И нам очень с этим
повезло: если бы не это химическое свойство, мы не могли бы выпить чашку
горячего подслащенного чая, потому что сахар остался бы на дне чашки. Вот
почему воды рек, ручьев, озер, морей и океанов, которые выглядят чистыми на
первый взгляд, на самом деле содержат огромное количество растворенных
элементов и минералов, выделяемых камнями или атмосферой.

Везде, где течет вода, над землей, под землей или внутри
нашего тела, вода растворяет в себе и несет чрезвычайно большое количество
различных веществ. Таким образом, она выполняет драгоценную задачу: переносить
иногда на большие расстояния вещества, с которыми она сталкивается на своем
пути. Причем, с водой при обычных климатических условиях не реагирует
большинство этих веществ.

Чистая вода, как и дистиллированная вода, имеет рН 7
(средний). Морская вода в основном щелочная, имеет рН около 8. Чистая вода
реагирует с немногими веществами, например, серой, некоторыми солями и
металлами. Также возможен гидролиз (распад) воды при реакции с какими-то
химическими веществами.

Вода может содержать огромное количество взвешенных частиц
разных веществ, в т.ч. и радиоактивных. Именно этим и объясняется превращение
чистой воды в радиоактивную. И в наш век вездесущей атомной энергетики глубокая
и своевременная дезактивация воды – уже глобальная проблема.

Физико-химические свойства воды

То, какими свойствами обладает чистая вода, во многих
случаях зависит от водородных связей внутри ее молекул. При сравнении этих
свойств со свойствами атомов или не связанных с водородом молекулярных
жидкостей с аналогичными размерами молекул некоторые особенности воды
заслуживают внимания:

• Точка плавления льда исключительно высока среди гидридов шестой основной группы.
• Во время таяния льда при атмосферном давлении объем вещества уменьшается на 8,2%. Это аномальное сокращение объема, ведь большинство веществ расширяется во время плавления. Снижению температуры замерзания способствует увеличение давления.
• Зависимость молярного объема жидкой воды от давления и температуры показывает крайности. Плотность жидкой воды имеет максимум при 3,98 ° С.
• Коэффициент теплового расширения α жидкой воды на порядок меньше по сравнению с другими молекулярными жидкостями. Изотермическая сжимаемость χT показывает, что для молекулярной жидкости вода довольно несжимаема.
• Динамическая вязкость воды выше, чем у сопоставимых, не связанных водородом жидкостей. Более того, зависимость вязкости от давления аномальна: вязкость уменьшается с давлением и достигает минимума около 60 МПа (это давление эквивалентно толще воды в 6 км).
• Поверхностное натяжение воды выше, чем у других жидкостей, включая большинство других жидкостей, связанных водородом. В диапазоне температур от 0 до 130°С вода жидкая.
• Теплопроводность увеличивается с ростом температуры. Жидкая вода обладает высокой удельной теплоемкостью при постоянном давлении, которое изменяется незначительно до 100°C.
• Энтальпия испарения воды аномально высока. Аналогично удельной теплоемкости, она почти в четыре раза выше, чем для других сопоставимых жидкостей, не связанных с водородом. Эта разница приписывается водородной связи. Кроме того, энтальпия испарения воды очень велика по сравнению с энтальпией таяния.

Тот факт, что вода увеличивается в объеме при замерзании,
приводит ко многим последствиям в природе. Именно вода и ее свойство легко
проникать в расщелины скал, когда она замерзает, приводит к разрушению скал.
Постепенно происходит физическое и химическое выветривание скальных пород. И, в
конечном итоге, физические свойства и химические функции воды сформировали
почву на нашей планете.

Тот факт, что вода имеет самую высокую плотность при 4°С, а
не в точке замерзания, имеет важное значение для термического расслоения и
циркуляции воды в природе. Это химико-физическое свойство воды приводит к
замерзанию водоемов от их поверхности в направлении дна. Это важно не только
для жизни внутренних водоемов, но и для океанов. Если бы самые холодные районы
океанов должны были замерзать снизу-вверх, то солнечной энергии, полученной за
время лета, было бы достаточно только для оттаивания самого верхнего слоя. Так
осуществляется круговорот энергии и материи, которая опирается на циркуляции
океанов частично или даже полностью.

Огромная удельная теплоемкость воды ответственна за его
способность хранить огромное количество энергии. Таким образом, водные потоки,
например, Гольфстрим, способны нести огромное количество тепла из более теплых
климатических зон в более холодные. Таким образом, океаны работают как огромные
термостаты. Не только климат Земли, но и температурное регулирование живых
организмов зависит от высокой теплоемкости воды. Это способствует, например,
поддержанию постоянной температуры тела у теплокровных организмов. Кроме того,
относительно высокая теплопроводность воды предотвращает серьезные локальные
колебания температуры.

Абсолютно чистая вода имеет электрическую проводимость 0,03
мкСм / см это связано с автопротолизом. Электропроводность, однако, на реальных
водоемах значительно выше, из-за растворенных ионных компонентов. Вода, будучи
сильным диэлектриком (водный диэлектрик – константа), является одним из самых
лучших растворителей для солей и газов, которые способны к сольволизу с
последующей диссоциацией (например, CO2).

Еще одна особенность воды, которая важна для
гидрологического цикла — ее энтальпия испарения. С этим тесно связана летучесть
воды. Она определяет количество воды, которое переходит в газовую фазу и может
транспортироваться в атмосферу.

Таким образом, можно сделать вывод, что вода уникальна в
физическом и химическом плане. Особые свойства воды сделали ее колыбелью и
абсолютным условием жизни на Земле. Зная основные характеристики этого
вещества, можно делать вывод: благодаря каким своим химическим и физико-химическим
свойствам вода стала жидкой основой жизни.