Какими свойствами обладает вода в твердом состоянии

Лёд – хорошо известное, для большинства из нас, твердое состояние воды, которое мы можем встретить в естественных природных условиях. В быту мы часто пользуемся его уникальными свойствами …

Лёд — это …

Лёд – хорошо известное, для большинства из нас, твердое состояние воды, которое мы можем встретить в естественных природных условиях. В быту мы часто пользуемся его уникальными свойствами.

Он образуется при понижении температуры воды ниже 0 градусов по Цельсию. Эта температура называется температурой Кристаллизации воды. лёд, как и снег, состоит из кристаллов льда, с формами которых вы можете ознакомиться в нашей статье Снег кружится.

Приведем несколько точных определений.

Большой Энциклопедический словарь

Лед — вода в твердом состоянии. Известны 11 кристаллических модификаций льда и аморфный лед. В природе обнаружена только одна форма льда — с плотностью 0,92 г/см³, теплоемкостью 2,09 кДж/(кг.К) при 0°C, теплотой плавления 324 кДж/кг, которая встречается в виде собственно льда (материкового, плавающего, подземного), снега и инея. На Земле ок. 30 млн. км³ льда. Используется для хранения, охлаждения пищевых. продуктов, получения пресной воды, в медицине.

Большой Энциклопедический словарь. 2000

Морской словарь

Лед (Ice) — вода в твердом состоянии. Обыкновенный лед легче воды, удельный вес при 0° — 0,9175. Сто объемов Льда образуются из 92 объемов воды, этим объясняется разрушительное действие воды при замерзании в закрытых сосудах, трубопроводах, отсеках и т. п.

Самойлов К. И. Морской словарь. — М.-Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941

Словарь по географии

Лед — Твердая форма воды, образуемая в природе путем замерзания воды на реках, озерах и морях, конденсации атмосферного водяного пара в ледяные кристаллы, уплотнения снега и т.п.

Словарь по географии. 2015

В результате процесса образования льда – кристаллизации воды, выделяется некоторое количество газов и солей. Это свойство используется для очистки питьевой воды, подробно про это мы писали в материале ТАЛАЯ ВОДА, ПРИГОТОВЛЕНИЕ В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ → .

Лёд имеет меньшую плотность, чем жидкая вода, поэтому он и не тонет. Это свойство аномальное, как правило, большинство веществ, в твердом состоянии имеет большую плотность. Меньшая плотность льда говорит о том, что вода при замерзании увеличивается в объеме. Этот факт  необходимо учитывать в быту. Например, если замерзнет водопровод, то образовавшийся в процессе этого лёд может «порвать» трубы, что, в принципе, всем хорошо известно.

Лёд в природе

В природе встречается несколько проявлений воды в твёрдом состоянии.

• Лёд:
  • плавающие — льды, покрывающие водные бассейны при замерзании, айсберги … ;
  • материковые – ледники …;
  • подземные льды.
• Снежинки.
• Иней.
• Сосульки.
• Изморозь.
• …

Свойства льда — свойства воды в твердом состоянии

Свойства воды в твёрдом состоянии как таковые мы уже рассматривали и в других наших материалах —  ЛЕДНИК — ХРАНИТЕЛЬ ПРЕСНОЙ ВОДЫ → , БЕЛЫЕ СНЕЖИНКИ НА НОВЫЙ ГОД → , СНЕГ КРУЖИТСЯ → .

• Лёд образуется … или иначе говоря вода переходит в твердое состояние при температуре равной 0 °C (при условии атмосферного давления равного 760 мм рт.ст. / 1 атм).
• Замерзая вода увеличивается в объеме. Плотность льда меньше плотности жидкой воды, удельный вес льда при 0° = 0,917 и соответственно удельный вес воды при 0° = 0,9999. Именно поэтому лед и не тонет. Это свойство воды является аномальным.
• При дальнейшем понижении температуры, лёд сжимается, чем и объясняются трещины на больших лёдовых пространствах.
• Теплоемкость льда ниже, чем у воды практически в 2 раза.
• Температура замерзания морской воды выше чем пресной и равняется ~ 1,80С (при условии солености воды на уровне средне-взвешенного уровня по мировому океану) .
• Лёд – бесцветное вещество, при больших объемах с несколько синеватым оттенком.
• Лёд весьма скользкое и хрупкое вещество.
• В природе в естественных условиях плотность льда составляет 0,92 г/см3.
• Теплоёмкость естественного для природных условий льда — 2,09 кДж/(кг.К) при °C.
• Теплота плавления льда, встречающегося в природе — 324 кДж/кг. Если давление падает температура плавления льда растет.
• При давлении равном 0,006 атм, температуры таяния и кипения совпадают, происходит это при 0,01 °C.
• Лед обладает текучестью и пластичностью, которые возникают под действием собственного веса.
• При переходе воды в твердое состояние из нее частично выделяются соли и газы.
• Лед имеет структуру, напоминающую структуру алмаза – вокруг одной молекулы воды располагаются четыре ближайших в вершинах правильного тетраэдра.
• Теплоемкость воды в твердом состоянии в два раз меньше чем в жидком и равняется 0,504.
• Электропроводность воды в твердом состоянии невысока, так же как и в жидком.
• На температуру замерзания воды влияет количество растворенных в ней солей. Температура замерзания чистой воды всегда выше, чем температура замерзания «рассолов». Морская вода замерзает при температуре в районе -1,8 °С, а таяние льдов мирового океана начинается при температурах превышающих 2,3 °С.

Лёд и его разновидности

• Почвенный лёд – лёд, образовавшийся в границах земной коры;
• Речной лёд;
• Льды, образовавшиеся при замерзании озер;
• Морские льды.

Применение льда

Лёд имеет большое хозяйственное применение. Он используется для понижения температуры продуктов питания, что существенно повышает срок их хранения. Вполне очевидно, что в этом контексте особое значение имеет производство искусственного льда, или если можно так сказать искусственного холода. Также лёд широко используется в медицине, для обеспечения и проведения ряда некоторых специфических процедур. Широко используют кубики льда в косметических процедурах и в кулинарии, особенно при приготовлении напитков.

Лёд является строительным материалом для таких важных для нашей планеты объектов как ледники, которые являются индикаторами и регуляторами многих процессов происходящих на нашей планете. Ледникам посвящена наша публикация Ледник – хранитель пресной воды.

Немного интересных фактов

• Практически 99% процентов пресной воды хранятся в ледниках и грунтовых водах.
• Суммарные объемы льда на Земле составляют ориентировочно 30 000 000 км3.
• Ледники не статичные образования. Например, в Гималаях скорость движения некоторых ледников достигает 2/3 метров в сутки.
• Толщина ледников в полярных шапках достигает 4 км.
• Айсберг – это плавающая глыба льда, отколовшаяся от ледника. На поверхности находится лишь 10% процентов его объема.
• Если вдруг случится, что все ледники растают, то уровень мирового океана поднялся бы на 64 метра.
• В полярных и приполярных районах лед часто используют как строительный материал, в том числе, и для строительства жилищ.
• Лед присутствует и в космосе.

Заключение

Лёд, впрочем как и всё, что связано с водой, имеет уникальное сочетание формы и содержания. Художники создают из него восхитительные скульптуры, а технологи используют для промышленных нужд.

Лёд – твердое состояние воды

ДАТА СОЗДАНИЯ ПУБЛИКАЦИИ: Янв 21, 2015 13:28 Waterman

Как ни странно, но очень большое количество воды на Земле сосредоточено не в реках, морях или океанах. Примерно 70% её скапливается в виде льда. Где-то лед появляется только зимой, где-то зимой его все равно нет. Но все же он, как и обычная вода в жидком состоянии, есть почти в любой стране. И даже если в пустыне существовала бы вода, лед там тоже мог появиться. Например, ночью, когда температура воздуха опускается практически до 0.

Применение льда

Впрочем, не все в южных странах понимают, что лед есть не только севернее 65 градуса, но и гораздо южнее, да и в горах лежит не столько снег, сколько лед. Образоваться он может по-разному, но факт остается фактом: лед есть. Поэтому знать его интересные свойства должен каждый. В воде они одни. На вершине гор – другие. Зимой – третьи. Лед является очень интересным материалом, поэтому не зря жители Севера строят свои иглу из снега и льда. Но обо всем этом мы поговорим в других статьях и разделах нашего сайта.

Раньше, много столетий назад, люди специально искали пещеры со льдом, чтобы хранить мясо и другие продукты. Эти гигантские холодильники были идеальным местом для всех людей. Но лед – это не только холод. Это еще и тепло. Возвращаясь к рассказу о строительстве домов изо льда, нельзя не отметить тот факт, что защита от ветра и холода (как ни странно) в доме из снега и льда считается вполне себе достойной. Поэтому несколько десятилетий назад, хотя все смеялись над теми, кто живет в ледяных домиках, предприимчивый бизнесмен решил построить ледяной отель. В нем все, начиная от стен и заканчивая мебелью, было ледяным. И проект удался: отель существует и любопытные туристы не прочь переночевать там, не боясь замерзнуть.

Физические параметры

Лед прочен: достаточно всего лишь 15 сантиметров льда на воде, чтобы выдержать вес обычного человека весом около 70 килограммов. Чтобы лед выдержал вес автомобиля, потребуется примерно в 2-2,5 раза большая толщина. И если отломить кусочек льда легко, то проломить его, пока тот находится на поверхности воды, очень сложно из-за его собственных свойств и выталкивающей силы. Весьма интересный эксперимент можно провести даже в ведре: проломите сантиметровый лед в ведре. Вряд ли это получится очень легко.

Условно лед можно разделить на два вида: прозрачный и белый. Некоторые думают, что прозрачный лед имеет какой-то другой состав, отличный от белого льда. Например, особые химические свойства воды, которые и придают ему такой цвет (или же его отсутствие). Но на самом деле прозрачный лед и белый лед возникают при различных температурах из одной и той же воды. То есть, нет никакого отличия между ними, кроме того, что вода замерзала медленно при более высокой температуре или быстро при более низкой. Кстати, насчет этого есть несколько интересных моментов, которые можно рассказать более подробно.

Разрушаем миф о ледяной пуле

Свойства воды в твердом состоянии порой обретают мифический оттенок. Вероятно, кто-то уже слышал о том, что можно делать пули из воды. То есть в обычную форму заливается вода, которая при замерзании превращается в пулю. Ее заряжают в патрон, вставляют в пистолет, делают выстрел. Цель поражена, а вот чем? Ледяная пуля тает в теле и следов не остается. Но, к счастью, это всего лишь миф. Невозможно придать льду такие свойства, при которых он смог бы принимать ограниченное количество теплоты. Во время выстрела тепла от взрыва пороховых газов достаточно для того, чтобы растопить пулю еще до того, как она вылетит из ствола. В итоге можно неплохо обжечься раскаленным газами и остатками пара, но вот умереть никак не получится. Тем не менее, во время исследования данного мифа стало известно, что белый и прозрачный лед отличаются по плотности и прочности.

Лупа изо льда

Различных мифов о воде и льде много, как ни крути, но зато одним из свойств прозрачного льда является возможность собирать солнечные лучи. В доме нет лупы? Достаточно выйти на улицу, заморозить немного воды в емкости с выпуклым дном, а потом посмотреть, что из этого получится. Занимательные советские опыты со льдом повторяло много детей и не всегда безрезультатно.

Конечно, можно еще отметить один замечательный момент, который очень важен с точки зрения различных свойств льда. Ведь есть соленая вода и пресная. Соль, как известно, не дает воде замерзнуть при нулевой температуре. Именно поэтому в крупных городах на дорогах даже в феврале каша. Морская вода обладает меньшей соленостью, чем снег на дороге, поэтому температура, при которой она может замерзнуть, составляет -3 градуса. Интересное наблюдение, не правда ли? Впрочем, вода не раскрыла еще много своих свойств, как и лед.

Вода — основа жизни и в природе она может находиться в трех
основных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. Однако, искусственно можно
создать условия, при которых вода переходит в состояние плазмы.

В этой статье мы разберем, почему вода может быть в жидком,
твердом и газообразном состояниях, и при каких условиях меняются ее агрегатные
состояния.

Жидкое состояние воды в природных условиях планеты Земля
преобладает.

Твердое состояние воды

Вода в твердом состоянии – это лёд и снег. Некоторые не
понимают, к какому агрегатному состоянию воды относится иней. Конечно, к
твёрдому! Это мелкая ледяная крошка, замерзшие капли росы.

Твердая – это замороженная вода. Когда она замерзает, ее
молекулы отодвигаются подальше друг от друга, делая лед менее плотным, чем
жидкость, т.е. вода в твердом состоянии занимает больший объем, чем в жидком.

Большинство веществ при снижении температуры сжимается, а
вода – расширяется, и в этом ее уникальная особенность.

Замерзает – это значит, что при 0 градусов Цельсия вода
кристаллизуется и переходит из жидкого состояния в твердое. Наличие в воде
солей снижает температуру замерзания.

На школьных олимпиадах встречается такой интересный вопрос:
какой металл, находясь в расплавленном состоянии, может заморозить воду? Ответ
– ртуть, которая начинает плавиться при температуре -39 градусов Цельсия.
Понятно, что жидкая ртуть при температуре от -38 до 0 способна заморозить воду,
отбирая у нее тепло.

Несмотря на то, что самое распространенное на нашей планете
— жидкое состояние воды, значительная ее часть (2/3 всех пресноводных запасов)
находится в замороженном виде. Площадь ледников – около 11% всей суши Земли.

Если жидкое состояние пресной воды переходит в твердое при 0
градусов Цельсия, то морская вода средней солености замерзает примерно при -1,8
градусах Цельсия.

Жидкое состояние воды

Вода в жидком состоянии встречается на нашей планете не
только в реках и океанах. Облака состоят из крошечных капелек воды и
кристалликов льда, и дождь – это тоже жидкая вода.

Также вода в жидком состоянии просачивается через почву и
образует подземные водные горизонты, из которых черпается основная масса
питьевой воды.

Вода в жидком состоянии отличается высокой прилипчивостью к
различным твердым материям. Сама по себе она не является «влажной», но легко
делает влажными большинство твердых материалов.

Жидкая вода легко переходит в твердое и газообразное
состояние. Главным образом, это зависит от температуры. Но свою роль играет и
давление.

Физический переход воды из жидкого состояния в газообразное
называется испарением, потому что газообразное состояние воды называется паром.

Как жидкое состояние воды превращается в газообразное? Когда
мы кипятим воду, она превращается из жидкости в газ, или водяной пар. Когда его
часть остывает, мы видим небольшое облако, которое и называют паром. Хотя, если
мы его видим, то это уже жидкое состояние воды, т.е. скопление ее
микроскопических капелек.

Пар — это вода в газообразном состоянии, которое образуется,
когда вода кипит или испаряется. Настоящий пар невидим; однако слово «пар»
часто ошибочно относят к влажному пару, видимому туману, как аэрозолю водяных
капель, образующихся при конденсации водяного пара.

И тут всплывает такое понятие, как «точка росы». Это
температура воздуха, которая меняется в зависимости от давления и влажности,
ниже которой водный пар начинает конденсироваться в водяные капли и образуется
роса. Т.е. агрегатное состояние воды из газообразного состояния меняется на
жидкое.

Закипает жидкая пресная вода при 100°C (градусах Цельсия)
или 212°F (градусах Фарингейта), в условиях нормального атмосферного давления.
Чем ниже давление (например, в горах), тем выше температура кипения.

Состояние газа

Итак, вода в газообразном состоянии – это пар. Утверждение,
что большая часть воды в гидросфере находится в газообразном состоянии – не
верно.

Не все хорошо себе представляют, в каком состоянии вода
способна испаряться. Оказывается, вода в твердом состоянии испаряется так же,
как и жидкая, только медленнее! Скорость испарения зависит от температуры. Т.е.
в газообразное состояние вода может переходить прямо из твердого, минуя жидкое.

Испаренная с поверхности Земли вода в газообразном состоянии
образует облака и тучи

Четвертое агрегатное состояние: плазма

Все знают, в каких трех состояниях вода находится в
окружающей природе. Однако, ученые знают и четвертое состояние воды – плазму,
которую называют гидроплазмой.

Водяной пар можно нагреть до такой температуры (2 200 -13
900°С, или 4 000- 25 000 ° F), что молекулы воды распадаются и получается
просто смесь атомов водорода и кислорода в виде плазмы. Там динамически может
присутствовать некоторое количество молекул воды, но всё равно эта смесь ионов
и молекул будет водородно-кислородной плазмой.

Вообще плазма – это такое состояние вещества, которое
настолько насыщено энергией, что от атомов отлетают электроны. Не говоря уже о
разрушении молекулярных структур и кристаллических решеток.

Плазменное состояние воды в природе не встречается, однако оно
всё больше интересует ученых в плане возобновляемых источников энергии. Очень
заманчивая идея – получение из воды топлива в виде горючего водорода, который
реагирует с кислородом и опять образует воду…

Как меняются агрегатные состояния

В принципе, агрегатное (физическое) состояние воды, как и
любого другого вещества, зависит от температуры и давления. В природных
условиях Земли возможны только три состояния веществ: твёрдое, жидкое и
газообразное. Это и есть ответ на вопрос «в каких трех состояниях вода
находится в природе».

Также теперь Вы знаете ответы на многие другие интересные
вопросы типа «какой металл, находясь в расплавленном, т.е. жидком, состоянии,
может заморозить воду, т.е. превратить ее в лёд» и т.п.

И Вы имеете понятие, в каком агрегатном состоянии может
находиться вода в природе и в искусственных условиях.