Какими свойствами вода в разных состояниях
МОУ « СОШ №61» г. Саратова
Разные состояния воды.
Определение свойств воды в разных состояниях.
Тема моего проекта «Разные состояния воды. Определение свойств воды в разных состояниях».
Обоснование темы. Вода занимает практически ¾ поверхности земного шара – это океаны, моря, реки, озера, водопады, болота. Огромный воздушный океан укутывает нашу Землю сплошной оболочкой. А ведь и в воздухе много воды: в виде облаков, пара, туч, туманов. Вода есть и под землей: вытекает ручейками, вырывается гейзерами. Белые шапки ледников покрывают высочайшие горы, плывут по океанам громадные ледяные глыбы-айсберги.
Все без исключения живые существа на Земле и растения содержат в своем организме воду – в среднем 80% веса. Обезвоживание организма на 12%-15% приводит к нарушению обмена веществ, а потеря до 25% воды – к гибели организма. Без воды человек может прожить 3 дня, в то время как без пищи 30-50 дней.
Практическая деятельность с целью установления существенных свойств воды в жидком состоянии, а также в твёрдом и газообразном.
Опыт и анализ его результатов.
Проектным продуктом будет результат исследования. Этот продукт поможет достичь целей проекта, так как будет способствовать преодолению его исходной проблемы.
Первая: предположим, что вода бывает жидкой и твёрдой (лёд).
Вторая: предположим, что вода может быть и в газообразном состоянии.
Третья: предположим, что в жидком состоянии вода бесцветная, без запаха, безвкусная, прозрачная, текучая. Лёд бесцветный, без запаха, безвкусный, прозрачный, хрупкий.
Четвёртая: допустим, что при температуре ниже нуля вода превращается в лёд.
Таким образом, подтвердились все мои гипотезы. Я достигла своих целей, узнала много нового о воде, научилась проводить эксперимент и вести дневник наблюдений (приложение 1), работать в текстовом редакторе Microsoft Word и составлять компьютерную презентацию (приложение 2).
В дальнейшем я планирую продолжить своё исследование.
Цель работы: определить в каких состояниях существует вода в природе и как может переходить из одного состояния в другое, при каких условиях вода испаряется, замерзает.
№ п/п
Ход работы
Результаты наблюдений
Вывод
1.
Взяли цветные полоски бумаги (синий, оранжевый, фиолетовый, красный, зеленый). С их помощью определим цвет воды. Приложим и сравним цвет воды и цвет каждой полоски.
Цвет воды не совпадает ни с одной из полосок.
Вода бесцветна.
2.
В стакан с водой опустим ложку.
Ложка хорошо видна.
Вода прозрачна.
3.
Налили воду в стаканы, попробовали на вкус. Добавили соль, сахар в разные стаканы. Снова попробовали.
Чистая вода безвкусна. Вода приобретает вкус растворённого в ней вещества.
Вода не имеет вкуса.
4.
Налили воду в стаканы, понюхали. Добавили в один стакан чай, в другой каплю ароматного масла апельсина.
Запах у чистой воды не ощущается. Вода с добавками пахуча.
Вода не имеет запаха.
5.
Насыпали в один стакан с водой соли в другой картофельный крахмал. Помешали воду.
Вода растворила кристаллы соли, а часть крахмала осела на дно.
Вода-растворитель, но не все вещества в ней растворяются.
6.
Приготовили стакан с мутной водой (крахмал), чистый стакан, воронку, фильтр. Осторожно вливаем в воронку мутную воду. Наблюдаем за водой, которая вытекает из воронки. Проверяем её на прозрачность.
Не растворившиеся вещества остались на фильтре, а вода прошла через него.
Вода очищается, то есть фильтруется.
7.
Приготовили бледный раствор гуаши розового цвета. Поместили в раствор несколько таблеток активированного угля, размешали.
Не растворившиеся частицы угля осели на дно. А раствор заметно побледнел.
Вода очищается при помощи адсорбентов.
8.
Открыли кран водяной, налили воду на блюдце, слегка наклонили блюдце, перелили воду из одного стакана в другой.
Вода течет.
Вода обладает свойством текучести.
9.
Налили воду в сосуды различной формы (бутылка, банка, графин, стакан, фужер и т.д.).
Вода приняла форму сосуда, в который налита.
Вода не имеет формы.
10.
Сосуд, заполненный водой (предварительно маркером отмечен уровень воды), опускаем в горячую воду.
Вода в сосуде незначительно, но поднимается.
Вода при нагревании расширяется.
11.
Сосуд, заполненный водой (предварительно маркером отмечен уровень воды), опускаем в ледяную воду.
Вода в сосуде незначительно, но опускается.
Вода при охлаждении сжимается.
12.
В чайник налили воды и довели до кипения.
У самого краешка носика чайника почти невидимый водяной пар (очень горячий). Остывая на воздухе, пар превращается в туман. А туман — это мельчайшие капельки воды. Его мы видим, когда он струёй вырывается из носика чайника.
При кипении вода превращается в прозрачный водяной пар – испаряется. Вода из жидкого состояния переходит в газообразное.
13.
Вскипятили воду в кастрюле, накрыли крышкой. Подождали некоторое время.
На крышке появились капли воды – это сконденсированный пар.
При изменении температуры окружающей среды вода переходит из одного состояния в другое. Из жидкого в газообразное, из газообразного в жидкое.
14.
Налили воду в стакан, отметили уровень воды. Перелили в кастрюлю, вскипятили, остудили. Перелили воду в стакан.
Воды в стакане стало меньше.
Вода при кипячении испаряется, её объём уменьшается.
15.
В блюдце налили небольшое количество воды и поставили в морозильную камеру.
Вода в блюдце замёрзла.
Вода из жидкого состояния перешла в твердое (лёд).
16.
Блюдце с замёрзшей водой оставили при комнатной температуре.
Через некоторое время в блюдце снова оказалась вода.
При изменении температуры окружающей среды вода из твёрдого состояния перешла в жидкое.
17.
Налили в сосуд воду. Поместили в него предварительно замороженные кубики льда.
Лёд плавает на поверхности воды.
Лёд легче воды. Плотность льда меньше, чем у жидкой воды, что является аномальным свойством воды.
18.
Налили воду в пластиковую бутылку и стеклянную банку, поместили на ночь в морозильную камеру.
Дно у пластиковой бутылки стало выпуклым. Крышка у стеклянной банки приподнялась, банка раскололась.
При замерзании воды происходит расширение её объёма, что является ещё одним аномальным свойством воды.
19.
В один сосуд налили воду, другой, такой же, заполнили кусочками льда.
Вода равномерно заполнила сосуд, между кусочками льда остались пустоты.
Вода занимает весь предоставленный объём, лед – нет.
20.
В блюдце налили воды и оставили в комнате.
На следующий день в блюдце было очень мало воды, ещё через день её не стало совсем.
Вода при комнатной температуре испаряется.
21.
Мокрое полотенце вывесили на балконе в морозный день.
Наблюдаем.
Сначала полотенце замёрзло, стало жёстким. Примерно через сутки высохло.
Вода испаряется при любой температуре.
Цель работы: определить свойства воды в разных состояниях.
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.
Агрегатные состояния воды в природе — облака, дождь, снег, лед, град, роса, иней туман … мы знакомы с ними с раннего детства.
Агрегатные состояния воды 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 → .
Агрегатные состояния воды — 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.
Рекомендуем к изучению по данной теме
- Производство и получение пресной воды.
- Химические свойства воды.
- Использование и применение воды.
- Строение молекулы воды.
- Круговорот воды в природе — гидрологический цикл.
- 4 физических состояния воды.
Источники: https://www.inderscienceonline.com/doi/pdf/10.1504/IJNT.2016.079670
Агрегатные состояния воды в природе
ДАТА СОЗДАНИЯ ПУБЛИКАЦИИ: Июл 5, 2014 22:28 Waterman