Фізичні властивості води: доповідь
При звичайних умовах вода – це рідка прозореа речовина без кольору, смаку і запаху. Щільність рідкої води має максимальне значення – 1 г/см3 при 4°C. При 0°C вода переходить з рідкого стану в твердий – лід. При 100°C вода кипить і переходить в газоподібний стан – водяна пара.
Аналоги води за будовою та хімічним складом – H2S, H2Se, H2Te – при кімнатній температурі знаходяться в газоподібному стані. Якби властивості води підпорядковувалися загальній закономірності, то вона закипала б при температурі -70°C, а лід утворювався б при -90°C, що навряд чи сприяло життю на планеті в його теперішньому вигляді. Наявність водневого зв’язку у низькомолекулярних речовин води і пояснює аномально високі значення її температур плавлення і кипіння.
Чисте речовина вода володіє і іншими особливостями, які роблять це з’єднання воістину унікальним.
Вода здатна розширюватися при замерзанні і мати при +4°C максимальну щільність. Тому при температурі менше +4°C лід займає верхню частину водойми, вкриваючи, як шубою, його нижні шари і захищаючи водойму від промерзання. Це рятує нашу планету від обмерзання. Не володіючи вода такою загадковою властивістю, всі водойми і навіть Світовий океан за певний геологічний період промерзли б до дна. Життя на Землі не тільки не отримало б свій еволюційний розвиток, воно просто б не виникло.
Вода володіє високими значеннями питомої теплоти плавлення і питомої теплоти пароутворення, яким академік В. І. Вернадський надавав планетарне значення, так як вони визначають багато фізико-хімічних та біологічних процесів на Землі.
Висока питома теплота плавлення льоду, рівна 332 – 103 Дж/кг, оберігає нашу планету від всесвітніх потопів. Танення льоду і снігу пов’язане з величезними енергетичними затратами, тому процес відбувається поступово, в більшості випадків не завдаючи шкоди природі.
На випаровування 1 кг води при нормальному атмосферному тиску і температурі кипіння витрачається 2257 – 103 Дж теплоти, тобто приблизно в 7 разів більше, ніж на плавлення 1 кг льоду. У цьому причина збереження води в рідкому стані на нашій планеті. Навіть у найспекотніші дні вода випаровується вкрай повільно. Тому і сезони року змінюються не різко, а плавно: літо – осінь – зима – весна.
Вода має високу питому теплоємність.
Ця величина показує, яку кількість теплоти треба затратити для нагрівання 1 кг води на 1 K. Виявляється, кількість теплоти дорівнює 4,1868 – 103 Дж.
Через високу питому теплоємність води на континентах не буває різкого перепаду температур взимку і влітку, вночі і вдень, оскільки вони оточені гігантським регулятором, своєрідним термостатом – водами Світового океану.
При нагріванні всіх речовин питома теплоємність їх, як правило, зростає, але вода – виняток. Зміна питомої теплоємності води з підвищенням температури аномальна: від 0 до 30°C вона знижується і тільки від 50 до 100°C підвищується. Значить, питома теплоємність води досягає мінімального значення при 36-37°C, тобто поблизу нормальної температури тіла людини і ссавців, що сприятливо для біохімічних реакцій в їх організмі.
Ще одна особливість води – високий поверхневий натяг.
На кожну молекулу всередині рідини діють сили тяжіння сусідніх молекул, що оточують її з усіх боків. На молекули поверхневого шару діють як молекули рідини, так і молекули газів повітря. Взаємне тяжіння молекул рідини більше, ніж молекул рідини і газу, тому рівнодіюча сил тяжіння спрямована всередину рідини і молекули поверхневого шару прагнуть в неї втягнутися.
Під дією цієї сили число молекул на поверхні зменшується, її площа скорочується. Але всі молекули, зрозуміло, не можуть піти всередину. На поверхні залишається таке їх число, при якому вона виявляється мінімальною. Для перенесення молекул з глибини об’єму рідини в її поверхневий шар необхідно зробити роботу з подолання рівнодіючих сил тяжіння, що діють на молекулу в поверхневому шарі.
Поверхневим натягом називається величина, що дорівнює роботі, витраченій на збільшення поверхні рідини на одну одиницю.
Поверхневий натяг збирає воду в краплі і дозволяє водомірці ковзати по воді.
Ще одна характеристика води – в’язкість. Зазвичай з підвищенням тиску в’язкість речовини збільшується, а з ростом температури зменшується. Вода і тут виділяється. Її в’язкість з ростом тиску при температурі нижче -30°C значно зменшується. Тому активність організмів, що живуть в низькотемпературних середовищах, не сильно залежить від цих температур: кров, що не втратила плинності, продовжує виконувати свої функції так само інтенсивно, як і при більш високих температурах.
Питання з цього матеріалу:
- Якими фізичними властивостями володіє вода? Що таке поверхневий натяг? Як водневий зв’язок визначає фізичні властивості води? Перерахуйте відомі вам аномалії фізичних властивостей води. Яку роль аномалії фізичних властивостей води грають в Природі?
(2 votes, average: 3.50 out of 5)