Физические свойства воды

Вода

«Вода!... Ты не просто необходима для жизни, ты и есть сама жизнь!"

Антуан де Сент - Экзюпери

2

Вода имеет наибольшую удельную теплоемкость

Среди самых распространенных жидкостей вода имеет наибольшую удельную теплоемкость. Это свойство и обуславливает ее важную роль в природе. Так, благодаря большой теплоемкости мирового океана сглаживаются температурные переходы от зимы к лету и наоборот, что позволяет живым организмам постепенно приспосабливаться к новым сезонным условиям.

1кг вода на 1С 4200 Дж песок в 5,2 раза меньше воздух в 4,2 раза меньше

Вещество

Удельная теплоемкость, Дж/кгС

Вода

4200 !

Кровь

3890

Спирт этиловый

2510

Золото

1300

Воздух

1000

Ртуть

140

Вода стоит на первом месте среди веществ, которые входят в состав клетки

что способствует поддержанию стабильности температуры тела живых организмов. Человек на 2/3 своей массы (60%) состоит из воды. Чем объяснить, что из известных нам 110 химических элементов в состав клеток живых организмов входят только 24: водород- 60% кислород – 255 С – 10% N, Са, Р, Сl, S, Nа, Мg… – 3%.

Лед

0 С.

Разница между ними по запасу внутренней энергии так же велика, как между водой при 0С и при 80С.

Вода 0 С

Одинаков ли запас внутренней энергии?

Что является следствием данного факта?

Вещество

Удельная теплота плавления, дж/кг

Лед

330 000

Сталь

82 000

Свинец

25 000

Удельная теплота замерзания

То, что у воды рекордно большая, по сравнению с другими веществами, удельная теплота замерзания, приводит к тому, что водная поверхность не «спешит» одеваться льдом при первых заморозках, но и не «торопится» сбросить ледяной панцирь в самом начале весны. Этим можно объяснить то факт, что во время весеннего ледохода у реки прохладно, а во время снегопада – тепло.

Вода требует громадного количества теплоты для своего испарения

Даже в жару листья растений кажутся прохладными, - с них все время испаряется вода, а, как вы знаете при испарении 1г воды тело теряет 2300 Дж теплоты!

За целый день тяжелой физической работы человек теряет до 10 л влаги. Если бы вода не выделялась из организма (через пот), то человек нагрелся бы до 100 градусов.

Вода испаряясь при атмосферном давлении увеличивает свой объем в 1200 раз!!!

Когда теплее: во время дождя или после него?

Вещество

Удельная теплота парообразования, дж/кг

Вода

2 300 000

Спирт этиловый

963 000

Ртуть

290 000

Аномально и изменение плотности воды

Плотность других жидкостей, как правило, при понижении температуры постепенно возрастает и становится максимальной при замерзании. А плотность воды при охлаждении «нормально» возрастает лишь до +4С, достигая 1г/куб см. От 4 градусов Цельсия до 0 – она уменьшается. Плотность же льда резко, скачком уменьшается до 0,9г/куб.см.Это имеет очень большое значение в жизни природы.

При охлаждении пресных водоемов зимой, по мере понижения температуры поверхностных слоев более плотные массы воды опускаются вниз, а на их место поднимаются снизу теплые и менее плотные. Так происходит до тех пор, пока

вода в глубинных слоях не достигнет температуры 4 градусов. При этом конвекция прекращается, т.к. внизу находится более тяжелая вода. Дальнейшее охлаждение воды происходит только с поверхности, чем и объясняется образование льда в поверхностном слое водоемов. Благодаря этому подо льдом не прекращается жизнь, т.к. водоем не промерзает полностью.

Что мы знаем о воде

Наибольшая теплоёмкость С = 4200 Дж/кг С среди жидкостей

Бесцветна, без запаха

Вода Н2О

Удельная теплота отвердевания

Плотнее чем лёд

Удельная теплота парообразования

Строение молекулы воды

Но.

О о )!105

Строение молекулы воды.

*

Н

Н

+ О

- Н

*

Н

Н

Диполь

В молекуле воды один атом кислорода ковалентно связан с двумя атомами водорода. Молекула воды нелинейна; угол между связями О – Н равен примерно 105 градусов. Связи эти не только ковалентны, но и полярны. Атомы Н несут на себе некоторый положительный заряд, атомы О – отрицательный. Поэтому и полярна молекула в целом; она представляет собой диполь.

2

Дипольные молекулы

взаимодействуют сильнее, чем молекулы неполярные. Но молекулы воды связаны между собой гораздо прочнее, чем можно было ожидать, учитывая лишь физическое взаимодействие диполей. Это объясняется существованием водородных связей. В водородной связи участвуют атом О одной молекулы и атом Н – другой. Такие связи гораздо менее прочны(в15- 20 раз) чем ковалентные, и все же именно благодаря им взаимодействие молекул в воде гораздо сильнее, чем во многих других жидкостях.

Н

Н

О

Н

О

. . .

Н

Молекулярная структура

агрегатного состояния воды(жидкость).

Именно повышенная прочность связей между молекулами Н2О служит причиной аномально высокой температуры кипения воды. Сильное межмолекулярное взаимодействие затрудняет переход молекул из жидкости в пар. Поскольку тепловая энергия при нагревании воды расходуется не только на ускорение движения молекул воды, но и на разрыв водородных связей между ними, то теплоемкость воды оказывается столь большой.

Вещество

С высокой полярностью молекул воды связано большое значение ее диэлектрической проницаемости и почти не имеющая себе равных способность растворять другие полярные соединения и вызывать электролитическую диссоциацию кислот, оснований и солей.

Вещество

Вода

81

Спирт этиловый

25

Бензин

2

Строение льда

В кристаллах льда также существуют водородные связи. Но здесь система таких связей статична, а следовательно, еще более прочна, чем в жидкой воде. В этом причина аномально высокой температуры плавления и удельной теплоты плавления льда.

В кристаллах льда каждая молекула воды соединена водородными связями с четырьмя соседними. Такая структура ажурна – в ней много «пустот». Вот почему плотность льда сравнительно низка. При плавлении льда часть «пустот» заполняется «одиночными» и «сдвоенными» молекулами Н О, уже освободившимися из кристаллической решетки. Поэтому плотность воды выше, чем у льда. Объем льда на 10% больше объема воды.

2

Существование воды

на нашей планете в трех агрегатных состояниях – газообразном, жидком и твердом – обязано одному важному счастливому обстоятельству: вращению Земли вокруг Солнца на среднем расстоянии 150 млн км. Если бы путь от Земли до Солнца составлял менее 134 млн км, то вся вода океанов, морей и рек испарилась бы. Увеличение расстояния между Землей и Солнцем более чем на 166 млн км привело бы к исчезновению жидкой воды на нашей планете – она полностью превратилась бы в лед.