Фізичні властивості води

Будова молекули води і її стан

Вода може перебувати в трьох агрегатних станах - газоподібному, рідкому і твердому. У кожному з цих станів структура води неоднакова. У залежності від складу знаходяться в ній речовин вода набуває нових властивостей. Твердий стан води також буває принаймні двох типів: кристалічний - лід і некристалічні - склообразний, аморфний (стан вітрифікації). При миттєвому заморожування за допомогою, наприклад, рідкого азоту, молекули не встигають побудуватися в кристалічну решітку і вода набуває тверде склоподібного стану. Саме ця властивісь води дозволяє заморожувати без пошкодження живі організми, такі, як одноклітинні водорості, листочки моху Mnium, що складаються з двох шарів клітин. Заморожування ж з утворенням кристалічної води призводить до пошкодження клітин. Для кристалічного стану води характерна велика різноманітність форм. Давно помічено, що кристалічні структури води нагадують радіолярії, листя папороті, квіти.

Вода - аномальна речовина, хоча прийнята за еталон заходу щільності й обсягу для інших речовин.

Щільність. Всі речовини збільшують об'єм при нагріванні, зменшуючи при цьому щільність. Однак при тиску 0,1013 Мпа (1 атм) у води у інтервалі від 0 до 4°С при збільшенні температури об'єм зменшується і максимальна щільність спостерігається при 4°С (при цій температурі 1 см³ води має масу 1 г). При замерзанні об'єм води різко зростає на 11%, а при таненні льоду при 0°С так само різко зменшується. Зі збільшенням тиску температуру замерзання води знижується через кожні 13,17 МПа (130 атм) на 1°С. Тому на великих глибинах при мінусових температурах вода в океані не замерзає. Зі збільшенням температури до 100°С густина рідкої води знижається на 4% (при 4°С щільність її дорівнює 1).

Точки кипіння і замерзання (плавлення). При тиску 0,1013 Мпа (1 атм) точки замерзання і кипіння води знаходяться при 0°С і 100°С, що різко відрізняє воду від сполук водню з елементами 6-ї групи періодичної системи Менделєєва. Температура кипіння води зростає зі збільшенням тиску, а температура замерзання (плавлення) - падає.

Теплота плавлення. Прихована теплота плавлення льоду дуже висока-близько 335 Дж/г (для заліза - 25, для сірки - 40). Ця властивість виявляється, наприклад, в тому, що лід при нормальному тиску може мати температуру від
-1 до -7°С. Прихована теплота пароутворення води (2,3 кДж/г) майже в 7 разів вище прихованої теплоти плавлення.

Теплоємність. Величина теплоємності води (тобто кількість теплоти, яка необхідна для підвищення температури на 1°С) в 5-30 разів вище, ніж у інших речовин. Лише водень і аміак мають більшу теплоємність. Крім того, лише у рідкої води і ртуті питома теплоємність із підвищенням температури від
0 до 37°С падає (потім починає зростати). Виходить, що легше всього вода нагрівається і швидше за все охолоджується при температурі, рівній 37°С. Питома теплоємність води при 16°С умовно прийнята за одиницю, служачи еталоном для інших речовин. Оскільки теплоємність піску в 5 разів менше, ніж у рідкої води, то при однаковому нагріванні сонцем вода у водоймище нагрівається в 5 разів слабкіше, ніж пісок на березі, але в стільки ж разів довше зберігає теплоту. Висока теплоємність води захищає рослини від різкого підвищення температури при високій температурі повітря, а висока теплота пароутворення бере участь у терморегуляції у рослин.

Високі температури плавлення і кипіння, висока теплоємність свідчать про сильне тяжіння між сусідніми молекулами, внаслідок чого рідка вода має велике внутрішнє зчеплення.

Поверхневий натяг і прилипання. На поверхні води через некомпенсірованість зчеплення (когезії) її молекул створюється поверхневий натяг, величина якого при 18°С дорівнює 0,72 мН/см (вище тільки у ртуті -
5 мН/см). Вода також має властивість адгезії (прилипання), котра виявляється при її підйомі проти гравітаційних сил. У капілярах поєднуються сили зчеплення молекул води в прикордонному з повітрям шарі з її адгезією з матеріалом стінок капіляра. У результаті в капілярі утворюється увігнута поверхня води вище її вихідного рівня. У ртуті, що не володіє властивістю адгезії, поверхня меніска в капілярі випукла. Те ж спостерігається в капілярах з незмочувальна водою стінками.

Особливими фізичними властивостями володіє тала вода. У неї інша в'язкість, теплота випаровування і цілий ряд інших показників. Для талої води характерна підвищена біологічна активність: политі нею кімнатні квіти краще ростуть, а насіння, поміщені в неї, швидше проростають.

Дата добавления: 2014-01-07