Чому вода замерзає дикий дикий світ
Вода - архіважливе речовина для будь-якого живої істоти і для всієї планети в цілому. Виключно завдяки наявності води на нашій планеті колись змогла зародитися життя і виключно завдяки фізичним і хімічним властивостям води життя отримала можливість розвиватися і поширюватися. Але чи замислювалися ви коли-небудь про цих самих властивостях, задавали чи собі питання: "Чому вода так просто змінює свої фізичні стану і що дозволяє їй це робити?"
Вода - неорганічна сполука бінарного типу, тобто утворене атомами двох різних хімічних елементів. До складу однієї молекули води входять два атоми водню і один атом кисню.
На Землі, завдяки нормальним температурі і тиску, переважна більшість води знаходиться в рідкому стані - близько 98%, ще 1,7% припадає на льодовики і приблизно 0,001% міститься в атмосфері в газоподібному стані. Існування одразу трьох агрегатних форм у відносно вузьких температурних межах (маються на увазі кліматичні умови Землі) обумовлено особливими фізичним будовою молекул води і зв'язками між ними.
Переходи води з одного агрегатного стану в інше обумовлені її фізичними властивостями, зокрема особливостями молекулярних зв'язків і зміною їх властивостей під впливом певних умов навколишнього середовища.
При температурі від 1 до 99 градусів Цельсія молекули води знаходяться в постійному русі, зумовленому тепловою енергією. При цьому кожна молекула води пов'язана одночасно з чотирма іншими молекулами, цей зв'язок постійно прагнути до утворення певної впорядкованої структури, але тепловий рух цьому перешкоджає. Всю цю складну наукову "біліберду" можна пояснити трохи простіше: всі молекули води пов'язані між собою, але їх рух відносно один одного не дає їм прийняти якусь певну структуру. Це легко можна простежити на прикладі, налив води в склянку - вода зразу показує форму склянки, але сама по собі утримати цю форму не може.
Приблизно так виглядають молекули води в рідкому стані. Кожна молекула з'єднана з чотирма іншими, і всі вони знаходяться в постійному русі.
При температурі 0 ° С енергія молекулярних зв'язків починає переважати над енергією теплового руху. В результаті термічна енергія більше не перешкоджає утворенню строго впорядкованої структури. Відстань між молекулами збільшується, щільність води, навпаки, знижується і утворюється так звана кристалічна структура води. або просто лід. Саме завдяки освіті впорядкованої і стабільної структури лід може тримати форму.
Кристалічна решітка води. Червоні кульки - атоми кисню, сірі - атоми водню. Сірі пунктирні лінії - водневі зв'язку.
При температурі 0 ° С енергія молекулярних зв'язків переважає над енергією теплового руху, - формування впорядкованої структури більше нічого не заважає і утворюється так звана кристалічна структура води. або просто лід.
При температурі 100 ° С відбувається розрив молекулярних зв'язків, в слідстві чого молекули відокремлюються одна від одної і вода переходить у фазу пара (газоподібного стану). Для розриву зв'язків необхідна велика кількість енергії, тобто тепла.
Як узагальнення, можна сказати, що переходи води з одного агрегатного стану в інше обумовлені її фізичними властивостями, зокрема особливостями молекулярних зв'язків і зміною їх властивостей під впливом певних умов навколишнього середовища.
Кілька цікавих фактів про фазових станах води:
- Чи замислювалися Ви коли-небудь, чому вода замерзає при температурі саме 0 ° С і переходить в пароподібний стан при 100 ° С? Справа в тому, що на основі цих значень і була побудована шкала вимірювання температури "за Цельсієм" шведським вченим Андерсом Цельсієм.
- Значення 0 і 100 ° С для замерзання і кипіння води відповідно справедливі тільки для стандартного тиску (1 атмосфера або 10 Паскалей). При підвищенні тиску температура кипіння води і плавлення льоду зростає. Наприклад при тиску в 6 атмосфер вода почне кипіти тільки при 158 градусах Цельсія.
- Крім рідкого, газоподібного і твердого стану вода може існувати і в інших фазах: перегріта рідина, пересичена пара і переохолоджена рідина.
- Вода може одночасно перебувати в трьох агрегатних фазах при строго певних значеннях тиску і температури. Цей стан носить назву "Потрійна точка води" і спостерігається при 0,01 ° С і 611,657 Па.