§ 25. Вода, склад її молекули, фізичні властивості, поширеність у природі

Вода. Вам добре відомо, що її молекула складається з атома Оксигену та двох атомів Гідрогену (рис. 25.1).

Рис. 25.1. Масштабна (1) і кулестержнева (2) моделі молекули води

Зобразіть знакову модель молекули води.

Усно обчисліть відносну молекулярну масу води.

Поміркуйте, що ще можна обчислити за хімічною формулою води, та виконайте ці розрахунки.

За звичайних умов вода – безбарвна рідина, без смаку і запаху. У природі трапляється в різних станах – рідкому, твердому, газуватому (рис. 4.5). За тиску 1 атм температура замерзання води становить 0 °С, а температура її кипіння дорівнює 100 °С (рис. 25.2).

Цікаво і пізнавально

Градус Цельсія (°С) – одиниця вимірювання температур, названа на честь шведського науковця Андерса Цельсія, який в 1742 році запропонував нову шкалу для вимірювання температури. Нуль у сучасній шкалі Цельсія – точка плавлення льоду (і замерзання води), 100 градусів – точка кипіння води (і конденсації її пари) за тиску 1 атм.

Рис. 25.2. 1. Температури замерзання (а) і кипіння (б) води. 2. На них ґрунтується температурна шкала Цельсія

Сніг, лід, паморозь – приклади існування води в твердому стані. Краплини роси на пелюстках квітки, бурхливий водоспад, непорушне дзеркало озера. Ці об’єкти поєднує не лише природна краса, а й рідкий стан води. Водяна пара переважно асоціюється з киплячим чайником або горнятком гарячої кави. Водночас вона – характерний елемент пейзажів Ісландії – країни Великого Гейзера (рис. 25.3).

Рис. 25.3. Розмаїта вода

Через особливості будови кристалів льоду (рис. 25.4) його густина менша за густину води в рідкому стані. Ця властивість запобігає промерзанню водойм.

Рис. 25.4. 1. Кожна молекула води в структурі льоду асоційована із чотирма іншими молекулами: утворюється ажурна конструкція з «порожнинами» між фіксованими молекулами води, що спричиняє значне розширення всієї замерзлої маси. 2. Графік залежності густини води від температури

За рисунком 25.4 визначте: а) густину льоду; б) температуру, за якої густина води максимальна.

Уночі та під час переходу від теплої до холодної пори року вода остигає поволі. Удень або під час переходу від холодної до теплої пори року так само повільно нагрівається. Завдяки цій властивості вода є регулятором температури на Землі й хорошим теплоносієм. Досягнувши максимальної густини, верхній шар води опускається на дно водойми, постачаючи кисень її мешканцям і забезпечуючи рівномірний розподіл поживних речовин. Тепліші шари води, що піднялися до поверхні, ущільнюються внаслідок контактування із повітрям над поверхнею води, охолоджуються та опускаються долу. Таке «перемішування» відбувається доти, доки температура в усіх шарах не зрівняється. Тоді циркуляція припиняється, і водойма починає вкриватися плаваючим шаром льоду.

Поширеність води у природі. На Землі близько 96,5 % води – це вода океанів, 1,7 % світових запасів припадає на ґрунтові води. Стільки само – на льодовики і крижані шапки Антарктиди і Гренландії. Невелика частка її – у річках, озерах і болотах, і лише 0,001 % – у хмарах.

Вода – важливий складник усього живого. Вона є в усіх живих рослинних і тваринних істотах. Масові частки води в організмах приблизно такі: у рибі – 75 %, у медузах – 99 %; у картоплі – 76 %; в яблуках – 85 %; у помідорах – 90 %; в огірках – 95 %; у кавунах – 96 %(рис. 25.5). В організмі людини залежно від віку – 50-86 % води.

Рис. 25.5. Чим подібні медуза (1) і кавун (2)?

Про воду як унікальний розчинник ви дізнаєтеся з наступного параграфа.

ПРО ГОЛОВНЕ

• Молекула води складається з атома Оксигену та двох атомів Гідрогену.
• Знакова модель молекули води – це її хімічна формула – H₂O.
• За звичайних умов вода – безбарвна рідина, без смаку і запаху.
• Вода у природі трапляється в різних станах – рідкому, твердому, газуватому.
• За тиску 1 атм температура замерзання води становить 0 °С, температура її кипіння дорівнює 100 °С.
• Вода – важливий складник усього живого.

Перевірте себе

• 1. Яка хімічна формула води?
• 2. Які фізичні властивості води?
• 3. У яких станах трапляється вода на Землі?
• 4. Чи більша густина льоду за густину води – рідини?
• 5. Якої води в природі більше – прісної чи солоної?

Застосуйте свої знання й уміння

• 6. Чому лід плаває на поверхні водойми?
• 7. Чому замерзла вода розриває зсередини посудину (рис. 16.1)?
• *8. Чому можна кип’ятити на відкритому вогні воду у пластиковій пляшці або картонному стаканчику?
• 9. Чому воду використовують як теплоносій у системах опалювання? Яка фізична властивість води обмежує таке її застосування?
• 10. Складіть ілюстровану узагальнювальну схему «Фізичні властивості води».
• 11. Поясніть, які агрегатні стани води описано в уривках з літературних творів: «Личить їм: роса – троянді, блиск снігів – сивинці сніжній». Ш. Руставелі. «Витязь у тигровій шкурі»; «Просвітліло після дощу, і потім зразу земля стала парувати і почало сходити скрізь: все зазеленіло!». Василь Барка. «Жовтий князь».

Творча майстерня

Дізнайтеся більше про воду в природі (с. 181).

Що таке температура плавлення води?

Температура плавлення води не завжди збігається з температурою замерзання води ! Ось погляд на температуру плавлення води та чому вона змінюється.

Температура плавлення води – це температура, при якій вона перетворюється з твердого льоду в рідку воду. При цій температурі тверда і рідка фази води знаходяться в рівновазі. Температура плавлення трохи залежить від тиску , тому немає жодної температури, яку можна вважати точкою плавлення води. Однак для практичних цілей температура танення чистого водяного льоду при тиску в 1 атмосферу дуже близька до 0 °C, тобто 32 °F або 273,15 K.

Точка плавлення та температура замерзання води в ідеалі однакові, особливо якщо у воді є бульбашки газу, але якщо у воді немає точок зародження, вода може переохолоджуватися аж до –42 °C (–43,6 °F, 231 K) перед заморожуванням. Тому в деяких випадках температура плавлення води значно вища за температуру її замерзання.

Вивчайте більше

Технічна енциклопедія TechTrend

Температура танення льоду під тиском в одну атмосферу дорівнює 27315000 0002 До по термодинамічної шкалою 1954 року.

Температура танення льоду прийнята О С, температура кипіння води 100 С.

Температура танення льоду при нормальному тиску позначена 0 С. Як бачимо, різниця між абсолютною шкалою температур Кельвіна і шкалою Цельсія тільки на початку відліку (в положенні нуля) температури.

значення температури танення льоду в абсолютній термодинамічної шкалою складає 27315 К. Таким чином, між абсолютною термодинамічною температурою Г і термодинамічною температурою в градусах Цельсія t виконується співвідношення T t 27315 К. Одиницею абсолютної термодинамічної температури є Г К. Ця одиниця входить IB число шести основних одиниць, на яких побудована сучасна система одиниць вимірювання СІ.

Номограма для обчислення поправок на виступаючий стовпчик. На шкалі Фаренгейта температура танення льоду відповідає 32 F, а температура кипіння води 212 F.

За цією шкалою температура танення льоду (затвердіння води) при атмосферному тиску дорівнює 0 С, а температура кипіння води при атмосферному тиску дорівнює 100 С.

За нульову точку прийнята температура танення льоду.

Отже, чисельне значення температури танення льоду можна визначити, вимірявши роботу, вироблену за один цикл Карно, і кількість тепла, що віддається таящему льоду також за один цикл.

У шкалі Кельвіна за температуру танення льоду прийнята величина 27315 К.

На шкалі Реомюра О3 відзначена температура танення льоду і 80-температура кипіння води.

На шкалі Реомюра 0 відзначена температура танення льоду і 80J – температура кипіння води.

Льодосоляне охолодження системи Фоігч-тор. Льодосоляне охолодження засноване на зниженні температури танення льоду при додаванні до нього солі. Охолодження розчину може бути вироблено до кріогідратной точки, при якій розчин, сіль і лід знаходяться в стані рівноваги.

Наприклад, можна довільно прийняти температуру танення льоду за 0 температуру кипіння води – за 100 а інтервал між цими температурами розділити на 100 частин.

Кубічний сантиметр водню, при температурі танення льоду і під тиском однієї атмосфери, важить 000008954 грама.

При атмосферному тиску і при температурі танення льоду середній шлях молекули водню становить близько однієї десятитисячної міліметра або близько /5 довжини хвилі зеленого світла.

Температура 0 С є одночасно температурою танення льоду і температурою замерзання води. Що станеться, якщо ми в калориметр з водою при 0 С покладемо шматок льоду з температурою 0 С.

Нульовий точкою на шкалі Цельсія служить температура танення льоду при нормальному тиску (0 С), а температура 100 С відповідає температурі кипіння води при тому ж умови. Вся шкала розбита на рівні 100 частин і кожна 001 частина шкали дорівнює 1 С.

Об’ємна діаграма стану води. Необхідно пам’ятати, що 0 С є температура танення льоду, що знаходиться під атмосферним тиском.

Необхідно пам’ятати, що 0е З є температура танення льоду, що знаходиться йод атмосферним тиском.

З останніх двох рівностей випливає, що температура танення льоду Т0 за обраною нами шкалою дорівнює 27315 градусів, а температура кипіння води Тк дорівнює 37315 градусів.

плоска діаграма стану води. Необхідно пам’ятати, що О С є температура танення льоду, що знаходиться під атмосферним тиском. Так як крива рівноважного співіснування льоду і води нахилена вліво, то температура переходу в потрійній точці (при тиску насичених парів води, що дорівнює 4579 мм рт. Ст.) Вище Про С.

В шкалою Цельсія за початок відліку прийнята температура танення льоду, а в якості основного інтервалу (опорної точки) – температура кипіння води. В температурній шкалі Фаренгейта за початок відліку прийнята температура танення суміші льоду і нашатирного спирту (або кухонної солі), а в якості опорної точки взята нормальна температура тіла здорової людини. За одиницю температури (градус Фаренгейта) прийнята одна дев’яносто шоста частина основного інтервалу. За цією шкалою температура танення льоду дорівнює 32 F, а температура кипіння води 212 F. Таким чином, якщо за шкалою Цельсія різниця між температурою кипіння води і танення льоду становить 100 С, то за Фаренгейтом вона дорівнює 180 F. На цьому прикладі ми бачимо роль прийнятої шкали як в кількісному значенні вимірюваної величини, так і в аспекті забезпечення єдності вимірювань.

За умовний нуль за шкалою Цельсія приймається температура танення льоду; температури нижче нуля позначаються як негативні. Температура, що лежить за шкалою Цельсія нижче нуля на 273 2 називається абсолютним нулем.

З останніх двох рівностей випливає, що температура танення льоду Т0 за обраною нами шкалою дорівнює 27315 градусів, а температура кипіння води Тк дорівнює 37315 градусів.

В температурній шкалі Цельсія початком відліку є температура танення льоду, другий опорною точкою служить температура кипіння води, а за одиницю температури – градус Цельсія ([t ]C) – прийнята одна сота частина основного інтервалу.

За початок відліку по цій шкалі приймають температуру танення льоду при нормальному тиску і позначають її 0 С. За другу точку приймають температуру кипіння води при нормальному тиску і позначають її 100 С. Проміжок між цими точками ділять на 100 рівних частин, і за ціну одного ділення такий шкали приймають Г С.

У шкалі температур Реомюра за нуль температури прийнята температура танення льоду, але точці кипіння води при 101325 Па 1 атм присвоєно значення 80 R. Інтервал між цими точками розбитий на 80 частин, і 1/80 частина являє собою градус Реомюра.

За шкалами Цельсія і Реомюра за 0 прийнята температура танення льоду.

Після того як ми ввели в посудину У додаткову кількість молекул, закриємо кран. При цьому стовп ртуті в лівій трубці піднімається. Різниця рівнів в посудині і трубці вимірює добапочное тиск. Припустимо, що цей досвід ми проробляємо при температурі танення льоду. При цій температурі ми знаємо число молекул будь-якого газу, що займає даний обсяг при атмосферному тиску. Тиск, який чиниться цими молекулами, вимірюється висотою стовпа ртуті в лівій трубці.

Прилад Сиволобова. | Визначення нульової точки термометра. Показання термометра перевіряються при температурі кипіння води і температурі танення льоду.

У 1701 р Ньютон запропонував пов’язати шкалу з температурами танення льоду і тіла людини. Вибір останньої був обумовлений описом походження людини за образом і подобою в біблії – самому офіційному документі того часу.

Інтегруючи тепер рівняння (IX, 18) від температури танення льоду під тиском в одну атмосферу (Г – – – 27315 К, L 0 Kl до якоїсь температури, яка по Г – шкалою дорівнює Т К.

В температурній шкалі Цельсія використовуються дві реперні точки – температура танення льоду 0 С і температура кипіння води при нормальному тиску 100 С. Розбиваючи основний інтервал на 100 частин, отримуємо 1 С.

Згадаймо, що на практиці за 0 умовно приймається температура танення льоду при нормальному тиску, а за 100 – температура кипіння води при нормальному тиску. Однак при розподілі інтервалу між О С і 100 С на сто рівних частин у ртутних і спиртових термометрів їх показання збігаються тільки при О С і при 100 С.

Згадаймо, що на практиці за 0 умовно приймається температура танення льоду при нормальному тиску, а за 100Q – температура кипіння води при нормальному тиску. Однак при розподілі інтервалу між 0 С і 100 С на сто рівних частин у ртутних і спиртових термометрів їх показання збігаються тільки при 0 С і при 100 С . Отже, розширення цих речовин при нагріванні відбувається нерівномірно і отримати єдину температурну шкалу таким способом не можна.

Одиницею вимірювання температури служить Кельвін (К), температура танення льоду при нормальному тиску дорівнює 27315 К, а температура кипіння води 37315 К.

Широко поширені термометри, шкала яких має нуль при температурі танення льоду, а 100 градусів – при температурі кипіння води.

Все, що ми тільки що зробили, відноситься до температури танення льоду.

С, так що нульова точка цієї шкали, відповідна температурі танення льоду при тиску 1 атм, дорівнює 27315 К.

Температура 0 С є, як відомо, одночасно й температурою танення льоду і температурою замерзання води.

Температура Про G є, як відомо, одночасно й температурою танення льоду, і температурою замерзання води. Що ж станеться, якщо ми в посудину з водою при 0 С покладемо шматок льоду при 0 С.

Температура 0 С є, як відомо, одночасно й температурою танення льоду, і температурою замерзання води. Що ж станеться, якщо ми в посудину з водою при 0ЕС покладемо шматок льоду при 0 С.

Градус Цельсія отриманий з умови, що при нормальному атмосферному тиску температура танення льоду дорівнює О С, а температура кипіння води дорівнює 100 С.

Шкала Реомюра – температурна шкала, в якій крапками реперів є температура танення льоду (Про R) і температура кипіння води (80 R); розмір градуса (R) визначається як вісімдесята частина температурного інтервалу між цими крапками реперів.

Температура t О С є, як відомо, одночасно й температурою танення льоду і температурою замерзання води.

Величина градуса Цельсія отримана з умови, що при нормальному атмосферному тиску температура танення льоду дорівнює О С, а температура кипіння води дорівнює 100 С. Цей температурний інтервал розділений на 100 рівних частин.