Вода
Когда температура воды увеличивается, энергия молекул также возрастает, и они оказываются в состоянии разорвать водородные связи и отделиться от образованных групп. После этого молекулы располагаются между группами и, следовательно, занимают меньше места, что приводит к увеличению плотности воды. Создается впечатление, что баланс между этим эффектом и нормальным расширением вещества, которое происходит с увеличением температуры, достигается в пресной воде при 4°С. Ниже 4°С превалирует этот эффект, а при температуре выше 4°С основную роль играет обычное термическое расширение. Точно так же уменьшение вязкости с увеличением давления при низких температурах означает, что вода при этих температурах обладает структурой, которая препятствует течению, но которую можно разрушить, повышая давление.
Вода - весьма эффективный растворитель, и это ее свойство, по крайней мере, частично, можно объяснить присутствием электрических зарядов на молекулах воды. Имеющиеся в растворе отдельные ионы, например в растворе хлористого натрия катион натрия Na + или анион C1- , притягивают противоположные заряды молекул воды. Однако это разрушает структуру воды и изменяет некоторые ее физические свойства: точка замерзания понижается (данное свойство используется тогда, когда обледенелые дороги, чтобы растаял лед, посыпают солью), меньше становится и температура, при которой достигается максимальная плотность.
Когда содержание солей в воде достигает примерно 25 г/кг, температура воды максимальной плотности и точка замерзания совпадают в области около — 1,3°С. Если же содержание солей в воде еще выше (например, в океане), плотность воды будет возрастать с уменьшением температуры, пока не достигнет точки замерзания.
Другими особыми и весьма важными свойствами воды являются высокие величины ее поверхностного натяжения, удельной теплоемкости и скрытой теплоты плавления и кипения.
Поверхностное натяжение измеряется силой, необходимой, чтобы разорвать поверхность жидкости. Она обусловливается силами сцепления между молекулами жидкости, и нет ничего удивительного в том, что для воды эта сила сравнительно велика. Есть только одно вещество, которое, находясь в жидком состоянии при температуре поверхности Земли, обладает более высоким поверхностным натяжением, чем вода: это ртуть. Поверхностное натяжение воды - важное свойство, приводящее к образованию капель в атмосфере и очень маленьких капиллярных волн на поверхности океана, а также к капиллярному переносу воды в почвах и тканях живых организмов.
Высокие удельная теплоемкость и скрытая теплота плавления воды жизненно важны для сохранения тепловой энергии и предотвращения сильных колебаний температуры. Удельная теплоемкость воды, которая определяется количеством тепла, необходимого для увеличения температуры единицы ее массы на один градус Цельсия, наиболее высока среди всех твердых и жидких веществ, за исключением аммиака. Большая часть этой тепловой энергии заключена в связях между соседними молекулами воды, которые можно образно представить себе в виде упругих нитей, связывающих молекулы. Чем больше энергии будет сообщено воде, тем сильнее будет колебание молекул и температура будет подниматься. Однако эти колебания сильно ограничены действием нитей. В конце концов молекулы могут совершенно разорвать существующие между ними связи и перейти из жидкого состояния в газообразное, то есть в водяной пар.
Чтобы совершенно разорвать нити связей, требуется, однако, очень большая энергия: при 20° С одной и той же энергии достаточно, чтобы либо увеличить температуру 585 кг воды на 1°С или же чтобы испарить 1 кг воды. У воды скрытая теплота испарения выше, чем у какого-либо другого вещества. Если водяной пар перейдет в жидкое состояние, его скрытая теплота высвободится. Чтобы вода замерзла и стала льдом, она должна потерять все тепло, тогда молекулы будут обладать значительно меньшей энергией и будут располагаться в виде упорядоченной решетчатой структуры льда. Поскольку между соседними молекулами существуют связи, как в жидкой фазе, так и в фазе льда, в этот переход вовлекается меньше скрытой теплоты, чем при переходе воды из жидкого состояния в пар. Количество тепла, которое необходимо, чтобы растопить 1 кг льда, могло бы поднять температуру 80 кг воды на 1°С. Это также больше, чем для какого бы то ни было другого вещества, за исключением аммиака.
Это интересно:
Восточный Донбасс
Восточный Донбасс (160 млрд. т) находится на западе Ростовской области. Угли бассейна, как и в основном Донбассе, высокого качества преобладают энергетические, антрацитовые угли с высокой калорийностью. Коксующихся углей почти нет. Наибол ...
Загрязнение
компонентов морской среды Каспийского моря
Северная часть Каспийского моря является биологически наиболее продуктивной. Это во многом объясняется впадающими реками, приносящими растворённые питательные вещества. Вместе с тем, реки приносят в Каспий большое количество загрязняющих ...
История штата Алабама
Первые Жители.
Первыми жителями той территории, которая сейчас называется Алабама, были охотники индейцы.
Научные раскопки доказывают, что в северо-восточных районах Алабамы более, чем 8 тысяч лет назад уже существовали индейские поселе ...