Реферат агрегатное состояние воды и ее переход из одного состояния в другое

Обновлено: 02.07.2024

Агрегатное состояние — это состояние вещества, которое зависит от температуры и давления. В природе вещества встречаются в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном.

Вещество, находящееся при стандартных условиях в твёрдом состоянии, называется твёрдым веществом, в жидком состоянии — жидким веществом или жидкостью, в газообразном — газообразным веществом или газом.

При одинаковых условиях (температуре и давлении) различные вещества могут находиться в разных агрегатных состояниях.

Пример. В стандартных условиях:

железо, сера, алюминий — твёрдые вещества.
вода, бензол, ртуть — жидкости.
кислород, аргон, углекислый газ — газы.

Переходы между агрегатными состояниями

Многие вещества при изменении условий могут переходить из одного агрегатного состояния в другое.

Пример. При температуре ниже 0 °C вода превращается в лёд, т. е. переходит из жидкого состояния в твёрдое.

Переход вещества из газообразного состояния в жидкое называется конденсацией. Переход вещества из жидкого состояния в газообразное называется испарением.

При увеличении температуры вещества испарение становится интенсивнее. И, наконец, при определённой температуре испарение становится настолько интенсивным, что жидкость закипает. Такая температура называется температурой кипения вещества. Испарение и кипение — это два способа перехода жидкости в газообразное состояние.

Испарение происходит с поверхности жидкости, а при кипении жидкость переходит в газообразное состояние, как с поверхности, так и внутри неё.

Когда говорят о веществах в газообразном состоянии, иногда помимо термина газ используется и слово пар. Газ и пар очень похожи между собой. Они представляют собой разновидности газообразного состояния вещества.

Разница между газом и паром в том, что газ имеет температуру выше критической или равную ей, а пар — ниже.

Пример. Критическая температура воды равна примерно 374 °C. Вода в газообразном состоянии, которая имеет температуру ниже критической, например, 5 °C или 120 °С, будет именно паром, а не газом. А вот, например, кислород, гелий и азот – газы, так как они имеют температуру выше критической (у каждого из них критическая температура ниже -100 °C).

В быту под словом пар обычно подразумевают именно водяной пар.

Переход вещества из жидкого состояния в твёрдое называется кристаллизацией. Переход вещества из твёрдого состояния в жидкое называется плавлением.

Переход вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное называется возгонкой или сублимацией. Переход из газообразного состояния в твёрдое называется десублимацией.

При всех этих явлениях частицы вещества не разрушаются. Таким образом, вещество, изменяя агрегатное состояние, не превращается в другое вещество.

Одни вещества могут иметь любое из трёх агрегатных состояний, другие — нет.

Пример. Вода может находиться в твёрдом состоянии (лёд), жидком (вода) и газообразном (водяной пар). Для сахара известны только два агрегатных состояния: твёрдое и жидкое.

При нагревании сахар плавится, затем его расплав темнеет, и появляется неприятный запах. Это свидетельствует о превращении сахара в другие вещества. Значит, газообразного состояния для сахара не существует.

Взаимные переходы веществ из одного агрегатного состояния в другое в виде схемы:

Вода может находиться в трех агрегатных состояниях или фазах – твёрдом (лёд), жидком (вода), газообразном (водяной пар).

Рис. 4. Диаграмма состояния воды

I-VIII – различные модификации льда

Рассмотрим эту диаграмму:

При замерзании воды удельный объём увеличивается на 10 %. Точка замерзания при увеличении давления снижается так на максимальных глубинах в океане (около 11 км) давление превышает 1000 атм (10 8 Па) и Т₃ могла бы быть –12 0 С.

Продолжаем анализировать фазовую диаграмму:

б) кривая ОБВ носит название кривой плавления. При переходе через эту кривую происходит - слева направо плавление льда; справа налево льдообразование и кристаллизация воды.

в) кривая АО носит название кривой стабилизации или кривой возгонки. При пересечении её сверху вниз и слева направо происходит испарение льда или возгонка, а снизу вверх и справа налево - конденсация пара в твёрдую фазу или сублимация.

В чём суть кипения? Что это такое? С поверхности воды, а также льда и снега постоянно отрываются и уносятся в воздух молекулы водяного пара. Идёт испарение воды. Часть этих молекул пара возвращается на поверхность воды – это конденсация водяного пара. Испарение идёт при любой температуре и тем интенсивнее, чем больше дефицит влажности воздуха (например, в пустыне). С ростом температуры упругость водяного пара, насыщающего пространство, растёт, и испарение ускоряется.

Когда интенсивное испарение охватывает не только поверхность воды, но и её толщу, где испарение идёт с внутренней поверхности образующихся при этом пузырьков, начинается процесс кипения. Температура, при которой давление насыщенного водяного пара равно внешнему давлению, называется температурой или точкой кипения (Т_кип.). Она соответствует 100 0 С. Её ещё можно назвать точкой конденсации пара.

Температура кипения находится в прямой зависимости от давления, уменьшаясь с его снижением (это свойство использовалось для определения высоты местности гипсотермометром) и, повышаясь с увеличением (с этим свойством связаны образование гейзеров, формирование местонахождений полезных ископаемых и пр.).

В горах, где давление меньше, вода кипит при температурах ниже 100 0 С.

ж) следует отметить также, что температуры кипения и замерзания зависят не только от давления, но и от солёности. Увеличение солёности на каждые 10 промилей (10 о /_оо) снижает температуру замерзания на 0,54 о С. Географическое следствие этого: на глубине 4000-5000 м вода в океанах не замерзает при Т= - 3 0 С.

Основное географическое следствие: аномально высокое значение температуры замерзания и кипения воды предопределили существование на Земле (с её температурным режимом) воды во всех трёх фазах. Это определяет многообразие форм участия воды в различных гидрологических и экзогенно-геологических природных процессах на Земле.

Малоизученные свойства воды

Но одна из самых сложных загадок природы – это поведение воды в различных условиях.

В диапазоне от 0 до 100 о С мы привыкли иметь дело с жидкой водой. Но кроме гравитационной воды, заполняющей впадины морей и океанов, текущей в руслах рек, фильтрующейся сквозь толщу горных пород, имеется капиллярная вода в порах грунтов, напротив поднимающаяся по порам на несколько метров. В 60-е годы ХХ ст. профессора Костромского университета Б. Дерягин и Н. Федякин обнаружили в сверхтонких (0,1 – 10 микрон) капиллярах совершенно особую воду. Она имеет плотность 1,4, температуру максимальной плотности –10,0 о С, не замерзает даже при –100 о С, постепенно густея и застекловываясь, как смола. При охлаждении до – 30 о С - –40 о С столбик воды в капилляре начинает расширяться и мутнеть, делясь на не смешивающиеся между собой капли. Химические свойства и состав аномальной воды – П, как назвали её учёные, пока изучен слабо. Здесь нас ждёт много неожиданностей.

a. Изменения скорости реакции по времени на всём земном шаре одинаковы.

b. Характер реакции следует ритму солнечной активности (появлению пятен и вспышек на Солнце).

c. Скорость реакции зависит от изменения относительной скорости движения Земли по эллиптической орбите.

Принципиально новый подход к структуре воды предложил М. Аджено (1967). Основываясь на представлениях квантовой механики, он показал возможность существования пяти видов молекулярных агрегатов, образующих димеры, тримеры, цепочки, трёх и шестимолекулярные кольца. Аджено считает, что молекула воды может участвовать не в четырёх, а лишь в двух водородных связях, которые нельзя затронуть, не разрушив всю структуру.

Таким образом, структурные связи – это одна из причин аномальных свойств воды.

Информационный проект

"Агрегатное состояние воды"

Вода - одно из самых уникальнейших веществ на Земле. Несмотря на бурное развитие современной науки, до сих пор ученые не изучили до конца природу этого, казалось бы, простого вещества! Из-за внешней простоты люди на Земле долгое время считали воду простым неделимым веществом. И только благодаря английскому ученому Г. Кавендишу в 1766 году люди узнали, что вода - не простой химический элемент, а соединение водорода и кислорода. Позже это же доказал и А. Лавуазье (Франция) в 1783 году.

Около 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озёра, реки, льды) — 361,13 млн.км 2 . На Земле примерно 96,5 % воды приходится на океаны, 1,7 % мировых запасов составляют грунтовые воды, ещё 1,7 % — ледники и ледяные шапки Антарктиды и Гренландии, небольшая часть находится в реках, озёрах и болотах, и 0,001 % в облаках (образуются из взвешенных в воздухе частиц льда и жидкой воды) Бо́льшая часть земной воды — солёная, непригодная для сельского хозяйства и питья. Доля пресной составляет около 2,5 %, причём 98,8 % этой воды находится в ледниках и грунтовых водах. Менее 0,3 % всей пресной воды содержится в реках, озёрах и атмосфере, и ещё меньшее количество (0,003 %) находится в живых организмах.

Агрега́тное состоя́ние вещества — физическое состояние вещества, зависящее от соответствующего сочетания температуры и давления. Изменение агрегатного состояния может сопровождаться скачкообразным изменением свободной энергии, энтропии, плотности и других физических величин.

Цель: изучение видов агрегатного состояния воды, где мы можем столкнуться с ними в жизни, какое действие они оказывают на человеческий организм

1) Изучить агрегатные состояния воды

2) Изучить, как воду и её агрегатные состояния применяют в жизни

3) Изучить пользу и вред воды.

4)Изучить свойства воды.

5)Сделать памятку о пользе воды.

Актуальность

Вода окружает нас повсюду, а жизнь на Земле невозможна без воды. При этом, наблюдая за водой в жизни, можно заметить, что вода одновременно самое обычное и необычное вещество на Земле. Поэтому о свойствах и применении воды в её различных агрегатных состояниях должен знать каждый. Так же этот проект может помочь учителям при подготовке уроков по данной теме .

Собрав требуемую информацию можно узнать больше об разных агрегатных состояниях воды, уметь их различать и научиться применять полученные знания в повседневной жизни. Так же этот проект может быть в дальнейшем использован учителям на уроках по данной теме.

2.Основная часть

2.1.Состояния воды и их преобразование

Вода в природе может находиться в трёх состояниях:

Жидкое: вода рек, океанов, морей; дождь, роса.
Твёрдое: град, лёд, снег, иней.
Газообразное: пар.

При переходе из одного агрегатного состояния в другое в воде происходят следующие процессы:

Кипение и парообразование — переход воды из жидкого состояния в пар;

Конденсация — процесс перехода пара в жидкое состояние воды ;

Кристаллизация — переход жидкости в лед;

Плавление – переход льда в жидкость;

Сублимация – переход льда прямо в парообразное состояние;

Десублимация – переход пара сразу в лед, примером может служить иней.

2.2. Агрегатное состояние

Жидкость — вещество, находящееся в жидком агрегатном состоянии, занимающем промежуточное положение между твёрдым и газообразным состояниями. В жидком состоянии вещество сохраняет объём, но не сохраняет форму. Это означает, что жидкость может занимать только часть объёма сосуда, но также может свободно перетекать по всей поверхности сосуда.

При этом агрегатное состояние жидкости как и агрегатное состояние твёрдого тела является конденсированным, т. е. таким, в котором частицы (атомы, молекулы, ионы) связаны между собой. Основным свойством жидкости, отличающим её от веществ, находящихся в других агрегатных состояниях, является способность неограниченно менять форму под действием касательных механических напряжений, даже сколь угодно малых, практически сохраняя при этом объём

Механическое напряжение — это мера внутренних сил, возникающих в деформируемом теле под влиянием различных факторов. Механическое напряжение в точке тела определяется как отношение внутренней силы к единице площади в данной точке рассматриваемого сечения..

Лёд — вода в твёрдом агрегатном состоянии.

Льдом иногда называют некоторые вещества в твёрдом агрегатном состоянии, которым свойственно иметь жидкую или газообразную форму при комнатной температуре; в частности, сухой лёд, аммиачный лёд или метановый лёд.

Пар — газообразное состояние вещества в условиях, когда газовая фаза может находиться в равновесии с жидкой или твёрдой фазами того же вещества, то есть при температурах ниже критической температуры вещества.

Идеальный газ — абстрактная математическая модель газа, удобная для описания поведения реальных газов при не слишком больших давлениях и температурах.

Не следует путать оптически однородный и гомогенный пар с туманом — гетерогенной системой, сильно рассеивающей свет.

Пар делится на два типа:

Ненасыщенный пар и насыщенный.

Ненасыщенный пар — пар, не достигший динамического равновесия со своей жидкостью.

Насыщенный пар — пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью (испарение равно конденсации).

2.3. Химические свойства воды.

• Особая реакция воды – синтез растениями крахмала (C6H10O5)n и других подобных соединений (углеводов), происходящая с выделением кислорода:

6n CO2 + 5n H2O = (C6H10O5)n + 6n O2 (при действии света)

• Вода образует многочисленные соединения, в которых ее молекула полностью сохраняется.

• Некоторые оксиды металлов также могут вступать в реакции соединения с водой

• Вода реагирует со многими оксидами неметаллов

• Вода разлагается на водород и кислород при действии электрического тока.

• Вода реагирует со многими металлами с выделением водорода.

2.4. Аномальные свойства воды.

•Вода – отличный растворитель

Вода является отличным растворителем, она удивительно легко растворяет большое количество самых разнообразных веществ и газов. И что тоже весьма важно, так же легко их отдает. Например, благодаря именно этому свойству после дождя мы чувствуем удивительную свежесть – дождь очищает воздух.

• Объем и плотность

При замерзании увеличиваться в объеме, тем самым уменьшая свою плотность.

• Эффект Мпембы – эффект горячей воды

Удивительно, но факт – горячая вода замерзает быстрее холодной, что противоречит логике и общему восприятию вещей.

• Уникальные термические свойства воды

Вода имеет уникальную по своей величине аномальную теплоемкость равную 4,18 кДж (кг-К). Это означает, что вода медленно охлаждается и медленно нагревается.

Вода является эффективным регулятором температур, она ограничивает резкие перепады температур. Более подробно с этим ее свойством вы можете ознакомиться в нашей статье – Удельная теплоемкость воды, или почему мы такие, какие есть.

•Замерзание и кипение

Температуры замерзания и кипения воды не соответствуют общим закономерностям и законам химии. Так мы знаем, что вода в реальной жизни замерзает при 0°C, а кипит при 100°C, в то время как в соответствии с общими правилами химии эти процессы должны проходить при -90°C , -70°C соответственно.

•Агрегатное состояние

Вода - единственное вещество, находящееся во всех трех агрегатных состояниях в природных условиях нашей среды обитания.

2.5. Применение

Примеры: лекарственные препараты, минеральные столовые воды, сырьё в промышленности.

Пример: ГЭС (Гидроэлектроста́нция)

Вода нужна для хорошего функционирования всего организма.
Она участвует в обмене веществ в организме.
Выступает средством очистки в организме

В пищевой промышленности для охлаждения продуктов.
Для создания спецэффектов во время театральных постановок.
В ресторанной сфере для приготовления коктейлей со спецэффектами и оформления столов.
Чтобы сделать газированную воду.
Для очистки многокомпонентного оборудования, которое не разбирается на мелкие запчасти.
Для тушения пожаров.
Для снятия керамической плитки.

Используется в дефростерах для размораживания мяса.
В термокамерах и печах для термической обработки.
Консервации и вакуумной укупорки.
В производственных помещениях для санитарной обработки рабочих мест и холодильного оборудования; для дезинфекции весов и дозаторов
Для чистки движущихся частей и механизмов

2.6. Польза и вред.

Примеры: обливание, обтирание, обёртывание.

Примеры: мытьё, чистка зубов.

Пример: холодный душ.

Пример: тёплая ванна.

• В природе вода играет важнейшую роль.

• Тело человека тоже состоит из воды. В теле новорожденного — до 75% воды, в теле пожилого человека — более 50%. При этом известно, что без воды человек не выживет. Так, когда у нас исчезает хотя бы 2% воды из организма, начинается мучительная жажда. При потере более 12% воды человеку ужу не восстановится без помощи врачей. А потеряв 20% воды из организма, человек умирает.

•Вода является для человека исключительно важным источником питания. По статистике человек за месяц в норме потребляет 60 литров воды (2 литра в день).

•Именно вода доставляет к каждой клеточке нашего организма кислород и питательные вещества.

Благодаря наличию воды наш организм может регулировать температуру тела.

Вода также позволяет перерабатывать пищу в энергию, помогает клеткам усваивать питательные вещества. А еще вода выводит шлаки и отходы из нашего тела.

Человек повсеместно использует воду для своих нужд: для питания, в сельском хозяйстве, для различного производства, для выработки электроэнергии.

•Заражение от употребления грязной воды.

•Наводнение, затопление, цунами.

•Излишки воды могут привести к заболеваниям.

• Лёд замедляет старение кожи.

•Очищает и сужает поры.

•Способствует улучшению циркуляции крови.

•Снимает опухлости и отёки.

•Избавляет от тёмных кругов

•Опасны многометровые толщи рыхлого снега, в котором можно утонуть.

•Опасны огромные сосульки, падающие с крыш домов.

•Опасны айсберги, приводящие к кораблекрушениям .

•Опасны тяжёлые гирлянды инея, обрывающие электропровода.

•Опасен проламывающийся под ногами лёд в водоёмах.

•Опасны лавины снега и льда, неизвергающиеся с крутых горных склонов.

•Паровые ванночки для лица.

•Сухой пар в сауне и влажный в бане.

•В строительстве и производстве строительных материалов.

•В сельском хозяйстве.

•Вдыхание щелочных и кислотных паров.

3. Заключение.

Подводя итоги можно сказать, что вода - это весьма удивительное вещество, которое является объектом исследований многих учёных, вода имеет множество состояний, а так же преобразований. Вода, как объект исследования может заинтересовать любого, т.к. имеет множество свойств, особенно интересными являются аномальные.

На примере воды можно показать, что одно вещество в разных агрегатных состояниях может оказывать как положительное, так и отрицательное действие на человеческий организм, принося положительную пользу, но так же и смертельный вред нашему организму. В наше время невозможно представить жизнь без воды, так что следует стараться экономить воду: использовать воду только по надобности. Помимо этого, следует беречь воду: не загрязнять водоёмы, по возможности стараться вытаскивать грязь из воды

Вода — важная составляющая нашей планеты, основа жизни на Земле. В природе она может находиться в трёх разных агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. Примеры этих состояний можно наблюдать в погодных явлениях. В статье кратко опишем, как происходит процесс перехода воды из одного состояния в другое, что на это влияет.

Твёрдое состояние воды

В твёрдом состоянии вода представляет собой лёд, снег и иней. При низкой температуре жидкая вода замерзает, и её молекулы начинают приобретать форму кристаллов. Чтобы вода начала замерзать, достаточно 0 °С по Цельсию, и ниже.

При замерзании молекулы воды отодвигаются друг от друга, делая лёд менее плотным, чем жидкость. Это значит, что вода в твёрдом состоянии имеет больший объём, чем в жидком.

Рис. 1. Лёд.

Большинство веществ при снижении температуры сжимается, а вода — расширяется, и в этом заключается её уникальная особенность. В качестве доказательства можно наполненную водой бутылку поставить в морозильник. Когда вода превратиться в лёд, её объём увеличится, и бутылка попросту взорвётся.

Наличие солей в воде снижает температуру замерзания. По этой причине солёная морская вода замерзает не при О °С, а при –1,8 °С по Цельсию.

Жидкое состояние воды

Вода в жидком состоянии широко распространена по всей планете. Это не только реки, моря и озера, но также атмосферные осадки (дождь) и облака, которые состоят из крошечных капелек воды. Кроме того, вода в жидком агрегатном состоянии вода находится в почве в виде подземных рек и озёр.

Рис. 2. Ливень.

Жидкая вода с лёгкостью переходит в газообразное и твёрдое состояние под воздействием температуры. В этом процессе свою роль играет и давление.

Газообразное состояние воды

Переход воды из жидкого состояния в газообразное называется испарением. В условиях нормального атмосферного давления он происходит при 100 °С по Цельсию (для пресной воды).

При кипячении вода из состояния жидкости переходит в пар — газообразное состояние воды. В природе вода также испаряется с поверхности водоёмов, просто этот процесс происходит гораздо медленнее. Скорость испарения зависит от температуры. Вода, испарённая с поверхности Земли, образует облака и тучи.

Рис. 3. Кучевые облака.

Помимо основных трех форм, вода может находиться в четвёртом агрегатном состоянии — плазмы, или, точнее, гидроплазмы. Если водяной пар нагреть до температуры 2200–13900 °С по Цельсию, то молекулы воды начнут распадаться, и в результате получится смесь атомов кислорода и водорода в виде плазмы.

Что мы узнали?

Существуют три состояния воды в природе: жидкое, твёрдое и газообразное. На переход из одного состояния в другое влияют внешние факторы, прежде всего, температура. Также существует четвёртое состояние воды — плазма, однако для неё нужно соблюдать экстремально высокую температуру, которую можно обеспечить лишь в лабораторных условиях. Для учеников 3 класса на уроке по окружающему миру можно кратко перечислить понятные примеры агрегатных состояний: дождь, облака (жидкое), лёд, иней, снег (твёрдое), пар (газообразное).

Читайте также: