Вода, лёд, пар

Вода и лёд

Вода
Вода является основой жизни на Земле. Вряд ли есть человек, который не знает, как выглядит вода. При положительных температурах это жидкость без цвета (в толще она кажется голубоватой), запаха и вкуса. Запах и вкус появляются из-за примесей.
По присутствию воды астрономы судят о возможности существования жизни на других планетах. Поэтому с таким напряженным вниманием весь мир следил за марсоходами «Спирит» и «Оппортьюнити», которые обнаружили на Марсе следы воды. Ведь это может быть ключом к ответу на давний вопрос: «Есть ли жизнь на Марсе?».

Распространенность
Вода покрывает 3/4 поверхности Земли; этим наша планета так уникальна, что некоторые ученые даже предлагали переименовать ее в планету Океан.
Тело человека состоит из воды примерно на 70 %, яйцо – на 74 %, а некоторые овощи – это почти одна вода. Так, в арбузе её 92 %, в спелых томатах – 95 %.
Водные запасы Земли оцениваются в 1 385 984 000 км3.

Физические свойства воды
Благодаря сильному притяжению между молекулами у воды высокие температуры плавления (0° С) и кипения (100° С). Голубой цвет толстых слоёв воды обусловливается не только ее физическими свойствами, но и присутствием взвешенных частиц примесей. Вода горных рек зеленоватая из-за содержащихся в ней взвешенных частиц карбоната кальция. Чистая вода – плохой проводник электричества. Сжимаемость воды очень мала.
Вязкость воды с ростом температуры быстро уменьшается и при 100° С оказывается в 8 раз меньше, чем при 0° С.
При обычном давлении 760 мм рт. ст. вода кипит при 100° С, а на высоте 2900 м над уровнем моря атмосферное давление падает до 525 мм рт. ст. и температура кипения оказывается равной 90° С.

Вода обладает исключительными физическими свойствами.
Как и другие тела, вода претерпевает тепловое расширение. При нагревании объём воды увеличивается, следовательно, плотность уменьшается. Однако так происходит лишь в некотором интервале температур. Плотность воды максимальна при 4° С; это объясняется свойствами водородных связей ее молекул.
Зависимость плотности воды от температуры

Обычно при охлаждении тела сжимаются, а вода наоборот — расширяется. Благодаря этому лёд легче воды (ведь при той же массе он занимает больший объём), он всплывает вверх и создаёт над водоёмами защитный слой. Это помогает выживать зимой рыбам и другим живым организмам в водоёмах.
В бескрайних океанских просторах совершают своё плавание айсберги — массивы изо льда, порой такие огромные, что напоминают ледяные острова (в переводе с англ. iceberg — ледяная гора). Небольшие айсберги имеют длину 1-2 км и ширину около полкилометра, но встречаются и гиганты длиной в несколько десятков километров. При этом надводная часть составляет лишь одну десятую их объема, остальная часть скрывается под водой.
Надводная часть айсберга составляет лишь одну десятую его объема, остальная часть скрывается под водой.

Удельная теплоёмкость воды, составляющая 4 200 Дж/(кг·°С), показывает, какое количество теплоты необходимо, чтобы увеличить температуру 1 кг воды на 1 °С. Это очень большое количество энергии.
Теплоёмкость воды имеет большое значение для нашего климата. Летом вода при нагревании поглощает большое количество теплоты, зимой она отдаёт теплоту в огромных количествах обратно в атмосферу. Отсюда и определение морского климата – умеренный.

Связи с большим значением удельной теплоёмкости воды по сравнению с сушей возникает такое природное явление, как бризы.

Схемы образования дневного и ночного бризов
Бризы - ветры с суточной периодичностью по берегам морей и крупных озер. Дневной бриз дует с водоема на нагретое побережье, ночной — с охлажденного побережья на водоём, так как из-за различия удельной теплоёмкости суши и воды днём теплее суша и давление воздуха над сушей меньше, а ночью медленнее остывает вода, поэтому ветер дует с суши на море.

Вода с химической точки зрения
С химической точки зрения вода — универсальный растворитель. Нет такого вещества, следы которого нельзя было бы обнаружить в воде. Это одно из качеств воды, которое предопределило ее роль как основы жизни на Земле. Любой живой организм зависит от воды. Вода является величайшей драгоценностью и самым полезным из полезных ископаемых на нашей планете.
Люди должны охранять чистоту вод: в её состав могут входить какие угодно примеси, даже небезопасные для здоровья.

Лёд
Вода в твёрдом состоянии называется льдом. Известны 11 кристаллических модификаций льда и аморфный лед. В природе обнаружена только одна форма льда — с плотностью 0,92 г/см3, удельной теплоемкостью 2,09 кДж/(кг· °С) при температуре плавления 0 °С, удельной теплотой плавления 324 кДж/кг, которая встречается в виде собственно льда (материкового, плавающего, подземного), снега и инея. На Земле около 30 млн. км3 льда.

Удельная теплота плавления льда выше, чем у многих других веществ. Она равна (см. в таблице) 334 000 Дж/кг. Это очень большое количество энергии: количества теплоты, затраченного на плавление 1 кг льда, взятого при температуре плавления, было бы достаточно для нагревания около 1 кг воды от 0 °С до 100 °С – температуры кипения.
Удельная теплота плавления имеет не меньшее значение для нашего климата, чем удельная теплоёмкость воды. Весной большое количество солнечной энергии затрачивается на плавление льда, а поздней осенью при становлении льда большое количество энергии выделяется, что существенно смягчает сезонные колебания температуры.

Физические свойства льда
Толстый слой льда имеет голубоватый цвет, что связано с особенностями преломления им света. Сжимаемость льда очень низка.
Лёд при нормальном атмосферном давлении существует только при температуре 0° С или ниже и обладает меньшей плотностью, чем холодная вода. Именно поэтому айсберги плавают в воде. При этом, поскольку отношение плотностей льда и воды при 0 °С постоянно, лёд всегда выступает из воды на определенную часть своего объема.

Лёд в природе
В холодных районах нашей планеты образуются ледники — большие природные скопления льда. Происходит это так. Там, где преобладают отрицательные температуры — высоко в горах, а также на островах Антарктики и в Антарктиде, снег летом не тает, а лишь чуть-чуть подтапливается на поверхности огромных сугробов. Образуется так называемый фирн — отдельные оплавленные зёрна льда. Через много лет фирн, подтаивая в летние солнечные дни, постепенно превращается в лед. Огромные ледниковые массы достигают 100-метровой толщины в горах, а в Антарктиде и на островах рядом с Северным полюсом высота ледяного покрова может быть целых 3-4 км!

Когда слой льда становится очень толстым, то лёд под своей тяжестью начинает течь. Поэтому ледники хоть и медленно, но постоянно движутся. Обычно горные ледники, например, на Кавказе, за год «проходят» от 10 до 100 метров. Однако иногда скорость движения ледника может составить 100 метров в сутки. Такие «бегуны»-ледники оборачиваются стихийным бедствием.
Ученые подсчитали, что если всю массу современных ледников распределить равномерно по поверхности Земли, то толщина ледового панциря составит 50 м. Такие колоссальные ледовые скопления играют в жизни нашей планеты большую роль. Они являются «кладовыми» пресной воды: в ледниках находится две трети мировых запасов пресной воды. Горные реки, вытекающие из ледников, несут воду вниз на равнины.

Пар
Пар – газообразная фаза воды. Если оставить воду в открытой емкости, то она постепенно испарится – все её молекулы перейдут в воздух. В то же время вода, находящаяся в плотно закупоренном сосуде, испаряется лишь частично, т.е. при определённом давлении водяных паров между водой и воздухом, находящимся над ней, устанавливается равновесие. Давление паров в равновесии зависит от температуры и называется давлением насыщенного пара (или его упругостью). Когда давление насыщенного пара сравнивается с внешним давлением, вода закипает.
Испарение происходит даже с поверхности снега и льда, именно поэтому высыхает на морозе мокрое белье.
Вопреки общепринятому мнению, пар невидим. Тот «пар», который вырывается из кипящего чайника, – это на самом деле множество мельчайших капелек воды.

У подножия Ниагарского водопада

Круговорот пара в природе
Пар обладает свойствами, очень важными для поддержания жизни на Земле. Хорошо известно, например, что под действием солнечного тепла вода с поверхности морей и океанов испаряется. Образующиеся водяные пары поднимаются в атмосферу и конденсируются, а затем выпадают на землю в виде дождя и снега. Без такого круговорота воды наша планета давно превратилась бы в пустыню.

Это интересно
Человек на 80 процентов состоит из воды.
Море состоит из соленой воды, которая содержит все известные на земле химические элементы — всего более ста. Натрий и хлор — основные компоненты поваренных солей — составляют 85 процентов солей, растворенных в море. Кроме них в морской воде есть кальций, магний и даже немного мышьяка и золота.
Двух совершенно одинаковых снежинок не существует. Малейшее изменение температуры, ветра или влажности влияет на размер и «телосложение» снежинки.
Примерно 70 процентов Земли покрыто водой. Только 1 процент из этой воды годен для питья.
Два-три айсберга средней величины содержат в себе массу воды, равную годовому стоку Волги (годовой сток Волги — 252 кубических километра).