В чем аномалия воды
328
2 месяца назад
Екатерина
Каждый знает, как выглядит химическая формула воды. 2 атома водорода прикреплены посредством ковалентной связи к атому кислорода. Когда вода находится в летучем состоянии, она имеет простейшую формулу — H2O. А когда она представляет собой жидкость, то является ассоциированной, то есть в таком виде состоит как из простых молекул, так и из сложных, которые соответствуют выражению (H2O) * Х. Эти молекулы постоянно появляются и распадаются.
Обратимся к таблице Менделеева. С кислородом в ней граничит С, N и F. Их соединения с водородом кипят при различных температурах. Однако такое же свойство воды не входит в общую картину, так как она имеет крайне высокий уровень температуры кипения, плавления, а также удельную теплоемкость по сравнению с другими соединениями водорода со своими соседями по периодической таблице. Если смотреть по вертикали на такие же ее соединения с S, Se и Te, то выяснится, что ситуация одинаковая. Если давление станет меньше, то температура кипения понизится, при увеличении — повысится. При росте уровня давления температура кипения воды также растет причем стремительно.
А как ведет себя эта жидкость при изменении температуры?
При нулевой отметке термометра часть воды преобразуется в лед, который продолжает находиться на поверхности. Зимой вода, которая расположена под коркой льда, имеет примерную температура 4 градуса выше 0. Почему так происходит? Ответ находится в аномальных свойствах этой жидкости.
Чтобы было проще решать предполагаемые задачи, физики принимают, что плотность Н2О равна 1 г на 1 куб. см, что неправильно. Такое значение она имеет только когда ее температура достигает +4 градусов. При повышении температуры она становится менее плотной. При понижении температуры ее плотность тоже становится ниже. Это аномально, так как практически у всех веществ плотность в твердом виде больше, нежели в жидком.
Кстати, лед тоже испаряется, только гораздо медленнее, чем вода. Почему у снежинки всегда 6 лучей? Все дела в форме ее центра. Она своеобразна. У льда структура рыхлая, если изобразить его форму, получится тетрообразная конфигурация. Лед расплавляется при температурах от 0 до +4 градусов, и эта структура рушится, молекулы сближаются, заполняя пустые места.
При температуре +4 градуса по Цельсию H2O имеет самый высокий уровень плотности. Если же температура превышает указанное значение, возникает так называемое химическое расширение, этот показатель жидкости становится ниже.
Посмотрите на диаграмму состояния воды.
По оси «х» указана температура, «у» — давление. Люди живут в одной атмосфере, значит, на оси «у» необходимо установить этот параметр, при такой температуре вода является льдом. В диапазоне от 0 до 100 градусов находится в привычном жидком виде, при более высоком значении представляет собой водяной пар. Примечательно, что параметры 0 и 100 градусов — это начальная и конечная точки данного давления. Они расположены как раз на пересечении отрезка и линий на графике. Если значение давления будет изменено, то параметры, при которых лед тает, а вода закипает, изменятся.
А что происходит на отдельных точках этих кривых? В точке на линии «Лед» Н2О находится в виде раствора, который состоит изо льда и жидкости. Если же говорить о кривой «Пар», то на любой случайной позиции вода здесь существует в симбиозе из жидкости и пара.
Самое интересное состояние она принимает в месте пересечения кривых, где вода принимает сразу 3 агрегатные состояния.
Имеется у нее и так называемая критическая точка. При возникновении температуры, параметры которой выше критической, газ не представляется возможным сконденсировать ни при каком значении давления.
Это значит, если повышать уровень давления и температуры выше такой отметки, то различия между фазами воды исчезнут.