Вода существует в природе

Где в природе встречается вода

Н2О является уникальным веществом, которое в зависимости от внешних условий (температуры окружающего воздуха, давления) может выглядеть по-разному:

• в виде жидкости;
• в газообразной форме;
• являться твердым телом, имеющим внутреннюю кристаллическую решетку.

Именно благодаря этому свойству живительной влаги в мире и существует важнейший процесс гидрологического цикла – круговорот воды в природе.

Давайте разберем поподробнее на примерах, где в природе встречается вода в каждом из трех агрегатных состояний.

Место жительства трех водяных форм

Всем известно, что водная молекула образована двумя атомами водорода и одним кислорода, связанных друг с другом невидимыми ковалентными нитями. Фактом является и то, что никакие из элементов системы Менделеева при объединении друг с другом не могут образовать жидкость. Только одна вода обладает этим свойством.

Смотрим, где встречается в природе жидкое состояние воды:

• мировые запасы океана;
• реки;
• озера;
• моря;
• болота;
• ручьи и родники;
• подземные грунтовые водяные пласты;
• атмосферные осадки на примере дождя.

Свойства воды таковы, что она является отличным растворителем. Структурирование ее атомов обусловлено наличием различных растворителей. При температуре окружающей среды, приближающейся к точке перехода (0°С), молекулы Н2О группируются почти как в кристаллической решетке, при кипении – располагаются вдали друг от друга.
В жидкой фазе могут возникать структуры, состоящие из атомов и молекул, так называемые кластеры. Поведение кластеров динамично: они постоянно изменяют форму и размер.

Разбираем, где встречается в природе газообразное состояние воды – пар:

• над поверхностью водоемов: морей, океанов, рек, озер, болот;
• при кипении жидкой среды над горячими источниками – гейзерами;
• во время сублимации льда.

Водяной пар представлен бесцветным газом, нейтральным на вкус и запах. «Источник жизни» в газообразном виде, сохраняя все свойства жидкости, приобретает и свойства газов. Водяной пар может быть как сухим ненасыщенным, не содержащим капельки влаги, так и влажным насыщенным, состоящим из мельчайших водяных частичек.
Газообразная фаза изучаемого вещества в основном содержится в тропосфере – нижнем слое атмосферы. Там, при понижении температуры, пар конденсируется и переходит в жидкий агрегатный вид.

Водная стихия в твердой форме на нашей планете представлена в виде мировых ледников, айсбергов, а также осадков: снега, града, инея. Лед имеет структуру решетчатого каркаса.

К необычным свойствам льда относится и то, что он легче жидкого агрегатного состояния. Это легко объяснимо тем, что атомы и молекулы внутри кристалла льда располагаются друг от друга на большем расстоянии, нежели молекулы жидкости. Во время таяния активность частиц Н2О увеличивается, они сближаются, и общая объемная масса воды увеличивается.

Круговорот водной стихии в природной среде и интересные свойства всем известного вещества.
То, что живительная влага присутствует практически во всех уголках нашей планеты – общеизвестный факт. Основная заслуга этого явления – существование в мире гидрологического цикла, называемого круговоротом воды в природе.
Н2О в жидком агрегатном состоянии под действием солнечного излучения испаряется и, превращаясь в водяной пар, поднимается в атмосферу. Там температура окружающего воздуха снижается, и частички влаги в газе конденсируются, выпадая на землю в виде осадков.

Наличие трех агрегатных состояний «живительной влаги» и обеспечивает существование гидрологического мирового цикла, без которого не смогла бы поддерживаться жизнь на Земле.

Ниже приведены некоторые уникальные факты и свойства вещества в разных формах:

• лед легче воды и, соответственно, не погружается в жидкость;
• большая часть загрязнителей вымораживается при переходе в твердую форму;
• большая часть (75 %) запасов пресных водоемов в мире хранится в ледниках;
• жидкость при замерзании увеличивается в объеме, поэтому ведра для нее изготавливаются конусообразной формы, которая легче сдерживает давление;
• Н2О в виде жидкости является регулятором температуры в окружающей среде, пар уравновешивает влажность воздуха;
• горячая жидкость замерзает быстрее холодной;
• температура кипения изучаемого вещества зависит от давления: высоко в горах «водная стихия» закипает при более низкой температуре, порядка 80 0°С;
• мировой океан изучен не более 8-9 процентов.

Вам будет интересно

© 2011- . «Королевская вода».
E-mail: info@kingswater.ru
Все права защищены

Источник

Состояния воды в природе: условия перехода, необычные факты

Известные человечеству состояния воды не ограничиваются тремя базовыми вариантами, о которых большинство слышало в школе. Как создать горячий лед или сухую воду? Возможно ли наблюдать воду сразу жидкой, твердой и газообразной? Как на эти и многие другие вопросы отвечает наука?

Три состояния воды в природе

Воду как прозрачную жидкость, у которой отсутствует запах и вкус, знают все. Но только ли такой она бывает? Прежде чем ответить на вопрос о том, каковы возможные агрегатные состояния воды, выясним, что такое агрегатное состояние.

В физике под этим понятием подразумевают состояние вещества, обусловленное определенной температурой и давлением. Науке известно:

При этом одно и то же вещество может менять свое состояние в зависимости от условий окружающей среды.

Хорошо известны три агрегатных состояния воды:

1. Твердое состояние воды (лед). В этом состоянии частички воды имеют друг с другом сильную взаимосвязь. Кубик льда хорошо сохраняет форму, он довольно прочный и твердый на ощупь.
2. Жидкое состояние. В нем частицы теряют строгую упорядоченность. Связи между ними разрушаются, а жидкость принимает форму того сосуда, в который она помещена. Однако молекулы все еще располагаются достаточно близко друг к другу.
3. Газообразное состояние воды (пар). В этом состоянии частички максимально беспорядочно двигаются, а расстояния между ними становятся очень большими.

Состояние воды прямо связано с температурой. Эта жидкость обладает уникальным свойством: свое жидкое состояние она сохраняет в широком диапазоне от 0 до 100 °С. В верхней точке начинается закипание с постепенным переходом в газообразную фазу. При снижении температуры ниже 0 °С происходит образование льда.

При этом в природе можно часто увидеть, как вода и лед соседствуют друг с другом, а в этом время над ними витает невидимый глазу водяной пар. Благодаря таким удивительным способностям воды происходит ее постоянный круговорот в природе.

Если рассматривать все три состояния воды, то жидкое остается одним из наиболее важных. Жидкая вода служит универсальным растворителем для множества других веществ, является основным компонентом организма человека и средой для протекания всех химических процессов.

Более того, именно у жидкой воды ученым удалось обнаружить дополнительные состояния — «обычная» и «аномальная» вода. Последняя образуется при температуре –63 °С и может находиться в одном из двух состояний:

• иметь низкую плотность при низком давлении;
• иметь высокую плотность при высоком давлении.

Две эти жидкости заметно различаются по свойствам, а их плотность отличается на 20%, поэтому они не могут смешиваться между собой. Как ученым удалось уловить эти состояния, ведь хорошо известно, что происходит с водой при замерзании: она переходит в твердую фазу — в лед?

Авторам исследования понадобились специальные приборы. С помощью инфракрасного лазера лед нагревали, при этом образовывалась жидкая вода с высокой плотностью, а давление сохраняли повышенным.

За этим процессом вели наблюдение рентгеновским лазером. Было замечено образование пузырьков «аномальной» воды. Появлялись они на крайне маленький промежуток времени: были видны до 3-х микросекунд.

Эти исследования доказали, что ученым еще далеко не все известно о воде, хотя мы и сталкиваемся с ней ежедневно и ежечасно. Ее свойства продолжают изучать и открывать новые грани.

Состояния воды: необычные факты

Ученым оказалось недостаточно трех агрегатных состояний воды, поэтому они изобрели целый ряд необычных вариантов и продолжают работать в этом направлении.

Лед VII (горячий лед)

Для обычного холодного льда используется обозначение «лед Ih». Когда при нормальном давлении снижается температура и вода замерзает, то атомы кислорода в ее молекулах образуют шестигранники.

Если же давление будет возрастать, то можно получить лед VII, атомы которого располагаются в виде куба. Он очень противоречив:

1. Этот лед горячий, так как формируется в необычных условиях.
2. На Земле он мог бы образоваться глубоко под мантией, в области высокого давления.
3. Но там и температура очень высока, из-за чего вода сразу же испаряется.

Ученым удалось создать такой лед в лаборатории. Кроме того, он был обнаружен в алмазах, которые нашли в недрах нашей планеты.

Сухая вода

Ее получают путем смешивания обычной воды и двуокиси кремния. Несмотря на то что жидкости в ней 25%, она является сухим веществом. Сахарообразные крупинки внутри содержат воду, а сверху покрыты оксидом кремния.

Сухую воду создали в 1968 для нужд косметологии. Затем о ней забыли, а сейчас рассматривают варианты использования для поглощения углекислого газа, чтобы хранить и транспортировать химикаты.

Сверхзвуковой лед

Этот лед также называют льдом XVIII. Он образуется при очень сильном повышении давления и температурных показателей — до тысяч градусов и миллионов атмосфер. В горячем плотном и черном на виде веществе узнать лед очень трудно.

Получить его экспериментально удалось совсем недавно с применением мощных лазеров, которые создавали ударные волны, мгновенно повышая температуру и давление. При этом происходило разделение атомов водорода и кислорода с параллельным образованием твердых кристаллов.

Сверхкритическая вода

Вода может стать такой из газообразного состояния. Это очень странный пар, который нельзя назвать газом. Образование такой воды происходит при 373 °С и давлении 220 бар. Снова жидкой она уже стать не может. Такая вода способна проходить сквозь твердые вещества, как газы, и быть растворителем подобно жидкости.

Аморфный лед

Этот лед получается при мгновенном охлаждении воды, когда молекулы не кристаллизуются, как следует. Получается своеобразное стекло — очень медленно движущаяся жидкость.

На нашей планете аморфный лед встречается редко, а вот на просторах Вселенной вода часто существует в этом состоянии.

Тройная точка воды

В этой точке вещество одновременно существует как твердое, жидкое и газообразное. Такое специфическое равновесие достигается путем сочетания показаний давления и температуры. Для воды они составляют 0,01 °С и 0,0060366 атмосфер.

Эта точка применяется, когда определяется температура по Кельвину, калибруются термометры и определяются тройные точки для других жидкостей. Из тройной точки воду можно перевести в любое из ее возможных агрегатных состояний.

Горящий лед

Это не чистая вода, а сочетание воды и метана, которое способно гореть, словно бумага. Такой лед образуется в результате естественных процессов в океанских глубинах, в зонах вечной мерзлоты, может засорить нефтепровод или газопровод.

При его формировании вначале замораживается метан, который постепенно покрывает настоящий лед. Ученые рассматривают его как чистый и экологичный источник топлива.

Таковы обычные и нестандартные состояния воды. Природа отменно поработала, чтобы создать такое чудо, но и ученые не остались в стороне. Они до сих пор работают над получением воды в уникальных состояниях.

Узнавайте обо всем первыми

Подпишитесь и узнавайте о свежих новостях Казахстана, фото, видео и других эксклюзивах.

Источник