Вода существует в нескольких агрегатных состояниях. В обычных земных условиях наиболее известны твёрдое, жидкое и газообразное состояния: лёд, жидкая вода и водяной пар. Химический состав вещества при переходе не меняется — молекулы по-прежнему имеют формулу H2O. Меняются расстояния между молекулами, характер их движения и внутренняя структура вещества.
- Что называют агрегатным состоянием
- Твёрдое состояние воды
- Жидкое состояние воды
- Газообразное состояние
- Основные переходы между состояниями
- Плавление и замерзание
- Испарение, кипение и конденсация
- Сублимация и десублимация
- Тройная и критическая точки воды
- Агрегатные состояния воды в природе
- Краткие ответы
- Сколько агрегатных состояний у воды
- Пар над чайником является водяным паром
- Меняется ли формула воды при замерзании
Что называют агрегатным состоянием
Агрегатное состояние — физическая форма вещества, зависящая прежде всего от температуры и давления. В твёрдом теле частицы сохраняют устойчивое взаимное расположение, в жидкости остаются близко друг к другу, но могут перемещаться, а в газе движутся свободно и занимают весь доступный объём.
Границы между состояниями описывают не только одной температурой. Температуры плавления и кипения зависят от давления, а наличие солей и других примесей сдвигает точки фазовых переходов.
Твёрдое состояние воды
Твёрдая вода — это лёд. При обычном атмосферном давлении чистая вода замерзает приблизительно при 0 °C. В кристаллической решётке льда молекулы удерживаются водородными связями и образуют сравнительно рыхлую структуру. Поэтому лёд менее плотный, чем жидкая вода, и плавает на её поверхности.
Известно много кристаллических модификаций льда. Обычный природный лёд имеет гексагональную структуру. Другие формы возникают при очень низких температурах или высоких давлениях. Снег, иней, град, ледники и морской лёд состоят из воды в твёрдом состоянии, хотя могут содержать воздух, соли и примеси.
Жидкое состояние воды
В жидком состоянии вода сохраняет объём, но принимает форму сосуда. Молекулы расположены близко, постоянно движутся и меняют соседей. Водородные связи непрерывно возникают и разрушаются. Благодаря этому вода текуча, но обладает заметным поверхностным натяжением и высокой теплоёмкостью.
При нормальном атмосферном давлении жидкая вода устойчива примерно от 0 до 100 °C. Однако она может некоторое время оставаться жидкой ниже 0 °C, если отсутствуют центры кристаллизации. Такое состояние называют переохлаждённой водой.
Газообразное состояние
Газообразная вода называется водяным паром. Сам пар невидим. Белое облачко над чайником состоит преимущественно из мельчайших капель, которые появились после охлаждения и конденсации пара. Водяной пар всегда присутствует в атмосфере и участвует в образовании облаков, осадков и тумана.
Испарение идёт с поверхности жидкости при любой температуре. Кипение отличается тем, что паровые пузырьки возникают во всём объёме. При давлении около 101,325 кПа чистая вода кипит при 100 °C.
Основные переходы между состояниями
| Переход | Направление | Пример |
|---|---|---|
| Плавление | лёд → вода | таяние снега |
| Замерзание | вода → лёд | ледостав |
| Испарение | вода → пар | высыхание лужи |
| Конденсация | пар → вода | роса и облака |
| Сублимация | лёд → пар | усыхание снега в мороз |
| Десублимация | пар → лёд | образование инея |
Плавление и замерзание
Во время плавления подводимая теплота расходуется на разрушение кристаллической структуры, поэтому температура смеси льда и воды при постоянном давлении некоторое время почти не меняется. При замерзании скрытая теплота, наоборот, выделяется в окружающую среду.
Растворённые соли понижают температуру замерзания. Именно поэтому морская вода начинает замерзать ниже 0 °C, а противогололёдные реагенты способствуют таянию льда.
Испарение, кипение и конденсация
Скорость испарения растёт при повышении температуры, увеличении площади поверхности, движении воздуха и уменьшении влажности. Конденсация начинается, когда воздух охлаждается до точки росы и уже не может удерживать прежнее количество пара.
Эти процессы переносят огромные количества энергии. Испарение охлаждает поверхность, а конденсация выделяет скрытую теплоту. Поэтому фазовые переходы воды влияют на погоду и климат.
Сублимация и десублимация
Лёд способен переходить непосредственно в пар, минуя жидкую фазу. Сублимация объясняет, почему снег постепенно исчезает даже при устойчивом морозе. Обратный переход называется десублимацией: водяной пар сразу образует кристаллы льда. Так возникают иней и некоторые ледяные отложения.
Тройная и критическая точки воды
При строго определённых температуре и давлении лёд, жидкая вода и пар могут находиться в равновесии. Тройная точка воды соответствует температуре 0,01 °C и давлению около 611,657 Па. Она имеет важное значение в термодинамике и метрологии.
Выше критической температуры 373,946 °C различие между жидкостью и паром исчезает. При давлении около 22,064 МПа вода становится сверхкритическим флюидом, свойства которого используют в химической технологии и специальных энергетических установках.
Агрегатные состояния воды в природе
Ледники и снежный покров хранят воду в твёрдой форме, океаны и реки — преимущественно в жидкой, атмосфера содержит пар, капли и ледяные кристаллы. Солнечная энергия вызывает испарение, воздушные потоки переносят влагу, конденсация создаёт облака, а осадки возвращают воду на поверхность.
{{I5}}
Краткие ответы
Сколько агрегатных состояний у воды
В повседневных условиях говорят о трёх: твёрдом, жидком и газообразном. В физике также изучают сверхкритическую воду, плазму и многочисленные структурные формы льда.
Пар над чайником является водяным паром
Невидимый газ рядом с носиком — водяной пар. Видимое белое облачко состоит главным образом из сконденсировавшихся микрокапель.
Меняется ли формула воды при замерзании
Нет. Лёд, жидкая вода и пар состоят из молекул H2O; меняются их движение и взаимное расположение.
