Агрегатные состояния воды в природе — переходные процессы, интересные и полезные факты

Агрегатные состояния воды в природе —  облака, дождь, снег, лед, град, роса, иней туман … мы знакомы с ними с раннего детства.

* Материал частично создан с помощью API OpenAI ChatGPT. Изображение сгенерировано AI

Агрегатные состояния воды в обычных условиях в природе

Агрегатные состояния воды ежедневно встречаются нам в окружающей нас природе. Они активно влияют на все аспекты жизнедеятельности человека.

В природе в естественных условиях вода, как правило, встречается нам в 3-х основных агрегатных состояниях — это твердое состояние (лед, снег, град, иней … ); жидкое (вода, дождь, туман, роса, радуга, облака …) ; газообразное (пар … ) .  Агрегатное состояние воды, как правило, определяется двумя основными факторами — температурой и давлением. Переходные процессы между состояниями воды называются — замерзание, плавление, испарение и конденсация.

К выше сказанному, важно уточнить, что туман и облака, на самом деле, не являются газообразным состоянием воды. Они являются результатом конденсации водяного пара, а не самим паром как таковым. Подробнее про Водяной пар читайте в статье ВОДЯНОЙ ПАР — ГАЗООБРАЗНОЕ СОСТОЯНИЕ ВОДЫ → .

Агрегатные состояния воды — жидкое состояние воды в природе

Без воды в жидком состоянии большинство живых существ на нашей планете просто погибнет.

Химическая формула воды — H₂O . Два атома водорода имеют положительный заряд, а один атом кислорода отрицательный. Связь между атомами «не сильная». Поэтому она легко разрывается, впрочем как и устанавливается.

Аккумулируется вода в жидком состоянии в хорошо всем нам известных формах — это океаны, моря, реки, озёра, пруды, ставки, каналы, дожди…

Отметим интересный факт — вода в жидком состоянии при фиксированном объёме не имеет фиксированной формы.

Агрегатные состояния воды — твердое состояние воды в природе

Вода из жидкого состояния переходит в твердое при температуре 0º C (плюс/минус в зависимости от давления). Процесс перехода воды из жидкого состояния в твердое имеет интересную аномалию. При понижении температуры молекулы воды, как и в других материях, сближаются друг с другом. Так происходит вплоть до температуры 4º C. При этой температуре у воды максимальная плотность. При дальнейшем понижении температуры плотность начинает уменьшаться. Благодаря именно этому удивительному свойству лёд плавает, а не тонет. Плотность льда составляет приблизительно 90% от плотности воды.

Вода в твердом состоянии имеет как фиксированный объём, так и фиксированную форму.

Агрегатные состояния воды — газообразное состояние воды в природе

Из жидкого состояния в парообразное вода переходит при температуре 100º C (плюс/минус в зависимости от давления). Водяной пар не всегда можно увидеть, но его можно почувствовать. Количество пара в атмосфере определяется как влажность. При повышенной влажности можно сказать, что по ощущениям воздух становится «липким».

Агрегатные состояния воды — примеры различных состояний воды в природе

В дополнение к вышесказанному, еще раз приведем несколько примеров агрегатных состояний воды, которые мы можем встретить в природе…

Твердое состояние воды — лёд

Ледники. Ледники — массивы льда, образовавшиеся с течением времени в результате накопления снега.

Снежинки. Снежинки — уникальные кристаллические структуры, образующиеся при замерзании водяного пара непосредственно в кристаллы льда.

Айсберги. Айсберги — большие куски пресноводного льда, плавающие в открытой воде.

Жидкое состояние воды — жидкая вода

Океаны. Океаны — огромные массы соленой воды, покрывающие примерно 71% поверхности Земли.

Реки. Реки — проточные водоемы с пресной водой, образовавшиеся в результате осадков и стока.

Озера. Озера: водоемы, окруженные сушей, размер которых варьируется от небольших прудов до крупных внутренних морей.

Облака. Облака — видимые массы взвешенных капель воды или кристаллов льда в атмосфере.

Туман. Туман — это по сути те же облака, которые образуются на уровне земли или вблизи нее.

Газообразное состояние воды — водяной пар

Пар. Пар — газообразная форма воды, образующаяся, когда жидкая вода достигает точки кипения.

Агрегатные состояния воды — переходные процессы

Процессы перехода воды с одного агрегатного состояния в другое определяются следующим образом:

• 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.

Граничные точки перехода воды в состояния лед/вода и вода/пар определили соответственно как 0 и 100 градусов по Цельсию при условии атмосферного давления 760 мм рт. ст. или 101 325 Па. Всем с детства хорошо известна простая примета, температура за окном опустилась ниже нуля, ждите снега :)

Агрегатные состояния воды — четвёртое или второе жидкое агрегатное состояние воды

Относительно недавно физики обнаружили новое состояние воды. Это состояние проявляется при температурах в промежутке от 40º до 60º C    и проявляется в том, что жидкая вода непрерывно переключается между двумя состояниями, которые имеют разный набор физических свойств.

Данное качество жидкой воды обнаружила физик Лаура Маэстро из Оксфордского университета в Великобритании. Она вместе со своими коллегами провела исследования в ходе которых, при разных температурах измерялись такие физические параметры жидкой воды — показатель преломления, поверхностное натяжение, теплопроводность, диэлектрическая проницаемость … .

Дать чёткое объяснение этому феномену учёные пока не смогли. Возможно этот факт связан с другими аномальными свойствами воды, про которые мы подробно писали в нашей статье АНОМАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ВОДЫ, ИЛИ УДИВИТЕЛЬНОЕ РЯДОМ → .

Агрегатные состояния воды — важно знать…

Необходимо отметить такой, важный для человека факт – при понижении атмосферного давления температура кипения падает. Это необходимо учитывать, например, в условиях высокогорья. Отметим также еще одно явление, которое полезно знать человеку в повседневной жизни — объем воды в твердом состоянии больше чем в жидком. Этот факт иллюстрирует общеизвестный пример – бутылка с водой оставленная на морозе будет разорвана, образовавшимся в ней льдом.

Очевидно, что в разных своих агрегатных состояниях Вода обладает разными базовыми физическими свойствами такими как – текучесть, твердость, летучесть.

Необходимо отметить, что пар определяет такой важный для человека и других живых организмов параметр как «влажность воздуха«. Влажность воздуха напрямую зависит от количества водяного пара в атмосфере, больше пара выше влажность. На земле существуют места как с очень высокой, так и с низкой влажностью атмосферы. Одним из самых влажных мест планеты считается индийский город Черрапунджи (Cherrapunji), а одним из самых сухих Сухие долины в Антарктике.

Интересные факты про агрегатные состояния воды

Аномалия плотности. В отличие от большинства веществ, вода имеет максимальную плотность при температуре около 4 градусов по Цельсию. Это означает, что лед не тонет, а плавает, что является важнейшим свойством для всей нашей планеты.

Тройная точка. Вода имеет тройную точку, в которой она может существовать одновременно в твердом состоянии, жидком и газообразном. Эта точка возникает при определенных температуре и давлении — 0,01°C и 611,657 паскаля.

Переохлаждение и перегрев. Вода при определенных условиях может существовать в жидком состоянии ниже точки замерзания (переохлаждение) и в газообразном состоянии выше точки кипения (перегрев).

Состояния в космосе. В космосе вода может существовать во всех трех состояниях одновременно из-за условий вакуума и экстремальных температур. Это явление наблюдается в молекулярных облаках в межзвездном пространстве.

Распространены в Солнечной системе. Вода в различных формах широко распространена по всей Солнечной системе. Лед существует на полярных шапках Марса, а также на спутниках Юпитера и Сатурна, таких как Европа и Энцелад.

Фазовые переходы. Вода претерпевает фазовые переходы между твердым, жидким и газообразным состояниями в результате таких процессов, как плавление, замерзание, испарение, конденсация, сублимация и осаждение. Эти переходы играют решающую роль в погодных условиях и климате Земли.

Круговорот воды в природе

Уникальное свойство воды — возможность быть в природных условиях в трех разных базовых агрегатных состояниях, обеспечивает нашей планете жизненно важный процесс – гидрологический цикл или круговорот воды в природе. Если кратко круговорот воды состоит из таких процессов — осадков, испарения и конденсации. Круговорот воды в природе обеспечивает ее присутствие практически во всех уголках нашей планеты, а вода, как известно, источник жизни. Более подробно про него читайте в нашей статье КРУГОВОРОТ ВОДЫ В ПРИРОДЕ → .

Заключение

Еще раз сделаем акцент на том, что во многом благодаря именно способности воды находиться в природных естественных условиях в трех разных агрегатных состояниях и существует жизнь на нашей планете.

Рекомендуем к изучению по данной теме

1. Физические свойства воды – доступно о главном
2. Погода – классификация, критерии и характеристики
3. Пресная вода – возобновляемый ресурс
4. Водные ресурсы Земли – общая картина и немного цифр
5. Производство пресной воды.
6. Химические свойства воды.
7. Использование и применение воды человеком в промышленности.
8. Использование и применение воды человеком в домашнем хозяйстве.
9. Строение молекулы воды.
10. Круговорот воды в природе — гидрологический цикл.

Несколько авторитетных веб-ресурсов по теме — Агрегатные состояния воды

• Национальное управление океанических и атмосферных исследований (НОАА): [Водный цикл NOAA]
• Геологическая служба США (USGS): [Школа водных наук Геологической службы США] https://www.usgs.gov/special-topic/water-science-school
• Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА). [NASA Climate Kids — Водный цикл] https://climatekids.nasa.gov/water-cycle/
• Американское химическое общество (ACS). [ACS: Химия для жизни]

Эти ресурсы предоставят много интересной информации об агрегатных состояниях воды, включая их свойства, поведение и значение в различных областях, таких как климатология, геология и химия.

 

 

Агрегатные состояния воды в природе — переходные процессы, интересные и полезные факты

Статья опубликована: 2023-08-03 Автор: Waterman