Как понять что вода кипит, Как определить жесткость воды в домашних условиях?
На этих фотографиях, сделанных специально для Детской энциклопедии, показано, что происходит с каплей. Данный процесс происходит до тех пор, пока весь объем жидкости не прогреется до температуры кипения — в этот момент давление пара и воздуха внутри пузырей сравнивается с давлением воды. А при добавлении некипяченой воды весь поток хлора, солей и прочих «вредителей» возвращается в чашку.
Обратите внимание еще на Одно удивительное свойство воды — огромное расширение льда при замерзании. Оно так велико, что графически на одном чертеже представить изменение объема воды при замерзании невозможно.
Попробуйте и на этот раз пофантазировать. Вдруг исчезнет способность молекул воды к ассоциации. Немедленно на всей нашей планете исчезают снега и льды. Нельзя кататься на коньках, негде бегать на лыжах; впрочем, и некому тогда было бы кататься и бегать. Полагается ли воде быть на Земле жидкой или твердой!
Нет, не полагается. Из того, что температура плавления и кипения гидрида кислорода — его аномальное свойство, следует, что в условиях нашей Земли жидкое и твердое состояния его также аномалии. Нормальным должно было бы быть только газообразное состояние воды.
Невозможным жителям невозможного мира, в котором все свойства воды были бы «нормальны», пришлось бы строить специальные сложные машины, чтобы сжижать такую воду, подобно тому как это делаем мы, получая жидкий кислород. Самые обычные свойства воды оказываются необычайными и удивительными, если как следует с ними познакомиться и хорошо в них разобраться.
Сколько существует газообразных состояний воды! Только одно — пар. Сколько существует жидких состояний воды! На такой вопрос не так просто ответить. Конечно, тоже одно — привычная нам всем жидкая вода.
Но вода в жидком состоянии обладает такими необыкновенными свойствами, что приходится задуматься: правилен ли такой простой, казалось бы, не вызывающий никаких сомнений ответ? Вода — единственное в мире вещество, которое после плавления вначале сжимается, а затем по мере повышения температуры начинает расширяться.
Эту редкостную аномалию в свойствах воды объясняют тем, что в действительности жидкая вода представляет собой сложный раствор совершенно необычайного состава: это раствор воды в воде. При плавлении льда сначала образуются крупные сложные молекулы воды.
Они сохраняют остатки рыхлой кристаллической структуры льда и растворены в обычной низкомолекулярной воде. Поэтому сначала плотность воды низкая, но с повышением температуры эти большие молекулы разрушаются, и поэтому плотность воды растет, пока не начинает преобладать обычное тепловое расширение, при котором плотность воды снова падает.
Если это верно, то возможно несколько состояний воды, только их никто не умеет разделить. И пока неизвестно, удастся ли когда-нибудь это сделать. Такое необычайное свойство воды имеет огромное значение для жизни. В водоемах перед наступлением зимы постепенно охлаждающаяся вода опускается вниз, пока температура всего водоема не достигнет 4 Р С. При дальнейшем охлаждении более холодная вода остается сверху, и всякое перемешивание прекращается.
В результате создается необычайное положение: тонкий слой холодной воды становится как бы «теплым одеялом» для всех обитателей подводного мира. Что должно быть легче — вода или лед! Кто же этого не знает Ведь лед плавает на воде. В океане плавают гигантские айсберги. Озера зимой покрыты плавающим сплошным слоем льда. Конечно, лед легче воды. Но почему «конечно»? Разве это так ясно?
Наоборот, объем всех твердых тел при плавлении увеличивается, и они тонут в своем собственном расплаве. А вот лед плавает в воде. Это свойство воды — аномалия в природе, исключение, и притом совершенно замечательное исключение. Попробуем вообразить, как выглядел бы мир, если бы вода обладала нормальными свойствами и лед был бы, как и полагается любому нормальному веществу, плотнее жидкой воды.
Зимой намерзающий сверху, более плотный лед тонул бы, непрерывно опускаясь на дно водоема. Летом лед, защищенный толщей холодной воды, не мог бы растаять. Постепенно все озера, пруды, реки, ручьи промерзли бы нацело, превратившись в гигантские ледяные глыбы.
Наконец, промерзли бы моря, а за ними и океаны. Наш прекрасный цветущий зеленый мир стал бы сплошной ледяной пустыней, кое-где покрытой тонким слоем талой воды. Чудесной аномалией обладает наше удивительное вещество. Сколько существует льдов! В природе на нашей Земле — один: обычный лед.
Это самый прекрасный из всех минералов. Никакие алмазы не могут сравниться блеском и красотой со снежинками, искрящимися на солнце. Из этого голубовато-зеленого камня сложены на Земле не только горы и колоссальные ледники, им покрыты целые материки. Лед — горная порода с необычайными свойствами. Он твердый, но течет как жидкость, существуют огромные ледяные реки, медленно стекающие с гор. Лед необычайно прочен и долговечен — десятки тысячелетий хранит он в себе без изменений тела мамонтов, погибших в ледниковых трещинах.
В своих лабораториях человек сумел открыть еще по крайней мере шесть различных, не менее удиви- тельных льдов. В природе их найти нельзя.
Они могут существовать только при очень высоких давлениях. Он тяжелее воды и тонет в ней. При более низкой температуре и большем давлении — до МПа — образуется еще более плотный лед-II. При давлении около 2 ГПа гигапаскалей возникает лед-VI. Это самый плотный и тугоплавкий из известных льдов.
Некоторые ученые подозревают, что существует еще неустойчивый лед-IV, быстро переходящий в лед-V. Наверно, человек, расширяя свои познания, сумеет в будущем найти еще не один вид льда. Что нужно, чтобы лед растаял? Очень много тепла. Гораздо больше, чем для плавления такого же количества любого другого вещества. Исключительно большое значение удельной теплоты плавления Дж на 1 г льда — также аномальное свойство воды. При замерзании 1 кг воды такое же количество тепла снова выделяется.
Когда наступает зима, образуется лед, выпадает снег и вода отдает обратно тепло, подогревает землю и воздух. Они противостоят холоду и смягчают переход к суровой зиме, к жестоким морозам. Именно благодаря этому замечательному свойству воды на нашей планете существуют осень и весна.
Что такое снежинки! Сростки ледяных кристалликов, образовавшиеся при конденсации водяного пара в верхних слоях атмосферы, где очень низкая температура. Почему же они такие красивые! В кристаллической решетке льда есть плоскости, в которых атомы кислорода расположены так, что образуют правильные шестиугольники, как это видно на рисунке стр.
Наверное, с этим и связана чаще всего встречающаяся шестилучевая форма изящных звездочек-снежинок. Изумительная красота и бесконечное разнообразие форм снежинок, их поразительная симметрия вдохновили многих ученых на исследования этой удивительной загадки природы. Были получены десятки тысяч фотографий снежинок в самых разнообразных условиях: и высоко в облаках, и у земли, и на крайнем севере, и на юге — всюду, где только может идти снег.
Кроме огромного множества самых разнообразных форм гексагональной симметрии, встречаются и пластиночки, и столбики, и игольчатые формы.
Сотни различных типов снежинок обнаружили ученые. Но если быть очень точными, то придется признать, что совершенно одинаковых снежинок не существует. В бесконечном многообразии каждая хоть чем-нибудь да отличается по форме и размеру.
Нет сомнения, что это зависит от бесконечной изменчивости условий образования и роста снежинок в атмосфере. С нежной красотой снежинки связано еще много неразгаданного в природе. Сколько тепла нужно, чтобы нагреть воду! Очень много. Больше, чем для нагревания равного количества любого другого вещества. Чтобы нагреть грамм воды на один градус, необходима одна калория, или 4,19 Дж. Это больше чем вдвое превышает теплоемкость любого химического соединения. Вода — вещество, необычайное даже в самых обыденных для нас свойствах.
Конечно, эта особенность воды имеет очень большое значение не только при варке обеда на кухне. Вода — это великий распределитель тепла на Земле. Нагретая Солнцем под экватором, она переносит тепло в Мировом океане гигантскими потоками морских течений в далекие полярные области, где жизнь возможна только благодаря этой удивительной особенности воды.
Как вода попадает в облака! Очень просто. Солнце нагревает воду. Всюду, где она есть, — в луже, в пруду, в море, в океане. Вода поглощает в своем тонком верхнем слое почти всю энергию попадающих на нее солнечных лучей и испаряется.
Молекулы воды исключительно просты в своем строении и вместе с тем необычайны, отличны от все других молекул. Они сильно притягиваются друг к другу благодаря силам межмолекулярного притяжения за счет дополнительных водородных связей. Солнцу приходится затрачивать очень много энергии, чтобы разделить молекулы воды, чтобы превратить ее в пар. Нет ни одного вещества, у которого бы удельная теплота испарения была бы больше, чем у воды. Вода — лучший теплоноситель.
Ничто не может сравниться с ней. Ничто не может лучше работать в паровых турбинах электростанций, в цилиндрах паровых двигателей. Вода — гигантский двигатель и в природе. Метеорологи подсчитали, что Солнце испаряет на Земле за одну минуту миллиард тонн воды.
Каждую минуту миллиард тонн водяного пара вместе с восходящими потоками нагретого воздуха поднимается в верхние слои атмосферы. Каждый грамм водяного пара уносит с собой калорий солнечной энергии.
На большой высоте, где давление мало, воздух расширяется, его температура сильно понижается и водяной пар конденсируется, снова превращаясь в воду — ее мельчайшие капельки образуют облака.
Энергия Солнца, поднятая с водяным паром вверх, неминуемо должна выделиться обратно, когда он превращается в облака. Эта энергия переходит в тепловую, нагревая воздух. Каждую минуту водяной пар отдает атмосфере Земли чудовищно огромное количество энергии: 2,2- 10 18 Дж.
Столько энергии за то же время могли бы выработать сорок миллионов электростанций, по миллиону киловатт каждая. Это та энергия, которая переносит сотни миллиардов тонн воды по воздуху в облаках и орошает дождями всю поверхность Земли. Это та энергия, за счет которой дуют ветры, возникают бури, рождаются ураганы и штормы. А только один развившийся ураган выделяет энергию, эквивалентную энергии 30 тыс. Почему в море вода соленая! Это, пожалуй, одно из самых важных следствий одного из самых удивительных свойств воды.
В ее молекуле центры положительных и отрицательных зарядов сильно смещены относительно друг друга. Поэтому вода обладает исключительно высоким, аномальным значением диэлектрической проницаемости.
Это значит, что два любых разноименных заряда в воде взаимно притягиваются друг к другу с силой в 80 раз меньшей, чем в воздухе. Ведь по закону Кулона. Но все межмолекулярные связи во всех телах, определяющие прочность тела, обусловлены взаимодействием между положительными зарядами атомных ядер и отрицательными электронами. На поверхности тела, погруженного в воду, силы, действующие между молекулами или атомами, ослабевают под влиянием воды почти в сотню раз.
Если оставшаяся прочность связи между молекулами становится недостаточной, чтобы противостоять действию теплового движения, молекулы или атомы тела отрываются от его поверхности и переходят в воду. Тело начинает растворяться, распадаясь либо на отдельные молекулы, как сахар в стакане чаю, либо на заряженные частицы — ионы, как поваренная соль.
Именно благодаря аномально высокой диэлектрической проницаемости вода — один из сильнейших растворителей. Она способна растворить любую горную породу на земной поверхности. Медленно и неотвратимо она разрушает даже граниты, выщелачивая из них наиболее легко растворимые составные части. Нет в природе такой прочной породы, которая могла бы сопротивляться всемогущему разрушителю — воде. Ручьи, речки и реки сносят растворенные водой примеси в океан.
Вода океана испаряется и вновь возвращается на Землю, чтобы снова и снова продолжать свою вечную работу. А растворенные соли остаются в морях и океанах. Не думайте, что вода растворяет и сносит в море только то, что легко растворимо, и что в морской воде содержится только обычная соль, которая стоит на обеденном столе. Нет, морская вода содержит в себе почти все элементы, существующие в природе.
В ней есть и магний, и кальций, и сера, и бром, и иод, и фтор. В меньшем количестве в ней найдены железо, медь, никель, олово, уран, кобальт, даже серебро и золото. Свыше 60 элементов нашли химики в морской воде. Наверное, будут найдены и все остальные. Больше всего в морской воде поваренной соли. Поэтому вода в море соленая. А знаете ли вы, что кровь человека и животных близка по составу к морской воде? И что растения извлекают из земли питательные вещества в виде водного раствора?
Если бы вода не обладала удивительным свойством — необычайно высокой диэлектрической проницаемостью, море не было бы соленым. Но это некому было бы заметить — не было бы на Земле жизни. Распадаются ли в воде на ионы ее собственные молекулы! Да, распадаются. При этом из каждого миллиарда молекул воды при обычной температуре диссоциированы всего лишь только 2 молекулы.
А может ли быть вода без молекул воды! Да, как будто бы может. Правда, такая вода еще пока не получена. Но ученые установили, что если воду нагревать все выше и выше, то диссоциация ее молекул на ионы будет все более возрастать. При очень высокой температуре должно наступить такое удивительное состояние воды, при котором в ней не останется ни одной молекулы воды, все они распадутся на ионы. Давление при этом должно быть не менее 15 ГПа атмосфер.
Может быть, такая вода существует в недрах Земли. Интересно, какие у нее свойства? Как вода образуется в воде из воды! Конечно, проще всего предположить, что молекулы воды в воде образуются при взаимодействии протона — иона водорода с отрицательным ионом — гидроксилом. Так это и было написано во всех школьных учебниках мира. Можно даже теоретически рассчитать, определив размеры частиц, значение констант скоростей обеих реакций — и с протоном и с ионом гидроксония.
Вода не очень «мокрая», если, считать, что этот шутливый вопрос относится к способности воды смачивать другие тела. Большинство жидкостей гораздо «мокрее» воды. Вода с трудом смачивает металлы, совершенно не смачивает жирные поверхности. Водой не намочишь парафин. Капли воды скатываются с поверхности многих полимерных материалов: тефлона, полиэтилена и др. Спирт же, например, или керосин очень хорошо смачивают почти любые тела.
Это объясняется тем, что силы взаимодействия между молекулами воды так велики, что вода собирается в капли там, где другие жидкости растекаются. Поверхностное натяжение воды столь велико, что по ней спокойно могут гулять довольно крупные водяные насекомые, вроде этих. Это свойство воды причиняет много огорчений в обыденной жизни и в технике: загрязненные жиром или маслами руки водой не отмоешь.
Из-за этого и было изобретено мыло. Химиками было синтезировано много специальных веществ — «смачивателей», чтобы воду сделать «мокрее». А «сухой» вода может быть! Оказывается, может. Недавно ученые сумели приготовить «сухую» воду. Для этого нужно к обычной воде добавить совсем немного тонко размельченного порошка несмачиваемой кремниевой кислоты.
Вода сразу становится сухой и сыпучей. Ее можно пересыпать, перевозить в пакетах; даже на ощупь такая вода совсем не влажная, а сухая и холодная. Какую форму имеет вода! Хотя этот вопрос может показаться странным, но он задан совершенно правильно.
Вода обладает собственной формой, как и любая другая жидкость. Ее форма — шар. Утверждение учебников, что вода принимает форму сосуда, а собственной не имеет, неверно. Ее собственная форма на Земле обычно искажена земным притяжением. Но что воде свойственна форма шара, в этом очень легко убедиться — достаточно слетать на космическом корабле в космос и вытряхнуть там воду из бутылки.
Можно увидеть это и на Земле: посмотрите на падающую каплю или выдуйте хороший мыльный пузырь.
В этих случаях действие веса исключено и вода принимает собственную форму. Можно ли бегать по поверхности воды! Чтобы в этом убедиться, посмотрите летом на поверхность любого пруда или озера. По воде не только ходит, но и бегает немало живого и быстрого народца. Если учесть, что площадь опоры лапок у этих насекомых очень мала, то нетрудно понять, что, несмотря на их небольшую массу, а следовательно, и небольшой вес, поверхность воды выдерживает, не прорываясь, значительное давление.
Может ли вода течь вверх! Да, может. Это происходит всегда и повсеместно. Сама поднимается вода вверх в почве, смачивая всю толщу земли от уровня грунтовых вод.
Сама поднимается вода вверх по капиллярным сосудам дерева и помогает растению доставлять растворенные питательные вещества на большую высоту — от глубоко скрытых в земле корней к листьям и плодам.
Сама движется вода вверх в порах промокательной бумаги, когда вам приходится высушивать кляксу, или в ткани полотенца, когда вытираете лицо. В очень тонких трубочках — капиллярах — вода может подняться на высоту до нескольких метров. Чем это объясняется! Еще одной замечательной способностью воды — ее исключительно большим поверхностным натяжением.
Молекулы воды на ее поверхности испытывают действие сил межмолекулярного натяжения только с одной стороны, а у воды это взаимодействие аномально велико. Поэтому каждая молекула на ее поверхности втягивается внутрь жидкости.
В результате возникает линейная сила, стягивающая поверхность жидкости. Эта сила и придает мыльному пузырю, падающей капле и любому количеству жидкости в условиях невесомости форму шара. Она поддерживает бегающих по поверхности пруда жуков, лапки которых водой не смачиваются. Она поднимает воду в почве, стенки тонких пор и отверстий в ней, наоборот, хорошо смачиваются водой.
Вряд ли вообще было возможно земледелие, если бы вода не обладала этой исключительной особенностью. А может ли вода гореть! Вода неплохо горит в атмосфере свободного фтора. Видел ли хоть кто-нибудь воду! Этот вопрос может показаться нелепым. Однако если быть строгим и точным в ответах, то придется сказать, что нет — воду пока еще, наверное, никто не видел и не держал в руках. То, что налито в стакане и что мы по привычке называем водой, на самом деле всегда представляет собой раствор очень многих веществ в воде.
В ней растворены газы: азот, кислород, аргон, углекислота — и все примеси, находящиеся в воздухе. Кипяток применяется для заваривания чая , какао и кофе , для ополаскивания фруктов и овощей с целью дезинфекции , размораживания замёрзших металлических механизмов замков и т. В быту для получения кипятка применяются чайники , кипятильники и ранее широко распространённые в России самовары.
Материал из Википедии — свободной энциклопедии. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии , проверенной 28 мая года; проверки требуют 6 правок.
Категория : Вода.
