Состояние воды в природе

Вода — одно из самых распространенных на Земле соединений. Молекулы воды обнаружены в межзвездном пространстве. Вода входит в состав комет, большинства планет Солнечной системы и их спутников. Количество воды на поверхности земли оценивается в 1,39 ?

1018т. Общий объем воды на Земле составляет около 1 500 000 000 км³. Если эту воду равномерно распределить по поверхности Земли, то толщина ее слоя составила бы почти 4 км.

Вода входит в состав многих минералов и горных пород, присутствует в почве и во всех организмах. Так, например, тело взрослого человека на 65% состоит из воды. Вода входит в состав всех его органов и тканей: в сердце, легких, почках её около 80%, в крови — 83%, в костях — 30%, в зубной эмали — 0,3%, в биологических жидкостях организма (слюне, желудочном соке, моче и т.д.) — 95-99%.

Тело рыб содержит 80% воды, водорослей — 90%. Подсчитано, что содержание воды в тканях живых организмов примерно в шесть раз превышает ее количество во всех реках земного шара.

Известно, что в природе вода может находиться в трех различных состояниях, таких как: твердое, жидкое или газообразное.

Облака, снег и дождь представляют собой различные состояния воды. Облако состоит из множества капелек воды или кристалликов льда, снежинка — это совокупность мельчайших кристалликов льда, а дождь — всего лишь жидкая вода.

Вода, находящаяся в газообразном состоянии, называется водяным паром. Когда говорят о количестве влажности в воздухе, обычно подразумевают количество водяных паров. Если воздух описывается как "влажный", это означает, что в воздухе содержится большое количество водяных паров.

Лед — твердое состояние воды. Толстый слой льда имеет голубоватый цвет, что связано с особенностями преломления им света. Сжимаемость льда очень низка. Лед при нормальном давлении существует только при температуре 0° С или ниже и обладает меньшей плотностью, чем холодная вода. Именно поэтому айсберги плавают в воде. При этом, поскольку отношение плотностей льда и воды при 0° С постоянно, лед всегда выступает из воды на определенную часть, а именно на 1/5 своего объема.

Лишь недавно, в конце второго тысячелетия, было обнаружено еще одно, четвертое состояние воды — информационное. В поисках ответов на многочисленные вопросы, хоть сколь-нибудь приблизившие бы к пониманию непредсказуемого поведения воды, ученым вдруг стало остро очевидно: вода, словно живое существо, обладает памятью. Она воспринимает и запоминает любое воздействие, как будто понимая все, что происходит в пространстве.

В ходе опытов со структурой жидкости удалось выяснить, что памятью воды можно управлять. Суть сводится к следующему: молекулы того или иного вещества, растворяясь в воде, как бы пронумеровывают и программируют расположение ее структурных элементов. Если записать объемное распределение взаимных ориентацией граней вокруг молекулы вещества, то фактически будет произведена запись вполне определенного состояния воды, отвечающего за то или иное ее свойство (например, горький или сладкий вкус и т. д.). Нетрудно представить, какие громадные возможности направленного задания желаемых свойств воды это открывает.

Вода. Фото: Fox キヨ

Сверхкритическую воду систематически исследуют с начала прошлого века. Однако сегодня эти работы привлекательны не только с теоретической точки зрения. Есть надежда, что самый распространённый, дешёвый, безопасный и экологически чистый растворитель займет свою уникальную нишу в химической промышленности.

Сверхкритические состояния первым начал изучать Каньяр де ля Тур в 1822 году. Если любую кипящую жидкость (когда существует равновесие между жидкостью и паром) продолжать нагревать и увеличивать давление, то в какой-то момент плотности жидкости и пара становятся одинаковыми, а граница раздела между этими фазами исчезает.
этой критической точке вещество переходит в промежуточное состояние — становится не газом и не жидкостью. При температуре выше критической точки уже двух фаз не получится, хотя если этот однородный флюид сжимать, то его плотность будет меняться от газоподобного к жидкоподобному. При меньших температурах вода находится в докритическом состоянии, а при изменении давления её плотность меняется скачком: жидкость переходит в пар. Выше — в сверхкритическом, вещество однородно, а плотность меняется непрерывно.

Уже накоплено много экспериментальных данных по сверхкритическому состоянию воды.

Все эти данные подтверждают, что при повышении температуры и давления меняются: её диэлектрическая проницаемость, электропроводность, ионное произведение, структура водородных связей.

Из всех жидкостей вода, наверное, претерпевает самые сильные изменения, переходя в сверхкритическое состояние. Если при нормальном давлении и температуре вода — полярный растворитель, то в сверхкритической воде растворяются почти все органические вещества. Растворимость неорганических веществ также меняется. Даже небольшое отклонение температуры и давления вблизи критической точки изменяет все физико-химические характеристики воды, поэтому при малейших флуктуациях давления и температуры в такой воде могут полностью растворяться или, наоборот, осаждаться оксиды и соли. Собственно, на этом основана технология гидротермального выращивания кристаллов, которой больше полувека.

В сверхкритическом состоянии вода (скH2O ) неограниченно смешивается с кислородом, водородом и углеводородами, облегчая их взаимодействие между собой — в ней очень быстро протекают все реакции окисления. Одно из особенно интересных применений такой воды — эффективное уничтожение боевых отравляющих веществ. В смеси с другими веществами скH2O можно использовать не только для окисления, но и в реакциях гидролиза, гидратации, образования и расщепления углерод-углеродных связей, гидрирования и других.

До- и сверхкритическая вода — это нетоксичный растворитель, свойствами которого можно управлять, подстраивая их под конкретную каталитическую реакцию. В процессах со сверхкритическим флюидом нет проблем с диффузией на границе газ-жидкость (ведь это не газ и не жидкость), а значит, легче регулировать скорость такой реакции.

Кроме перечисленных состояний воды открыто новое, в котором она не замерзает даже при температуре, близкой к абсолютному нулю, а также обладает иными необычными свойствами.

Группа американских ученых из Аргоннской национальной лаборатории под руководством Александра Колесникова открыла новое состояние воды, получившее название «нанотрубочная вода» (nanotube water). Несмотря на то что в новом состоянии молекула воды также состоит из атома кислорода и двух атомов водорода, она не замерзает даже при температуре 8 градусов Кельвина.

Поведение воды в сверхмалых объемах, стенки которых не смачиваются водой, очень интересует специалистов в различных областях – от геологов до разработчиков новых материалов.
ериканские ученые решили исследовать свойства воды, помещенной в «сосуд» из углеродной нанотрубки. «Я с удивлением узнал, — рассказал г-н Колесников, — что никто до сих пор не пытался исследовать поведение воды в нанотрубках. Имеется большое количество расчетов, однако они усложняются еще и тем фактом, что вода крайне сложна для моделирования – в отличие от экспериментального исследования».

Для изучения поведения воды в таких «экстремальных» условиях ученые наполнили водой углеродные нанотрубки размером 1,4 нм в поперечнике и длиной 10 тыс. нм. Для этого они подвергали их воздействию водяного пара на протяжении нескольких часов, после чего изучили структуру атомов внутри нанотрубок с помощью потока нейтронов. «В столь тесном одноразмерном сосуде мы ожидали увидеть что-то необычное, но не настолько, — сказал г-н Колесников.

— Обнаружилось нечто поистине странное».

Оказалось, что вода в нанотрубках находится в новом состоянии, не похожем ни на жидкое, ни на газообразное агрегатные состояния. Выяснилось, в частности, что среднее количество водородных связей, связывающих молекулу воды с соседними (так называемое координатное число) сократилось с 3,8 до 1,86. Вследствие этого повысилась подвижность молекул. «Новая вода» не замерзала даже при температуре, всего на восемь градусов отличающейся от абсолютного нуля.

Ученые продолжают оказавшиеся столь плодотворными исследования. На очереди разработка более корректной математической модели воды с использованием методов параллельных вычислений, изучение свойств воды в нанотрубках меньшего диаметра – например, сравнимого с размером протеинов клеточной мембраны, а также изучение термодинамических свойств "нанотрубочной воды".



Источник: a-viptravel.ru

Круговорот воды в природе

Вода находится в постоянном движении. Испаряясь с поверхности водоемов, почвы, растений, вода накапливается в атмосфере и, рано или поздно, выпадает в виде осадков, пополняя запасы в океанах, реках, озерах и т.п. Таким образом, количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы — это и есть круговорот воды в природе. Из всех выпадающих осадков 80% попадает непосредственно в океан. Для нас же наибольший интерес представляют оставшиеся 20%, выпадающие на суше, так как большинство используемых человеком источников воды пополняется именно за счет этого вида осадков. Упрощенно говоря, у воды, выпавшей на суше, есть два пути. Либо она, собираясь в ручейки, речушки и реки, попадает в результате в озера и водохранилища — так называемые открытые (или поверхностные) источники водозабора. Либо вода, просачиваясь через почву и подпочвенные слои, пополняет запасы грунтовых вод. Поверхностные и грунтовые воды и составляют два основных источника водоснабжения. Оба этих водных ресурса взаимосвязаны и имеют как свои преимущества, так и недостатки в качестве источника питьевой воды.
руговорот воды является одним из грандиозных процессов на поверхности земного шара. Он играет главную роль в связывании геологического и биотического круговоротов. В биосфере вода, непрерывно переходя из одного состояния в другое, совершает малый и большой круговороты. Испарение воды с поверхности океана, конденсация водяного пара в атмосфере и выпадение осадков на поверхность океана образуют малый круговорот. Если же водяной пар переносится воздушными течениями на сушу, круговорот становится значительно сложнее.  В этом случае часть осадков испаряется и поступает обратно в атмосферу, другая — питает реки и водоемы, но в итоге вновь возвращается в океан речным и подземным стоком, завершая тем самым большой круговорот. Важное свойство круговорота воды заключается в том, что он, взаимодействуя с литосферой, атмосферой и живым веществом, связывает воедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную влагу, подземные воды и атмосферную влагу. Вода — важнейший компонент всего живого. Грунтовые воды, проникая сквозь ткани растения в процессе транспирации, привносят минеральные соли, необходимые для жизнедеятельности самих растений².  Наиболее замедленной частью круговорота воды является деятельность полярных ледников, что отражают медленное движение и скорейшее таяние ледниковых масс. Наибольшей активностью обмена после атмосферной влаги отличаются речные воды, которые сменяются в среднем каждые 11 дней.
езвычайно быстрая возобновляемость основных источников пресных вод и опреснение вод в процессе круговорота являются отражением глобального процесса динамики вод на земном шаре.  Круговорот воды на поверхности Земли складывается из 520 тыс. км выпадающей и такой же массы испаряющейся воды. При этом на континентах выпадает в год 109000 км , а испаряется 72000км . Разница в 37000 км и есть цифровое значение полного речного стока. С поверхности Мирового океана испаряется воды больше (448000 км ), чем выпадает осадков (441000 км ). Разность покрывается стоком речных вод. Огромный круговорот воды сопровождает процесс созидания органического вещества. Выделяемый растениями кислород образуется при реакции фотосинтеза за счет расщепления воды. Однако на фотосинтез расходуется всего около 1% воды, проходящей из почвы через растения в атмосферу. Чтобы вырастить 1 ц пшеницы, растения должны пропустить через себя не менее 10000 кг воды. По расчетам, при формировании общепланетарной биомассы всех ныне существующих живых организмов в результате фотосинтеза было расщеплено такое количество воды, которое в 3,5 раза больше количества, находящегося во всех реках мира. Время, необходимое для прохождения всей воды нашей планеты через систему биологического круговорота, можно определить следующим образом. Общая масса воды в наружных оболочках Земли — земной коре, гидросфере и атмосфере составляет 160000000 млрд. т. Масса воды, захватываемая годовой продукцией фотосинтезирующих организмов, около 800 млрд.т/г.
риод полного оборота всей воды в процессе образования живого вещества примерно 2 млн. лет. Таким образом, вся огромная масса гидросферы Земли за 2 млн. лет проходит через растительные организмы, масса которых ничтожно мала по сравнению с водной оболочкой. Круговые движения воды не ограничиваются поверхностью Земли. Значительное количество воды присутствует в горных породах в виде пленочных и поровых вод, еще больше входит ее в состав минералов, образующихся в зоне гипергенеза. Все глинистые минералы, оксиды железа и другие распространенные в этой зоне соединения содержат в своем составе воду. Подсчитано, что в 16-ти километровом слое земной коры содержится примерно 200 млн. км воды. Поступая в глубинные зоны земной коры, связанные формы воды постепенно освобождаются и включаются в метаморфические, магматические и гидротермические процессы. С вулканическими газами и горячими источниками глубинные воды поступают на поверхность.

Источник: StudFiles.net

Твердое состояние воды

В твердом состоянии сохраняется форма и объем. При пониженной температуре вещество замерзает и превращается в твердое тело. Если высокое давление, то температура затвердевания требуется выше. Твердое тело бывает кристаллическим и аморфным. В кристалле положение атома строго упорядоченно. Формы кристаллов естественные и напоминают многогранник. В аморфном теле точки расположены хаотично и колеблются, в них сохраняется только ближний порядок.

Жидкое состояние воды

В жидком состоянии вода сохраняет свой объем, но ее форма не сохраняется. Под этим понимает, что жидкость занимает лишь часть объема, может протекать по всей поверхности. Изучая в школе вопросы жидкого состояния, следует понимать, что это промежуточное состояние между твердой средой и газовой средой. Жидкости делятся на чистые и состояния смеси. Некоторые смеси очень важны для жизни, например кровь или морская вода. Жидкости могут выполнять функцию растворителя.

Состояние газа

В газообразном состоянии форма и объем не сохраняются.  По-другому газообразное состояние, изучение которого происходит еще в школе, называется водяным паром. Опыты показывают наглядно, что пар невидим, он растворим в воздухе, и показывает относительную влажность. Растворимость зависит от температуры и давления. Насыщенный пар и точка росы – это показатель предельной концентрации. Пар и туман это разные агрегатные состояния.

Четвертое агрегатное состояние — плазма

Изучение плазмы и современные опыты стали рассматриваться чуть в более позднем сроке. Плазмой называется полностью или частично ионизированный газ, она возникает в состоянии равновесия при высокой температуре. В условиях земли образуется газовый разряд. Свойства плазмы определяют его газообразное состояние, за исключением того, что огромную роль во всем этом играет электродинамика. Среди агрегатных состояний плазма самое распространенное во Вселенной. Изучение звезд и межпланетного пространства показало, что вещества находятся в состоянии плазмы.

Источник: voday.ru

О трёх состояниях воды в мире

Ни для кого не секрет, что вода способна пребывать всего в трёх агрегатных состояниях:

• твёрдом;
• парообразном;
• и жидком.

Примерами таких состояний в окружающей нас природе могут послужить снегопады, воздушные облака и дожди… Но все эти элементы так или иначе состоят из воды. Дело лишь в её агрегатном состоянии.

Каждое из трёх состояний воды уникально и сильно отличается от других. Именно поэтому их стоит рассмотреть отдельно.

Свойства твёрдого состояния воды

Как известно, во всех твёрдых телах молекулы совершают свои движения лишь вокруг фиксированных центров (не выходят за свои рамки). Говоря о ледяных телах, то они отличаются следующими свойствами:

• хрупкостью;
• сохранением своей формы;
• способностью держать на поверхности достаточно тяжёлый вес;
• плохой проводимостью тепла.

К тому же, лёд не тонет в воде.

Свойства жидкого состояния воды

Молекулы жидкой воды, по сравнению со льдом, имеют куда больший простор для передвижений. Она обладает такими свойствами, как:

• текучесть;
• возможность расширяться и сжиматься;
• принятие любой формы;
• растворение определённых веществ.

К тому же, чистая вода бесцветна и не имеет запаха.

Свойства газообразного состояния воды

Водяной пар в больших количествах содержится в тропосфере. Он отличается:

• повышенной теплоёмкостью;
• способностью быстро переходить в жидкое состояние;
• большой скоростью распространения.

Примечательно, что холодная и горячая вода обладают совершенно разным весом (горячая — легче, холодная — тяжелее). Поэтому в океане вода расслаивается и организует жизнь в виде «этажей».

Ещё одним важным свойством воды является её нетоксичность. Именно поэтому она является основой всей жизни на планете.

Вода действительно обладает великим множеством удивительных свойств. Здесь же были названы самые важные из них.

Источник: rthvictoria.com

Вода всегда вокруг нас

Водный баланс – это основа жизни на нашей планете. Большая её часть на Земле – это океаны и моря. В них сосредоточено 97% данного вещества. Остальные 3 % – это реки, озёра, пруды, подземные воды и парообразная вода в атмосфере. Растения и животные для обеспечения своей жизнедеятельности ежедневно потребляют живительную влагу.

Вода – это составляющая часть организма человека. Каждая наша клетка больше чем наполовину состоит из этой жидкости. Кровь, текущая в наших венах, – это на 82% вода. Мышцы и кожа содержат её 76%. Удивительно, но даже кости в своём составе имеют до 30% воды. Её наименьшее содержание в зубной эмали – всего 0,3%.

Общая масса воды на планете Земля – более 2 000 000 000 миллионов тонн.

Какие существуют 3 состояния воды в природе?

На вопрос «Что такое вода?» почти все без раздумий отвечают: «Это жидкость!». Ведь чаще всего мы привыкли видеть жидкое состояние воды в природе. Но на самом деле она может иметь разные формы, кардинально отличающиеся одна от другой.

Вода бывает в трёх состояниях:

• жидкая форма;
• парообразное состояние;
• твёрдая агрегатная форма — лёд.

Вода – жидкость

Жидкое состояние воды в природе встречается нам чаще всего. В этой форме Н₂О может находиться в диапазоне температур от 0 до 100 градусов по Цельсию. Именно это агрегатное состояние имеет вода в реках, морях, океанах и во время дождя.

Эта прозрачная субстанция не имеет ни вкуса, ни запаха, ни собственной формы. Жидкость кажется самой податливой, но в то же время она имеет колоссальную силу. Жидкое состояние воды в природе даёт ей возможность растворять многие вещества. Потоки воды могут разрушить горные породы, создать пещеры, и таким образом поменять рельеф планеты.

Жидкая форма Н₂О используется повсюду в быту. Во-первых, каждому живому существу, в том числе и человеку, необходимо ежедневно потреблять определённое количество воды. Во-вторых, она нужна нам для поддержания гигиены. Мы ежедневно принимаем ванну или душ, несколько раз в день моем руки, выращиваем овощи и фрукты на своих огородах, обеспечивая им полив, стираем свою одежду. Даже не задумываясь, для всех этих процедур мы используем жидкую воду.

Лёд – вода в твёрдом виде

Н₂О из жидкого переходит в твёрдое агрегатное состояние при снижении температуры ниже 0 градусов по Цельсию. Интересно то, что почти все предметы при охлаждении уменьшаются в объёмах, а вода, наоборот, замерзая, расширяется. Если так она прозрачная и бесцветная, то при замерзании может приобретать белый цвет из-за попадания частичек воздуха внутрь льда.

Необычно, что при одной и той же кристаллической структуре лёд может иметь множество разнообразных форм. Твёрдое состояние воды в природе — это гигантские айсберги, блестящая корка льда на реке, белые хлопья снега, сосульки, висящие на крышах.

Лёд имеет огромное значение для хозяйственной деятельности человека и оказывает большое влияние на поддержание жизнедеятельности многих организмов. Например, при замерзании реки он выполняет защитную функцию, сохраняя водоём от дальнейшего промерзания, этим самым оберегая подводный мир.

Но также лёд может стать причиной разрушительных стихийных бедствий. Например, град, обледенение зданий и летательных аппаратов, промерзание почвы, ледяные обвалы.

В быту мы используем замёрзшую воду как хладагент, бросая небольшие кубики льда в напитки для их охлаждения. Подобным образом могут охлаждаться пищевые продукты и медицинские препараты.

Водяной пар

Нагревая жидкость до 100˚С, мы можем увидеть переход в газообразное состояние воды. В природе нам может встречаться такая вода в виде облаков, тумана, испарений над реками, озерами и морями при смене погоды или просто повышенной влажности.

В атмосфере всегда находятся капельки воды, крохотный размер которых позволяет им удерживаться на весу. Мы можем заметить присутствие влаги в воздухе только тогда, когда её количество увеличивается, и появляются облака или туман.

Часто газообразное состояние воды может быть полезно в быту. Человек использует пар для облегчения глажки белья после стирки. В последнее время появились специальные приспособления, в основу работы которых положено образование водяного пара. Это парогенераторы. Они имеют множество функций, основные из которых – борьба с загрязнениями и микробами. Также процесс парообразования можно проследить на примере работы бытового увлажнителя воздуха.

Переход воды из одного состояния в другое играет роль масштабного очистительного процесса. Только во время испарения, замерзания и таяния большие массы воды способны самоочиститься.

Вода в любом агрегатном состоянии – это наивысшая ценность. Бедуины, которые ведут кочевую жизнь в пустынях, говорят, что она дороже золота. Но даже тем, кто не испытывает трудностей с недостатком воды, понятна величайшая связь между ею и жизнью.

Источник: fb.ru