02. Свойства воды в жидком состоянии

Нас окружает вода сама по себе, в составе других веществ и тел. Она может быть в твёрдом, жидком или газообразном состоянии, но вода всегда вокруг нас. Почему трескается асфальт на дорогах, почему стеклянная банка с водой на морозе лопается, почему в холодное время года запотевают окна, почему самолёт оставляет в небе белый след — ответы на все эти и другие «почему» мы будем искать на этом уроке. Мы узнаем, как изменяются свойства воды при нагревании, охлаждении и замораживании, как образуются подземные пещеры и причудливые фигуры в них, как работает термометр.

Вода

В чистом виде вода не имеет вкуса, запаха и цвета, но она почти никогда не бывает такой, потому что активно растворяет в себе большинство веще́ств и соединяется с их частицами. Также вода может проникать в различные тела́ (учёные нашли воду даже в камнях).

Если в стакан набрать воды из-под крана, она будет казаться чистой. Но на самом деле это раствор многих веществ, среди которых есть газы (кислоро́д, арго́н, азо́т, углеки́слый газ), различные примеси, содержащиеся в во́здухе, растворённые соли из по́чвы, железо из водопроводных труб, мельчайшие нерастворённые частицы пыли и другие вещества

Если нанести пипеткой капельки водопроводной воды на чистое стекло и дать ей испариться, останутся едва заметные пятнышки.

В воде рек и ручьёв, большинства озёр содержатся различные примеси, например растворённые соли. Но их немного, потому что эта вода пресная.

Вода под землёй

Вода течёт на земле и под землёй, наполняет ручьи, озёра, реки, моря́ и океаны, создаёт подземные дворцы.

Вода прокладывает себе путь сквозь легкорастворимые вещества и проникает глубоко под землю, унося их с собой. Через щёлочки и трещинки в скальных породах она образует  подземные пещеры, капает с их свода, создавая причудливые скульптуры. Миллиарды капелек воды за сотни лет испаряются, а растворённые в воде вещества (соли, известняки) оседают на сводах пещеры, образуя каменные сосульки, которые называют сталакти́тами.

Сходные образования на полу пещеры называются сталагми́тами.

А когда сталактит и сталагмит срастаются, образуется каменная колонна под названием сталагна́т.

Состояния воды

Наблюдая ледоход на реке, мы видим воду в твёрдом (лёд и снег), жидком (текущая под ним) и газообразном состоянии (мельчайшие частицы воды, поднимающиеся в воздух, которые ещё называют водяны́м па́ром).

Вода может одновременно находиться во всех трёх состояниях: в воздухе всегда есть водяной пар и облака, которые состоят из капелек воды и кристалликов льда.

Водяной пар невидим, но его можно легко обнаружить, если оставить в тёплой комнате охлаждавшийся в холодильнике в течение часа стакан с водой, на стенках которого появятся капельки воды. При соприкосновении с холодными стенками стакана водяной пар, содержащийся в воздухе, преобразуется в капельки воды и оседает на поверхности стакана.

Водяной пар, конденсация

По этой же причине в холодное время года запотевает внутренняя сторона оконного стекла. Холодный воздух не может содержать столько же водяного пара, сколько и тёплый, поэтому какое-то его количество конденси́руется — превращается в капельки воды.

Белый след за летящим в небе самолётом — тоже результат конденсации воды.

Если поднести к губам зеркальце и выдохнуть, на его поверхности останутся мельчайшие капельки воды. Это доказывает, что при дыхании человек вдыхает с воздухом водяной пар.

Свойства воды при нагревании и охлаждении

При нагревании вода «расширяется». Это может доказать простой опыт: в колбу с водой опустили стеклянную трубку и замерили уровень воды в ней; затем колбу опустили в сосуд с тёплой водой и после нагревания воды повторно замерили уровень в трубке, который заметно поднялся, поскольку вода при нагревании увеличивается в объёме.

При охлаждении вода «сжима́ется». Это может доказать сходный опыт: в этом случае колбу с трубкой опустили в сосуд со льдом, после охлаждения уровень воды в трубке понизился относительно первоначальной отметки, потому что вода уменьшилась в объёме.

Так происходит, потому что частицы воды, молекулы, при нагревании движутся быстрее, сталкиваются между собой, отталкиваются от стенок сосуда, расстояние между молекулами увеличивается, поэтому жидкость занимает бо́льший объём. При охлаждении воды движение её частиц замедляется, расстояние между молекулами уменьшается, и жидкости требуется меньший объём.

Такими свойствами обладает не только вода, но и другие жидкости (спирт, ртуть, бензин, керосин).

Знание этого свойства жидкостей привело к изобретению термо́метра  (градусника), где используется спирт или ртуть.

Свойства воды при замерзании

При замерзании вода расширя́ется. Это можно доказать, если ёмкость, наполненную до краёв водой, неплотно накрыть крышкой и поставить в морозильную камеру. Через время мы увидим, что образовавшийся лёд приподнимет крышку, выйдя за пределы ёмкости.

Это свойство учитывается при прокладывании водопроводных труб, которые обязательно утепляются, чтобы при замерзании образовавшийся из воды лёд не разорвал трубы.

В природе замерзающая вода может разрушать го́ры: если о́сенью в трещинах скал скапливается вода, зимой она замерзает, и под напором льда, занимающего больший объём, чем вода, из которой он образовался, горные породы трескаются и разрушаются.

Вода, замерзающая в трещинах дорог, приводит к разрушению асфальтового покрытия.

Длинные гребни, напоминающие складки, на стволах деревьев — раны от разрывов древесины под напором замерзающего в ней древесного сока. Поэтому в холодные зи́мы можно услышать треск деревьев в парке или в лесу.

Полезные ссылки

1. Список рекомендованных учебников.

1. Российская электронная школа. Окружающий мир, 3-й класс. Урок 7. Вода и её охрана. 

Проверь себя

1. Проведите небольшой опыт: стакан с очень холодной водой поставьте на стол в тёплой комнате. Опишите, что будет происходить, объясните, почему.

2. Что происходит с водой в жидком состоянии при нагревании и охлаждении?

3. Нарисуйте движение молекул воды в нагретом, нормальном и охлаждённом состоянии. Сделайте подписи на своём рисунке.

Список источников:

Рис. 1-13, 17. Изображения используются согласно лицензии Shutterstock / FOTODOM

Рис.14а-16в. Иллюстрации / Иллюстратор Андреева А. С.