Свойства воды: «Обыкновенные чудеса» в нашей жизни. Почему вода, замерзая, увеличивается в объёме

Глава 12 Вода - одна из ключевых составляющих жизни человека. Вода ядовитая, вода целебная. Оздоровление дома и организма человека при помощи воды. Очищение амулетов и талисманов при помощи воды Вода - один из универсальных символов мироздания. Китайцы, например, считали

Почему родителям нужен буддизм и почему буддистам стоит стать родителями Движимый любовью и сочувствием К тем, кто еще не узнал эту подлинную природу, Я посвящаю свои действия благу других: Пусть все существа достигнут освобождения! Я проявился в человеческом

Вода и мы «Какой смысл в том, что вы барахтаетесь у берега и уверяете, что жемчуга в море нет? Нужно отплыть от берега и нырнуть глубоко…» Ни для кого уже не является больше секретом, что все живое, начинало свое развитие в водной среде и поэтому, почти на 80 % состоит из воды.

Это - вообще уникальное свойство молекулы воды Н2О: замерзая и кристаллизуясь, атомы водорода и кислорода образуют кристаллическую решетку с расстояниями между собой более дальним, чем в плотно упакованной смеси молекул воды.

Молекулы воды:

Молекулы льда:



В результате объем одной и той же массы льда - увеличивается примерно на 9 % по сравнению с той же массой воды, соответственно - плотность льда - ниже..

И, благодаря этому уникальному свойству воды, кстати - на Земле существет жизнь : более легкий лед, образовываясь зимой в реках, озерах, морях, океанах - всплывает вверх, создавая панцирь и не давая воде снизу замерзнуть.

В противном случае более тяжелый лед - оказывался бы на дне водоемов, и постепенно вся вода на Земле - источник биологической жизни - просто бы вымерзла, не успевая расстаять за лето на дне Мирового Океана , подробно об этом можно прочитать .

Вода - одна из немногих жидкостей, которая увеличивается в размере после замерзания. Из-за этого свойства во многих породах в природе появляются трещины после заморозки воды.

А все из-за того, что кристаллическая решетка льда заменяет больше места, чем обычная молекула воды.

Слава Богу за воду! Господь все дивно сотворил!

Это все интересно, только ошибка человека заключается в том что он всюду пытается в лесть с топором. А ответ может заключаться в элементарном. Будь моя воля я бы вообще убрал H2O из таблицы Менделеева или сделал приписку живая. И вот почему: как всем известно вода состоит из двух компонентов (кислорода и водорода) и находясь в любом состоянии будь то жидкое, газообразное или кристаллическое подвержена постоянному синтезу,элементарный круговорот воды в природе знающий любому школьнику. А теперь разберем ошибку, точнее дополним ответ что происходит при замерзании воды, да вода приобретает кристаллическую форму вытесняя кислород что можно увидеть при образовании пустот в виде пузыриков на пример, именно они создают мнимый увеличенный объем так как плотно закрытая бутылка не дает оттоку кислорода. Так же как и при нагретой жидкости бутылку разорвет. Мы живем в постоянном изменении температуры иными словами климате а это значит что можно предположить что вода не имеет постоянного свойства и даже при не значительных перепадах температуры вода регенерирует в ту или иную форму. А все приведенные опыты будь то нагревание или замерзание лишь ускоряют его. Если принять такое отверждение как данность не удивлюсь что именно вода основной ключ к бессмертию или по крайней мере к долголетию так как человек также большую часть состоит из воды. Это лично мое мнение.

Дело в том, что замерзая, вода кристаллизуется. И если в жидком состоянии молекулы воды расположены более тесно, плотно, то в замерзшем состоянии атомы кислорода и водорода располагаются по углам кристаллов, между которыми, углами, имеется определенное расстояние. Таким образом, отдельно взятое кол-во воды становится менее плотным и увеличивается в объеме.

Правильно мыслишь super4el. Одно только это уже приводит в сомнение что при замерзании частицы увеличиваются в объеме. Люди не смогли бы выживать в минусовую температуру так как простите за выражение их бы разрывало согласно такому утверждению уже при -20. попробуйте заморозить жидкость не содержащую кислорода.

Есть еще одно объяснение этому расширению воды, имеющее право на существование. Речь идет о так называемых Ван-дер-ваальсовских силах. Силах межмолекулярного и межатомного взаимодействия. При температуре + 4 градуса по Цельсию в нормальных условиях вода имеет уравновешенное оптимальное состояние межмолекулярных связей и поворотов диполей.

При понижении температуры колебания молекул уменьшаются. Здесь важно пояснить, что молекулы постоянно находятся в состоянии колебания, относительно свое оси (суммарной оси диполя). При этом диполями создается сверхмалое магнитное поле (как капсула). Благодаря этому полю диполи в воде не входят в непосредственный контакт друг с другом, но могут под действием сверхмалых сил притяжения при определенных условиях собираться в кластеры или структуры. Эти колебания молекул создают микро-ЭДС и при определенных условиях простая вода может быть источником энергии. Итак, при снижении температуры колебания молекул снижаются, и магнитные поля ослабевают до такой степени, что возможен вход диполей один в другой (зацеп). Но при сближении атомов диполя увеличиваются силы отталкивания (Ван-дер-ваальса). И диполи поворачиваются друг к другу совсем не так. Получается как колючий ежик) с водородными рогами и наружу и внутрь. В зависимости какие изотопы водорода и кислорода, и какие у них атомные спины. Структура воды меняется, и внешне и визуально видно РАСШИРЕНИЕ объема воды. При этом атомарные силы так велики, что могут при ЭНТРОПИЙНОМ сжатии, разорвать кристаллические связи других веществ.

Но не вся вода может расширяться при замерзании. Исследователями Санкт-Петербурга создана вода, которая не расширяется при замерзании. Температура е замерзания 10-12 градусов ниже нуля. Вода сохраняет свойства питьевой воды, одновременно обладает многими отличительными физическими свойствами от обычной. Обладая многими положительными свойствами для физиологии человека, она (вода) может быть также использована во многих существующих технических и иных направлениях, а также в новых технологиях. Мир вокруг нас загадочен. Надо только по иному на него взглянуть.

При замерзании происходит расширение на 10 % объема, занимаемой водой.

Такого расширения достаточно для разрыва труб и других емкостей содержащих воду.

До 4 градусов при нормальном давлении вода ведет себя как и все вещества - сжимается и достигает максимальной плотности.

Ниже 4 градусов у воды начинается перестройка молекулярной структуры. Новый вид связи имеет менее плотную структуру. В таком состоянии вода замерзает.

Молекулы воды при ее замерзании замедляют свое движение, но до температуры 4 градуса, когда вода имеет наибольшую плотность. А с 4 по 0 градусов происходит перестройка водородно-кислородных связей, вода меняет свою структуру, этот новый вид молекулярной связи образует менее плотную упаковку молекул, отчего объем воды увеличивается на 9%. То есть атомы кислорода и водорода начинают отстоять друг от друга дальше, грубо говоря, не так тесно прижимаются друг к другу.

Это уникальное свойство именно воды, хотя есть еще некоторые вещества с отрицательным коэффициентом объемного расширения, например фторид скандия, но он в отличии от воды не является столь широко распространенным в природе и не столь необходим для поддержания жизни. А уникальное свойство воды превращаясь в лед терять плотность, помогло выжить многочисленным водным организмам, ведь благодаря этому водоемы не промерзают до дна, а температура глубинных слоев воды остается выше нуля. То есть, физики объясняют этот процесс особенностями кристаллического строения льда, но не слишком ли замечательное исключение для вещества, без которого невозможна была бы жизнь? Может есть некий высший смысл в таком поведении обычной воды.

Вода после замерзания увеличивается в объеме потому что образуются молекулы кристаллической сетки которые связываясь между собой на больших расстояниях и таким образом увеличиваются в размерах, причиной тому реакция молекулы воды Н2О, благодаря такой реакции лед и выглядит больше воды.

не буду приводить кучу разных физических формул и вычислений, скажу - это зависит от плотности, как бы странно не звучало, но у льда плотность меньше чем у воды.

когда вода замерзает, ей нужно больше места, чем в жидком состоянии.

Этим вода отличается от большинства сжимающихся при охлаждении жидкостей и газов. Но почему она ведёт себя так необычно?

Большинство веществ расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. У газов этот эффект проявляется особенно заметно. Таким же образом ведут себя жидкости и твёрдые тела. Хороший пример – воздух в воздушном шаре: в холодную погоду шар съёживается, а рядом с радиатором отопления может даже лопнуть.

Молекулам нужно место

Причиной этой закономерности являются молекулы: чем теплее предмет или газ, то есть чем больше энергии получают молекулы, тем быстрее они двигаются. Поэтому молекулы сталкиваются чаще и сильнее, им необходимо больше места, и давление, которое молекулы газа оказывают на оболочку воздушного шара, растёт. Чтобы выдержать давление, нужен бо́льший объём, поэтому материал расширяется.

Но вода ведёт себя иначе. При охлаждении до приблизительно 4 градусов Цельсия объём воды уменьшается, что вполне ожидаемо. Однако, если температура продолжает падать, то вода начинается расширяться. То есть её плотность достигает максимального значения при 4 градусах. Это свойство называется аномалией плотности воды.

Но откуда она берётся? Всё дело в молекулах: одна молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода – отсюда следует известная химическая формула Н2О. Однако эти атомы притягивают электроны в молекуле воды с разной силой.

Это создаёт слегка положительный центр тяжести заряда у водорода и отрицательный у кислорода. Когда молекулы воды сталкиваются, атомы водорода одной молекулы притягиваются и присоединяются к атомам кислорода другой молекулы — образуется так называемая водородная связь.

Когда вода охлаждается, нужно ещё больше места

Из-за формирования водородных связей в жидкой воде появляются места, где молекулы упорядочены так же, как и в кристаллах льда. Эти так называемые кластеры не так прочны, как в твёрдом кристалле: при более высоких температурах они меняются очень быстро.

Когда вода охлаждается, появляется всё больше и больше таких кластеров. И им нужно всё больше и больше пространства – по этой причине вода начинает расширяться после достижения порогового значения 4 градуса Цельсия. Если температура опускается ниже нуля, то образующиеся из кластеров мельчайшие кристаллы льда одерживают верх и вода замерзает.

Для многих природных процессов эта необычная особенность воды очень важна. Так как плотность льда немного меньше плотности холодной воды, он может плавать на поверхности водоёма. Благодаря этому вода замерзает сверху вниз, а внизу располагается 4-градусный слой воды с максимальной плотностью. Это позволяет рыбе и другим водным обитателям пережить зиму на дне водоёма и не замёрзнуть.

Вода - самое распространенное и самое загадочное вещество на нашей планете. Она обладает простыми свойствами, известными с древних времен. Именно благодаря этим особенностям ее и называют «основой жизни». Так в чем же «чудесность» этих свойств? Давайте разбираться.

Текучесть. Основное свойство всех жидкостей, и воды - в том числе. Под действием внешних сил она способна принимать форму любого сосуда. И это обеспечивает ее повсеместную доступность. Вода течет в водопроводах, образует озера, реки и моря. И, самое главное, вы всегда можете взять ее с собой в любой удобной упаковке - от маленькой бутылочки до огромной цистерны.

Температурные свойства. Теплая вода легче холодной и всегда поднимается вверх. Поэтому мы можем готовить суп, нагревая кастрюлю только снизу, а не со всех сторон сразу. Благодаря этому явлению, называемому «конвекцией», большинство обитателей земных водоемов живут ближе к поверхности.

Но самым важным из температурных свойств воды является ее высокая теплоемкость - в 10 раз больше, чем у железа. Это значит, что для ее нагревания необходимо большое количество энергии, однако и при остывании энергии выделяется столько же. На этом принципе основаны системы отопления в наших домах - и системы охлаждения, применяемые в промышленности.

Кроме того, моря и океаны играют роль терморегулятора Земли, смягчая сезонные перепады температуры, поглощая тепло летом и отдавая его зимой. А при сочетании теплоемкости и конвекции можно даже обогреть целый континент! Речь идет о «главной батарее Европы», теплом течении Гольфстрим. Гигантские потоки теплой воды, двигаясь по поверхности Атлантики, обеспечивают на ее побережье комфортную температуру, не свойственную для этих широт.

Замерзание. Температура замерзания воды условно равна 0 градусов, но на самом деле этот параметр зависит от ряда факторов: атмосферного давления, емкости, в которую вода помещена, от наличия в ней примесей.

Вода уникальна тем, что, в отличие от других веществ, при замерзании расширяется. При наших суровых зимах, это, пожалуй, можно назвать отрицательным свойством. Замерзая и увеличиваясь в объеме, вода (а точнее, уже лед) просто рвет трубы из металла.

Итак, при переходе в твердое состояние вода увеличивается в объеме, но становится не такой плотной. Поэтому лед всегда легче воды, и находится на ее поверхности. К тому же, он плохо проводит тепло: даже самой холодной зимой в водоемах планеты сохраняется жизнь. Ведь чем толще ледяная «подушка», тем теплее вода под ней. Также, благодаря этому свойству, некоторые народы до сих пор строят так называемые «ледники» - погреба или пещеры, обложенные льдом, который не тает даже летом, и позволяет хранить продукты очень долго.

Некоторые ученые даже предложили использовать лед в борьбе с глобальным потеплением. Суть идеи такова - специальный корабль берет на буксир айсберг, дрейфующий где-нибудь близ Антарктиды. А потом тащит его в теплые края, где люди страдают от жары. Айсберг тает, обеспечивая прохладой целый прибрежный регион. Такой вот «Гольфстрим наоборот», только созданный человеком.

Закипание. От холодного льда перейдем к горячему пару. Всем известно, что вода закипает при температуре в 100 градусов Цельсия. Но это лишь в условиях нормального состава воздуха и атмосферного давления. Зато на вершине Эвереста, где давление ниже, а воздух разрежен, ваш чайник закипит уже при 68 градусах! Кипячение воды способствует тому, что в ней погибают вредные микроорганизмы. А еще продукты, приготовленные на пару, намного более полезны, чем жареные.

К тому же, водяной пар можно назвать настоящим двигателем цивилизации. Еще не прошло и ста лет с эпохи паровых двигателей, и многие до сих пор ошибочно называют железнодорожные локомотивы (работающие сейчас преимущественно на электричестве) «паровозами».

Кстати, об электричестве. Без пара оно до сих пор оставалось бы редкой и дорогой диковинкой. Ведь принцип работы большинства электростанций основан на вращении ротора под давлением горячего пара. Современные атомные станции отличаются от старых угольных или нефтяных только принципом нагрева воды. Даже инновационная и безопасная солнечная энергетика использует пар: огромные зеркала, подобно лупе, фокусируют солнечные лучи на резервуаре с водой, превращая ее в пар для электротурбин.

Растворение. Еще одно важнейшее свойство воды, без которого была бы невозможна не только наука и промышленность, но и сама жизнь! Как думаете, что общего между плазмой крови и вашей любимой газировкой? Ответ прост: газировка - это водный раствор различных солей, минералов и газов. Плазма же состоит на 90% из воды, а также из белков и других веществ. И каждая клетка живого организма получает нужные ей вещества тоже в виде водного раствора.

Вода является самым простым, безопасным, но, тем не менее, самым надежным природным растворителем. Между ее подвижных молекул могут «затесаться» практически любые вещества - от жидкостей до металлов. Это чудесное свойство было замечено еще на заре человечества. Древние художники растворяли в воде природные красители, чтобы рисовать на стенах пещер. Потом эстафету приняли средневековые алхимики, растворяя в воде самые разные вещества в надежде получить «философский камень», превращающий любой материал в золото. А теперь это свойство с успехом используют современные химики.

Поверхностное натяжение. Большинство людей, слыша про поверхностное натяжение воды, вспоминают разве что насекомых-водомерок, скользящих по глади пруда или лужи. А, между тем, без этого свойства воды невозможно даже вымыть руки! Именно благодаря ему образуется мыльная пена. Да и вытереть руки полотенцем без него тоже сложно. Ведь все впитывающие материалы (неважно, бумажная салфетка или ткань из микрофибры) обладают микроскопическими порами, в которые влага впитывается за счет поверхностного натяжения. По этой же причине вода устремляется по тончайшим капиллярам, пронизывающим корни растений. И приготовление сухих строительных смесей также возможно благодаря поверхностному натяжению добавляемой воды.

Молекулы воды активно притягиваются друг к другу, в результате ее поверхность при данном объеме стремится к минимиму. Именно поэтому естественной формой любой жидкости является шар. Это легко можно проверить оказавшись в невесомости. Хотя, для подобного эксперимента не обязательно лететь в космос, просто введите с помощью шприца немного воды в стакан с растительным маслом и наблюдайте, как она соберется в шарики.