Вода имеет несколько жидких состояний. Результаты исследований
Вода – важнейшее вещество на Земле, ее фазовое поведение имеет ключевую роль в разных областях, включая биохимические процессы, климат, криоконсервацию, криобиологию, и во многих промышленных процессах. Вода это не только растворитель, но и продукт, реагент, примесь.
Шутка о том, что вода «очень мокрая», может оказаться реальностью. Со школьной скамьи нам известно, что вещество может находиться в трёх состояниях: твёрдом (как лёд), жидком (как вода при комнатной температуре) или газообразном (как водяной пар).
У воды тоже есть несколько твёрдых состояний. Этих разновидностей льда больше десятка. Но лишь одна модификация образуется на поверхности Земли естественным образом. Остальные получаются либо в лаборатории, либо в экзотических уголках вроде земных недр.
Но несколько десятилетий назад теоретики выдвинули гипотезу, что и жидких состояний у этого привычного нам вещества больше одного.
И вот, международная группа исследователей доказала, что вода может существовать в двух разных жидких состояниях — открытие, которое объяснит многие аномальные свойства воды. Результаты исследования опубликованны в журнале Science.
Урок 30. Вода в природе – HIMI4KA
Два жидких состояния воды
Обычное «жидкое» состояние воды, с которым мы все знакомы, соответствует воде при нормальной температуре (примерно 25°C).
Новое исследование, проведенное Андерсом Нильссоном, профессором химической физики Стокгольмского университета, показывает, что вода при низких температурах (примерно -63°C) существует в двух отдельных жидких состояниях.
Два жидких состояния воды, выделенных в ходе исследования, — это жидкость с низкой плотностью при низком давлении и жидкость с высокой плотностью при высоком давлении.
Два разных состояния имеют заметно разные свойства и отличаются на 20% по плотности. Новые результаты предполагают, что в очень специфических условиях вода должна существовать в виде двух несмешивающихся жидкостей, разделенных тонкой границей раздела, аналогичной тому, как жидкость ведет себя при смешивании с водой.
Глубоко переохлажденная вода претерпевает переход между формами с высокой и низкой плотностью, этот переход трудно исследовать экспериментально, поскольку он происходит в условиях, в которых кристаллизация льда происходит чрезвычайно быстро.
Предположение о том, что вода может существовать в двух разных жидких состояниях, было озвучено еще 30 лет назад на основе результатов компьютерного моделирования», — пояснил в пресс-релизе https://phys.org/news/2022-11-multiple-liquid-states.html Николас Джовамбаттиста (Nicolas Giovambattista), профессор CUNY, который работал над исследованием .
Состав и строение воды
Как вы уже знаете, молекула воды состоит из трех атомов — двух атомов водорода и одного атома кислорода (рис. 105). Относительная молекулярная масса воды равна:
Вода — это вещество с молекулярным строением. В твердом (рис. 106) и жидком агрегатных состояниях молекулы воды прочно связаны друг с другом. Этим во многом объясняется целый ряд удивительных физических свойств воды.
Молекулярная структура воды: суть и особенности
- Вода не имеет вкуса, цвета (в тонком слое) и запаха, кипит при 100 °С, а переходит в твердое состояние при 0 °С.
- Плотность твердой воды меньше, чем жидкой.
- Раствор — это однородная смесь двух и более веществ.
- Вода является универсальным растворителем — она хорошо растворяет многие твердые, жидкие и газообразные вещества.
Физические свойства воды
При комнатных условиях вода представляет собой жидкость без вкуса и запаха. В тонком слое вода не имеет цвета. Однако при толщине более 2 м она имеет голубой цвет. Совершенно чистая вода очень плохо проводит электрический ток.
На заметку: По тому, как проводит электрический ток вода, можно судить о ее чистоте — чем ниже электропроводность, тем чище вода.
У воды высокая теплоемкость, поэтому она медленно нагревается, но и медленно остывает. Это позволяет морям и океанам накапливать тепло летом (и днем) и высвобождать его зимой (и ночью), что предотвращает резкие колебания температуры воздуха на нашей планете в течение года (и суток). Моря и океаны служат своеобразными аккумуляторами тепла на нашей планете.
Схема очистки питьевой воды
Основными источниками чистой воды для населения городов и поселков являются реки, озера и подземные воды. Прежде чем попасть к нам в дом, вода из этих водоемов проделывает длинный путь через систему водоочистки (рис. 115).
Вначале с помощью фильтров из воды удаляют крупные предметы (палки, сучья, бытовые отходы и т. п.), а затем проводят предварительное хлорирование с помощью газообразного хлора. Это делается для того, чтобы уничтожить основную массу различных вредных микроорганизмов.
Затем следует обработка химическими реагентами, фильтрация через песок и дополнительное хлорирование для надежной дезинфекции воды. После этого на некоторых очистительных станциях в воду добавляют специальные добавки, например фториды, способствующие укреплению эмали зубов, проводят доведение кислотности воды до принятого уровня и т. д.
На заметку: Самым токсичным в настоящее время веществом небелковой природы является диоксин, который легко образуется при действии хлора на некоторые органические вещества.
В последнее время для обеззараживания воды стали использовать озон. Он обладает очень сильным дезинфицирующим действием. В экологическом отношении озон безопаснее, чем хлор. В настоящее время распространение этого метода обеззараживания сдерживает лишь относительно высокая, по сравнению с хлором, стоимость озона, что приводит к удорожанию очищенной воды.
Вода, ее свойства и состояния
Contents
