Chemia wody – część a wstęp: Woda – niezwykła ciecz 1




Pobierz 404.17 Kb.
NazwaChemia wody – część a wstęp: Woda – niezwykła ciecz 1
strona5/11
Data konwersji04.09.2012
Rozmiar404.17 Kb.
TypDokumentacja
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Właściwości fizyczne wody


Woda jest w warunkach normalnych bezwonną cieczą, bezbarwną (w cienkich warstwach) lub niebiesko-zieloną (w grubszych warstwach, wskutek absorpcji w czerwonej części widma światła widzialnego). Brak zabarwienia wody wynika przede wszystkim z faktu, że zmysł wzroku przez znaczną część swej ewolucji kształtował się w środowisku wodnym, wobec czego uzyskał wrażliwość na taki zakres promieniowania, którego woda nie pochłania (dla którego jest przezroczysta), inaczej byłby bezużyteczny.

Gęstość


Jak już wspomniano, w przeciwieństwie do większości innych substancji, gęstość wody osiąga maksimum w temperaturze około 4 ºC (dokładnie 277,14 K). Wynika to z faktu maksymalnej w tej temperaturze trwałości dwucząsteczkowych asocjatów wody, charakteryzujących się maksymalnym upakowaniem cząsteczek H2O w jednostce objętości. Ze wzrostem temperatury asocjaty te zaczynają się rozpadać, co jest równoznaczne z większym oddaleniem się cząsteczek wody, a co za tym idzie – ze wzrostem objętości/zmniejszeniem gęstości. Natomiast zmniejszanie temperatury prowadzi do powstawania coraz bardziej złożonych asocjatów o strukturach zawierających wiele luk (podobnie, jak cząsteczki klatratów lub struktura lodu) i ponownie do wzrostu objętości/zmniejszenia gęstości.

Maksymalna gęstość wody (w temperaturze ~4 ºC) wynosi 0,999972±0,000002 kg·m–3 (g·cm–3). Na potrzeby obliczeniowe można z dobrym przybliżeniem przyjąć gęstość wody równą 1,0 kg·m–3 (g·cm–3).





Dzięki temu, że maksimum gęstości wody przypada na temperaturę o prawie 4 stopnie przewyższającą jej temperaturę krzepnięcia, ruch konwekcyjny płynu w zbiornikach wodnych przy spadku temperatury powietrza zostaje zatrzymany właśnie wtedy, gdy woda w całym zbiorniku ochłodzi się do temperatury 4 ºC. Cieplejsza woda ma mniejszą gęstość, zatem zajmuje miejsce wody o temperaturze 4 ºC, opadającej na dno. Po zatrzymaniu konwekcji dalsze ochładzanie zbiornika odbywa się drogą przewodnictwa cieplnego, czyli wielokrotnie wolniej. Zbiornik, który ochładza się od powierzchni, zamarza także od powierzchni, a lód, mający w temperaturze krzepnięcia gęstość mniejszą od wody, pozostaje na powierzchni, stanowiąc dodatkową izolację termiczną zbiornika. Dzięki temu mniejsze zbiorniki wodne (jeziora i stawy) bardzo rzadko zamarzają w całości i szanse, że zamieszkujące je organizmy przetrwają zimę, są znacznie większe.

Anomalna zależność gęstości wody od jej temperatury napędza także sezonową cyrkulację wody w głębszych zbiornikach wodnych. W klimacie umiarkowanym latem powierzchniowe warstwy zbiornika nagrzewają się, jednak pozostają na powierzchni, ponieważ mają mniejszą gęstość. Warstwy przydenne, jako najcięższe, mają temperaturę bliską 4 ºC. Temperatura taka panuje na dużej głębokości praktycznie przez cały rok. Z nastaniem chłodów warstwy przypowierzchniowe ochładzają się i opadają, dzięki czemu następuje mieszanie się całej wody i dostarczenie do stref przydennych cieczy z powierzchni – lepiej natlenionej. W tym przypadku temperatura wody w zbiorniku maleje ze zbliżaniem się ku powierzchni, jak powiedziano już wcześniej.

Ciepło przemian fazowych


Ciepła topnienia/krzepnięcia, wrzenia/skraplania oraz sublimacji/resublimacji zostaną omówione wraz ze stanami skupienia wody.

Ciepło właściwe wody


Ciepło właściwe jest to ilość energii potrzebna do ogrzania 1kg (niekiedy 1g) substancji o 1º; jego wielkość zależy od temperatury (czyli innymi słowy inne jest przy ogrzaniu substancji od 10º do 11º, a inne – przy ogrzaniu od 100º do 101º). Ciepło właściwe w danej temperaturze nazywa się ciepłem właściwym rzeczywistym (formalnie jest to ilość ciepła potrzebna do ogrzania określonej masy substancji o znikomo mały ułamek stopnia):

( 0)

gdzie: c – ciepło właściwe rzeczywiste, Q – ciepło dostarczane, m – masa substancji, T – temperatura bezwzględna.

Ciepło właściwe zależy od rodzaju substancji oraz jej stanu początkowego i końcowego; rozróżnia się ciepło właściwe pod stałym ciśnieniem cp i ciepło właściwe w stałej objętości cv. Są to ilości ciepła potrzebne do ogrzania 1 kg substancji o 1º odpowiednio pod stałym ciśnieniem i w stałej objętości. Ciepło właściwe pod stałym ciśnieniem jest zwykle większe od ciepła właściwego w stałej objętości, dla wody cp=cv tylko w temperaturze 277,16 K.

Ciepło właściwe pod stałym ciśnieniem wynosi dla wody 4220 J·kg–1·K–1 w temperaturze krzepnięcia i 4180 J·kg–1·K–1 w temperaturze 20 ºC; zależność cp wody od temperatury przedstawiona jest na poniższym wykresie.



Ciepło właściwe innych cieczy i ciał stałych rośnie ze wzrostem temperatury. Anomalia przebiegu tej zależności dla wody wynika z obecności wiązań wodorowych między jej cząsteczkami. Minimalna wartość cp występuje dla temperatury 313 K; co ciekawe, temperatura ta (~40 ºC) odpowiada temperaturze ciała większości wyższych kręgowców (ptaki – 40÷42 ºC, człowiek – ~37 ºC). Zwiększanie się wartości ciepła właściwego ze wzrostem temperatury związane jest ze wzrostem energii ruchów termicznych cząsteczek wody (translacji, rotacji i oscylacji).

Ciepło właściwe wody w postaci ciekłej znacznie przewyższa wartości ciepła właściwego innych cieczy; podobnie ciepło właściwe lodu jest znacznie większe od ciepła właściwego innych substancji stałych. Porównanie wartości tego parametru dla różnych substancji w temperaturze 298 K przedstawia poniższa tabela:


Substancja

Ciepło właściwe cp
[J·kg–1·K–1]

Substancja

Ciepło właściwe cp
[J·kg–1·K–1]

Lód (253÷272 K)

2102

Woda

4150

Ołów

160

Etanol

2420

Miedź

390

Nafta

2100

Żelazo

444

Kwas siarkowy(VI)

1410

Glin

900

Rtęć

139

Szkło okienne

880







Drewno (dąb)

2400







Duża wartość ciepła właściwego powoduje, że zbiorniki wodne, a zwłaszcza pokrywające trzy czwarte powierzchni Ziemi oceany, działają jako stabilizatory temperatury – latem wchłaniają nadmiar ciepła dostarczanego przez Słońce, a zimą je oddają. Dzięki temu klimat morski (czyli klimat panujący w obszarach nadmorskich) jest łagodniejszy niż klimat kontynentalny (obszarów położonych w głębi lądu, z dala od dużych zbiorników wodnych). Zbiorniki wodne, będące rezerwuarem ciepła, łagodzą drastyczne zmiany temperatury.

Z kolei duża wartość ciepła właściwego lodu decyduje o dobrych właściwościach termoizolacyjnych lodu i śniegu, co uzasadnia na przykład pomysł budowania igloo. W lodowym domku, jeśli tylko zostanie on od środka ogrzany, będzie ciepło pomimo panującego na zewnątrz mrozu.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Powiązany:

Chemia wody – część a wstęp: Woda – niezwykła ciecz 1 iconTemat: woda- niezwykła ciecz – eksperymenty z wodą. Cel głÓwny: Rozwijanie zainteresowań badawczych dziecka

Chemia wody – część a wstęp: Woda – niezwykła ciecz 1 iconObiegu wody w przyrodzie na podstawie opowiadania pt. „Kropla wody”. Doświadczenie z wodą. Dodawanie w zakresie 12. wykonywanie postaci kropli wody. Śpiewanie piosenki pt. „W deszczowym rytmie”

Chemia wody – część a wstęp: Woda – niezwykła ciecz 1 iconWoda Scenariusz przedstawienia z okazji święta wody. Autor: Monika Lach, w tekście zostały ujęte także dwa wiersze innych autorów: E. Zechenter Spławińskiej "Woda" I Grzegorza Dobieckiego "Mokra zagadka". Pani Woda

Chemia wody – część a wstęp: Woda – niezwykła ciecz 1 iconWoda na Ziemi: od 3,8 mld lat stała ilość wody, w ciągu 11 dni wymienia się cała woda zawarta w atmosferze, w ciągu 3,5 tys lat wymienia się cała woda zawarta

Chemia wody – część a wstęp: Woda – niezwykła ciecz 1 iconCZĘŚĆ I szkło: 10 kolb stożkowych 3 biurety termometr Odczynniki: woda destylowana chloroform kwas octowy ok. 100% częŚĆ II

Chemia wody – część a wstęp: Woda – niezwykła ciecz 1 iconJerzy Masełko woda właściwości fizyczne I chemiczne wody

Chemia wody – część a wstęp: Woda – niezwykła ciecz 1 iconJerzy Masełko woda właściwości fizyczne I chemiczne wody

Chemia wody – część a wstęp: Woda – niezwykła ciecz 1 iconChemia sanitarna Ćwiczenie nr 1 kompleksometria oznaczanie twardości wody

Chemia wody – część a wstęp: Woda – niezwykła ciecz 1 iconOrganizm dorosłego człowieka zawiera ok. 50 L wody, niezbędnej mu do jego funkcjonowania. Woda wydalana jest z organizmu wraz z moczem (ok. 1,5 L dziennie)

Chemia wody – część a wstęp: Woda – niezwykła ciecz 1 iconCZĘŚĆ VI woda I roztwory wodne zagadnienia do powtórki

Umieść przycisk na swojej stronie:
Rozprawki


Baza danych jest chroniona prawami autorskimi ©pldocs.org 2014
stosuje się do zarządzania
Rozprawki
Dom