Высокая теплоемкость воды: Теплоёмкость, теплота парообразования и плотность воды (статья)

Физические свойства воды

Вода 8 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей

Вода в природе

Вода – самое распространенное вещество на Земле. Поверхность земного шара на 3/4 покрыта водой, в довольно больших количествах вода находится в атмосфере, а также в земной коре. Основное количество воды содержится в океанах (около 97,6 %), запасы же пресной воды достаточно ограничены. Около 85 % всех запасов пресной воды сосредоточено в ледниках.

Вода – единственное вещество, которое встречается на Земле в трех агрегатных состояниях: твердом (лед), жидком и газообразном (водяной пар).

Состав молекулы воды

Состав молекулы воды вам хорошо знаком: на два атома водорода в молекуле воды приходится один атом кислорода, её химическая формула – Н₂О. Такой состав был установлен еще А. Л. Лавуазье и подтверждается результатами эксперимента по разложению воды, когда на 1 объем выделяющегося кислорода приходится два объема выделяющегося водорода.

Физические свойства воды

Чистая вода – бесцветная жидкость, без вкуса и запаха, при нормальном давлении кипит при температуре 100 ˚С, а замерзает при 0 ˚С. Ее максимальная плотность при 4 ˚С равна 1 г/см³.

Рис. 1. Вода

Необычным, или даже аномальным, свойством воды является ее способность расширяться при замерзании. Т. е. лед имеет меньшую плотность, чем жидкая вода. Поэтому он всплывает на поверхность, что очень важно для обитателей водоемов зимой.

Рис. 2. Лёд на поверхности воды

Водная среда была не только источником возникновения жизни, она способствовала ее сохранению и развитию. Чтобы заморозить воду, требуется большая энергия. Вот почему промерзание глубоких водоемов практически невозможно, что сохраняет в них жизнь.

Кроме того, вода обладает очень высокой теплоемкостью, что защищает наши континенты, благодаря океану, от резкого перепада температур зимой и летом, ночью и днем. Именно высокая теплоемкость воды способствует сохранению постоянной температуры тела человека и животных, поскольку и они, и мы на две трети состоим из воды.

Являясь уникальным растворителем, вода растворяет больше солей и других веществ, чем любая другая жидкость. В воде растворяются многие твердые вещества, жидкости и газы. Например, газированная вода – это раствор оксида углерода (IV) (углекислого газа) в воде, столовый уксус – это раствор уксусной кислоты в воде, сахарный сироп – раствор сахара в воде.

Но не все вещества одинаково хорошо растворяются в воде, есть и вовсе нерастворимые в воде вещества. Растворимость твердых веществ в воде с увеличением температуры, как правило, увеличивается. Растворимость газов, как правило, возрастает при понижении температуры и повышении давления.

Некоторые химические свойства воды

Вы уже знакомы с некоторыми химическими свойствами воды. При пропускании через воду электрического тока (или при нагревании до 2000 ˚С) вода разлагается на водород и кислород. Вода может вступать в реакцию соединения со многими оксидами.

Пример такой реакции вам хорошо знаком. Так называемое «гашение извести» — взаимодействие оксида кальция с водой. В результате этой реакции образуется гашеная известь – гидроксид кальция. Эта реакция является экзотермической, т. е. протекает с выделением тепла.

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂ + Q

Вода способна вступать в реакции замещения с активными металлами. Например, кальций взаимодействует с водой с образованием гидроксида кальция и водорода.

Са + 2Н₂О = Са(ОН)₂ + Н₂↑ + Q

В результате этой реакции выделяется большое количество теплоты.

Проблема очистки воды

Вода из природных источников не всегда пригодна для питья и даже промышленных процессов. Поэтому ее подвергают очистке. Питьевая вода не должна содержать нерастворенных примесей и болезнетворных микроорганизмов. Сначала воду из рек, озер и прудов отстаивают в специальных бассейнах и фильтруют через слой песка. Затем обрабатывают хлором, а иногда озоном или ультрафиолетом, для уничтожения микроорганизмов.

Рис. 3. Станция очистки воды

Роль воды в промышленности, быту и сельском хозяйстве сложно переоценить. Развитие всех отраслей хозяйства страны, рост городов нередко приводят к загрязнению водоемов. Поэтому в каждом государстве должны приниматься меры по охране и рациональному использованию водных природных ресурсов.

Список рекомендованной литературы

1. Сборник задач и упражнений по химии: 8-й кл.: к учеб. П. А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / П. А. Оржековский, Н. А. Титов, Ф. Ф. Гегеле. – М.: АСТ: Астрель, 2006. (с. 85-88)
2. Химия. 8 класс. Учеб. для общеобр. учреждений / П. А. Оржековский, Л. М. Мещерякова, М. М. Шалашова. – М.: Астрель, 2013.
3. Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия: неорг. химия: учеб. для 8 кл. общеобразоват. учреждений. М.: Просвещение. 2018. (§31-32)
4. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред. В. А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2003.

Дополнительные веб-ресурсы

1. Химические свойства воды (Источник)
2. Свойства воды и ее структура (Источник)
3. Юным химикам (Источник)

Домашнее задание

1. с. 88 № 7 из Рабочей тетради по химии: 8-й кл.: к учебнику П. А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О. В. Ушакова, П. И. Беспалов, П. А. Оржековский; под. ред. проф. П. А. Оржековского. — М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006.
2. с.87-88 №№ 3, 4  из учебника Г. Е. Рудзитиса, Ф. Г. Фельдмана «Химия: неорг. хим. 8 класс», 2009 г.

2.3C: Высокая теплоемкость воды

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Вода способна поглощать большое количество тепла до повышения температуры, что позволяет людям поддерживать температуру тела.

Цели обучения

• Объяснить биологическое значение высокой удельной теплоемкости воды

Ключевые моменты

• Вода обладает самой высокой теплоемкостью среди всех жидкостей.
• Океаны остывают медленнее, чем суша, из-за высокой теплоемкости воды.
• Чтобы изменить температуру 1 грамма воды на 1 градус Цельсия, требуется 1,00 калория.

Ключевые термины

• теплоемкость : Способность вещества поглощать тепловую энергию
• удельная теплоемкость : количество теплоты в калориях, необходимое для повышения температуры 1 грамма воды на 1 градус Цельсия

ПРИМЕРЫ

Высокая теплоемкость воды имеет множество применений. Коммерческие ядерные реакторы выделяют большое количество тепловой энергии (тепла) при радиоактивном распаде продуктов деления. Тепло быстро передается в бассейн с водой для охлаждения реактора. При этом вода долгое время остается горячей из-за ее высокой теплоемкости.

Способность молекулы поглощать тепловую энергию называется теплоемкостью и может быть рассчитана по уравнению, показанному на рисунке. Высокая теплоемкость воды — это свойство, обусловленное водородными связями между молекулами воды. При поглощении тепла водородные связи разрываются, и молекулы воды могут свободно двигаться. При понижении температуры воды образуются водородные связи и выделяется значительное количество энергии. Вода обладает наибольшей удельной теплоемкостью среди всех жидкостей. Удельная теплоемкость определяется как количество тепла, которое должен поглотить или отдать один грамм вещества, чтобы изменить его температуру на один градус Цельсия. Для воды это количество составляет одну калорию или 4,184 Дж. В результате вода долго нагревается и долго охлаждается. На самом деле удельная теплоемкость воды примерно в пять раз больше, чем у песка. Это объясняет, почему суша остывает быстрее, чем море.

C=QΔTC=QΔT

Устойчивость к резким перепадам температуры делает воду прекрасной средой обитания, позволяя организмам выживать, не подвергаясь сильным колебаниям температуры. Кроме того, поскольку многие организмы в основном состоят из воды, свойство высокой теплоемкости позволяет строго регулировать внутреннюю температуру тела. Например, температура вашего тела не падает резко до той же температуры, что и температура наружного воздуха, когда вы катаетесь на лыжах или играете в снегу. Благодаря высокой теплоемкости вода используется теплокровными животными для более равномерного рассеивания тепла в их телах; он действует аналогично системе охлаждения автомобиля, перенося тепло из теплых мест в холодные, заставляя тело поддерживать более равномерную температуру.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Лицензия

   CC BY-SA

   Показать оглавление

   №

2. Теги

   На этой странице нет тегов.

Круговорот воды: тепло и вода | Биология | Практика

В следующем тексте описываются два различных свойства, которые относятся к влиянию воды на погоду:

Высокая теплоемкость воды

Высокая теплоемкость воды – это свойство, обусловленное водородными связями между молекулами воды. Вода обладает наибольшей удельной теплоемкостью среди всех жидкостей. Удельная теплоемкость определяется как количество тепла, которое должен поглотить или отдать один грамм вещества, чтобы изменить его температуру на один градус Цельсия.

Для воды это количество составляет одну

калорию

. Поэтому вода долго нагревается и долго охлаждается. На самом деле удельная теплоемкость воды примерно в пять раз больше, чем у песка. Это объясняет, почему суша остывает быстрее, чем море.

Благодаря своей высокой теплоемкости вода используется теплокровными животными для более равномерного распределения тепла в их телах: она действует аналогично системе охлаждения автомобиля, перенося тепло от теплых мест к холодным, заставляя тело для поддержания более ровной температуры.

Теплота испарения воды

Вода также имеет высокую теплоту парообразования, количество энергии, необходимое для превращения одного грамма жидкого вещества в газ. Для осуществления этого превращения воды требуется значительное количество тепловой энергии (586 кал).

Этот процесс происходит на поверхности воды. Когда жидкая вода нагревается, водородные связи затрудняют отделение молекул жидкой воды друг от друга, что необходимо для ее перехода в газообразную фазу (пар).

В результате вода действует как поглотитель тепла или резервуар тепла, и для ее кипения требуется гораздо больше тепла, чем для такой жидкости, как этанол (зерновой спирт), водородная связь которого с другими молекулами этанола слабее, чем водородная связь воды.

В конце концов, когда вода достигает точки кипения 100° по Цельсию (212° по Фаренгейту), тепло может разорвать водородные связи между молекулами воды, а кинетическая энергия (движение) между молекулами воды позволяет им выйти из жидкость как газ.

Даже когда температура ниже точки кипения, отдельные молекулы воды получают достаточно энергии от других молекул воды, так что некоторые молекулы воды на поверхности могут ускользнуть и испариться: этот процесс известен как испарение.

Тот факт, что для испарения воды необходимо разорвать водородные связи, означает, что в процессе используется значительное количество энергии. Когда вода испаряется, процесс потребляет энергию, охлаждая окружающую среду, в которой происходит испарение.

У многих живых организмов, в том числе у человека, испарение пота, который на 90 процентов состоит из воды, позволяет организму охлаждаться, так что может поддерживаться

гомеостаз

температуры тела.

2.2 Вода по OpenStax CNX (CC BY 4.0)

Приведенные ниже утверждения описывают некоторые аспекты круговорота воды, описанные НАСА (Грэм, Стив и др. «Водный цикл». НАСА, НАСА, 1 октября 2010 г., earthobservatory.nasa.gov/Features/Water.).

Определите, обусловлен ли каждый аспект круговорота воды теплоемкостью воды или ее теплотой парообразования.