Физические свойства воды

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО образования

«сАМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СОБЩЕНИЯ»

Филиал СамГУПС в г. Пензе

Доклад по дисциплине «Индивидуальный проект»

Тема: Необычные свойства обычной воды.

 

Принял преподаватель:                          

                                                                            Выполнила студентка

Барисова А.А.                                                                   группы ОПУ-19-48

                                                                                          Мутушева Хадижат.

 

                           

        

 

 

                                          ВВЕДЕНИЕ

«Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобою наслаждаются, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты сама жизнь». Антуан де Сент-Экзюпери

 

 

Привычное не удивляет, и то, что мы постоянно используем, лишено таинственности. Но все же есть на планете явления, которые не перестают вызывать восторг и изумление. Они не подчиняются известным законам.

К примеру, вода. Вода – самое простое и привычное вещество на планете. Кажется, что проще воды ничего не бывает. Вода сопровождает каждое мгновение нашей жизни. Мы узнаём её в виде жидкости и твёрдого тела, мы любуемся её парами, проплывающими над нами в виде белых облаков. Вода – самое распространённое, знакомое и необходимое вещество для человека на Земле: сам человек на 3/4 состоит из воды; воду мы пьём; водой мы моемся; на воде готовим пищу; используем её в системе отопления; на основе воды изготавливаются множество необходимых для человека веществ (кремы, шампуни).

Вода согревает нас, она поглощает солнечное тепло и, медленно остывая, отдает его понемногу атмосфере. Поэтому на Земле не бывает резких перепадов температур и жить вполне приятно. Если бы атмосфера не содержала водяных паров, космический холод заморозил бы все на земле. 

Но как ни странно, о воде, веществе таком привычном и знакомом, мы знаем далеко не все. Вода таит в себе множество загадок. Ее до сих пор продолжают исследовать ученые, находя все больше интересных данных о свойствах воды, некоторые из которых настолько любопытны, что порой все еще не поддаются объяснению. То есть их не должно быть. Но они есть. Чудо! Или загадка...

Тему исследования мы определили так: «Необычные свойства обычной воды».

Гипотеза: предположим, что вода обладает удивительными свойствами, но как это доказать?

Проблема состояла в том, чтобы найти ответы на интересующие меня вопросы:

ü Что такое вода?

ü Все ли уже известно о воде?

ü Какие физические свойства воды известны и доказаны?

ü Какие существуют интересные факты о воде?

Мы решили провести исследование, цель которого - выявить необычные свойства воды, доказать на опытах факты, взятые из разных источников информации.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

ü изучить и проанализировать информацию по данной проблеме;

ü определить и выделить интересные факты, необычные свойства воды;

ü провести опыты, доказывающие уникальность воды;

ü  проанализировать полученные результаты;

ü  сделать выводы;

ü создать сборник «, необычная вода» - интересные опыты с водой для юных исследователей.

 

Объект исследования: вода и её различные состояния.

Предмет исследования: свойства воды.

Методы исследования:

ü изучение и анализ литературы и Интернет–статей по данной теме;

ü наблюдение;

ü опыты;

ü сравнение;

ü обобщение.

 

Практическая направленность - исследуя, необычные свойства воды, мы расширяем кругозор, развиваем логическое мышление и тренируем интеллект. Полученные знания можно использовать для проведения уроков и внеклассных мероприятий в начальных классах с целью вызвать интерес у учащихся к окружающему миру и выработать необходимые качества и умения использовать творческий опыт и знания в жизни.

 

 

Глава I. Теоретическая часть. Вода. Что мы о ней знаем?

Что такое вода?

Такой вопрос может показаться не только странным, но и немного невежливым. Кто же этого может не знать? Всякий знает, что вода — это соединение водорода и кислорода. Вот ее всем известная формула: Н₂О. С водой очень хорошо знаком каждый, кто привык умываться по утрам, пьет чай, умеет плавать, любит бегать под дождем, не боясь промокнуть, кататься на коньках и ходить на лыжах.

И всё же за ответом на этот вопрос я отправился в библиотеку.

Из книг я узнал, что название воды произошло еще с незапамятных времен и с того времени водой называют любую «живую» влагу, которая так необходима для жизни людей, животных и окружающей нас природы. Точного определения, почему воду назвали водой, не существует, так как каждый народ имеет свое название, которое определяет значение воды для окружающих.

Вода образует водную оболочку нашей планеты – гидросферу (от греческих слов “гидор” – вода, “сфера” – шар).

Пожалуй, на Земле нет более распространенного и в то же время более загадочного вещества, чем вода. Действительно, достаточно вспомнить, что все живое вышло из воды и состоит из нее более чем на 50%. 71% поверхности Земли покрыто водой и льдом, а значительная часть северных территорий суши представляет собой вечную мерзлоту. Чтобы наглядно представить себе суммарное количество льда на нашей планете, заметим, что в случае их таяния вода в Мировом океане поднимется более чем на 50 м, что приведет к затоплению гигантских территорий суши на всем земном шаре. Во Вселенной, в том числе и в Солнечной системе, обнаружены огромные массы льда. Нет ни одного мало-мальски существенного производства, бытовой деятельности человека, в которой не использовалась бы вода.

Известный советский ученый академик И.В.Петрянов свою научно – популярную книгу о воде назвал “Самое необыкновенное вещество в мире”. А доктор биологических наук Б.Ф.Сергеев начал свою книгу “Занимательная физиология” с главы о воде – “Вещество, которое создало нашу планету”.

Вывод: вода – вещество привычное и необычное.

 

Физические свойства воды

Вид молекулы воды мы нашли в энциклопедии.

 

 

Из уроков окружающего мира мы знаем, что вода – единственное вещество на Земле, которое существует в природе в трёх состояниях:

1. Твёрдое - лёд.

2. Жидкое - вода.

3. Газообразное - водяной пар.

Вода – такое уникальное вещество, которое может переходить из одного состояния в другое, и обратно при незначительных изменениях. При переходах из одного состояния в другое могут происходить различные процессы: испарение (вода из жидкого состояния постепенно переходит в воздух в виде пара), конденсация (водяной пар переходит в жидкое или твёрдое состояние), заиндевение (образование инея – переход газообразной воды в твёрдое состояние ), замерзание (жидкая вода превращается в снег, лёд). Таким образом, вода может осуществлять не только постепенные переходы из одного состояния в другое (лёд – вода – пар – вода – лёд), но и скачкообразные, минуя некоторые фазы (лёд – пар или пар – иней). При переходах воды из одного состояния в другое существенно изменяются её свойства.

Однако в энциклопедии мы прочитали, что ученые выделяют 5 различных состояний воды в жидком виде и 14 состояний в замерзшем виде.

Так же возможны состояния - пересыщенный пар, перегретая жидкость, переохлаждённая жидкость. Эти состояния могут существовать длительное время, однако они неустойчивы и при соприкосновении с более устойчивым состоянием происходит переход. Например, нетрудно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0°C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд.

При атмосферном давлении вода замерзает при температуре 0°C и кипит при температуре 100°C.

«Стеклянная» вода. При температуре -38 °C даже самая чистая сверхохлажденная вода внезапно превратится в лед. При -120 °C вода становится сверхвязкой или тягучей, как патока, а при температуре ниже -135 °C она превращается в «стеклянную» или «стекловидную» воду – твердое вещество, в котором отсутствует кристаллическая структура.

Сверхохлаждение воды. Этим свойством обладает очень чистая вода. При охлаждении ниже точки замерзания такая вода остается жидкой. Её кристаллизация может быть спровоцирована пузырьками газа, примесями, неровной поверхностью емкости. Когда процесс кристаллизации запускается, можно наблюдать, как сверхохлажденная вода моментально превращается в лед.

Обычно среди свойств воды называются такие, как:

-прозрачная,

-бесцветная,

-без запаха,

-текучая,

-принимает любую форму, в которую её налить,

-может замерзать,

-может испаряться,

-вода расширяется и сжимается,

-растворяет вещества.

Вода – удивительное вещество. В отличие от других аналогичных соединений она имеет много аномалий. К ним относятся необычно высокая температура кипения и теплота парообразования. Вода характеризуется высокой теплоемкостью, которая позволяет использовать ее в качестве теплоносителя. Необычно высокое поверхностное натяжение воды обусловило ее хорошую способность смачивать поверхности твердых тел и проявлять капиллярные свойства, что дает ей способность подниматься вверх по порам и трещинам пород и материалов вопреки земному притяжению.

Весьма редкое свойство воды проявляется при ее превращении из жидкого состояния в твёрдое. Этот переход связан с увеличением объёма и с уменьшением плотности.

Ученые доказали, что строение воды в твердом состоянии имеет полости и пустоты. При плавлении они заполняются молекулами воды, поэтому плотность жидкой воды оказывается выше плотности твердой. Поскольку лед легче воды, то он плавает на ней, а не опускается на дно.

Способность воды расширяться при замерзании приносит много хлопот в быту и технике. Практически каждый человек был свидетелем того, что замерзшая вода разрывает стеклянную емкость, будь то бутылка или графин.

Ещё одно интересное свойство воды: увеличение давления приводит к плавлению льда. Это можно наблюдать на практике, например скольжение коньков на льду. Площадь лезвия конька невелика, поэтому давление на единицу площади большое и лед под коньком подплавляется.

Интересно, что если над водой создать высокое давление и затем ее охладить до замерзания, то образующийся лед в условиях повышенного давления плавится не при 0°C, а при более высокой температуре.

Так, лед, полученный при замерзании воды, который находится под давлением 20000 атм, в обычных условиях плавится только при 80°C.

Еще одна аномалия жидкой воды связана с неравномерным изменением ее плотности при изменении температуры. Уже давно установлено, что наибольшей плотностью вода обладает при температуре +4°C. При охлаждении воды в водоеме более тяжелые поверхностные слои тонут, в результате чего происходит хорошее перемешивание теплой и более легкой глубинной воды с поверхностной.

Вывод: вода удивительна своими самыми обычными свойствами. И эти свойства мы рассмотрим в практической части и продемонстрируем некоторые наиболее интересные опыты.

 

1.3. Вода в жизни человека, животных и растений.

Все живое и неживое: любые почвы и горные породы на нашей планете, все предметы, тела, организмы содержат ее. Вода - это вещество, которое создало нашу планету, и наша жизнь без нее невозможна!

Вода входит в состав любого живого организма. Достаточно помять лист растения в руках, и мы обнаружим в нём влагу. Вода содержится во всех частях растений. Вспомни, как много сока в плодах - арбузе, апельсине, лимоне. Этот сок - вода с растворёнными в ней различными веществами.

Организм человека, в том числе кровь, мозг, больше чем наполовину состоит из воды. Содержание воды в организме новорожденного составляет 97%, с возрастом снижаясь до 70 - 75%, в частности, в мозге содержится около 85% воды, а тело человека почти на 63 – 68 % состоит из воды. На 1кг тела коровы- 600г воды, утки- 700г воды, у медузы на 100г тела- 99г воды.

Содержание воды в разных организмах различается: например, у водорослей – 90-98%, в листьях наземных растений – 75-86%, в семенах злаков – 12-14%, у мхов и лишайников – 5-7%, у кишечнополостных – 95-98%, у насекомых – 45-65%, у млекопитающих – 60-70%.

Таким образом, мы видим, что вода входит в состав любого организма.

Ежедневное потребление человеком питьевой воды составляет в среднем около 2 л, а общее потребление воды на душу населения в развитых странах составляет 150 - 300 л в день.

При недостатке воды жизнь живых существ сильно нарушается. Растения без воды увядают и могут погибнуть. Животные, если их лишили воды, быстро гибнут. Например, собака может прожить без пищи до 100 дней, а без воды - не больше 10 дней. Без пищи человек может прожить больше месяца, а без воды не может прожить более трех суток. При потере организмом 10% воды наступает самоотравление, а при 21% - смерть.

Мы выяснили, что свойства воды, содержащейся в живых организмах, существенно отличаются от показателей воды, которую мы используем каждый день. Ярким примером этого служит тот факт, что вода внутри животных и растений не замерзает при температурах до - 50°С и ниже. Вода остается жидкостью при нагревании до + 100⁰ С. Для обитателей водной среды это также важно.

Учёные утверждают, что Земля давно бы остыла и превратилась безжизненный кусок камня, если бы не вода. Нагреваясь, она поглощает тепло, остывая, отдаёт его. Земная вода и поглощает, и возвращает очень много тепла, и тем самым «выравнивает» климат. Это делает водную среду достаточно комфортной для обитания живых организмов. А от космического холода предохраняют Землю вода в атмосфере – в виде облаков и в виде паров. У воды при нагревании медленно повышается температура, а при охлаждении вода отдает много тепла окружающей среде, поэтому вблизи больших водоемов не бывает очень низких температур.

Вода также является домом для множества растений и животных. Воду пьют поля и леса. Но вода не только «поит», но ещё и кормит – по морям и океанам днём и ночью плывут тысячи кораблей, рыболовных судов. Именно поэтому издавна многие города строились на берегах рек.

Вода «добывает» электрический ток, работая на электростанциях. Без воды не замесить тесто для хлеба, не приготовить бетон для стройки, не сделать ни бумагу, ни ткань для одежды, ни резину, ни конфеты, ни лекарства, - ничего не сделать без воды.

Например:

• для производства 1т стали надо 150т воды;

• для производства 1т бумаги - 250т воды;

• чтобы вырастить 1т свёклы - 10т воды.

     Как вы думаете, много ли весит один кубометр воды? И сможет ли поднять такое количество воды один человек? 1 м ³ воды весит 1тонна или 1000 кг. А поднять его могут 15 – 20 человек или подъёмный кран.

    Если в квартире не исправен кран, то из него за час вытекает 1 стакан воды. При утечке из крана за сутки набирают одно ведро.

  Вывод: вода - самое удивительное и самое загадочное вещество на Земле. Она играет важнейшую роль во всех жизненных процессах и явлений, происходящих на нашей планете и за ее пределами.