Кожному відомо, що вода може перебувати в природі в трьох агрегатних станах – твердому, рідкому і газоподібному. При плавленні відбувається перетворення твердого льоду на рідину, а при подальшому нагріванні рідина випаровується, утворюючи водяний пар. Які ж умови плавлення, кристалізації, випаровування і конденсації води? При якій температурі тане лід або утворюється пар? Про це ми поговоримо в цій статті.
Вода на Землі
Не можна сказати, що водяна пара і лід рідко зустрічаються в повсякденному житті. Однак найбільш поширеним є саме рідкий стан – звичайна вода. Фахівці з’ясували, що на нашій планеті більше 1 млрд кубічних кілометрів води. Однак не більше 3 млн км3 води належать прісним водойм. Досить велика кількість прісної води «спочиває» в льодовиках (близько 30 млн кубічних кілометрів). Однак розтопити лід таких величезних брил далеко не просто. Решта ж вода солона, належить морів Світового океану.
Вода оточує сучасну людину всюди, під час більшості щоденних процедур. Багато вважають, що запаси води невичерпні, і людство зможе завжди використовувати ресурси гідросфери Землі. Однак це далеко не так. Водні ресурси нашої планети поступово виснажуються, і вже через кілька сотень років прісної води на Землі може не залишитись зовсім. Тому абсолютно кожній людині потрібно дбайливо ставитися до прісної води і економити її. Адже навіть в наш час існують держави, в яких запаси води катастрофічно малі.
Властивості води
Перш ніж говорити про температуру танення льоду, варто розглянути основні властивості цієї унікальної рідини.
Отже, воді притаманні такі властивості:
- Відсутність кольору.
- Відсутність запаху.
- Відсутність смаку (проте якісна питна вода має приємний смак).
- Прозорість.
- Плинність.
- Здатність розчиняти різні речовини (наприклад, солі, луги тощо).
- Вода не має власної постійної форми і здатна приймати форму посудини, в який потрапляє.
- Здатність очищатися за допомогою фільтрування.
- При нагріванні вода розширюється, а при охолодженні стискається.
- Вода може випаровуватися, перетворюючись у пару, і замерзати, утворюючи кристалічний лід.
У цьому списку представлені основні властивості води. Тепер розберемося, які особливості твердого агрегатного стану цієї речовини, і при якій температурі тане лід.
Сніг і лід
Лід – це тверда кристалічна речовина, яка має досить нестійку структуру. Він, як і вода, прозорий, не має кольору і запаху. Також лід володіє такими властивостями, як крихкість і слизькість; він холодний на дотик.
Сніг також являє собою замерзлу воду, проте володіє такою структурою і має білий колір. Саме сніг щороку випадає в більшості країн світу.
Як сніг, так і лід – дуже нестійкі речовини. Щоб розтопити лід, не потрібно докладати особливих зусиль. Коли ж він починає танути?
Плавлення льоду
У природі твердий лід існує тільки при температурі 0 °C і нижче. Якщо ж температура навколишнього середовища піднімається і стає більше 0 °C, лід починає танути.
При температурі танення льоду при 0 °C, відбувається й інший процес – замерзання, або кристалізація, рідкої води.
Даний процес можна спостерігати всім жителям помірно континентального клімату. Взимку, коли температура на вулиці опускається нижче 0 °C, досить часто випадає сніг, який не тане. А рідка вода, яка перебувала на вулицях, замерзає, перетворюючись на твердий сніг або лід. Навесні ж можна побачити зворотний процес. Температура навколишнього середовища піднімається, тому лід і сніг тане, утворюючи численні калюжі і бруд, яку можна вважати єдиним мінусом весняного потепління.
Таким чином, можна зробити висновок, що, при якій температурі починає танути лід, при такій же температурі починається і процес замерзання води.
Кількість теплоти
До такої науки, як фізика, часто використовується поняття кількості теплоти. Дана величина показує кількість енергії, необхідної для нагрівання, плавлення, кристалізації, кипіння, випаровування або конденсації різних речовин. Причому кожний з перерахованих процесів має свої особливості. Поговоримо про те, яка кількість теплоти для нагрівання льоду потрібно в звичайних умовах.
Щоб нагріти лід, потрібно спочатку його розтопити. Для цього необхідно кількість теплоти, яка потрібна для плавлення твердого речовини. Теплота дорівнює добутку маси льоду на питому теплоту його плавлення (330-345 тисяч Джоулів/кг) і виражається в Джоулях. Припустимо, що нам дано 2 кг твердого льоду. Таким чином, щоб його розтопити, нам знадобиться: 2 кг * 340 кДж/кг = 680 кДж.
Після цього нам необхідно нагріти утворилася воду. Кількість теплоти для даного процесу розрахувати буде трохи складніше. Для цього потрібно знати початкову і кінцеву температуру води, що нагрівається.
Отже, припустимо, що нам потрібно нагріти отриману в результаті плавлення льоду воду на 50 °C. тобто різниця початкової і кінцевої температури = 50 °C (початкова температура води – 0 °C). Тоді слід помножити різниця температур на масу води і на її питому теплоємність, яка дорівнює 4 200 Дж*кг/°C. тобто кількість теплоти, необхідне для нагрівання води, = 2 кг * 50 °C * 4 200 Дж*кг/°C = 420 кДж.
Тоді отримуємо, що для плавлення льоду і подальшого нагрівання отриманої води нам буде потрібно: 680 000 Дж + 420 000 Дж = 1 100 000 Джоулів, або 1,1 Мегаджоулях.
Знаючи, при якій температурі тане лід, можна вирішити безліч непростих завдань з фізики або хімії.
Висновок
Отже, в даній статті ми дізналися деякі факти про воду і про двох агрегатних станах – твердому і рідкому. Водяна пара, проте, являє собою не менш цікавий об’єкт для вивчення. Наприклад, в нашій атмосфері міститься приблизно 25*1016 кубічних метрів водяного пара. До того ж, на відміну від замерзання, випаровування води відбувається при будь-якій температурі і прискорюється при її нагріванні або при наявності вітру.
Ми дізналися, при якій температурі тане лід і рідка вода замерзає. Такі факти завжди знадобляться нам у повсякденному житті, так як вода оточує нас всюди. Важливо завжди пам’ятати про те, що вода, особливо прісна, є иссякаемым ресурсом Землі і потребує дбайливого до неї ставлення.
