Физические свойства воды

Чистая природная вода – жидкость без запаха, вкуса и цвета (лишь в слое толщиной более 2 м голубоватая). Основные физические характеристики воды (при давлении 0,1 МПа) приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Основные физические характеристики воды (при давлении 0,1 МПа) [4]

Константа	Значение
Температура:	замерзания, плавления – 0 кипения – 100
Плотность при:	0 – 0,99984 г/см^3 3,98 – 0,99997 г/см^3 20 – 0,9982 г/см^3 100 – 0,95835 г/см^3
Скрытая теплота:	плавления льда – 330 кДж/кг испарения при - 2250 кДж/кг
Удельная теплоемкость:	льда - 2,035 Дж/(г К) воды при - 4,178 Дж/(г К)
Теплопроводность при	4,18 Вт/(м К)
Вязкость при:	0 – 0,001793 Па с 25 – 0,000895 Па с
Удельная электростатическая проводимость при	4,2 10^-6 см/м
Относительная диэлектрическая постоянная при
Поверхностное натяжение при	73 10^-3 Н/м
Критические константы:	температура – 374,2 С давление – 22,12 МПа плотность – 0,324 кг/л

По сравнению с другими химическими соединениями вода обнаруживает необычные отклонения по ряду физических свойств – плотности, удельной теплоемкости, вязкости и др.

При нагревании воды происходит разрыв водородных связей и уменьшается степень ассоциации молекул воды. В интервале температур от 0 до 4 увеличение плотности, вследствие повышения плотности упаковки молекул, преобладает над тепловым расширением и при температуре 3,98 вода имеет максимальную плотность. При дальнейшем нагревании от 4 до 100 наблюдается нормальное снижение плотности воды. Эта аномалия обуславливает возможность жизни в водоемах, замерзающих в зимнее время. Поскольку лед легче воды (его плотность меньше), то он располагается на поверхности и защищает лежащие ниже слои воды от промерзания. При дальнейшем понижении температуры увеличивается толщина слоя льда, но температура воды подо льдом остается на уровне 4 , что позволяет водным организмам, включая ихтиофауну, сохранить жизнь.

Большое значение в жизни природы имеет также и тот факт, что вода обладает аномально высокой теплоемкостью – 4,18 Дж/(г К). Высокая теплоемкость воды есть следствие расхода части теплоты на разрыв водородных связей. В природных условиях вода медленно остывает и медленно нагревается, являясь регулятором температуры на земле.

Еще одна аномалия заключается в том, что при увеличении давления температура плавления льда не повышается, а понижается. Если же после замерзания давление превышает определенную величину, то образуются другие модификации льда, плотнее обычного и даже обычно плотнее жидкой воды. Поэтому плотно закрытый сосуд с замерзшей в нем водой не разорвется, если перед замерзанием вода уже находилась под высоким давлением [4].

Давление паров воды в зависимости от температуры имеет следующие значения:

Таблица 2 – Зависимость давления паров воды от температуры

t,
, кПа	0,61	2,33	7,39	19,9	47,3	101,3

Температура кипения воды находится в прямой зависимости от давления – чем она выше, тем выше температура кипения.

Таблица 3 – Зависимость температуры кипения воды от давления [4]

,кПа			7,5	7,6	7,7	7,8	7,9
t,	93,48	97,71	99,63		100,39	100,73	101,09	101,45

Вязкость (способность жидкости оказывать сопротивление различным формам движения) воды закономерно изменяется в зависимости от температуры: уменьшается с ее возрастанием. С повышением концентрации растворенных в воде солей вязкость увеличивается. В то же время действие давления на вязкость воды довольно специфично: с понижением температуры при умеренном давлении вязкость воды снижается, хотя логично было бы ожидать ее повышения, а если давление увеличить значительно, то поведение воды подчиняется общему правилу.

Поверхностное натяжение воды с увеличением температуры уменьшается: при оно составляет 73 10^-3 Н/м, а при - 52,5 10^-3 Н/м. При добавлении солей поверхностное натяжение воды возрастает, но незначительно. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) обладают способностью сильно снижать поверхностное натяжение.

Вследствие асимметричного строения молекула воды обладает резко выраженным дипольным характером, т.е. в молекуле не совпадают центры тяжести положительных и отрицательных зарядов. Дипольный характер молекул воды способствует образованию так называемых продуктов присоединения: к молекулам воды присоединяются молекулы веществ ионного строения или же не иного, но с выраженным дипольным характером [4].

Относительная диэлектрическая постоянная воды равна 80 – это очень высокая величина, чем и объясняется такая большая ионизирующая сила воды.

Оптические свойства воды оцениваются по ее прозрачности, которая, в свою очередь, зависит от длины волны луча, проходящего через воду. Ультрафиолетовые лучи легко проходят через воду, а инфракрасные проникают только в поверхностный слой и в незначительной степени. Вследствие поглощения оранжевых и красных компонентов видимого света вода приобретает голубоватую окраску.

Тяжелая вода D₂O по своим физическим свойствам отличается от обычной: некоторые константы обычной и тяжелой воды приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Константы обычной и тяжелой воды [4]

Дата добавления: 2015-08-20