Что такое плотность воды
Какова плотность пресной воды и от чего она зависит?
Плотность пресной чистой воды неодинакова, она может изменяться, и зависит от разных условий. Ее показатели сильно отличаются от соленой или морской.
Значения и знания об этом используются в некоторых сферах деятельности человека. О том, какова плотность пресной воды, расскажем в статье.
Чему равна?
На плотность обычной воды влияет только температура.
Если брать во внимание температуру преобразования в твердое и газообразное состояние, то есть в лед и пар, то значения будут следующими:
Как видно, с повышением температуры значение медленно снижается, но несущественно.
Что влияет на показатель для питьевой H2O?
У чистой пресной воды есть необычная особенность, которая нехарактерна для поведения веществ при изменении условий.
При температуре от 0 до 4˚С и обычном атмосферном давлении 760 мм рт. ст ее плотность и вес растут и достигают 1000 кг на 1 куб м (1 г на 1 куб. см). Затем, с повышением температуры, начинают постепенно снижаться.
Кроме этого, на величину в сторону ее увеличения влияют:
Плотность обычной воды зависит также и от ее чистоты. Так, очищенная питьевая будет менее плотной, чем не питьевая из природных источников, так как в ней находятся различные органические и неорганические примеси, например, частички ила, песок и т. д.
Сравнение
Пресная вода всегда будет менее плотной по сравнению с водами, содержащими соли и минеральные элементы. Возьмем для сравнения морскую и соленую.
С морской
Показатель для морской H2O при солености в 35% (среднее общее значение) составляет 1027,81 кг/м3. Но чем выше концентрация солей, тем она будет плотнее.
На плотность и количество солей в морской воде оказывает влияние:
С соленой
Плотность любой соленой воды зависит от концентрации в ней различных солей. Чем больше концентрация, тем она более плотная, т.е. будет уже не 999,8 кг/м3, а 1000 кг/м3 и более.
Какая плотнее и почему?
Если сравнивать пресную и морскую воду, то последняя всегда будет плотнее из-за содержания солей. Если говорить о температуре, то чем холоднее вода, тем она плотнее, за исключением той, что нагрета от 0 до 4˚С.
Какая вода плотнее — соленая или пресная, видео-эксперимент:
Заключение
Плотность пресной воды непостоянна при нормальном давлении и зависит от температуры, но всегда меньше в сравнении с соленой. На нее также влияет степень чистоты, содержание включений и примесей, пузырьков воздуха и т. д.
Что необходимо знать о плотности горячей воды и ее свойствах?
Физические свойства воды мало интересуют людей в повседневной жизни. Однако, для сантехнического и отопительного оборудования они имеют важное значение.
Плотность горячей воды — непостоянная величина, поэтому эксплуатация систем ГВС и ЦО требует учета параметров.
Физическое определение
Согласно физическому определению, плотность — это отношение массы к объему.
То есть, эта величина показывает количество данного вещества, сосредоточенного в определенном объеме.
Если посмотреть на молекулярном уровне, плотность показывает, насколько близко друг к другу расположены молекулы того или иного материала.
Показателем, иллюстрирующим значение этого параметра, может стать соотношение веса 1 л разных жидкостей:
То есть, в одинаковом объеме воды больше, чем масла или спирта. Для обозначения плотности в формулах используется греческая буква ρ (ро).
Сама формула в общем виде выглядит следующим образом:
С изменением температуры плотность веществ изменяется. Это происходит из-за ускорения движения атомов. У воды наблюдается особое соотношение этих параметров.
Что влияет на этот параметр?
В обычных условиях на параметры воды значительное влияние оказывает степень нагрева. Как правило, у большинства веществ или соединений плотность увеличивается при понижении температуры. Однако, у воды эта зависимость нелинейная.
Показатель достигает максимума при 4°C, понемногу уменьшаясь как при понижении, так и при повышении температуры. При этом, когда вода переходит в твердую фазу (образуется лед), процесс уменьшения плотности при охлаждении продолжается.
Этим объясняется известный (и очень опасный для оборудования) эффект расширения воды при замерзании — из 0,028 м 3 воды получается 0,03 м 3 льда.
Зависимость физических свойств от температуры наблюдается практически у всех веществ, но только вода демонстрирует это в жидком состоянии.
При этом горячая вода показывает нелинейный, но относительно ровный график уменьшения значений (по крайней мере, до точки кипения в 100°С).
Таблица зависимости от температуры
Для наглядности составим таблицу плотности воды при разных температурах:
| Температура, t°С | Плотность, ρ г/мл |
| 0 | 0,9998 |
| 2 | 0,9999 |
| 4 | 1 |
| 6 | 0,9999 |
| 10 | 0,9997 |
| 15 | 0,9991 |
| 20 | 0,9982 |
| 25 | 0,9970 |
| 30 | 0,9957 |
| 40 | 0,9922 |
| 50 | 0,9880 |
| 60 | 0,9832 |
| 70 | 0,9778 |
| 80 | 0,9718 |
| 90 | 0,9653 |
| 100 | 0,9584 |
Анализируя данные таблицы, можно отметить сравнительно ровную кривую зависимости двух характеристик воды. При этом, управляющим параметром является температура. Если по этим данным составить график, получится не прямая линия, а кривая параболического типа.
Меняется ли вес в процессе нагревания?
Вес одинакового объема горячей и холодной воды будет немного отличаться. Из-за большей плотности, тяжелее будет холодная.
Самый большой вес она имеет при 4°С, но, при охлаждении или нагревании относительно этого значения, будет становиться легче.
На практике обычно учитывается не столько изменение веса, сколько различие в объемах горячей и холодной воды.
В большинстве систем вода заперта в ограниченном пространстве, и, если заранее не позаботиться о компенсирующих устройствах, возрастающий объем станет причиной разрыва емкости или трубопровода.
Необходимо учитывать, что разница в весе не слишком велика. Один кубометр воды при 4°С весит ровно тонну, а при 90°С он станет легче на 34,7 кг.
Применение этих знаний на практике
Для специалистов-теплотехников или работников ЖКХ, любые изменения параметров потока являются серьезной проблемой.
Приходится использовать компенсаторы объема (у техников они называются расширительные баки), делать резервные линии для отведения избытков.
В природе изменения плотности также имеют свое значение. В зимнее время вода, охлаждаясь до 4°С, опускается на дно водоема, вытесняя наверх более теплые слои.
Если они охлаждаются ниже этого значения, их плотность уменьшается и не позволяет им вытеснить придонные объемы с постоянной температурой 4°С.
Это позволяет защитить водоемы от сплошного перемерзания, сохранить запасы рыбы и прочей водной живности.
Заключение
Изменения параметров в зависимости от степени нагрева не являются исключительным свойством воды. Особенности достаточно хорошо изучены, но в обыденной жизни они заметного влияния не оказывают.
Это иногда становится причиной ошибок, допущенных неподготовленными людьми. Необходимо иметь представление о свойствах и специфике воды, чтобы не создавать условий для возникновения аварий или поломок систем, оборудования, разрывов трубопроводов.
Всё о воде
| Пн | Вт | Ср | Чт | Пт | Сб | Вс |
|---|---|---|---|---|---|---|
| « Март | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 |
| 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 |
| 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | ||
Плотность воды
Плотность воды определяется массой единичного объема в килограммах на метр кубический (кг/м3). В водоеме П.в. зависит от таких вещей как: минерализация, температура, количество растворенных солей в воде, ну и, конечно же, от давления высших слоев воды.
Плотность воды химически чистой (обессоленной) зависит от температуры. Их зависимость вычисляется по формуле, которая напоминает параболу с определенной вершиной при t 3,98°С. При такой температуре плотность воды как химического вещества принято считать равной 1000 кг/м3, или же 1г/см3. Если происходит снижение t до 0°С, плотность воды снижается на 0.132 кг/м3, а если же происходит повышение t, то плотность понижается до 995.67 кг/м3 (это при 30°С). Условной П.в. называется разность между плотностью при некоторой температуре (t) и самой большой плотностью (sigma t) approx rho T – 1000. По-другому ее еще называют аномалией П.в. При повышении давления и минерализации П.в. тоже увеличивается. Незначительные изменения плотности воды от всех этих трех факторов играют важнейшую роль при динамике вод в водоемах, в формировании качества воды и их экосистем.
Всем известно, что при повышении температуры вещества увеличивают свой объем и понижают плотность. Вода обладает точно таким же свойством, но в интервале от 0 до 4°С, где с возрастанием температуры объем не повышается, а, наоборот, сокращается, данное свойство не выполняется. Принято считать максимальную плотность воды при температуре 4°С. Отсюда можно сделать вывод, что для воды зависимость объема и температуры двузначна. К примеру, при 0.2 и 8°С масса воды занимает одинаковое количество объема, точно так же как и при 3 и 5°С. Но, не смотря на это, воду принято считать эталоном плотности – при температуре равной 4°С, когда ее масса в 1 грамм имеет объем в 1 кубический сантиметр.
А как изменится объем воды при понижении температуры? Выяснилось, что при t ниже 0°С он будет продолжать увеличиваться, при условии переохлаждения. Но переохлаждение всегда требует сложных условий: неподвижность воды, отсутствия мест кристаллизации льда.
Если вода лишена растворенных в ней газов, то ее можно переохладить до минус 70°С и при этом она не превратится в лед. Но если ее встряхнуть или добавить небольшое количества льда, то она мгновенно покроется льдом и температура ее подскочит до 0°С (на 70°С). Можно так же довести воду до температуры 150°С без закипания, однако если в нее ввести пузырек воздуха, то вода моментально вскипит и температура ее понизится до 100°С.
Вода, при замерзании, внезапно увеличивается в объеме на 11%, так же внезапно и уменьшается при таянии. Это увеличение объема играет огромную роль, как в природе, так и в жизни людей. При замерзании воды и ее дальнейшем увеличении объема, происходит расширение, в результате чего возникает сильное давление, равное 2500 кгс/см2. Именно поэтому замерзающая вода обладает разрушительной силой в замкнутых пустотах, трещинах гор. Именно это объясняет то, как замерзающая вода разрушает многолетние глыбы, превращая их в мелкие осколки или же, как происходят взрывы крупных наледей. Точно так же, при замерзании воды в трубопроводе, происходит расширение труб, а в дальнейшем и их взрывы. Стоит так же сказать, что все эти процессы происходят при абсолютном давлении равном 1 атм.
Читая увлекательные статьи о свойствах физических тел и химических веществ, поневоле завидуешь тем ученым, которые изучают эти процессы, проводя разнообразные лабораторные опыты. Но чтобы стать таким ученым, сначала надо научиться азам, закончив среднее образование и продолжив обучение в ВУЗе с физическим или химическим уклоном. Но для этого сначала необходимо сдать вступительные экзамены, хорошо подготовиться к которым, не обращаясь к услугам репетиторов в наши дни практически невозможно. Вот почему необходимо знать стоимость репетитора и перечень нужных вам предметов. В этом Вам сможет помочь сайт “Дистанционный репетитор”.
Плотность воды — краткое определение, значение плотности воды в зависимости от температуры и её аномалия
Плотность воды (далее возможно ПВ) — весьма важное для всех нас свойство воды, впрочем как и все остальные 🙂
Плотность — это …
Вначале сформулируем, что такое плотность вещества как таковая, в общем.
Плотность показывает количество, какого либо вещества, выраженное в массе, на единицу объема.
ПЛОТНОСТЬ (ρ)= МАССА (M)/ОБЪЕМ (V)
Значение плотности воды
Плотность воды в зависимости от температуры
Ниже приведем изменение плотности чистой воды в зависимости от температуры:
Плотность воды — аномалия
Как мы видим, ПВ в жидком состоянии, вначале, при повышении температуры до 4-х градусов по Цельсию, увеличивается, а далее от 4 °C и выше понижается. Т. е. при 4 °C ПВ достигает своего максимального значения.
С аномалией плотности воды связаны такие факты и явления:
Прекрасной иллюстрацией аномалии ПВ является, например, лед. Он не тонет, поскольку его плотность меньше ПВ.
Свойство воды, благодаря которому ее максимальная плотность достигается при +4 °C, имеет огромное значение для всей нашей планеты. Например, благодаря именно этому свойству пруды и другие водоемы замерзают сверху вниз, что позволяет всем формам жизни находящимся в них выжить в период сильных морозов.
Заключение
Уникальные свойства ПВ еще раз подтверждают то, что в природе все находится в гармоничной взаимосвязи, нарушать которую никак нельзя.
Физические и химические свойства воды
Плотность воды
В результате расчетов получается величина, измеряемая в кг на м3 либо г на мл (для жидкости). Плотность веществ зависит от характеристик давления, а также температуры и наличия примесей. Так, чистая пресная вода, имеющая температуру 20оС и находящаяся при атмосферном давлении 1 атм, имеет плотность 998,23 кг/м3. В то же время для морской воды аналогичная величина равняется 1027 кг/м3.
Изменение плотности воды в зависимости от температуры демонстирует следующая таблица:
Из таблицы видно, что плотность жидкости при увеличении температуры до 4 о С растет. При дальнейшем увеличении температуры отмечается уменьшение плотности. Значит, при 4 о С — достигается максимальное значение плотности воды. Примечательно, что плотность жидкой воды при этой температуре больше плотности твердого льда. Для большинства веществ наблюдается обратная зависимость: в твердом агрегатном состоянии плотность выше, чем в жидком.
Особенности изменения плотности объясняют такие явления, как:
Такая особенность, как максимальная плотность при температуре +4оС, важна для существования биологических организмов. Так, в нижней части прудов, замерзающих сверху вниз, сохраняют свою жизнеспособность его жители.
Что такое вода — общее определение
В природе вода всегда содержит растворенные в ней вещества. Являясь сильнополярным растворителем, она в той или иной степени растворяет все вещества, с которыми контактирует. В результате такие характеристики воды как плотность, электропроводность и др. меняются из-за присутствия примесей.
Для жизни всей планеты важен круговорот веществ в природе, важнейшим из которых является круговорот воды. Испаряясь с поверхности природных водоемов, ее пары поднимаются вверх и формируют облака. В дальнейшем, выпадая в виде осадков, на землю вместе с водой возвращается масса химических веществ, которые в ней растворены. Круговорот воды влияет также на формирование климата и погоды.
На планете Земля порядка 1400 млн км3 воды. Покрывая более 70% поверхности земли, водоемы составляют Мировой океан. В большинстве своем, это соленая вода, непригодная для употребления человеком и выращивания сельскохозяйственных структур. На долю пресной воды приходится всего 1,81%, большая часть ее заключена в ледниках, и подземных запасах (0,63%). Крайне незначительная часть влаги присутствует в атмосфере (0,001%).
Без воды невозможно существование живых организмов, поскольку она присутствует в их тканях и системах. Человек, способный обходиться без продуктов питания порядка 50-70 суток, не сможет жить без воды более 3-5 дней. На практике этот период может быть значительно меньше.
Физические и химические свойства
Физические свойства воды определяются особенностями ее строения (молекулярная кристаллическая решетка) и способностью переходить из одного агрегатного состояния в другое в сравнительно небольшом интервале температур. При обычных условиях вода — жидкость с определенной степенью прозрачности. По химической природе она представляет собой оксид водорода. Ее полярная молекула имеет высокий дипольный момент 1,84 Д, что объясняется большой разностью электроотрицательностей атомов кислорода и водорода.
Для промышленных процессов, а также для использования в быту, важен такой параметр вещества, как удельная теплоемкость. H 2 O обладает очень высоким значением этой характеристики, как в жидком, так и твердом состояниях.
Удельная теплота плавления льда равняется 333,25 кДж/кг(0оС), а парообразования — 2250 кДж/кг.
Вода является отличным растворителем, характеризуется высоким поверхностным натяжением.
В химических реакция вода образуется, например, при нейтрализации кислот щелочами:
Кроме того, может быть получена при реакции оксидов металлов с водородом:
C u O + H 2 = C u + H 2 O
Химические свойства воды
В химическом отношении вода является активным веществом. Являясь участником многих окислительно-восстановительных реакций, она может выступать как растворителем, так и окислителем. Рассмотрим, к примеру, уравнение:
Это уравнение реакции электролиза, в ходе которого под действием электрического тока вода распадается на молекулярный кислород и водород.
Помимо высокой высокой растворяющей способности, вода является амфолитом — электролитом, обладающим одновременно и кислотными и основными свойствами:
H + + H 2 O = H 3 O + (ион гидроксония)
При комнатной температуре вода способна взаимодействовать с наиболее активными металлами, образовывая щелочи. В ходе такой реакции выделяется водород:
2 H 2 O + 2 N a = 2 N a O H + H 2
А вот реакция с межгалоидными соединениями (интергалогенидами) протекает при пониженных температурах:
3 H 2 O + I F 5 = 5 H F + H I O 3
В отличие от других галогенов, фтор окисляет воду до кислорода:
2 H 2 O + 2 F 2 = 4 H F + O 2
Соли, образованные слабыми кислотами и основаниями, в водных растворах подвергаются полному гидролизу (разложению водой):
A l 2 S 3 + 6 H 2 O = 2 A l ( O H ) 3 + 3 H 2 S
С водой также вступают в реакции простые вещества металлы и неметаллы, обычно при повышенной температуре:
4 H 2 O + 3 F e = F e 3 O 4 + 4 H 2 и л и H 2 O + C = C O + H 2
Непредельные углеводороды ряда алкенов вступают в реакцию гидратации (присоединения воды) в присутствии минеральных кислот. При этом образуются предельные одноатомные спирты:
Замерзание воды и водных растворов в различных условиях
Процессы замерзания воды и ее растворов отличаются многообразием. Например, в грунте при отрицательной температуре некоторая часть влаги все-таки сохраняется в жидком состоянии, хотя в природе чистая вода замерзает при 0оС. В работах Н.А.Цытовича продемонстрировано, что по мере нагревания (при фоновой отрицательной температуре) содержание жидкой воды в грунте увеличивается.
Существуют особенности в процессе замерзания воды, содержащей растворенные соли. Когда ее температура опускается до точки замерзания, первыми обнаруживаются ледяные кристаллы, которые выглядят как шестигранные призмы, похожие на иглы. Эти кристаллы содержат чистую воду, соли по-прежнему находятся в растворе, их концентрация при этом увеличивается. В связи с тем, что лед легче воды, ледяные иглы поднимаются на поверхность, делая внешний вид водоема похожим на пятна жира.
Определить точную температуру кристаллизации льда легко для бесконечно разбавленных смесей. В случае же концентрированных растворов, протекающие процессы более сложные, поэтому численные результаты требуют дополнительной обработки.
При таянии морского льда вначале вытаивает соль, т. е. остается в жидком растворе. По этой причине полярный лед превращается в пресную субстанцию.
В районе морского берега лед образовывается раньше, чем на глубине. «Прилипая» к береговой линии, он формирует припай, который при тихой погоде может занять территорию до нескольких десятков километров. Сильные ветры могут отрывать части припая и уносить на глубину.
Существует специальная таблица, по которой можно определить, при каких значениях температуры воздуха произойдет замерзание воды, содержащей примеси:
| Соленость в °/00 | Температура замерзания (в градусах) | Соленость в °/00 | Температура замерзания (в градусах) |
| 0 (пресная вода) | 0 | 20 | -1,1 |
| 2 | -0,1 | 22 | -1,2 |
| 4 | -0,2 | 24 | -1,3 |
| 6 | -0,3 | 26 | -1,4 |
| 8 | -0,4 | 28 | -1,5 |
| 10 | -0,5 | 30 | -1,6 |
| 12 | -0,6 | 32 | -1,7 |
| 14 | -0,8 | 35 | -1,9 |
| 16 | -0,9 | 37 | -2,0 |
| 18 | -1,0 | 39 | -2,1 |
Применение и значение воды
Благодаря особым свойствам воды на Земле существует жизнь. То, что она, имея температуру, приемлемую для земных организмов, остается в жидком состоянии, обеспечило современное состояние земной поверхности, способствовало зарождению всех форм жизни.
Вода — идеальный растворитель, в котором в растворенном состоянии могут находится органические и неорганические вещества. Именно этот факт обеспечивает протекание биохимических процессов на клеточном уровне. Человеческое тело, как и тело животного, больше, чем наполовину состоит из воды. Без ее поступления в организм обычный человек может прожить не более 3-5 дней.
При протекании химических реакций вода часто выступает в роли катализатора или растворителя. Ее роль в аккумуляторных электролитах, лекарственных формах, напитках, буферных растворах огромна. Из природных растворов методом выпаривания получают чистые химические вещества. Однако и в природном состоянии их применяют в ходе физиотерапевтических процедур, при водолечении, бальнеолечении и т.п. Проведение таких процедур позволяет ускорить выздоровление больных.
Говоря о роли воды в природе, нельзя не упомянуть о ее влиянии на формирование климата. Будучи веществом с высокой теплоемкостью, она в составе океанов поглощает тепло, которое в последующем отдает обратно, в атмосферу, что делает климат на планете более мягким. Важную роль играют холодные и теплые течения, например, Гольфстрим. Из-за него климат в Англии, Мурманске теплее и мягче, чем на континентальной части.
Воду в виде пара содержит атмосфера. Именно эта влага способна задерживать тепло, которое излучает Земля. Ученые считают, что, благодаря такому эффекту (парниковый эффект), наша планета сохраняет практически постоянную температуру и сохраняет жизнь во всех формах ее сегодняшнего проявления.