Woda - 3 stany skupienia

WODA, tlenek wodoru, H2O, związek chemiczny bardzo rozpowszechniony w przyrodzie; dobry rozpuszczalnik - woda naturalna zawiera rozpuszczone sole i gazy (zwł. woda morska i mineralna); sole, gł. wapnia i magnezu, powodują tzw. twardość wody (obserwuje się zanik własności powierzchniowo czynnych mydeł i odkładanie kamienia kotłowego); wodę pozbawia się zanieczyszczeń gł. przez destylację (woda destylowana) lub wymianę jonową; niektóre parametry chemicznie czystej wody obrano za podstawę przy wyznaczaniu skal temperatury, np. temperatura wrzenia, krzepnięcia, punkt potrójny wody posłużyły do zdefiniowania jednostki i skali temperatur.

Woda jak wszystkie ciecze zwiększa swą objętość pod wpływem temperatury. Po wzroście temp. O 20’C objętość 1dm’3 wody wzrasta o 0,21cm’3. Całkiem inaczej jest ze zmianą objętości wody przy parowaniu czy wrzeniu, wtedy woda zwiększa objętość około 1600 razy .

Stan gazowy (lotny)

Przejście cieczy w stan gazowy nazywamy parowaniem, które zachodzi w każdej temperaturze i tylko na powierzchni cieczy lub zachodzącym gwałtowniej, w stałej temperaturze 100’C (temperaturę tę nazywamy temperaturą wrzenia), w całej objętości cieczy wrzeniem.

Wodą w stanie gazowym jest para wodna, która również jest bezbarwna, bez zapachu i smaku. Para wodna to między innymi chmury - zawieszone w atmosferze ziemskiej widzialne zbiory mikroskopijnych (o średnicy nie przekraczającej 100 mm) kropelek wody lub kryształków lodu albo mieszaniny jednych i drugich; chmury różnią się między sobą budową, wyglądem i wysokością występowania; zgodnie z międzynarodową klasyfikacją rozróżnia się 10 podstawowych rodzajów chmur:

1. Stratus należy do chmur piętra niskiego, jest zwykle bezkształtny i szary. Może zakrywać wierzchołki wzniesień i często schodzić do powierzchni gruntu. Ze względu na małą wysokość występowania w wietrznych dniach wydaje się szybko przemieszczać. Chmura stratus daje opad mżawki lub krupy śnieżnej (o opadach później). Jest bardzo rozległa – występować może na obszarach o powierzchni tysięcy kilometrów.

2. Cumulusy przemykające w postaci kłębów, mają podstawy na niskiej wysokości, ale mogą być znacznie rozbudowane w pionie. Są typowymi chmurami o krótkim życiu, trwającym nie dłużej niż 15 minut. Typowe cumulusy tworzą się w słoneczny dzień, kiedy intensywne prądy konwekcyjnie wynoszą w górę wilgotne powietrze. Takie prądy mogą powstać np. nad elektrownią cieplną lub nad płonącym ścierniskiem- może to prowadzić do powstania chmur lokalnych. Cumulusy mogą połączyć się w nr 3, stratocumulus, albo przekształcić się w olbrzymiego nr 4, cumulonimbusa, którego wierzchołek może sięgać do wysokości 10 kilometrów. Te chmury powstają najczęściej w letnie popołudnia; ich wysokie, spłaszczone wierzchołki zawierają kryształki lodu, które mogą spadać na ziemię w formie ulewnego deszczu lub gradu.

Chmury piętra średniego (nr 5, altostratus i nr 6, altocumulus) wydają się przemieszczać wolniej ze względu na ich dalsze położenie od obserwatora.

7. Cirrusy wzięły swoją nazwę z łacińskiego „pukiel włosów’’, który mogą przypominać. Często spotykane w Europie związane są z prądem strumieniowym; poruszają się w tedy szybko pomimo dużej wysokości.

8. Cirrocumulus często towarzyszy chmurom cirrus, tworząc warstwy lub ławice drobnych kłębuszków.

9. Chmura cirrostratus, w której następuje załamanie promieni światła słonecznego lub księżycowego na ściankach kryształów lodowych, daje ciekawe zjawisko optyczne –halo- lekko zabarwiony pierścień dookoła tarczy Słońca lub Księżyca.

Stan lotny to również obłoki iryzujące, cienkie chmury występujące (bardzo rzadko) w stratosferze (na wysokości. 20-25 km), wykazujące bardzo silną iryzację.

Zjawisko parowania ma podstawowe znaczenie dla organizmów żywych: roślin, zwierząt. Na przykład rośliny zielone wyparowują wodę przez liście.

Przez człowieka parowanie i skraplanie (zjawisko odwrotne do parowania) wykorzystywane jest do destylacji.

Stan ciekły i stały

Przejście cieczy ze stanu stałego w stan ciekły nazywamy topnieniem, które zachodzi w temp. Stałej 0’C (temperaturę tę nazywamy temperaturą topnienia) , a z gazowego w ciekły skraplaniem.

Wodę najczęściej spotykamy w stanie ciekłym np. morza, jeziora, rzeki.Przejście wody ze stanu ciekłego w stan stały nazywamy krzepnięciem, które zachodzi w stałej temp. 0’C (temperaturę tę nazywamy temperaturą krzepnięcia).

Na ziemi najczęstszym przykładem stanu stałego wody jest lód. Opady atmosferyczne to woda w stanie ciekłym(np. deszcz) i stałym(np. śnieg).

Słabo rozbudowane w pionie chmury strefy zwrotnikowej mogą nie sięgać poziomu zamarzania- kryształki lodu w tedy nie powstaną. Zamiast nich tworzą się kropelki wody o większych rozmiarach. Mogą one łączyć się na drodze koagulacji w kropelki bardzo duże, zwłaszcza, kiedy mają przeciwstawne ładunki elektryczne. Wielkie kropelki mogą rozrywać się na mniejsze, które dają początek ponownemu, lawinowemu powstawaniu kropel dużych.

Wiele opadów deszczu w szerokościach umiarkowanych jest wynikiem topienia się płatków śniegowych podczas ich spadania ku ziemi. Kiedy stają się one zbyt ciężkie, aby utrzymać się w chmurze spadają ku Ziemi niosąc miliony kropelek i kryształków lodu wypadających jako pojedyncze kropelki deszczu lub płatki śniegu. Potrzeba tylko 20 minut, aby kryształek lodu rozrósł się do płatka śniegu.

Powstanie gradziny o dużych rozmiarach wymaga silnych prądów powietrznych w chmurze. Aby powstała gradzina o średnicy 30 mm, potrzebuje one prawdopodobnie prądów powietrza o prędkości 100km/godz. Prądy turbulencyjne w chmurze zamieniają zamarzniętą krople wody w jądro gradziny. Para wodna w zasobnej w wilgoć chmurze kondensuje i zamarza na powierzchni jądra.

Tak powstała gradzina jest miotana do góry i na dół prądami powietrznymi, a na jej powierzchni przyrastają kolejne warstewki lodu. Mają one na ogół barwę mleczną.

Przezroczysta gradzina utworzy się w tedy, gdy do lodu dostanie się pęcherzyk powietrza. Przezroczyste warstewki mogą formować się też w cieplejszej, położonej niżej, części chmury. Czasami można doliczyć się w gradzinie 25 warstewek i ostatniej – jasnej warstwy lodu, która najczęściej tworzy się już w czasie spadku gradziny z chmury.

Największych rozmiarów grad spadł w Coffeyville w stanie Kansas w Stanach Zjednoczonych 3 września 1970 roku. Gradziny miały 190 mm średnicy, a najcięższa ważyła 766 gramów.

Woda we współczesnym świecie

Dziś woda prócz podstawowego znaczenia w przyrodzie, przydaje się również ludzią w codziennym życiu.

Codziennie używamy jej do kąpieli, lub w kuchni np. do zrobienia klusek na parze. Woda jest ekologiczna, dla tego naukowcy próbują wynaleźć pojazd, którego paliwem była by woda ponieważ pojazdy zasilane dotychczasowym paliwem nie są ekologiczne i szkodliwe dla środowiska naturalnego.

Istnieją inne rodzaje wód

WODA CIĘŻKA, tlenek deuteru, D20, woda, w której skład wchodzi izotop wodoru - deuter; uzyskiwana z wody naturalnej, której stanowi domieszkę; stosowana w reaktorach jądrowych do spowalniania neutronów (moderator) i syntezy organicznej związków deuteronowych.

WODA KRÓLEWSKA, mieszanina stężonych kwasów solnego i azotowego; roztwarza prawie wszystkie metale (także szlachetne).

WODA KRYSTALIZACYJNA, woda hydratacyjna, cząsteczki wody wchodzące w skład krystalicznego hydratu.

WODA UTLENIONA, 3-procentowy roztwór nadtlenku wodoru, H2O2.