Точка на топене и кипене на водата - Топящи се тела
Най-изненадващото и благодатно свойство на водата за живата природа е способността й да бъде течност при „нормални“ условия. Молекулите на съединения, много подобни на водата (например H2S или H2Se молекули) са много по-тежки, но образуват газ при същите условия. По този начин водата изглежда противоречи на законите на периодичната таблица, която, както знаете, предсказва кога, къде и какви свойства на веществата ще бъдат близки. В нашия случай от таблицата следва, че свойствата на водородните съединения на елементи (наречени хидриди), разположени в едни и същи вертикални колони, трябва да се променят монотонно с увеличаване на масата на атомите. Кислородът е елемент от шестата група на тази таблица. В същата група са сяра S (с атомно тегло 32), селен Se (с атомно тегло 79), телур Te (с атомно тегло 128) и полоний Po (с атомно тегло 209). Следователно свойствата на хидридите на тези елементи трябва да се променят монотонно при преминаване от тежки елементи към по-леки, т.е. в последователността H2Po>gt; H2Te > H2Se > H2S > H2O. Което се случва, но само с първите четири хидрида. Например, точките на кипене и топене се повишават с увеличаване на атомното тегло на елементите. На фигурата кръстовете отбелязват точките на кипене на тези хидриди, а кръговете отбелязват точките на топене.
Както може да се види, с намаляването на атомното тегло температурите намаляват доста линейно. Областта на съществуване на течната фаза на хидридите става все по-"студена" и ако кислородният хидрид H2O беше нормално съединение, подобно на съседите му в шестата група, тогава течната вода би съществувала в диапазона от -80 ° C до -95 ° C. При по-високи температури H2O винаги ще бъде газ. За щастие за нас и за целия живот на Земята, водата е аномална, тя не се разпознавапериодична закономерност и следва свои собствени закони.
Това се обяснява съвсем просто - повечето от водните молекули са свързани с водородни връзки. Именно тези връзки отличават водата от течните хидриди H2S, H2Se и H2Te. Ако не бяха, тогава водата щеше да кипи вече при минус 95 ° C. Енергията на водородните връзки е доста висока и те могат да бъдат разкъсани само при много по-висока температура. Дори в газообразно състояние, голям брой H2O молекули запазват своите водородни връзки, комбинирайки се, за да образуват (H2O)2 димери. Напълно водородните връзки изчезват само при температура на водните пари от 600 °C.
Спомнете си, че кипенето се състои в образуването на мехурчета от пара във вряща течност. При нормално налягане чистата вода кипи при 100°C. В случай на подаване на топлина през свободната повърхност, процесът на повърхностно изпаряване ще се ускори, но обемното изпарение, характерно за кипене, не се получава. Кипенето може да се извърши и чрез понижаване на външното налягане, тъй като в този случай налягането на парите, равно на външното налягане, се достига при по-ниска температура. На върха на много висока планина налягането и съответно точката на кипене пада толкова много, че водата става неподходяща за готвене на храна - не се достига необходимата температура на водата. При достатъчно високо налягане водата може да се нагрее достатъчно, за да разтопи оловото (327°C) и пак да не заври.
В допълнение към свръхвисоките точки на кипене на топене (и последният процес изисква твърде много топлина на топене за такава проста течност), самият диапазон на съществуване на водата е аномален - сто градуса, с които тези температури се различават - доста голям диапазон за течност с такова ниско молекулно тегло като водата. Необичайно големи граници на допустимите стойностихипотермия и прегряване на водата - при леко нагряване или охлаждане водата остава течна от -40 ° C до +200 ° C. Това разширява температурния диапазон, в който водата може да остане течна до 240 °C.
Когато ледът се нагрява, температурата му първо се повишава, но от момента, в който се образува сместа от вода и лед, температурата ще остане непроменена, докато целият лед се разтопи. Това се обяснява с факта, че топлината, подадена към топящия се лед, се изразходва предимно само за разрушаване на кристали. Температурата на топящия се лед остава непроменена, докато всички кристали бъдат унищожени (вижте латентната топлина на топене).