Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Posibnik_Word.doc
Скачиваний:
22
Добавлен:
21.11.2019
Размер:
2.89 Mб
Скачать

1.2.2. Агрегатні стани та фазові переходи води

Вода може знаходитися у трьох агрегатних станах (фазах) — твер-дому (лід), рідкому (власно вода) та газоподібному (водяна пара). Всі вони представлені в умовах (тиск, температура та ін.) приповерхневої частини Землі. Це має величезне значення для розвитку географічних процесів та біосфери.

Зміни агрегатного стану речовини називають фазовими переходами. При цьому стрибкоподібно змінюються деякі її властивості. При здійсненні фазових переходів відбувається виділення або поглинання енергії речовиною. Це особлива характеристика — теплота переходу (“захована теплота”). Вона також має величезне значення для процесів у природі.

Існує шість фазових переходів.

1. Лід — рідка вода (плавлення, танення).

2. Рідка вода — лід (кристалізація, замерзання, льодоутворення).

3. Рідка вода — водяна пара (кипіння та випаровування).

4. Водяна пара — рідка вода (конденсація).

5. Лід — водяна пара (випаровування льоду, возгонка).

6. Водяна пара — лід (конденсація у тверду фазу, сублімація).

Фазовий стан води залежить від температури, тиску та інших факторів. Залежність від температури та тиску називають діаграмою стану води, або фазовою діаграмою. При зростанні тиску вище атмосферного температура замерзання дещо понижується. (Наприклад: при значеннях тиску 108 Па, що приблизно відповідає умовам в океані на глибині 11 км, t° зап. -12°С).

Температура замерзання води понижується також при збільшенні її мінералізації (солоності). Це показує графік Хелланд — Хансена .

З фазової діаграми видно, що рідкий стан води існує лише в обмеженому діапазоні умов. Якщо ж подивитися на точку з “нормальними” умовами (t° = 20°С; р = 1,013 Ч 105 Па), то бачимо, що вода повинна знаходитися в рідкому стані. Але ми знаємо, що в цих умовах в повітрі також знаходиться водяна пара. Це пов’язано з існуванням газового середовища (атмосфери) в яке відбувається дифузія молекул води. При цьому парціальний тиск (упругість) водяної пари надзвичайно малий.

Таким чином фазову діаграму (межі фаз) слід розуміти лиш як рівновагу (рівну імовірність) протилежно направлених фазових переходів, що не виключає існування інших фаз (у значно менших масштабах і в залежності від конкретних умов).

Завдяки сильним міжмолекулярним зв’язкам, вода є особливою (аномальною) речовиною. Зокрема, порівняно з речовинами, які є сполуками водню та елементів кисневої групи (Те — телур; Sе — селен, S — сірка) температури замерзання та кипіння води аномально високі.

Важливим явищем, що спостерігається в різних водних об’єктах, є переохолодження води. Це пониження температури нижче точки замерзання при збереженні рідкого агрегатного стану. В дійсності замерзання — це складна система процесів, для реалізації яких потрібні певні умови. Основними умовами є наявність так-званих ядер (центрів) кристалізації та досить інтенсивного відведення тепла (за рахунок перемішування, дифузії), яке виділяється при кристалізації. Вони не завжди добре розвинуті, тому і відбувається переохолодження. З точки зору фізики любі аморфні тіла можна розглядати, як переохолоджені рідини. Але вони дуже в’язкі (певною мірою сюди відноситься також і лід). Таким чином явище переохолодження пов’язане також із в’язкістю.

В річках переохолодження складає від –0,03°С до –0,06°С (рідко до –0,1°С). Але в озерах і особливо у морях воно проявляється більше і може сягати — 1°С. Для мікроскопічних крапельок у повітрі (туман, хмари), води в мікрокапілярах переохолодження може досягати -30°С. В лабораторних умовах досягнуто — 70°С.

Знання про переохолодження застосовують при вивченні льодотермічних процесів у природі.

Ще більш важливим для природи Землі процесом є випаровування води. З фізичної (молекулярної) точки зору воно полягає у тому, що рідку фазу покидає більше молекул ніж повертається назад. Такий процес можливий в тому випадку коли пара рідини не насичена. Зворотній процес (конденсація) відбувається при повному насиченні. Пружність (тиск) насичення в першу чергу залежить від температури випаровуючої поверхні. Так при 0°С для води вона складає 6,1 мб (мілібара — див. 1.2.9), а при 30°С вже 42,5 мб. Тобто щоб її досягти необхідна набагато більша кількість (концентрація) молекул води. Таким чином основним фактором випаровування є недостача (дефіцит) пружності водяної пари над випаровуючою поверхнею. На дефіцит пружності (вологості) впливають, в свою чергу, досить багато факторів. Основні з них — температура та швидкість відвода (переносу) пари, тобто швидкість вітру та інтенсивність перемішування повітря. Розрізняють деякі основні типи випаровування в природі: з водної поверхні, з поверхні ґрунтів, з поверхні снігу та льоду (возгонка), випаровування рослинами — транспірація. Випаровування з географічної, природничої точки зору буде розглянуто у третій частині підручника.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]