12. Три состояния воды в природе

Определения и обозначения

Твёрдое состояние воды — вода в виде льда и снега; она сохраняет форму и объём. Например, снежок не растекается, а кусок льда можно взять в руку. Это определение помогает узнать твёрдую воду в природе и отличить её от жидкой.

Жидкое состояние воды — вода, которая сохраняет объём, но принимает форму сосуда или поверхности, на которой находится. В стакане она выглядит как стакан, а на земле растекается лужей. По этому свойству можно понять, почему у воды нет постоянной собственной формы.

Газообразное состояние воды — водяной пар, который не имеет собственной формы и объёма и смешивается с воздухом. Обычно сам пар не виден, но он есть в воздухе. Это понятие нужно, чтобы не путать водяной пар с белыми облачками или туманом.

Переход воды из одного состояния в другое — изменение состояния воды при нагревании или охлаждении. Лёд может стать жидкостью, вода — паром, а при охлаждении эти переходы происходят в обратном направлении. Зная это, легче объяснить, как меняются снег, лужи и вода в воздухе.

Как это устроено

В природе вода встречается во всех трёх состояниях: в виде льда и снега, жидкой воды и водяного пара в воздухе. Причина в том, что вода получает тепло или отдаёт его окружающей среде. При разных условиях её состояние меняется, а сама вода не исчезает. Поэтому вода может быть и в водоёме, и в облаках, и в снежном покрове.

Когда лёд нагревается, он получает тепло, и его твёрдая форма постепенно разрушается: лёд тает и становится жидкой водой. Если нагревать воду дальше, её частицы движутся активнее, и часть воды с поверхности уходит в воздух в виде пара. Так вода последовательно проходит путь от твёрдого состояния к жидкому, а затем к газообразному. Обратные изменения происходят, когда вода отдаёт тепло.

При охлаждении водяной пар отдаёт тепло. Он превращается в мельчайшие капли воды, если воздух или поверхность достаточно холодные. Когда охлаждается уже жидкая вода, она замерзает и становится льдом. Поэтому на холодном предмете могут появиться капли, а в мороз вода в луже превращается в лёд.

Испарение происходит с поверхности воды и может идти не только при кипении. Даже при обычной температуре некоторые частицы воды покидают поверхность и попадают в воздух; поэтому постепенно исчезают лужи и высыхает мокрая одежда. При кипении испарение идёт особенно быстро, но кипение для него не обязательно. Сам водяной пар обычно невидим, потому что он смешивается с воздухом.

Облака и туман состоят из мельчайших капелек воды или кристалликов льда, а не из видимого водяного пара. Когда влажный воздух охлаждается, пар превращается в такие капли или кристаллики, которые можно увидеть вместе. Они становятся заметны как облако или туман. Значит, видимая белая дымка — это вода в жидком или твёрдом состоянии, а не газ.

Состояния воды в природе

Сначала найди в таблице знакомый пример, а затем посмотри, как ведёт себя вода в этом состоянии. Последний столбец показывает, во что она может перейти при нагревании или охлаждении. Такая проверка помогает не перепутать состояния и переходы между ними.

Разбор задач

Задача 1

Назови, в каком состоянии находится вода в сосульке, луже и водяном паре. Чтобы ответить, нужно определить, сохраняет ли вода форму, растекается ли она или смешивается с воздухом. Сравним каждый пример с признаками трёх состояний. Затем назовём состояние по порядку.

1. Сосулька твёрдая и сохраняет форму, значит, вода в ней находится в твёрдом состоянии.
2. Лужа растекается по поверхности, значит, это жидкая вода.
3. Водяной пар смешивается с воздухом и обычно невидим, значит, это газообразное состояние.

Ответ: сосулька — твёрдое состояние, лужа — жидкое, водяной пар — газообразное.

Задача 2

Кубик льда оставили в тёплой комнате, а затем получившуюся воду нагрели. Нужно проследить, какие изменения происходят сначала со льдом, а потом с водой. Тёплый воздух передаёт льду тепло, а нагревание воды ускоряет её переход в пар. Не следует называть оба изменения одним словом: сначала происходит таяние, затем испарение.

1. Лёд нагревается и тает, поэтому становится жидкой водой.
2. При дальнейшем нагревании вода испаряется с поверхности.
3. Вода переходит в газообразное состояние — становится водяным паром.

Ответ: лёд превращается в жидкую воду, а при нагревании вода испаряется и становится паром.

Задача 3

После дождя лужа постепенно исчезла, а на холодном стекле появились капли. Нужно объяснить два разных явления: переход жидкой воды в воздух и обратный переход пара в жидкость. Лужа исчезает не потому, что вода перестала существовать, а потому, что её часть попала в воздух. На холодном стекле воздух охлаждается, и водяной пар превращается в капли.

1. Вода с поверхности лужи испаряется даже без кипения.
2. Водяной пар попадает в воздух и смешивается с ним.
3. Возле холодного стекла пар охлаждается и превращается в жидкие капли.

Ответ: лужа исчезла из-за испарения, а капли появились из-за превращения водяного пара в жидкую воду.

Типичные ошибки

Ошибка: считать водяной пар белым облачком над кипящей водой. Так думают, потому что рядом с чайником видна белая дымка. Но сам пар обычно невидим, а дымка состоит из капель воды. Проверь себя: если облачко видно, это не чистый водяной пар.

Ошибка: утверждать, что испарение бывает только при кипении. Кажется, что вода меняется лишь при сильном нагревании, но она испаряется с поверхности и при обычной температуре. Поэтому лужи высыхают без кипения. Проверь себя, вспомнив, что происходит с мокрой одеждой на воздухе.

Ошибка: путать таяние и испарение. Оба процесса связаны с нагреванием, поэтому их легко смешать. При таянии лёд становится жидкостью, а при испарении жидкость превращается в пар. Проверь себя: назови состояние воды до и после изменения.

Ошибка: считать, что облака состоят только из водяного пара. Облако выглядит как белое скопление, и его можно принять за видимый газ. На самом деле в нём находятся мельчайшие капли воды или кристаллики льда. Проверь себя: облако видно, а водяной пар обычно невидим.

Связь с другими темами

Для этой темы нужно знать, что вода встречается в природе, а нагревание и охлаждение могут менять её состояние. Переходы воды помогают объяснить круговорот: вода испаряется, в воздухе образуются капли или кристаллики, а затем выпадают осадки. Облака и осадки связаны с погодой, а лёд и жидкая вода — с жизнью водоёмов. Эти знания пригодятся при изучении природных явлений и водоёмов.

Что запомнить

• Вода в природе бывает в твёрдом, жидком и газообразном состоянии.
• Лёд и снег — вода в твёрдом состоянии.
• Жидкая вода принимает форму поверхности или сосуда.
• Водяной пар обычно невидим.
• При таянии лёд превращается в жидкую воду.
• При испарении жидкая вода превращается в пар.
• При охлаждении пар может превратиться в капли воды, а вода — замёрзнуть.