Три состояния воды

Определения и обозначения

Твёрдое состояние воды — состояние, в котором вода сохраняет собственную форму и не течёт; так бывает, когда вода достаточно охлаждена. Лёд отличается от жидкой воды тем, что его частицы не могут свободно перемещаться друг относительно друга, поэтому кусок льда можно взять в руку. Это понятие помогает объяснить, почему замёрзшая вода сохраняет форму, а снег и лёд можно наблюдать зимой.

Жидкое состояние воды — состояние, при котором вода сохраняет объём, но принимает форму сосуда или поверхности, на которой находится. Перелей воду из стакана в чашку: количество воды останется тем же, но её форма изменится. Это свойство помогает отличать жидкость от твёрдого тела и понимать, почему вода растекается по поверхности.

Газообразное состояние воды, или водяной пар, — невидимое состояние воды, при котором она находится в виде газа и смешивается с воздухом. Пар нельзя принять за видимое белое облачко над чайником: облачко состоит из мельчайших капель воды. Это различие нужно, чтобы верно объяснять испарение и не путать газ с каплями, которые можно увидеть.

Плавление — переход воды из твёрдого состояния в жидкое, замерзание — переход из жидкого состояния в твёрдое, а испарение — переход жидкой воды в газообразное состояние с её поверхности. Плавление связано с нагреванием, замерзание — с охлаждением, а испарение может идти и без кипения. Эти названия позволяют точно описывать, что происходит с водой.

Как это устроено

В природе вода встречается во всех трёх состояниях. Лёд, снег и град — твёрдая вода, реки, озёра и дождевые капли — жидкая, а невидимый водяной пар содержится в воздухе. Состояние зависит от условий вокруг воды, прежде всего от того, нагревается она или охлаждается. Поэтому одно и то же вещество можно увидеть в разных видах.

Нагревание передаёт воде тепло, а охлаждение отводит его. При получении тепла вода может перейти из твёрдого состояния в жидкое, а затем с поверхности — в газообразное; охлаждение может вернуть её из жидкого состояния в твёрдое. Конкретный переход зависит от того, в каком состоянии вода была сначала. Так изменение условий вызывает изменение состояния, но не превращает воду в другое вещество.

Когда лёд получает тепло, он плавится и становится жидкой водой. При охлаждении жидкая вода замерзает и превращается в лёд. Это противоположные переходы: при плавлении состояние меняется с твёрдого на жидкое, а при замерзании — с жидкого на твёрдое. Поэтому, описывая изменение, нужно назвать и исходное состояние, и то, каким оно стало.

Испарение происходит с поверхности воды: часть воды переходит в газообразное состояние и смешивается с воздухом. Для этого не обязательно доводить воду до кипения — испаряться может вода в луже, мокрой одежде или открытой чашке. При нагревании испарение обычно ускоряется, потому что вода получает больше тепла. Поэтому лужи могут исчезнуть даже в прохладный день, хотя этот процесс идёт не так быстро.

Круговорот воды начинается, когда вода с поверхности рек, озёр и земли испаряется и попадает в воздух в виде невидимого пара. Поднимаясь выше, водяной пар охлаждается, и из него образуются мельчайшие капли или кристаллики льда — так возникают облака. Когда капли или кристаллики становятся достаточно крупными, они выпадают на землю осадками: дождём, снегом или градом. Затем вода вновь попадает в водоёмы и на поверхность земли, и круговорот продолжается.

Состояния воды и переходы между ними

Сначала найди в таблице состояние или переход, о котором говорится в задаче. Затем сверь, как он происходит и какой пример подходит. Последний столбец помогает определить, связано ли изменение с нагреванием или охлаждением.

Разбор задач

Задача 1. Лёд оставили в тёплой комнате. Определите, какое изменение произойдёт и как называется переход. Чтобы ответить, нужно проследить, что тепло комнаты передаётся льду. Важно назвать не просто изменение внешнего вида, а исходное и новое состояния воды.

1. В начале вода находится в твёрдом состоянии: перед нами лёд.
2. Тёплый воздух передаёт ему тепло, поэтому лёд нагревается.
3. Лёд переходит из твёрдого состояния в жидкое; этот переход называется плавлением.

Ответ: лёд растает и станет жидкой водой; произойдёт плавление.

Задача 2. Воду налили в форму и поставили в морозильник. Опишите, что произойдёт с водой. Здесь нужно учесть, что морозильник охлаждает воду, а не нагревает её. Форма удержит воду, пока она жидкая, но после охлаждения вода перейдёт в другое состояние.

1. Сначала в форме находится жидкая вода.
2. В морозильнике вода отдаёт тепло и охлаждается.
3. При замерзании она становится твёрдой и принимает форму ёмкости.

Ответ: вода замёрзнет и превратится в лёд. Это переход из жидкого состояния в твёрдое, который называется замерзанием.

Задача 3. После дождя лужи постепенно исчезли, хотя их никто не вытирал. Объясните, куда делась вода. Лужа не обязательно должна быть нагрета до кипения, чтобы стать меньше. Нужно вспомнить, что вода может переходить в газообразное состояние с открытой поверхности.

1. В луже была жидкая вода, открытая воздуху.
2. Часть воды с её поверхности постепенно перешла в газообразное состояние.
3. Невидимый водяной пар смешался с воздухом, и воды в луже стало меньше.

Ответ: вода испарилась с поверхности лужи. Она не исчезла, а перешла в воздух в виде невидимого водяного пара.

Типичные ошибки

Ошибка: считать водяным паром белое облачко над кипящей водой. Так думают, потому что облачко появляется рядом с чайником и выглядит как дым. Но сам водяной пар невидим, а видимое облачко состоит из мельчайших капель воды; проверь себя, уточнив, можно ли называть видимые капли газом.

Ошибка: думать, что испарение бывает только при кипении. Кипение заметно и происходит при сильном нагревании, поэтому кажется единственным способом перехода воды в газ. На деле вода испаряется с поверхности и при обычной температуре; проверить это можно по тому, что высыхают лужи и мокрые вещи.

Ошибка: путать плавление и замерзание. Оба процесса меняют состояние воды, поэтому их названия иногда смешивают. Проверь направление перехода: лёд становится жидкостью при плавлении, а жидкая вода — льдом при замерзании; нагревание и охлаждение тоже помогают различить процессы.

Ошибка: считать, что при смене состояния вода перестаёт быть водой. Такое впечатление возникает, потому что лёд, жидкость и пар выглядят по-разному. Меняется состояние вещества, а не само вещество; чтобы проверить ответ, назови исходное состояние и результат перехода, не называя их разными веществами.

Связь с другими темами

До изучения темы полезно знать, что вода — вещество, встречающееся в природе, и что нагревание и охлаждение изменяют её состояние. Это поможет объяснить переходы без путаницы между веществом и его видом. Испарение пригодится при изучении круговорота воды, образования облаков и осадков: оно объясняет, как вода попадает в воздух.

Знание состояний воды также помогает сравнивать её с другими веществами и изучать их свойства. Можно выяснять, сохраняют ли они форму и объём, текут ли и способны ли переходить из одного состояния в другое. Так понятия из этой темы становятся основой для дальнейшего изучения веществ.

Что запомнить

• Вода бывает твёрдой, жидкой и газообразной.
• Лёд — твёрдое состояние воды.
• Водяной пар — невидимое газообразное состояние воды.
• При плавлении лёд превращается в жидкую воду.
• При замерзании жидкая вода превращается в лёд.
• Испарение происходит с поверхности воды и не требует кипения.
• Нагревание и охлаждение могут изменять состояние воды.