Плотность вещества, как известно, различается по его состоянию. Существует всего три формы: жидкое, твердое и газ. Закономерно, что в большинстве случаев твердые вещества плотнее, чем жидкие и газообразные тела. Для вычисления используется формула (деление удельной массы на единицу объема) — p=m/V. Единицы того, в чем измеряется плотность, обычно составляют кг на м³, либо г на мл, если это жидкость. Но существует жидкое вещество, выбивающееся из общей структуры – исключением является вода.
Что такое плотность воды?
Вода уникальна тем, что это единственная материя, встречающаяся в трёх различных состояниях. Соответственно, в жидком она встречается повсеместно — это можно назвать исходной формой. Её твердое состояние — лёд, снег, а газообразное — водяной пар. Вещество в любой форме имеет одно химическое обозначение — H 2 O.
Каждая форма состояния воды имеет собственную характеристику:
- снег — мягкий, рыхлый, концентрация низкая;
- лёд — твердый, концентрация также ниже,
- вода — текучая: наиболее высокий показатель, достигаемый при 4°C;
- а водяные пары — не имеют формы, а плотность неизмерима.
Кроме того, твердая форма всегда имеет отрицательную температуру, то есть всегда холодная. Вода, в свою очередь, бывает любой температуры, но при высокой начинает испаряться — так, пар бывает только горячим. Впрочем, он остывает при смешивании с воздухом и растворяется, поднимаясь выше от источника.
Отличаются и другие характеристики: снег быстро растает, если его поместить в воду, а лёд будет какое-то время плавать. Снежную массу и воду можно окрашивать, а лёд и пар — нет. Конечно, получить цветные льдинки возможно, но для этого нужно замораживать окрашенную воду. Однако, следует учесть, что такое окрашивание может незначительно изменить параметр плотности из-за использованного красителя.
Плотность воды по-своему уникальна, поскольку замерзшей она имеет вес меньший, чем обычно. Соответственно, параметр также снижается. Иначе говоря, замерзшая вода на разных стадиях заморозки будет иметь вес всё меньше и меньше. Так, полностью заледеневшая вода имеет массу меньшую, чем снег. А водяной пар весит и того меньше, следовательно, его плотность также уменьшается и как её определить — неизвестно.
Параметр вычисляется массой, разделенной на единицы объема в кг на м³. Другие особенности:
- Вода может иметь разную массу и, следовательно, концентрацию из-за количества примесей и добавок.
- Плотность чистой воды зависит от температуры: снижается как при росте, так и при снижении до минуса.
- Не все жидкости — вода. Так, к примеру, плотность воды и бензина различна, несмотря на общую характеристику равномерного понижения при нагреве.
Максимальный зарегистрированный параметр составил 1000кг на м³ при температуре в пределах 3-4°C. Увеличение и снижение показали схожие результаты на понижение плотности. Можно сделать вывод, что наибольшую плотность вода имеет в этом температурном диапазоне.
Какова плотность воды
Основная масса воды во многом зависит сразу от трёх факторов — солёности (либо наличия других добавок, которые повышают массу и температуру), сколько градусов составляет она сама, а также наличия постоянного давления. Причем вычислить точный параметр можно только при условии неизменности третьего фактора.
Разные типы воды (угнетение составляет 1атм, а данные приводятся ориентировочно):
- пресная вода — 998 кг/м³;
- морская — 1027 кг/м³;
- кипящая — 958 кг/м³;
- дистиллированная (чистая) — 1000 кг/м³.
Помимо морской, в которой параметр завышается из-за солей, есть ещё один вид воды с высокой концентрацией. Объем воды, залегающей в грунте, составляет в среднем 1010-1210 кг/м³, величина относительная и зависит от минерализации.
Вода по этому параметру близка по значению многим продуктам питания. Но напитки и соки, как правило, имеют большую массу, которая приравнивается к морской воде. Другие вещества значительно уступают: спирты намного легче, как и плотность нефти (730-940 кг/м³) и другого топлива. Наибольшей считается плотность ртути — она достигает 13,5 кг при комнатной температуре.
Разная плотность жидких веществ различно их характеризует. Те вещества, чья концентрация выше, чем у воды, начинают тонуть и смешиваться в результате. Другие остаются на поверхности. Таким образом, ртуть тонет и растворяется в воде, а нефть остается при разливе на поверхности. Ещё один пример: айсберги именно плавают, а не остаются статичными. Несмотря на большую массу, их плотность значительно меньше соленой океанской воды, это удерживает их на поверхности и заставляет дрейфовать.
Плотность воды и температура
Вода — это отдельная жидкость, которая остается в обычном состоянии при плюсовых температурах от 0 до 374°С. Последнее является критической отметкой, при которой образуется водяной пар, а всё, что ниже нуля — уже снег и лёд.
| t, °С | ρ, кг/м 3 | ρ, г/мл | t, °С | ρ, кг/м 3 | ρ, г/мл | t, °С | ρ, кг/м 3 | ρ, г/мл |
| 0 | 999 | 0,999 | 62 | 982,1 | 0,9821 | 200 | 864,7 | 0,8647 |
| 0,1 | 999 | 0,999 | 64 | 981,1 | 0,9811 | 210 | 852,8 | 0,8528 |
| 2 | 999 | 0,999 | 66 | 980 | 0,98 | 220 | 840,3 | 0,8403 |
| 4 | 1000 | 1 | 68 | 978,9 | 0,9789 | 230 | 827,3 | 0,8273 |
| 6 | 999 | 0,999 | 70 | 977,8 | 0,9778 | 240 | 813,6 | 0,8136 |
| 8 | 999 | 0,999 | 72 | 976,6 | 0,9766 | 250 | 799,2 | 0,7992 |
| 10 | 999 | 0,999 | 74 | 975,4 | 0,9754 | 260 | 783,9 | 0,7839 |
| 12 | 999 | 0,999 | 76 | 974,2 | 0,9742 | 270 | 767,8 | 0,7678 |
| 14 | 999 | 0,999 | 78 | 973 | 0,973 | 280 | 750,5 | 0,7505 |
| 16 | 999 | 0,999 | 80 | 971,8 | 0,9718 | 290 | 732,1 | 0,7321 |
| 18 | 998,6 | 0,9986 | 82 | 970,5 | 0,9705 | 300 | 712,2 | 0,7122 |
| 20 | 998,2 | 0,9982 | 84 | 969,3 | 0,9693 | 305 | 701,7 | 0,7017 |
| 22 | 997,8 | 0,9978 | 86 | 967,8 | 0,9678 | 310 | 690,6 | 0,6906 |
| 24 | 997,3 | 0,9973 | 88 | 966,6 | 0,9666 | 315 | 679,1 | 0,6791 |
| 26 | 996,8 | 0,9968 | 90 | 965,3 | 0,9653 | 320 | 666,9 | 0,6669 |
| 28 | 996,2 | 0,9962 | 92 | 963,9 | 0,9639 | 325 | 654,1 | 0,6541 |
| 30 | 995,7 | 0,9957 | 94 | 962,6 | 0,9626 | 330 | 640,5 | 0,6405 |
| 32 | 995 | 0,995 | 96 | 961,2 | 0,9612 | 335 | 625,9 | 0,6259 |
| 34 | 994,4 | 0,9944 | 98 | 959,8 | 0,9598 | 340 | 610,1 | 0,6101 |
| 36 | 993,7 | 0,9937 | 100 | 958,4 | 0,9584 | 345 | 593,2 | 0,5932 |
| 38 | 993 | 0,993 | 105 | 954,5 | 0,9545 | 350 | 574,5 | 0,5745 |
| 40 | 992,2 | 0,9922 | 110 | 950,7 | 0,9507 | 355 | 553,3 | 0,5533 |
| 42 | 991,4 | 0,9914 | 115 | 946,8 | 0,9468 | 360 | 528,3 | 0,5283 |
| 44 | 990,6 | 0,9906 | 120 | 942,9 | 0,9429 | 362 | 516,6 | 0,5166 |
| 46 | 989,8 | 0,9898 | 125 | 938,8 | 0,9388 | 364 | 503 | 0,503 |
| 48 | 988,9 | 0,9889 | 130 | 934,6 | 0,9346 | 366 | 488 | 0,488 |
| 50 | 988 | 0,988 | 140 | 925,8 | 0,9258 | 368 | 470 | 0,470 |
| 52 | 987 | 0,987 | 150 | 916,8 | 0,9168 | 370 | 448 | 0,448 |
| 54 | 986 | 0,986 | 160 | 907,3 | 0,9073 | 371 | 435 | 0,435 |
| 56 | 985 | 0,985 | 170 | 897,3 | 0,8973 | 372 | 418,1 | 0,4181 |
| 58 | 984 | 0,984 | 180 | 886,9 | 0,8869 | 373 | 396,2 | 0,3962 |
| 60 | 983 | 0,983 | 190 | 876 | 0,876 | 374,12 | 317,8 | 0,3178 |
Таблица плотности показывает основные значения, однако следует учитывать, что они приведены ориентировочно. На измерение, помимо температуры, может влияет масса факторов. Потому температуру в 20°С принимают как среднее между 19°С и 21°С. Также в таблице приведены значения, рассчитанные на обычной чистой воде. Морская или солёная будет иметь большую плотность, которую можно посмотреть в другой таблице.
Другая особенность, уже отмеченная ранее, заключается в том, как при повышении, так и при снижении температуры плотность уменьшается. Масса при нормальных условиях (приведенной температуре) отличается от концентрации на высоких температурах.
Смена агрегатного состояния существенно меняется, отсюда появилась характерная черта с колебаниями параметра в пределах измерений. Плотность льда приводится в значении 920 кг/м3, а пар всего сотые доли объема. При этом химия определяет один параметр измерения для всех состоянии.
Плотность воды: аномалия
Аномалия заключается в том, что жидкое состояние увеличивает плотность до температуры в 4°С, а далее — понижается. Другими словами, именно в этом отрезке вода достигает максимальной плотности. Но в других агрегатных состояниях параметр становится на порядок ниже: у пара его сложно рассчитать, он практически невесомый, а лёд и снег меньше почти на 100 кг.
Аномалии плотности воды вызывают следующие явления:
- заморозка приводит к расширению, отсюда объем возрастает, но плотность снижается;
- плотность льда ниже, чем концентрация в жидком состоянии, несмотря на одинаковый источник — воду;
- вода имеет низкий коэффициент расширения и сжатия.
Отклонение в полной мере демонстрируется на примере льда. Он не тонет, поскольку его плотность меньше, чем у воды. Аналогичная ситуация складывается со снегом — он плавает на поверхности, пока не растает. При смешивании талой воды с обычной на поверхности появляются видимые разводы — это эффект смешивания, когда жидкость набирает аналогичную концентрацию. Однако в похожей ситуации с топливом или маслами такое не пройдет, они останутся на поверхности. Растаявший снег всё ещё вода, а другие жидкости ей не станут.
Свойство плотности имеет большое значение для живых организмов. Из-за него водоемы промерзают сверху вниз, позволяя выжить находящимся подо льдом формам жизни. Уникальные характеристики воды с её тремя состояниями только подтверждают мысль, что природа полностью гармонична.
(Пока оценок нет)
Загрузка...