Вода: електропровідність і теплопровідність. Одиниці вимірювання електропровідності води

Вода: електропровідність і теплопровідність. Одиниці вимірювання електропровідності води


Хто знає формулу води ще з часів шкільної пори? Звичайно ж, все. Ймовірно, що з усього курсу хімії у багатьох, хто потім не вивчає її спеціалізовано, тільки й залишається знання того, що позначає формула H2O. Але зараз ми максимально докладно і глибоко постараємося розібратися, що таке вода? Які її головні властивості і чому саме без неї життя на планеті Земля неможливе.

Вода як речовина

Молекула води, як ми знаємо, складається з одного атома кисню і двох атомів водню. Її формула записується так: H2O. Дана речовина може мати три стани: тверде - у вигляді льоду, газоподібне - у вигляді пари, і рідке - як субстанція без кольору, смаку і запаху. До речі, це єдина речовина на планеті, яка може існувати у всіх трьох станах одночасно в природних умовах. Наприклад: на полюсах Землі - лід, в океанах - вода, а випаровування під сонячними променями - це пар. У цьому сенсі вода аномальна.

Ще вода - це найпоширеніша речовина на нашій планеті. Вона покриває поверхню планети Земля майже на сімдесят відсотків - це і океани, і численні річки з озерами, і льодовики. Велика частина води на планеті солона. Вона непридатна для пиття і для ведення сільського господарства. Прісна вода становить лише два з половиною відсотки від усієї кількості води на планеті.

Вода - це дуже сильний і якісний розчинник. Завдяки цьому хімічні реакції у воді проходять з величезною швидкістю. Ця ж її властивість впливає на обмін речовин у людському організмі. Загальновідомий факт, що тіло дорослої людини на сімдесят відсотків складається з води. У дитини цей відсоток ще вищий. До старості цей показник падає з сімдесяти до шістдесяти відсотків. До речі, ця особливість води наочно демонструє, що основою життя людини є саме вона. Чим води в організмі більше - тим він здоровіший, активніший і молодший. Тому вчені і медики всіх країн невпинно твердять, що пити потрібно багато. Саме воду в чистому вигляді, а не замінники у вигляді чаю, кави або інших напоїв.

Вода формує клімат на планеті, і це не перебільшення. Теплі течії в океані обігрівають цілі континенти. Це відбувається за рахунок того, що вода поглинає дуже багато сонячного тепла, а потім віддає його, коли починає остигати. Так вона регулює температуру на планеті. Багато вчених кажуть, що Земля давно б охолола і стала каменем, якби не наявність такої кількості води на зеленій планеті.

Властивості води

У води є багато дуже цікавих властивостей.

Наприклад, вода - це найбільш рухома речовина після повітря. З шкільного курсу багато хто, напевно, пам'ятає таке поняття, як кругообіг води в природі. Наприклад: струмочок випаровується під впливом прямих сонячних променів, перетворюється на водяний пар. Далі, цей пар за допомогою вітру, переноситься куди-небудь, збирається в хмари, а то і в грозові хмари і випадає в горах у вигляді снігу, граду або дощу. Далі, з гір струмочок знову збігає вниз, частково випаровуючись. І так - по колу - цикл повторюється мільйони разів.

Також у води дуже висока тепломісткість. Саме через це водойми, тим більше океани, дуже повільно остигають при переході від теплого сезону або часу доби до холодного. І навпаки, при підвищенні температури повітря вода дуже повільно нагрівається. За рахунок цього, як і згадувалося вище, вода стабілізує температуру повітря на всій нашій планеті.

Після ртуті вода володіє найвищим значенням поверхневого натягнення. Не можна не помітити, що випадково пролита на рівній поверхні крапля іноді стає значною плямою. У цьому проявляється тягучість води. Ще одна властивість проявляється у неї при зниженні температури до чотирьох градусів. Як тільки вода остигає до цієї позначки, вона стає легше. Тому лід завжди плаває на поверхні води і застигає корочкою, покриваючи собою річки і озера. Завдяки цьому у водоймах, що замерзають взимку, не вимерзає риба.

Вода, як провідник електроенергії

Спочатку варто дізнатися про те, що таке електропровідність (води в тому числі). Електропровідність - це здатність будь-якої речовини проводити через себе електричний струм. Відповідно, електропровідність води - це можливість води проводити струм. Ця здатність безпосередньо залежить від кількості солей та інших домішок в рідині. Наприклад, електропровідність дистильованої води майже зведена до мінімуму через те, що така вода очищена від різних добавок, які так потрібні для хорошої електропровідності. Відмінний провідник струму - це вода морська, де концентрація солей дуже велика. Ще електропровідність залежить від температури води. Чим значення температури вище - тим більша електропровідність у води. Ця закономірність виявлена завдяки множинним дослідам вчених-фізиків.

Вимірювання електропровідності води

Є такий термін - кондуктометрія. Так називають один з методів електрохімічного аналізу, заснованого на електричній провідності розчинів. Застосовують цей метод для визначення концентрації в розчинах солей або кислот, а також для контролю складу деяких промислових розчинів. Вода має амфотерні властивості. Тобто залежно від умов вона здатна проявляти як кислотні, так і основні властивості - виступати і в ролі кислоти, і в ролі основи.

Прилад, який використовують для цього аналізу, має дуже подібну назву - кондуктометр. За допомогою кондуктометра вимірюється електропровідність електролітів, що знаходяться в розчині, аналіз якого ведеться. Мабуть, варто пояснити ще один термін - електроліт. Це речовина, яка при розчиненні або плавленні розпадається на іони, за рахунок чого згодом проводиться електричний струм. Йон - це електрично заряджена частинка. Власне, кондуктометр, взявши за основу певні одиниці електропровідності води, визначає її питому електропровідність. Тобто він визначає електропровідність конкретного обсягу води, взятого за початкову одиницю.

Ще до початку сімдесятих років минулого століття для позначення провідності електрики використовували одиницю виміру «» мо «», це була похідна від іншої величини - Ома, яка є основною одиницею опору. Електропровідність - це величина, назад пропорційна опору. Зараз же вона вимірюється в Сіменсах. Отримала свою назву дана величина на честь вченого-фізика з Німеччини - Вернера фон Сіменса.

Сіменс

Сіменс (може позначатися як См, так і S) - це величина, зворотна Ому, що є одиницею вимірювання електричної провідності. Один См дорівнює електричній провідності будь-якого провідника, опір якого дорівнює 1 Ом. Висловлюється Сіменс через формулу:

  • 1 См = 1: Ом = А: У = кг ‑ 1· м ‑ 2· с А, де
    А - ампер,
    В - вольт.

Теплопровідність води

Тепер поговоримо про те, що таке теплопровідність. Теплопровідність - це здатність будь-якої речовини переносити теплову енергію. Суть явища полягає в тому, що кінетична енергія атомів і молекул, що визначають температуру даного тіла або речовини, передається іншому тілу або речовині при їх взаємодії. Інакше кажучи, теплопровідність - це теплообмін між тілами, речовинами, а також між тілом і речовиною.

Теплопровідність біля води також дуже висока. Люди щодня використовують цю властивість води, самі того не помічаючи. Наприклад, наливаючи холодну воду в тару і остужаючи в ній напої або продукти. Холодна вода забирає тепло у пляшки, контейнера, натомість віддаючи холод, можлива і зворотна реакція.

Тепер це ж явище легко можна уявити в масштабі планети. Океан нагрівається протягом літа, а потім - з настанням холодів, повільно остигає і віддає своє тепло повітрю, тим самим обігріваючи материки. Остигнувши за зиму, океан починає дуже повільно нагріватися в порівнянні з землею і віддає свою прохолоду витонченим від літнього сонця материкам.

Щільність води

Вище розповідалося про те, що риба живе взимку у водоймі завдяки тому, що вода застигає скоринкою по всій їх поверхні. Ми знаємо, що в лід вода починає перетворюватися при температурі в нуль градусів. Через те, що щільність води більша, ніж щільність льоду, лід спливає і застигає по поверхні.

Що таке окислювально-відновлювальні властивості води

Також вода за різних умов здатна бути і окислювачем, і відновлювачем. Тобто вода, віддаючи свої електрони, заряджається позитивно і окисляється. Або ж купує електрони і заряджається негативно, значить, відновлюється. У першому випадку вода окисляється і називається мертвою. Вона має дуже потужні бактерицидні властивості, тільки от пити її не треба. У другому випадку вода жива. Вона бадьорить, стимулює організм на відновлення, несе енергію клітинам. Різниця між цими двома властивостями води виражається в терміні «» окислювально-відновлювальний потенціал «».

З чим вода здатна реагувати

Вода здатна реагувати майже з усіма речовинами, які існують на Землі. Єдине, що для виникнення цих реакцій потрібно забезпечити відповідну температуру і мікроклімат.

Наприклад, при кімнатній температурі вода відмінно реагує з такими металами, як натрій, калій, барій - їх називають активними. З галогенами - це фтор, хлор. При нагріванні вода відмінно реагує з залізом, магнієм, вугіллям, метаном.

За допомогою різних каталізаторів вода вступає в реакцію з амідами, ефірами карбонових кислот. Каталізатор - це речовина, яка наче підштовхує компоненти до взаємної реакції, що прискорює її.

Чи є вода де-небудь ще, крім Землі?

Поки на жодній планеті Сонячної системи, крім Землі, води не виявлено. Так, припускають про її присутність на супутниках таких планет-гігантів, як Юпітер, Сатурн, Нептун і Уран, але поки точних даних у вчених немає. Існує ще одна гіпотеза, поки не перевірена остаточно, про підземні води на планеті Марс і на супутнику Землі - Місяці. Щодо Марса взагалі висунуто ряд теорій про те, що колись на цій планеті був океан, і його можлива модель навіть проектувалася вченими.

Поза Сонячною системою існує безліч великих і малих планет, де, за здогадками вчених, може бути вода. Але поки немає ні найменшої можливості переконатися в цьому напевно.

Як використовують тепло- та електропровідність води в практичних цілях

Зважаючи на те, що вода має високе значення тепломісткості, її використовують у теплотрасах як теплоносій. Вона забезпечує передачу тепла від виробника до споживача. Як відмінний теплоносій воду використовують і багато атомних електростанцій.

У медицині лід використовують для охолодження, а пар - для дезінфекції. Так само лід використовують у системі громадського харчування.

У багатьох ядерних реакторах воду використовують як уповільнювач, для успішного протікання ланцюгової ядерної реакції.

Воду під тиском використовують для розколювання, проламування і навіть для різання гірських порід. Це активно використовується при будівництві тунелів, підземних приміщень, складів, метро.

Ув'язнення

Зі статті випливає, що вода за своїми властивостями і функціями - найбільш незамінна і вражаюча речовина на Землі. Чи життя людини чи будь - якої іншої живої істоти на Землі залежить від води? Безумовно, так. Чи сприяє ця речовина веденню наукової діяльності людиною? Так. Чи вода має електропровідність, теплопровідність та інші корисні властивості? Відповідь теж «» так «». Інша справа, що води на Землі, а тим більше води чистої, все менше і менше. І наше завдання - зберегти і убезпечити її (а значить, і всіх нас) від зникнення.