3 класс. Окружающий мир. Свойства воды в жидком, твёрдом и газообразном состоянии

В чи­стом виде вода не имеет вкуса, за­па­ха и цвета, но она почти ни­ко­гда не бы­ва­ет такой, по­то­му что ак­тив­но рас­тво­ря­ет в себе боль­шин­ство ве­ществ и со­еди­ня­ет­ся с их ча­сти­ца­ми. Так же вода может про­ни­кать в раз­лич­ные тела (уче­ные нашли воду даже в кам­нях).

Если в ста­кан на­брать воды из-под крана, она будет ка­зать­ся чи­стой. Но на самом деле, это – рас­твор мно­гих ве­ществ, среди ко­то­рых есть газы (кис­ло­род, аргон, азот, уг­ле­кис­лый газ), раз­лич­ные при­ме­си, со­дер­жа­щи­е­ся в воз­ду­хе, рас­тво­рен­ные соли из почвы, же­ле­зо из во­до­про­вод­ных труб, мель­чай­шие нерас­тво­рен­ные ча­сти­цы пыли и др.

Если на­не­сти пи­пет­кой ка­пель­ки во­до­про­вод­ной воды на чи­стое стек­ло и дать ей ис­па­рить­ся, оста­нут­ся едва за­мет­ные пят­ныш­ки.

В воде рек и ру­чьев, боль­шин­ства озер со­дер­жат­ся раз­лич­ные при­ме­си, на­при­мер, рас­тво­рен­ные соли. Но их немно­го, по­то­му что эта вода – прес­ная.

2. Вода под землей

Вода течет на земле и под зем­лей, на­пол­ня­ет ручьи, озера, реки, моря и оке­а­ны, со­зда­ет под­зем­ные двор­цы.

Про­кла­ды­вая себе путь сквозь лег­ко­рас­тво­ри­мые ве­ще­ства, вода про­ни­ка­ет глу­бо­ко под землю, унося их с собой, и через ще­лоч­ки и тре­щин­ки в скаль­ных по­ро­дах, об­ра­зуя под­зем­ные пе­ще­ры, ка­па­ет с их свода, со­зда­вая при­чуд­ли­вые скульп­ту­ры. Мил­ли­ар­ды ка­пе­лек воды за сотни лет ис­па­ря­ют­ся, а рас­тво­рен­ные в воде ве­ще­ства (соли, из­вест­ня­ки) осе­да­ют на сво­дах пе­ще­ры, об­ра­зуя ка­мен­ные со­суль­ки, ко­то­рые на­зы­ва­ют ста­лак­ти­та­ми.

3. Состояния воды

На­блю­дая ле­до­ход на реке, мы видим воду в твер­дом (лед и снег), жид­ком (те­ку­щая под ним) и га­зо­об­раз­ном со­сто­я­нии (мель­чай­шие ча­сти­цы воды, под­ни­ма­ю­щи­е­ся в воз­дух, ко­то­рые ещё на­зы­ва­ют во­дя­ным паром).

Вода может од­но­вре­мен­но на­хо­дит­ся во всех трех со­сто­я­ни­ях: в воз­ду­хе все­гда есть во­дя­ной пар и об­ла­ка, ко­то­рые со­сто­ят из ка­пе­лек воды и кри­стал­ли­ков льда.

Во­дя­ной пар неви­дим, но его можно легко об­на­ру­жить, если оста­вить в теп­лой ком­на­те охла­ждав­ший­ся в хо­ло­диль­ни­ке в те­че­ние часа ста­кан с водой, на стен­ках ко­то­ро­го сразу по­явят­ся ка­пель­ки воды. При со­при­кос­но­ве­нии с хо­лод­ны­ми стен­ка­ми ста­ка­на, во­дя­ной пар, со­дер­жа­щий­ся в воз­ду­хе, пре­об­ра­зу­ет­ся в ка­пель­ки воды и осе­да­ет на по­верх­но­сти ста­ка­на.

4. Водяной пар, конденсация

По этой же при­чине в хо­лод­ное время года за­по­те­ва­ет внут­рен­няя сто­ро­на окон­но­го стек­ла. Хо­лод­ный воз­дух не может со­дер­жать столь­ко же во­дя­но­го пара, сколь­ко и теп­лый, по­это­му ка­кое-то его ко­ли­че­ство кон­ден­си­ру­ет­ся – пре­вра­ща­ет­ся в ка­пель­ки воды.

Белый след за ле­тя­щим в небе са­мо­ле­том – тоже ре­зуль­тат кон­ден­са­ции воды.

Если под­не­сти к губам зер­каль­це и вы­дох­нуть, на его по­верх­но­сти оста­нут­ся мель­чай­шие ка­пель­ки воды, это до­ка­зы­ва­ет то, что при ды­ха­нии че­ло­век вды­ха­ет с воз­ду­хом во­дя­ной пар.

5. Свойства воды при нагревании и охлаждении

При на­гре­ва­нии вода «рас­ши­ря­ет­ся». Это может до­ка­зать про­стой опыт: в колбу с водой опу­сти­ли стек­лян­ную труб­ку и за­ме­ри­ли уро­вень воды в ней; затем колбу опу­сти­ли в сосуд с теп­лой водой и после на­гре­ва­ния воды по­втор­но за­ме­ри­ли уро­вень в труб­ке, ко­то­рый за­мет­но под­нял­ся, по­сколь­ку вода при на­гре­ва­нии уве­ли­чи­ва­ет­ся в объ­е­ме.

Рис. 14. Колба с труб­кой, циф­рой 1 и чер­той обо­зна­чен пер­во­на­чаль­ный уро­вень воды

Рис. 15. Колба с труб­кой, циф­рой 2 и чер­той обо­зна­чен уро­вень воды при на­гре­ва­нии

При охла­жде­нии вода «сжи­ма­ет­ся». Это может до­ка­зать сход­ный опыт: в этом слу­чае колбу с труб­кой опу­сти­ли в сосуд со льдом, после охла­жде­ния уро­вень воды в труб­ке по­ни­зил­ся от­но­си­тель­но пер­во­на­чаль­ной от­мет­ки, по­то­му что вода умень­ши­лась в объ­е­ме.

Рис. 16. Колба с труб­кой, циф­рой 3 и чер­той обо­зна­чен уро­вень воды при охла­жде­нии

Так про­ис­хо­дит, по­то­му что ча­сти­цы воды, мо­ле­ку­лы, при на­гре­ва­нии дви­жут­ся быст­рее, стал­ки­ва­ют­ся между собой, от­тал­ки­ва­ют­ся от сте­нок со­су­да, рас­сто­я­ние между мо­ле­ку­ла­ми уве­ли­чи­ва­ет­ся, и по­это­му жид­кость за­ни­ма­ет боль­ший объем. При охла­жде­нии воды дви­же­ние её ча­стиц за­мед­ля­ет­ся, рас­сто­я­ние между мо­ле­ку­ла­ми умень­ша­ет­ся, и жид­ко­сти тре­бу­ет­ся мень­ший объем.

Рис. 18. Мо­ле­ку­лы воды при на­гре­ва­нии

Рис. 19. Мо­ле­ку­лы воды при охла­жде­нии

Та­ки­ми свой­ства­ми об­ла­да­ет не толь­ко вода, но и дру­гие жид­ко­сти (спирт, ртуть, бен­зин, ке­ро­син).

Зна­ние этого свой­ства жид­ко­стей при­ве­ло к изоб­ре­те­нию тер­мо­мет­ра (гра­дус­ни­ка), где ис­поль­зу­ет­ся спирт или ртуть.

6. Свойства воды при замерзании

При за­мер­за­нии вода рас­ши­ря­ет­ся. Это можно до­ка­зать, если ем­кость, на­пол­нен­ную до краев водой, неплот­но на­крыть крыш­кой и по­ста­вить в мо­ро­зиль­ную ка­ме­ру, через время мы уви­дим, что об­ра­зо­вав­ший­ся лед при­под­ни­мет крыш­ку, выйдя за пре­де­лы ем­ко­сти.

Это свой­ство учи­ты­ва­ет­ся при про­кла­ды­ва­нии во­до­про­вод­ных труб, ко­то­рые обя­за­тель­но утеп­ля­ют­ся, чтобы при за­мер­за­нии об­ра­зо­вав­ший­ся из воды лед не разо­рвал трубы.

В при­ро­де за­мер­за­ю­щая вода может раз­ру­шать горы: если осе­нью в тре­щи­нах скал скап­ли­ва­ет­ся вода, зимой она за­мер­за­ет, и под на­по­ром льда, ко­то­рый за­ни­ма­ет боль­ший объем, чем вода, из ко­то­рой он об­ра­зо­вал­ся, гор­ные по­ро­ды трес­ка­ют­ся и раз­ру­ша­ют­ся.

Длин­ные греб­ни, на­по­ми­на­ю­щие склад­ки, на ство­лах де­ре­вьев – раны от раз­ры­вов дре­ве­си­ны под на­по­ром за­мер­за­ю­ще­го в ней дре­вес­но­го сока. По­это­му в хо­лод­ные зимы можно услы­шать треск де­ре­вьев в парке или в лесу.

1. Лед в природе

Айс­бер­ги – пла­ва­ю­щие в море глыбы льда.

Сне­жин­ки со­сто­ят из мел­ких кри­стал­ли­ков льда.

Узоры на стек­ле в зим­нее время – это кри­стал­лы льда, об­ра­зо­ван­ные за­мерз­шим во­дя­ным паром.

2. Получение льда

В со­вре­мен­ном мире по­лу­че­ние льда – про­цесс до­ступ­ный даже ре­бен­ку. До­ста­точ­но взять ка­кую-ни­будь ем­кость, на­пол­нить водой, по­ста­вить на время в мо­ро­зиль­ную ка­ме­ру, и по­лу­чит­ся лед.

Иней в хо­ло­диль­ни­ке – это за­мерз­ший во­дя­ной пар. Иней и лед – это вода в твер­дом со­сто­я­нии.

3. Лед тает

Лед имеет свой­ство таять в теп­лом по­ме­ще­нии (выше 0°), пре­вра­ща­ясь в воду.

4. Лед – скользкий

Лед хо­лод­ный и скольз­кий на ощупь.

Люди знали о том, что лед скольз­кий, и за­щи­ща­ли кре­по­сти на воз­вы­ше­ни­ях рвами с водой. В хо­лод­ное время года за­щит­ни­ки по­ли­ва­ли стены водой, и по скольз­кой ле­дя­ной стене за­хват­чи­ки не могли про­брать­ся внутрь.

Рис. 9. Кре­пость зимой

5. Гололед, техника безопасности

При тем­пе­ра­ту­ре ниже 0° вода на по­верх­но­сти почвы за­мер­за­ет, пре­вра­ща­ясь в го­ло­лед – опас­ное яв­ле­ние при­ро­ды (в спеш­ке можно по­скольз­нуть­ся, упасть и по­лу­чить трав­му). Чтобы из­бе­жать травм, нужно не то­ро­пить­ся, вы­хо­дить из дому за­ра­нее, при ходь­бе на­сту­пать на всю по­дош­ву. Осо­бен­но осто­рож­но нужно пе­ре­хо­дить до­ро­гу – на скольз­ком пути во­ди­те­лю слож­нее быст­ро за­тор­мо­зить.

6. Лед – хрупкий

Лед – хруп­кий. Если стук­нуть по ку­би­ку льда мо­ло­точ­ком, он рас­ко­лет­ся на мно­же­ство льди­нок.

7. Лед сохраняет форму

Лед со­хра­ня­ет свою форму. Если пе­ре­ло­жить льдин­ку из блю­деч­ка в ста­кан, её форма не из­ме­нить­ся, по­то­му что лед – твер­дое ве­ще­ство и не ме­ня­ет свою форму.

8. Перемещение по льду

За­мерз­шую по­верх­ность во­до­е­ма можно ис­поль­зо­вать для пе­ре­ме­ще­ний на транс­пор­те или пеш­ком, по­то­му что лед, в от­ли­чие от воды, спо­со­бен вы­дер­жи­вать на своей по­верх­но­сти до­ста­точ­но боль­шой вес.

Для за­ня­тий спор­том и раз­вле­че­ний за­ли­ва­ют катки – боль­шие ров­ные про­стран­ства льда.

Во время ка­та­ния на конь­ках лед, со­при­ка­са­ю­щий­ся с лез­ви­я­ми, тает, пре­вра­ща­ясь в воду. Если бы не было этого тон­ко­го слоя воды, ка­тать­ся по льду было бы так же труд­но, как по полу. Вода, как масло в ма­шине, умень­ша­ет тре­ние между льдом и конь­ком и об­лег­ча­ет сколь­же­ние.

По той же при­чине про­ис­хо­дит дви­же­ние лед­ни­ков с гор. Под дав­ле­ни­ем огром­ной массы льда его ниж­ние слои на­чи­на­ют таять и ле­дя­ная река сколь­зит по гор­но­му скло­ну вниз, как конь­ки по по­верх­но­сти катка.

9. Лед не тонет в воде

Лед не тонет в воде. Если бро­сить ку­со­чек льда в ем­кость с водой, он не уто­нет, а будет пла­вать на по­верх­но­сти.

Обыч­но твер­дые ве­ще­ства тя­же­лее, чем те же ве­ще­ства в жид­ком со­сто­я­нии. На­при­мер, ку­со­чек же­ле­за тонет в рас­плав­лен­ном же­ле­зе, а свин­цо­вый кубик тонет в рас­плав­лен­ном свин­це. При за­мер­за­нии вода за­ни­ма­ет боль­ший объем, чем пре­жде, она рас­ши­ря­ет­ся, по­это­му лед легче воды. Уже од­но­го этого свой­ства до­ста­точ­но, чтобы вы­де­лить лед из ряда твер­дых ве­ществ как ис­клю­че­ние.

Если бы лед тонул, на по­верх­но­сти во­до­е­мов в те­че­ние хо­лод­но­го вре­ме­ни года об­ра­зо­вы­ва­лись бы новые и новые слои льда на месте за­то­нув­ших и во­до­ем про­мер­зал бы до са­мо­го дна. В ре­зуль­та­те вод­ные жи­вот­ные и рас­те­ния ока­за­лись бы ско­ва­ны льдом, им гро­зи­ла бы неми­ну­е­мая ги­бель. К сча­стью, в при­ро­де этого не про­ис­хо­дит, по­то­му что лед не тонет в воде.

10. Лед плохо проводит тепло

Лед плохо про­во­дит тепло. В во­до­е­ме он за­щи­ща­ет воду под ним от даль­ней­ше­го охла­жде­ния. Вода тоже плохо пе­ре­да­ет тепло. Это до­ка­зы­ва­ет такой опыт: на дно про­бир­ки с водой опус­ка­ют кубик льда с тя­же­лым гру­зом (по­сколь­ку лед не тонет в воде, в него за­ра­нее вмо­ра­жи­ва­ют гру­зик), край про­бир­ки на­гре­ва­ют, верх­ний слой воды кипит, а лед не пла­вит­ся. Из опыта можно сде­лать вывод, что не толь­ко лед, но и вода плохо про­во­дит тепло. Верх­ние слои воды на­гре­ва­ют­ся, в то время как ниж­ние оста­ют­ся хо­лод­ны­ми. Это объ­яс­ня­ет, по­че­му ис­па­ре­ния про­ис­хо­дят толь­ко с по­верх­но­сти во­до­е­мов.

Рис. 19. Опыт по на­гре­ва­нию края про­бир­ки с водой и утоп­лен­ным льдом (Ис­точ­ник)

11. Кипение

Если же на­гре­вать воду в ем­ко­сти снизу, то вско­ре весь объем воды за­ки­пит (на­при­мер, если мы по­ста­вим на плиту ка­стрю­лю с супом). Так про­ис­хо­дит по­то­му, что ниж­ний слой воды на­гре­ва­ет­ся, рас­ши­ря­ет­ся и под­ни­ма­ет­ся вверх, на его место опус­ка­ет­ся еще не про­гре­тая вода, и про­цесс по­вто­ря­ет­ся до тех пор, пока вся вода не про­гре­ет­ся до 100°. При такой тем­пе­ра­ту­ре вода за­ки­па­ет и пре­вра­ща­ет­ся в во­дя­ной пар.

Рис. 20. Опыт по на­гре­ва­нию ем­ко­сти с водой снизу (Ис­точ­ник)

12. Лед бесцветен и прозрачен

Лед, как и стек­ло, бес­цве­тен и про­зра­чен.

13. Снег

Снег – одно из твер­дых со­сто­я­ний воды. Он белый, рых­лый, непро­зрач­ный, тает в тепле и пла­ва­ет в воде.

1. Переход воды в газообразное состояние

2. Водяной пар

Те из них, что ока­зы­ва­ют­ся близ­ко к по­верх­но­сти, ока­зы­ва­ют­ся в воз­ду­хе и пе­ре­ме­ши­ва­ют­ся с его ча­сти­ца­ми, пре­вра­ща­ясь в во­дя­ной пар. Ча­сти­цы воз­ду­ха и во­дя­но­го пара так малы, что их невоз­мож­но уви­деть нево­ору­жен­ным гла­зом. Во­дя­ной пар – это про­зрач­ный бес­цвет­ный газ, неви­ди­мый, как и воз­дух.

3. Испарение

Лед тоже ис­па­ря­ет­ся, но зна­чи­тель­но мед­лен­нее, чем вода в жид­ком со­сто­я­нии. На­при­мер, если зимой вы­ве­сить мокрое белье на улицу, сна­ча­ла оно по­кро­ет­ся ле­дя­ной кор­кой, а потом вы­сох­нет.

В каком бы со­сто­я­нии вода не была, она по­сто­ян­но ис­па­ря­ет­ся с по­верх­но­сти Земли.

4. Использование знаний об испарении

Мок­рые во­ло­сы сушат элек­три­че­ским феном.

5. Зависимость скорости испарения от температуры

Ин­тен­сив­ность ис­па­ре­ния за­ви­сит от тем­пе­ра­ту­ры воды: чем выше тем­пе­ра­ту­ра, тем выше ско­рость дви­же­ния мо­ле­кул воды, а зна­чит и ис­па­ре­ния. Это до­ка­зы­ва­ет про­стой опыт: если в 2 ем­ко­сти на­лить оди­на­ко­вое ко­ли­че­ство воды, а затем одну по­ста­вить в хо­лод­ное место, а дру­гую – в теп­лое, через неко­то­рое время ста­нет ясно, что вода в хо­лод­ном месте ис­па­ря­ет­ся мед­лен­нее, чем в теп­лом.

Мок­рая до­ро­га летом вы­сох­нет на­мно­го быст­рее, чем осе­нью.

Ско­шен­ная трава в сол­неч­ный день вы­сох­нет быст­рее, чем в пас­мур­ный.

Зна­ние этого свой­ства по­мо­га­ет людям. На­при­мер, если под­мок­ла ста­рин­ная книга, её остав­ля­ют в спе­ци­аль­ной мо­ро­зиль­ной ка­ме­ре, чтобы вы­сы­ха­ние шло мед­лен­но и стра­ни­цы книги не по­вре­ди­лись.

6. Зависимость скорости испарения от площади соприкосновения воды с воздухом

Ис­па­ре­ние про­ис­хо­дит в месте со­при­кос­но­ве­ния по­верх­но­сти воды с воз­ду­хом, со­от­вет­ствен­но, чем боль­ше пло­щадь со­при­кос­но­ве­ния, тем быст­рее про­ис­хо­дит ис­па­ре­ние. До­ка­зать это можно с по­мо­щью неслож­но­го опыта: нужно на­лить оди­на­ко­вое ко­ли­че­ство воды в 3 ем­ко­сти с раз­ной пло­ща­дью со­при­кос­но­ве­ния на­ли­той воды с воз­ду­хом (на­при­мер, бу­тыл­ка с узким гор­лыш­ком, стек­лян­ная банка и ши­ро­кая та­рел­ка). Через неко­то­рое время мы уви­дим, что вода из та­рел­ки ис­па­ря­ет­ся быст­рее всего, по­то­му что пло­щадь со­при­кос­но­ве­ния воды с воз­ду­хом наи­боль­шая. Из банки немно­го мед­лен­нее, по­то­му что пло­щадь со­при­кос­но­ве­ния мень­ше. А из бу­тыл­ки мед­лен­нее всего, по­то­му что пло­щадь со­при­кос­но­ве­ния воды с воз­ду­хом наи­мень­шая.

По­это­му фрук­ты, пред­на­зна­чен­ные для сушки, раз­ре­за­ют на тон­кие лом­ти­ки – чтобы уве­ли­чить по­верх­ность со­при­кос­но­ве­ния с воз­ду­хом и уве­ли­чить ско­рость ис­па­ре­ния.

7. Воздействие ветра

Под воз­дей­стви­ем ветра ис­па­ре­ние идет быст­рее, по­то­му что мо­ле­ку­лы воды ак­тив­нее со­еди­ня­ют­ся с мо­ле­ку­ла­ми воз­ду­ха. В вет­ре­ную по­го­ду влаж­ные по­верх­но­сти вы­сы­ха­ют быст­рее, если дер­жать руки под су­шил­кой, они вы­сох­нут быст­рее.

8. Нагревание, кипение и водяной пар

Наи­бо­лее ак­тив­но ис­па­ре­ние идет при на­гре­ва­нии. При 100г вода кипит и пре­вра­ща­ет­ся в во­дя­ной пар. Мо­ле­ку­лы во­дя­но­го пара под воз­дей­стви­ем вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ры дви­га­ют­ся очень быст­ро, ему необ­хо­дим боль­шой объем, по­это­му у ки­пя­ще­го чай­ни­ка «под­пры­ги­ва­ет» крыш­ка.

9. Водяной пар в кипящем чайнике

Зна­ние этого свой­ства во­дя­но­го пара поз­во­ли­ло людям скон­стру­и­ро­вать па­ро­вые дви­га­те­ли.

Часто, когда пе­чет­ся яб­ло­ко, его ко­жу­ра ло­па­ет­ся – это яб­лоч­ный сок, пре­вра­ща­ясь в пар, раз­ры­ва­ет ко­жу­ру.

Или можно услы­шать треск дров в печи – под воз­дей­стви­ем вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ры вода в дро­вах пре­вра­ща­ет­ся в во­дя­ной пар и раз­ры­ва­ет дре­ве­си­ну.

Как было ска­за­но, во­дя­ной пар – неви­дим. Так по­че­му же мы видим пар, когда кипит чай­ник? В хо­лод­ном воз­ду­хе разо­гре­тый во­дя­ной пар кон­ден­си­ру­ет­ся – пре­вра­ща­ет­ся в мель­чай­шие ка­пель­ки воды, ко­то­рые мы видим как белый пар. А неви­ди­мый во­дя­ной пар на­хо­дит­ся возле но­си­ка чай­ни­ка на гра­ни­це бе­ло­го об­лач­ка пара.

Если по­ме­стить у но­си­ка ки­пя­ще­го чай­ни­ка хо­лод­ный ме­тал­ли­че­ский пред­мет, то очень скоро на нем по­явят­ся ка­пель­ки осев­шей воды. Этот опыт до­ка­зы­ва­ет на­ли­чие во­дя­но­го пара у но­си­ка чай­ни­ка.