Номер 3, страница 138 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

3. Какие аномалии физических свойств воды вы знаете? Какую роль они играют в природе?

Какие аномалии физических свойств воды вы знаете?

Вода ($H_2O$) обладает целым рядом уникальных, или аномальных, физических свойств, которые отличают её от большинства других веществ. Эти свойства обусловлены полярной структурой молекул воды и способностью образовывать между собой прочные водородные связи. Ключевыми аномалиями являются:

1. Аномалия плотности. В отличие от почти всех других веществ, плотность которых монотонно возрастает при охлаждении, вода имеет максимальную плотность при температуре около $4^\circ\text{C}$ (точнее, $3.98^\circ\text{C}$). При дальнейшем охлаждении до $0^\circ\text{C}$ вода начинает расширяться, и её плотность уменьшается. При переходе в твёрдое состояние (лёд) вода расширяется ещё больше (примерно на 9% по объёму), в результате чего лёд имеет меньшую плотность, чем жидкая вода.

2. Аномально высокая удельная теплоёмкость. У воды одна из самых высоких удельных теплоёмкостей среди всех известных веществ ($c \approx 4200 \, \text{Дж/(кг}\cdot\text{К)}$). Это означает, что для изменения температуры воды на один градус требуется поглотить или отдать очень большое количество теплоты.

3. Аномально высокие удельные теплоты фазовых переходов. Вода обладает высокой удельной теплотой плавления (энергия, необходимая для таяния льда) и исключительно высокой удельной теплотой парообразования (энергия, необходимая для превращения воды в пар).

4. Аномально высокое поверхностное натяжение. Из-за сильных водородных связей между молекулами вода имеет очень высокое поверхностное натяжение, уступая из распространенных жидкостей только ртути. Это свойство заставляет поверхность воды вести себя как упругая плёнка.

5. Свойства универсального растворителя. Благодаря полярности своих молекул, вода является превосходным растворителем для огромного количества полярных и ионных веществ, таких как соли, кислоты, щёлочи и сахара.

Ответ: Основные аномалии физических свойств воды включают: аномальную зависимость плотности от температуры (максимум при $4^\circ\text{C}$ и расширение при замерзании), аномально высокую удельную теплоёмкость, аномально высокие теплоты плавления и парообразования, высокое поверхностное натяжение и свойства универсального растворителя.

Какую роль они играют в природе?

Каждая из перечисленных аномалий играет фундаментальную роль в поддержании жизни и формировании природных условий на нашей планете.

1. Роль аномалии плотности. Так как лёд легче воды, он образуется на поверхности водоёмов, создавая теплоизолирующий слой. Этот слой предохраняет глубинные слои воды от промерзания, что позволяет водным организмам (рыбам, растениям и др.) выживать в зимний период. Без этой аномалии озёра и реки промерзали бы до дна, уничтожая всё живое.

2. Роль высокой теплоёмкости. Мировой океан, занимающий большую часть поверхности Земли, действует как гигантский аккумулятор тепла. Он поглощает избыток тепла летом и отдаёт его зимой, смягчая климат на планете и предотвращая резкие перепады температур. Это свойство также помогает живым организмам, состоящим в основном из воды, поддерживать стабильную температуру тела.

3. Роль высоких теплот фазовых переходов. Высокая теплота парообразования лежит в основе механизма терморегуляции у многих живых существ (например, охлаждение через потоотделение) и играет ключевую роль в глобальном переносе тепла в атмосфере. Высокая теплота плавления замедляет таяние снегов и льдов весной, предотвращая катастрофические наводнения, и замедляет наступление холодов осенью за счёт выделения тепла при замерзании воды.

4. Роль высокого поверхностного натяжения. Это свойство ответственно за капиллярный эффект — способность воды подниматься по узким трубкам (капиллярам) вопреки силе тяжести. Именно так вода с растворёнными минералами поднимается от корней к листьям высоких деревьев и пропитывает почву.

5. Роль универсального растворителя. Вода является средой, в которой протекают практически все биохимические реакции в живых клетках. Она растворяет и транспортирует питательные вещества (в крови и соках растений), а также выводит продукты жизнедеятельности. В природе вода вымывает минералы из горных пород, делая их доступными для живых организмов.

Ответ: Аномальные свойства воды играют ключевую роль в природе: они обеспечивают стабильность климата на планете (высокая теплоёмкость), создают условия для выживания водных организмов зимой (аномалия плотности), обеспечивают транспорт веществ в живых системах и почве (свойства растворителя и поверхностное натяжение) и служат механизмом терморегуляции для живых существ и планеты в целом (высокие теплоты фазовых переходов).