Сравните воду и водяной пар. Что между ними общего и чем они отличаются?

Ответы на вопрос

Отвечает Сочинская Анна.

Коротко: и вода, и водяной пар — это одно и то же вещество, H₂O. Разница только в агрегатном состоянии: жидкость против газа. Ниже — что общего и чем они отличаются по-существу.

Общее

Химический состав: молекула H₂O, полярная, способна к образованию водородных связей.
Фазовые переходы: при изменении температуры/давления переходит из одной фазы в другую (испарение/конденсация — обратимые процессы).
Термодинамическая тождественность: это разные состояния одной и той же субстанции, с одинаковой химической реакционной способностью молекулы (в отсутствие растворённых примесей).

Отличия

Микроструктура

Жидкая вода: плотная «сеточка» водородных связей; молекулы близко, постоянно перестраивают связи.
Водяной пар: молекулы далеко друг от друга, сталкиваются редко; водородные связи возникают лишь кратковременно.

Плотность и объём

Вода: ~1 г/см³ (максимум плотности около +4 °C).
Пар (100 °C, 1 атм): ~0,0006 г/см³; при испарении 1 л воды превращается примерно в 1600–1700 л пара — отсюда «взрывной» эффект перегрева.

Сжимаемость и текучесть

Вода: почти несжимаема, высокая вязкость по сравнению с газами (~1 мПа·с при 20 °C).
Пар: сжимаем, вязкость на порядки ниже (~0,01–0,02 мПа·с), легко протекает через зазоры.

Теплофизические свойства

Теплоёмкость при p=const: вода ~4,18 Дж/(г·К) — выдающийся «аккумулятор» тепла; пар ~1,8–2,1 Дж/(г·К).
Теплопроводность: вода ~0,6 Вт/(м·К); пар ~0,016 Вт/(м·К). Вода лучше проводит тепло.
Скрытая теплота парообразования: около 2250 кДж/кг при 100 °C — поэтому на испарение уходит много энергии, а конденсация отдаёт её обратно.
Поверхностное натяжение: у воды высокое (~72 мН/м при 20 °C); у пара как у газа — практически нет.

Электрические свойства

Диэлектрическая проницаемость: вода ~80 (при 20 °C) — отличный полярный растворитель; у пара ≈1 (почти как у воздуха).
Проводимость: идеально чистая вода — очень слабый проводник; бытовая вода проводит из-за ионов. Сухой пар электрически почти нейтрален (пока не ионизован и без капелек).

Растворяющая способность и химия

Вода: хорошо растворяет ионные и полярные вещества, ускоряет многие реакции, стабилизирует ионы.
Пар: как фаза — слабый растворитель; но при конденсации растворимость «возвращается». Реакционная среда сильно беднее, если пар сухой.

Звуко- и массоперенос

Скорость звука: в воде ~1480 м/с (жёсткая среда); в паре — сопоставимо с другими газами, сотни м/с.
Диффузия: в воде медленная; в паре быстрая (газовая диффузия).

Условия существования

При нормальном давлении: вода — от 0 до 100 °C (с примесями границы сдвигаются); пар — выше точки кипения или при пониженном давлении и при меньших температурах (вакуумное кипение).
Зависимость от давления: повышение давления увеличивает температуру кипения (в автоклаве вода может кипеть далеко выше 100 °C); понижение — понижает.

Практические следствия

Теплотехника: пар удобен для переноса энергии (конденсируясь, отдаёт «скрытое» тепло); вода — для хранения и отвода тепла.
Безопасность: внезапное превращение воды в пар резко увеличивает объём — риск гидроударов и «паровзрывов».
Коррозия/накипь: в воде активно идут процессы растворения солей и коррозии; сухой пар менее активен, но влажный пар и конденсат — агрессивны.

Итог: общее — одна и та же молекула H₂O и фундаментальная полярность. Отличия — в межмолекулярной организации и производных от неё свойствах: плотности, сжимаемости, теплопереносе, растворяющей способности и поведении при тепловых процессах.