ΕΚΦΕ Ν. Σμύρνης: Οι Αλλαγές Κατάστασης του Νερού – Ο "Κύκλος" του Νερού Ηλ. Μαυροματίδης

Παρατηρώ, Πληροφορούμαι, Ενδιαφέρομαι Αναγνώρισε τα φαινόμενα που σχετίζονται με το νερό και ονόμασέ τα. Η συνεχής κίνηση του νερού από την ατμόσφαιρα στη Γη και από τη Γη στην ατμόσφαιρα, ονομάζεται κύκλος του νερού ή υδρολογικός κύκλος, που λειτουργεί εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια. Εξάτμιση, συμπύκνωση, αποθήκευση νερού στην ατμόσφαιρα (νέφη), παγοποίηση, κατακρήμνιση (υγρά – στερεά υδρομετέωρα)

Φυσικές καταστάσεις του νερού Στη διπλανή εικόνα διακρίνεται το νερό στις 3 μορφές του (φάσεις): Στερεή φάση (το παγόβουνο) Υγρή φάση (το νερό της θάλασσας) Αέρια φάση (οι υδρατμοί στα σύννεφα). Η μοναδικότητα του νερού είναι το χαρακτηριστικό του να εμφανίζεται και στις τρεις φάσεις της ύλης στις συνθήκες του περιβάλλοντος μέσα στο οποίο ζει ο άνθρωπος.

Συζητώ, αναρωτιέμαι, υποθέτω Φαινόμενο: Εξάτμιση Το νερό θα εξαφανισθεί (θα εξατμισθεί). Είναι το ίδιο φαινόμενο που επιτρέπει στον βρεγμένο δρόμο και τα απλωμένα ρούχα να στεγνώσουν. Η ποσότητα του υγρού νερού μειώνεται συνεχώς μέχρι να μην μείνει τίποτα. Το νερό μετατρέπεται από την υγρή του φάση στην αέρια (γίνεται υδρατμός). Το φαινόμενο αυτό της μετατροπής του νερού από την υγρή φάση στην αέρια ονομάζεται εξάτμιση. Αποτελεί τον βασικό τρόπο με τον οποίο το νερό ξαναμπαίνει στην ατμόσφαιρα και στον υδρολογικό κύκλο διότι οι υδρατμοί γίνονται μέρος του αέρα που περιβάλλει την ποσότητα του υγρού νερού (εδώ το νερό στο δοχείο). Οι ωκεανοί, οι θάλασσες, οι λίμνες και τα ποτάμια δίνουν περίπου το 90% της υγρασίας στην ατμόσφαιρα, ενώ τα φυτά παρέχουν το υπόλοιπο 10% μέσω της διαπνοής. Η εξάτμιση του νερού εξαρτάται: Από την θερμοκρασία του. Από το εμβαδό της ελεύθερης επιφάνειάς του. Από την ταχύτητα του αέρα πάνω από την ελεύθερη επιφάνειά του.

Φαινόμενο: Βρασμός ή ζέση. Το νερό μετατρέπεται σε υδρατμούς (υγρό --- αέριο) μέσω του βρασμού. Μοιάζει με την εξάτμιση αλλά ξεχωρίζει  από το γεγονός ότι στο βρασμό έχουμε δημιουργία φυσαλίδων αερίου και επομένως διαφυγή μορίων από όλο τον όγκο του υγρού, ενώ στην εξάτμιση έχουμε διαφυγή μορίων του υγρού μόνο από την επιφάνειά του.

Φαινόμενο: συμπύκνωση – υγροποίηση. Ο ατμός συμπυκνώνεται (υγροποιείται). Η μετατροπή του νερού από την αέρια στην υγρή του φάση ονομάζεται υγροποίηση (συμπύκνωση). Δεν αντιλαμβανόμαστε άμεσα αυτή τη διαδικασία, γιατί οι υδρατμοί (νερό στην αέρια φάση) είναι αόρατοι. Το ίδιο συμβαίνει όταν έχουμε ένα φλιτζάνι με ζεστό ρόφημα. Η συμπύκνωση είναι πολύ σημαντική για τον κύκλο του νερού, διότι έτσι σχηματίζονται τα σύννεφα. Τα σύννεφα παράγουν κατακρημνίσματα (βροχή, χιόνι, χαλάζι) τα οποία είναι ο βασικός τρόπος με τον οποίο το νερό ξαναγυρίζει στην επιφάνεια της Γης. Η συμπύκνωση είναι το αντίθετο της εξάτμισης. Η συμπύκνωση είναι επίσης υπεύθυνη για την ομίχλη, για το θάμπωμα των τζαμιών κατά τη διάρκεια μιας κρύας μέρας, για το νερό που στάζει από το εξωτερικό ενός ποτηριού με κρύο νερό.

Φαινόμενο: Στερεοποίηση – Πήξη. Μετά από κάποιες ώρες θα έχουμε παγάκια. Η μετατροπή του νερού από την υγρή στη στερεή του φάση (πάγος) ονομάζεται πήξη (στερεοποίηση).

Φαινόμενο: Τήξη Τα παγάκια αρχίζουν να λιώνουν μέσω της τήξης. Τήξη ονομάζεται η μετατροπή στερεού υλικού σε υγρό, αποτελεί δε μια από τις αλλαγές φάσεων της φυσικής μορφής της ύλης. Συνήθως το σημείο τήξης δίνεται σε κανονικές συνθήκες ατμοσφαιρικής πίεσης και είναι το ίδιο με το σημείο πήξης για την ίδια πάντα ουσία.

Ενεργώ, Πειραματίζομαι Υλικά / Όργανα: θερμόμετρο οινοπνεύματος (με περιοχή τιμών από -10 0C έως 110 0C), στενό και ψηλό πυρίμαχο δοχείο (πυρέξ), νερό της βρύσης, παγάκια, ηλεκτρικό μάτι θέρμανσης.

Παρατηρούμε ότι σε κάποιες περιοχές του διαγράμματος η θερμοκρασία παραμένει σταθερή παρά το γεγονός ότι η ποσότητα του νερού θερμαίνεται.

Vνερού = 250 ml Θερμοκρασία (o C) χρόνος (min) 5 10 15 19 7 20 21 23 5 10 15 19 7 20 21 23 22 35 50 24 62 25 74 26 84 27 93 28 100 29 30 31 32 33 34 Vνερού = 250 ml

Συμπεραίνω, Καταγράφω Γράψε τα συμπεράσματά σου με βάση τις παρατηρήσεις σου στο διάγραμμα και τις συσχετίσεις σου.

Εφαρμόζω, Εξηγώ, Γενικεύω Υπάρχει μια σταθερή ποσότητα νερού, που «κινείται» συνεχώς σε ένα κλειστό κύκλο μεταξύ ωκεανών-θάλασσας-λιμνών-ποταμών, σύννεφων και Γής. Αυτός ο «κύκλος του νερού» ή «υδρολογικός κύκλος» λειτουργεί εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια.

Σχεδόν τα 3/4 της γήινης επιφάνειας καλύπτονται από νερό Σχεδόν τα 3/4 της γήινης επιφάνειας καλύπτονται από νερό. Όμως, πάνω από το 96% αυτού του νερού βρίσκεται στους ωκεανούς. Οι πολικοί πάγοι (και οι παγετώνες) συγκρατούν άλλα 2% και μόνο κάτι λιγότερο από 1% είναι διαθέσιμο για τις διαδικασίες στην ξηρά (πηγή: Παγκόσμιο Ταμείο για τη Φύση – WWF). Το νερό συνεχώς ανταλλάσσεται μεταξύ των ωκεανών, της ατμόσφαιρας και του εδάφους. Δηλαδή, οι άνθρωποι αλλά και όλοι οι υπόλοιποι ζωντανοί οργανισμοί, χρησιμοποιούμε ξανά και ξανά το ίδιο νερό. Όμως, η κατανομή των ποσοτήτων, που εξατμίζονται και ξαναπέφτουν, μεταβάλλεται γεωγραφικά και αυτό είναι το σημαντικό για το περιβάλλον και τους ζωντανούς οργανισμούς.

Τα σωματίδια που συγκροτούν ένα στερεό βρίσκονται πάρα πολύ κοντά το ένα στο άλλο. Κινούνται γύρω από ορισμένες θέσεις και «συνδέονται» μεταξύ τους με ισχυρούς δυνάμεις – δεσμούς. Οι δυνάμεις αυτές εμποδίζουν τα σωματίδια να αλλάζουν θέσεις και αυτός είναι ο λόγος που τα στερεά έχουν σταθερό σχήμα και όγκο και δεν ρέουν. Τα σωματίδια που συγκροτούν τα υγρά είναι αρκετά κοντά το ένα στο άλλο με αποτέλεσμα να έχουν σταθερό όγκο και να μην είναι δυνατόν να συμπιεσθούν, όπως συμβαίνει και στα στερεά. Όμως, οι δυνάμεις που ασκούνται μεταξύ των σωματιδίων του υγρού είναι πιο ασθενείς σε σύγκριση με αυτές των στερεών και δεν μπορούν να συγκρατήσουν τα σωματίδια σε συγκεκριμένες θέσεις. Αυτός είναι και ο λόγος που τα υγρά δεν έχουν σταθερό σχήμα και ρέουν. Όταν ένα στερεό θερμανθεί αρκετά, δίνεται η δυνατότητα στα σωματίδια που το συγκροτούν να μην μένουν σε συγκεκριμένες θέσεις με αποτέλεσμα το στερεό να μετατρέπεται σε υγρό.

Τα σωματίδια που συγκροτούν τα αέρια είναι μακριά το ένα στο άλλο και κινούνται πολύ γρήγορα και άτακτα (προς κάθε κατεύθυνση). Οι δεσμοί είναι σχεδόν ανύπαρκτοι με αποτέλεσμα τα σωματίδια να καταλαμβάνουν όλο το χώρο που έχουν στη διάθεσή τους. Συνεπώς δεν έχουν σταθερό σχήμα, σταθερό όγκο και έχουν τη δυνατότητα να ρέουν. Επίσης μπορούν να συμπιεσθούν. Όταν ένα υγρό θερμανθεί αρκετά, δίνεται η δυνατότητα στα σωματίδια που το συγκροτούν να κινούνται όπως τα σωματίδια των αερίων με αποτέλεσμα το υγρό να μετατρέπεται σε αέριο.