Строго говоря, в этом материале мы кратко рассмотрим не только химические и физические свойства воды в жидком состоянии, но и свойства присущие ей в общем как таковой.
Более подробно со свойствами воды в твердом состоянии вы можете ознакомиться в статье — СВОЙСТВА ВОДЫ В ТВЕРДОМ СОСТОЯНИИ (читать →).
Вода — сверх-значимое вещество для нашей планеты. Без нее на Земле жизнь невозможна, без нее не проходит ни один геологический процесс. Великий ученый и мыслитель Владимир Иванович Вернадский в своих работах писал, что не существует такого компонента, значение которого могло бы «сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грозных геологических процессов». Вода присутствует не только в организме всех живых существ нашей планеты, но и во всех веществах на Земле – в минералах, в горных породах … Изучение уникальных свойств воды постоянно открывает нам все новые и новые тайны, задает нам новые загадки и бросает новые вызовы.
Аномальные свойства воды
Многие физические и химические свойства воды удивляют и выпадают из общих правил и закономерностей и являются аномальными, так например:
- В соответствии с закономерностями, установленными по принципу подобия, в рамках таких наук как химия и физика, мы могли бы ожидать, что:
- вода будет закипать при минус 70°С, а замерзать при минус 90°С;
- вода будет не капать с кончика крана, а литься тонкой струйкой;
- лед будет тонуть, а не плавать на поверхности;
- в стакане воды не растворилось бы более нескольких крупинок сахара.
- Поверхность воды обладает отрицательным электрическим потенциалом;
- При нагревании от 0°C до 4°C (точнее 3,98°C) вода сжимается;
- Вызывает удивление высокая теплоёмкость жидкой воды;
Как уже отмечалось выше, в данном материале мы перечислим основные физические и химические свойства воды и сделаем к некоторым из них краткие комментарии.
Физические свойства воды
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА – это свойства, которые проявляются вне химических реакций.
Чистота воды
Чистота воды – зависит от наличия в ней примесей, бактерий, солей тяжелых металлов … , для ознакомления с интерпретацией термина ЧИСТАЯ ВОДА по версии нашего сайта необходимо прочитать статью ЧИСТАЯ ВОДА (читать →).
Цвет воды
Цвет воды – зависит от химического состава и механических примесей
Для примера приведем определение «Цвета моря», данное «Большой советской энциклопедией».
Цвет моря. Цвет, воспринимаемый глазом, когда наблюдатель смотрит на поверхность моря, Цвет моря зависит от цвета морской воды, цвета неба, количества и характера облаков, высоты Солнца над горизонтом и др. причин.
Понятие Цвет моря следует отличать от понятия цвет морской воды. Под цветом морской воды понимают цвет, воспринимаемый глазом при отвесном осмотре морской воды над белым фоном. От поверхности моря отражается лишь незначительная часть падающих на неё световых лучей, остальная их часть проникает вглубь, где поглощается и рассеивается молекулами воды, частицами взвешенных веществ и мельчайшими пузырьками газов. Отражённые и выходящие из моря рассеянные лучи и создают Ц. м. Молекулы воды рассеивают сильнее всего синий и зелёные лучи. Взвешенные частицы почти одинаково рассеивают все лучи. Поэтому морская вода с малым количеством взвесей кажется сине-зелёной (цвет открытых частей океанов), а со значительным количеством взвесей - желтовато-зелёной (например, Балтийское море). Теоретическая сторона учения о Ц. м. разработана В. В. Шулейкиным и Ч. В. Раманом.
Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия. 1969-1978
Запах воды
Запах воды – чистая вода как правило, не имеет запаха.
Прозрачность воды
Прозрачность воды — зависит от растворенных в ней минеральных веществ и содержания механических примесей, органических веществ и коллоидов:
ПРОЗРАЧНОСТЬ ВОДЫ — способность воды пропускать свет. Обычно измеряется диском Секки. Зависит в основном от концентрации взвешенных и растворенных в воде органических и неорганических веществ. Может резко снижаться в результате антропогенного загрязнения и эвтрофирования водоемов.
Экологический энциклопедический словарь. - Кишинев И.И. Дедю. 1989
ПРОЗРАЧНОСТЬ ВОДЫ — способность воды пропускать световые лучи. Зависит от толщины слоя воды, проходимого лучами, наличия в ней взвешенных примесей, растворенных веществ и т. п. В воде сильнее поглощаются красные и желтые лучи, глубже проникают фиолетовые. По степени прозрачности, в порядке уменьшения ее, различают воды:
- прозрачные;
- слабо опалесцирующие;
- опалесцирующие;
- слегка мутные;
- мутные;
- сильно мутные.
Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии. - М.: Гостоптехиздат. 1961
Вкус воды
Вкус воды – зависит от состава растворенных в ней веществ.
Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии
Вкус воды — свойство воды, зависящее от растворенных в ней солей и газов. Имеются таблицы ощутимой на вкус концентрации солей, растворенных в воде (в мг/л), например следующая таблица (по Штаффу).
Температура воды
Температура плавления воды:
ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ — температура, при которой вещество переходит из ТВЕРДОГО СОСТОЯНИЯ в жидкое. Температура плавления твердого вещества равна температуре замерзания жидкости, например, температура плавления льда, О °С, равна температуре замерзания воды.
Температура кипения воды: 99,974°C
Научно-технический энциклопедический словарь
ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ, температура, при которой вещество переходит из одного состояния (фазы) в другое, т. е. из жидкости в пар или газ. Температура кипения возрастает при увеличении внешнего давления и понижается при его уменьшении. Обычно ее измеряют при стандартном давлении в 1 атмосферу (760 мм рт. ст.) Температура кипения воды при стандартном давлении составляет 100 °С.
Научно-технический энциклопедический словарь.
Тройная точка воды
Тройная точка воды: 0,01 °C, 611,73 Па;
Научно-технический энциклопедический словарь
ТРОЙНАЯ ТОЧКА, температура и давление, при которых все три состояния вещества (твердое, жидкое, газообразное) могут существовать одновременно. Для воды тройная точка находится при температуре 273,16 К и давлении 610 Ра.
Научно-технический энциклопедический словарь.
Поверхностное натяжение воды
Поверхностное натяжение воды – определяет силу сцепления молекул воды друг с другом, например, от этого параметра зависит то, как усваивается та или иная вода организмом человека.
Жесткость воды
Морской словарь
ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ (Stiffness of Water) - свойство воды, обескровливаемое содержанием растворенных в ней солей щелочноземельных металлов, гл. обр. кальция и магния (в виде двууглекислых солей - бикарбонатов), и солей сильных минеральных кислот - серной и соляной. Ж. В. измеряется в особых единицах, так наз. градусах жесткости. Градусом жесткости называется весовое содержание окиси кальция (СаО), равное 0,01 г в 1 л воды. Жесткая вода непригодна для питания котлов, так как способствует сильному образованию накипи на их стенках, что может вызвать пережог трубок котла. Котлы больших мощностей и особенно высоких давлений должны питаться совершенно очищенной водой (конденсат от паровых машин и турбин, очищенный посредством фильтров от примеси масла, а также дистиллят, приготовляемый в особых аппаратах-испарителях).
Самойлов К. И. Морской словарь. — М.-Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941
Научно-технический энциклопедический словарь
ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ, неспособность воды образовывать пену с мылом из-за растворенных в ней солей, в основном кальция и магния.
Накипь в котлах и трубах образуется из-за присутствия в воде растворенного карбоната кальция, попадающего в воду при контакте с известняком. В горячей или кипящей воде карбонат кальция переходит в осадок в виде твердых известковых отложений на поверхностях внутри котлов. Карбонат кальция также не дает мылу пениться. Ионообменный контейнер(3), заполнен гранулами, покрытыми натрий-содержащими материалами. с которыми вода вступает в контакт. Ионы натрия как более активные, замещают ионы кальция Так как соли натрия остаются растворимыми даже при кипячении, накипь не образуется.
Научно-технический энциклопедический словарь.
Структура воды
Минерализация воды
Минерализация воды:
Экологический энциклопедический словарь
МИНЕРАЛИЗАЦИЯ ВОДЫ — насыщение воды неорганич. (минеральными) веществами, находящимися в ней в виде ионов и коллоидов; общая сумма неорганических солей, содержащихся преимущественно в пресной воде, степень минерализации обычно выражают в мг/л или г/л (иногда в г/кг).
Экологический энциклопедический словарь. - Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989
Вязкость воды
Вязкость воды — характеризует внутреннее сопротивление частиц жидкости ее движению:
Геологический словарь
Вязкость воды (жидкости) — свойство жидкости, обусловливающее при движении возникновение силы трения. Является фактором, осуществляющим передачу движения от слоев воды, перемещающихся с большой скоростью, к слоям с меньшей скоростью. В. в. зависит от температуры и концентрации раствора. Физически она оценивается коэф. вязкости, который входит в ряд формул движения воды.
Геологический словарь: в 2-х томах. - М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978
Различают два вида вязкости воды:
- Динамическая вязкость воды — 0,00101 Па с (при 20°C).
- Кинематическая вязкость воды — 0,01012 см 2 /с (при 20°C).
Критическая точка воды
Критической точкой воды называется ее состояние при определенном соотношении давления и температуры, когда ее свойства одинаковы в газообразном и жидком состоянии (газообразной и жидкой фазе).
Критическая точка воды: 374°C, 22,064 MПа.
Диэлектрическая проницаемость воды
Диэлектрическая проницаемость, в общем, является коэффициентом показывающим, во сколько сила взаимодействия между двумя зарядами в вакууме больше чем в определенной среде.
В случае с водой этот показатель необычайно высок и для статических электрических полей равняется 81.
Теплоёмкость воды
Теплоёмкость воды — вода обладает на удивление высокой теплоемкостью:
Экологический словарь
Теплоемкость — свойство веществ поглощать тепло. Выражается в количестве тепла, поглощаемого веществом при его нагреве на 1°С. Теплоемкость воды около 1 кал/г, или 4,2 Дж/г. Теплоемкость почвы (при 14,5-15,5°С) колеблется (от песчаных до торфяных почв) от 0,5 до 0,6 кал (или 2,1-2,5 Дж) на единицу объема и от 0,2 до 0,5 кал (или 0,8-2,1 Дж) на единицу массы (г).
Экологический словарь. - Алма-Ата: «Наука». Б.А. Быков. 1983
Научно-технический энциклопедический словарь
УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ (обозначение с), тепло, необходимое для того, чтобы поднять температуру 1 кг вещества на 1К. Измеряется в Дж/К.кг (где Дж -ДЖОУЛЬ). Вещества с высокой удельной теплоемкостью, такие как вода, требуют большего количества энергии для поднятия температуры, чем вещества с низкой удельной теплоемкостью.
Научно-технический энциклопедический словарь.
Теплопроводность воды
Теплопроводность вещества подразумевает его способность проводить тепло от своих более горячих частей к более холодным.
Передача тепла в воде происходит либо на молекулярном уровне, т. е. передаётся молекулами воды, либо благодаря движению / перемещению каких, либо объемов вод – турбулентная теплопроводность.
Теплопроводность воды зависит от температуры и давления.
Текучесть воды
Под текучестью веществ понимают их способность менять свою форму под влиянием постоянного напряжения или постоянного давления.
Текучесть жидкостей, так же определяется подвижностью их частиц, которые в состоянии покоя неспособны воспринимать касательные напряжения.
Индуктивность воды
Индуктивность определяет магнитные свойства замкнутых цепей электрического тока. Вода, за исключением некоторых случаев, электрический ток проводит, а следовательно и обладает определенной индуктивностью.
Плотность воды
Плотность воды — определяется отношением ее массы к объему при определенной температуре. Подробнее читайте в нашем материале — ЧТО ТАКОЕ ПЛОТНОСТЬ ВОДЫ (читать →) .
Сжимаемость воды
Сжимаемость воды – незначительна и зависит от солености воды и давления. Например у дистиллированной воды она равняется 0,0000490.
Электропроводность воды
Электропроводность воды — во многом зависит от количества растворенных в них солей.
Радиоактивность воды
Радиоактивность воды – зависит от содержания в ней радона, эманации радия.
Физико-химические свойства воды
Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ — параметры, определяющие физико-химические особенности природных вод. К ним относятся показатели концентрации водородных ионов (рН) и окислительно-восстановительный потенциал (Eh).
Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии. - М.: Гостоптехиздат. Составитель: А. А. Маккавеев, редактор О. К. Ланге. 1961
Кислотно-щелочное равновесие воды
Окислительно-восстановительный потенциал воды
Окислительно-восстановительный потенциал воды (ОВП) — способность воды вступать в биохимические реакции.
Химические свойства воды
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА – это свойства, которые проявляются в результате химических реакций.
Ниже приведены Химические свойства воды по учебнику «Основы химии. Интернет-учебник» авторов А. В. Мануйлова, В. И. Родионова.
Взаимодействие воды с металлами
При взаимодействии воды с большинством металлов происходит реакция с выделением водорода:
- 2Na + 2H2O = H2 + 2NaOH (бурно);
- 2K + 2H2O = H2 + 2KOH (бурно);
- 3Fe + 4H2O = 4H2 + Fe3O4 (только при нагревании).
Не все, а только достаточно активные металлы могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях этого типа. Наиболее легко реагируют щелочные и щелочноземельные металлы I и II групп.
Взаимодействие воды с неметаллами
Из неметаллов с водой реагируют, например, углерод и его водородное соединение (метан). Эти вещества гораздо менее активны, чем металлы, но все же способны реагировать с водой при высокой температуре:
- C + H2O = H2 + CO (при сильном нагревании);
- CH4 + 2H2O = 4H2 + CO2 (при сильном нагревании).
Взаимодействие воды с электрическим током
При воздействии электрическим током вода разлагается на водород и кислород. Это также окислительно-восстановительная реакция, где вода является одновременно и окислителем, и восстановителем.
Взаимодействие воды с оксидами неметаллов
Вода вступает в реакцию со многими оксидами неметаллов и некоторыми оксидами металлов. Это не окислительно-восстановительные реакции, а реакции соединения:
SO2 + H2O = H2SO3 (сернистая кислота)
SO3 + H2O = H2SO4 (серная кислота)
CO2 + H2O = H2CO3 (угольная кислота)
Взаимодействие воды с оксидами металлов
Некоторые оксиды металлов также могут вступать в реакции соединения с водой. Примеры таких реакций мы уже встречали:
CaO + H2O = Ca(OH)2 (гидроксид кальция (гашеная известь)
Не все оксиды металлов способны реагировать с водой. Часть из них практически не растворима в воде и поэтому с водой не реагирует. Например: ZnO, TiO2, Cr2O3, из которых приготовляют, например, стойкие к воде краски. Оксиды железа также не растворимы в воде и не реагируют с ней.
Гидраты и кристаллогидраты
Вода образует соединения, гидраты и кристаллогидраты, в которых полностью сохраняется молекула воды.
Например:
- CuSO4 + 5 H2O = CuSO4.5H2O;
- CuSO4 — вещество белого цвета (безводный сульфат меди);
- CuSO4.5H2O — кристаллогидрат (медный купорос), синие кристаллы.
Другие примеры образования гидратов:
- H2SO4 + H2O = H2SO4.H2O (гидрат серной кислоты);
- NaOH + H2O = NaOH.H2O (гидрат едкого натра).
Соединения, связывающие воду в гидраты и кристаллогидраты, используют в качестве осушителей. С их помощью, например, удаляют водяные пары из влажного атмосферного воздуха.
Био-синтез
Вода участвует в био-синтезе в результате, которого образуется кислород:
6n CO 2 + 5n H 2 O = (C 6 H 10 O 5) n + 6n O 2 (при действии света)
Мы видим, что свойства воды разнообразны и охватывают практически все аспекты жизни на Земле. Как сформулировал один из ученых … изучать воду необходимо комплексно, а не в контексте отдельных ее проявлений.
При подготовке материала использовалась информация с книг – Ю. П. Рассадкина «Вода обыкновенная и необыкновенная», Ю. Я. Фиалкова «Необычные свойства обычных растворов», Учебника «Основы химии. Интернет-учебник» авторов А. В. Мануйлова, В. И. Родионова и др.
Вода является основой жизни на нашей планете. Однако что мы знаем о ней? Эту субстанцию с простой химической формулой изучать можно до бесконечности. Во всей многовековой истории существования человечества вода занимала главенствующее место. Именно поэтому, устремляясь в просторы Вселенной, ученые пытаются отыскать на других планетах источники воды, которые стали бы свидетельством биологической жизни. К сожалению, такие попытки до сих пор остаются тщетными. Несмотря на многочисленные исследования и открытия, мы так и не доказали существования других цивилизаций, которые возможно во много раз превосходят нас в своем развитии.
Вода - основа нашего существования
Редко кто из нас задается вопросом: «Что такое вода?» А ведь без нее жизнь человека просто невозможна. Наука утверждает, что шестимесячный человеческий эмбрион на 97% состоит из воды, при рождении ее количество снижается до 92%, организм
подростка содержит 80% этого вещества, во взрослом возрасте эти показатели составляют 70%, а в пожилом - всего 60%. В этом просматривается некая закономерность, которая позволяет нам приходить в этот мир молодыми и полными сил и уходить из него, дожив до глубокой старости. Можно придерживаться всевозможных диет, полностью отказаться от мяса, хлеба и молочных продуктов, но исключить из рациона воду невозможно. При сильной жажде объем воды в организме снижается на 5-8%, при этом у человека наблюдаются галлюцинации, нарушается функция глотания, расстраивается зрение и слух, наступает обморок. Более серьезный недостаток жидкости может стоить здоровья и даже жизни. Значение воды для человека настолько велико, что мы уже не представляем своей жизни без этой многофункциональной субстанции. И многие из нас воспринимают ее наличие как должное, забывая при этом бережно относиться к этому живительному и целебному источнику. Вода - это универсальный растворитель для всех питательных и минеральных веществ, а также аминокислот и витаминов. Она способна регулировать температуру нашего тела, выводить из организма продукты жизнедеятельности и различные токсические компоненты. Именно с помощью воды наши мышцы выполняют свою основную функцию - сократительную. Не зря диета спортсменов всегда содержит повышенное количество жидкости. Что такое вода в нашей обыденной жизни? Это один из основных и незаменимых продуктов питания. Каждое утро у нас начинается с чашечки ароматного кофе или свежезаваренного чая, которые без воды приготовить просто невозможно, как и большинство любимых блюд. Ученые доказали, что для сохранения здоровья человек должен в сутки потреблять до 2,5 литров жидкости - это обеспечит ему хорошее самочувствие, активизирует умственную деятельность и придаст сил.
Откуда берется вода?
Наша планета содержит около 1500 млн км 3 воды, из которых только 10% составляет пресная вода. Множество источников располагается под земной корой на различной глубине - это позволяет разделить их на подземные и
В недрах земли такие бассейны имеют форму своеобразных сосудов, которые окружены твердыми породами и содержат воду под высоким давлением. Резервуары, расположенные на глубине в несколько метров, широко используются в качестве основы для колодцев. Однако такая вода постоянно контактирует с верхним рыхлым слоем почвы, что делает ее загрязненной и не всегда пригодной для хозяйственных нужд. Ледники Антарктиды, находящиеся в Гренландии, являются огромными источниками пресной воды. Кроме этого, большую роль в нашей жизни играют атмосферные осадки, которые образовываются благодаря испарениям естественных источников. А сколько мы ежегодно получаем пресной воды из Мирового океана с помощью различных физических и химических методов? Следует отметить, что чаще всего для своих нужд человек использует воду из озер и рек. Один только Байкал чего стоит! Ведь это самое чистое и крупное природное водохранилище, расположенное на просторах России. Такие резервуары не имеют ценности и являются настойщим чудом света. Более 6000 км 3 воды находится в живых организмах, в том числе и в растениях. Таким образом, природные ресурсы воды распределяются по всей нашей планете. Человек постоянно обменивается жидкостью с природой: через пот, мочу и выделение капелек жидкости с дыханием. Однако мало кто задается вопросом: «А что будет, если такой взаимный обмен прекратится?» В этом случае наступит дегидратация - процесс Мы начнем ощущать слабость, у нас участится сердцебиение, появится одышка и головокружение. В результате этого могут наступить необратимые процессы в нервной и сердечно-сосудистой системах, которые приведут к гибели нашего организма.
Если взглянуть на Землю из космоса, можно поразиться тому, как необоснованно назвали это небесное тело. Наиболее подходящее для него название - Вода. Ведь не просто так астронавты сравнили планету с голубым шариком, так как ультрамарин способен подавлять все цвета, которые присущи земной поверхности.
Океан является праматерью всех живых организмов, и многие ученые настаивают на том, что первая жизнь могла зародиться именно в водной среде. В сравнительно небольшом и замкнутом водоеме могли накапливаться определенные органические вещества, которые попадали туда с помощью впадающих вод. Затем такие соединения концентрировались на внутренней поверхности слоистого минерала, который мог выступать катализатором реакций. Впоследствии зарождалась новая неизведанная жизнь, которую людям еще предстояло изучить. На сегодняшний день вода в природе считается наиболее распространенным веществом, поскольку более 70% общей площади земной поверхности занято естественными водоемами и только около 30% составляет суша. Вода настолько многофункциональна, что люди научились использовать ее практически во всех областях своей жизни. Все мы любим понежиться на теплом песочке возле моря и с нетерпением ждем должгожданный отпуск, чтобы снова вернуться в нежные объятия игривых и ласковых морских волн.
Классы природной воды
Вода бывает:
Пресной - 2,5%;
Соленой - 97,5%;
В виде рассолов.
Учитывая то, что примерно 75% воды находится в замороженном состоянии на полярных шапках и ледниках, под землей находится около 24% грунтовых вод, а в почве рассредоточено 0,5% влаги, получается, что самым дешевым и доступным источником воды для нас являются озера, реки и другие наземные водоемы. Страшно подумать, что они составляют только около 0,01% от мировых водных запасов. Поэтому на вопрос «что такое вода?» можно смело отвечать - это самое драгоценное сокровище нашей планеты.
Особенности воды
Химическая формула воды достаточно проста - это соединение атома кислорода с двумя Казалось бы, что может быть проще, однако нет субстанции более загадочной. Вода является единственным веществом, которое способно в природе существовать в трех агрегатных состояниях: газообразном, твердом и жидком, в зависимости от давления и температуры. Данная жидкость имеет огромное значение для возникновения и поддержания жизненных процессов на Земле, а также для формирования климата и рельефа.
Вода является самым подвижным веществом после воздуха. Она постоянно движется, совершая перемещения на очень большие расстояния. При воздействии солнечного тепла происходит с поверхности растений, почвы, рек, водоемов и морей. При этом образуется водяной пар, который собирается в облака и переносится ветром, после чего выпадает над различными материками в виде снега или дождя. Следует отметить, что вода способна отдавать тепло без заметного понижения своей температуры, тем самым регулируя климат. Молекулярная формула воды указывает, что это вещество имеет простую структуру, однако до сих пор оно считается малоисследованным, поскольку существует еще много неизученных странностей данной субстанции, которые, возможно, и способствуют поддержанию жизни на Земле.
Физические свойства воды
Вода, или является химическим веществом, имеет вид бесцветной жидкости, которая не обладает ни запахом, ни вкусом. В нормальных условиях H2O (вода) сохраняется в жидком агрегатном состоянии, в то время как аналогичные соединения водорода являются газами. Все это можно объяснить особыми характеристиками атомов, слагающих молекулы, и присутствием между ними связей.
Капля воды состоит из молекул, которые притягиваются противоположными полюсами, образуя тем самым полярные связи, разорвать которые без усилий невозможно. Каждая молекула в своем составе содержит ион водорода, который настолько мал, что может проникать сквозь оболочку отрицательного атома кислорода, находящегося в соседней молекуле. В результате этого образуется водородная связь. Схема воды показывает, что каждая молекула имеет прочную связь с четырьмя соседними молекулами, две из которых образуются атомами кислорода, а другие две - атомами водорода. Кроме этого, вода имеет высокое в этом свойстве она уступает лишь ртути. Относительная вязкость H2О обуславливается тем, что соединения водородов не дают возможности молекулам двигаться с различными скоростями. По этим же причинам вода считается отличным растворителем, поскольку каждую молекулу растворяемого вещества сразу же окружают молекулы воды, причем в большом количестве. При этом положительно заряженные молекулярные участки полярного вещества притягивают кислородные атомы, а отрицательно заряженные - водородные.
С чем вода вступает в реакцию?
Это следующие вещества:
Активные металлы (кальций, калий, натрий, барий и многое другое);
Галогены (хлор, фтор) и межгалоидные соединения;
Ангидриды неорганических и карбоновых кислот;
Активные металлорганические соединения;
Карбиды, нитриды, фосфиды, силициды, гидриды активных металлов;
Силаны, бораны;
Недокись углерода;
Фториды благородных газов.
Что происходит при нагревании?
Вода реагирует:
С магнием, железом;
С метаном, углем;
С алкилгалогенидами.
Что происходит в присутствии катализатора?
Вода реагирует:
С алкенами;
С ацетиленом;
С нитрилами;
С амидами;
С эфирами карбоновых кислот.
Плотность воды
Формула плотности воды напоминает параболу с конкретной вершиной при температуре 3,98 градусов. При таких показателях плотность этого химического вещества равна 1000 кг/м 3 . В водоеме на плотность воды влияют такие факторы, как температура, минерализация, наличие солей и давление верхних слоев. Наукой доказано, что чем выше температура, тем больше объем вещества и ниже его плотность. Таким же свойством обладает вода, однако в интервале от 0 о С до 4 о С оно не выполняется, поскольку с повышением температуры объем начинает сокращаться. Если в воде отсутствуют растворенные газы, ее возможно охладить до температуры -70 о С, при этом она не преобразуется в лед. Таким же образом можно довести эту субстанцию до температуры 150 о С и она не закипит. Несмотря на то что формула воды очень незатейлива, ее свойства уже многие тысячелетия заставляют людей преклоняться перед этой могущественной стихией.
Польза воды для здоровья
Из воды состоят все ткани человеческого организма: мышцы, кости, легкие, сердце,
почки, печень, кожа и жировая ткань. Больше всего жидкости, а именно 99%, содержит стекловидное глазное тело, а меньше всего, примерно 0,2%, зубная эмаль. Богат на содержание воды и головной мозг, поскольку без этой субстанции мы не сможем мыслить и формировать информацию. Любые биохимические реакции, происходящие в организме, могут оптимально протекать только при достаточном поступлении воды, в противном же случае в тканях и клетках будут скапливаться конечные продукты обмена веществ, которые приведут к развитию многих серьезных заболеваний. Чтобы этого избежать, необходимо соблюдать правильное потребление воды.
Роль воды в организме
Вода способствует:
Транспортировке в различные органы и ткани полезных веществ, микроэлементов и кислорода;
Выведению шлаков, токсинов и солей;
Нормализации теплообмена;
Регуляции кроветворения и артериального давления;
Смазыванию суставов и мышц.
Симптомы обезвоживания
При обезвоживании наблюдаются такие явления:
Сонливость, слабость;
Сухость во рту, одышка;
Повышение температуры, головная боль;
Нарушение логического мышления, обмороки;
Спазмы мышц;
Галлюцинации;
Притупление зрения и слуха;
Образование холестериновых бляшек, ухудшение кровотока;
Боль в суставах.
Возможные заболевания при обезвоживании и норма воды
Могут развиться следующие болезни:
Изжога, гастрит, запоры;
Образование камней в желчном пузыре;
Ожирение.
Ежедневно рекомендуется выпивать до 2,5 литров жидкости, в том числе содержащейся в жидкой пище. Если человек курит, ест мясо, употребляет алкоголь и кофе, ему следует увеличить суточную норму воды, поскольку эти наклонности способствуют усилению дегидратации. После хорошего ночного отдыха все жизненные процессы в нашем теле набирают силу, именно поэтому следует поддержать свой организм и создать для него дополнительный водный резерв. Днем, когда у нас наблюдается пик активности, принимать жидкость лучше небольшими порциями, чтобы не перегрузить внутренние системы и органы. Вечером же стоит снять все ограничения и пить столько, сколько хочется, естественно, если отсутствуют проблемы со здоровьем.
Стоит ли запивать пищу?
Суточная норма воды должна распределяться равномерно, особенно полезно выпивать немного жидкости перед едой, чтобы нормализовать обменно-очистительные процессы, а также понизить концентрацию крови и уровень холестерина. Врачи не рекомендуют запивать пищу, поскольку в этом случае желудочный сок разбавляется, и процесс переваривания пищи замедляется. Недостаток воды в организме может привести к стрессу, в результате чего в мозг будут поступать сигналы голода, хотя человек недавно ел. Вследствие этого, он будет снова кушать вместо того, чтобы пополнить запасы жидкости. В этот момент лишние питательные вещества станут откладываться в виде жира, что в будущем может негативно сказаться на общем состоянии. Выпивая ежедневно достаточное количество воды, можно подавить чувство голода и уменьшить количество потребляемых продуктов, особенно жирных. Следует отметить, что соки и чай не могут в полной мере заменить чистую воду, поскольку в них содержатся активные вещества, способные нарушить химический состав нашего организма. Газированные же напитки, состоящие из вредных химических соединений, могут спровоцировать дополнительное обезвоживание.
1. В организме животных и растениях среднее количество воды составляет более 50%.
2. В составе земной мантии содержится в 10 раз больше воды, чем в Мировом океане.
3. Средняя глубина Мирового океана составляет 3,6 км, он покрывает до 71% всей поверхности Земли и содержит около 97,6% свободных запасов воды.
4. При отсутствии на Земле выпуклостей и впадин поверхность воды поднялась бы над сушей на 3 километра.
5. Если бы растаяли все ледники, водный уровень повысился бы на 64 м, в результате чего 1/8 суши была бы затоплена.
6. имеет в среднем 35% солености, что позволяет ей замерзать при температуре -1,91 о С.
7. В некоторых случаях вода может замерзнуть при плюсовой температуре.
8. Внутри нанотрубок формула воды изменяется, ее молекулы принимают новое состояние, которое позволяет жидкости растекаться даже при нулевой температуре.
9. Вода способна отражать до 5% лучей солнца, а снег - более 85%, однако под лед может проникать только 2% дневного света.
10. Чистая океаническая вода имеет синий цвет, что объясняется избирательным его поглощением и рассеиванием.
11. С помощью водных капель, которые капают из крана, можно воспроизвести напряжение около 10 киловольт.
12. Вода является одним из немногих природных веществ, которые могут расширяться при переходе из жидкого состояния в твердое.
13. и вода могут гореть в сочетании с фтором, такие смеси в больших концентрациях становятся взрывоопасными.
В заключение
Что такое вода? Это многообразное, хотя и простейшее соединение, которое является основным строительным материалом нашей планеты. Ни один живой организм не может прожить без воды. Она источник энергии, носитель информации и настоящий кладезь здоровья. Еще наши далекие предки верили в чудодейственную силу воды и применяли ее целебные качества в лечении многих недугов. Задачей нашего поколения является сохранение этой прекрасной стихии в ее первозданном состоянии. Мы многое можем сделать, чтобы наши потомки чувствовали себя в относительной безопасности. Сохранив воду, мы сохраним жизнь на нашей чудесной и теплой планете. Люди, берегите воду! Ее не заменить даже всеми сокровищами мира. Вода - это отражение состояния нашей планеты, ее сердце и живительная сила.
(ст. усл.)
(при 20 °C)
71 % поверхности - вода
Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов , в формировании климата и погоды .
Физические и химические свойства
Физические свойства
Вода обладает рядом необычных особенностей:
Все эти особенности связаны с наличием водородных связей . Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По причине этого, а так же того, что ион водорода не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома соседней молекулы. Благодаря этому, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот. Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях: 2 атома водорода - каждый в одной, а атом кислорода - в двух; в таком состоянии молекулы находятся в кристалле льда. При таянии льда часть связей рвётся, что позволяет уложить молекулы воды плотнее; при нагревании воды связи продолжают рваться, и плотность её растёт, но при температуре выше 4 °С этот эффект становится слабее, чем тепловое расширение . При испарении рвутся все оставшиеся связи. Разрыв связей требует много энергии, отсюда высокая температура и удельная теплота плавления и кипения и высокая теплоёмкость. Вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.
Капля, ударяющаяся о поверхность воды
По сходным причинам вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные - атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.
Это свойство воды используется живыми существами. В живой клетке и в межклеточном пространстве вступают во взаимодействие растворы различных веществ в воде. Вода необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле.
Чистая (не содержащая примесей) вода - хороший изолятор . При нормальных условиях вода слабо диссоциирована и концентрация протонов (точнее, ионов гидроксония 3 +) и гидроксильных ионов - составляет 0,1 мкмоль/л. Но поскольку вода - хороший растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные соли, то есть в воде присутствуют положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество. По электропроводности воды можно определить её чистоту.
Агрегатные состояния
Химические свойства
Вода является наиболее распространённым растворителем на Земле, во многом определяющим характер земной химии, как науки. Большая часть химии, при её зарождении как науки, начиналась именно как химия водных растворов веществ. Её иногда рассматривают, как амфолит - и кислоту и основание одновременно (катион H+ анион OH-). В отсутствие посторонних веществ в воде одинакова концентрация гидроксид-ионов и ионов водорода (или ионов гидроксония), pK a ≈ ок. 16.
Сама по себе вода относительно инертна в обычных условиях, но её сильно полярные молекулы сольватируют ионы и молекулы, образуют гидраты и кристаллогидраты . Сольволиз, и в частности гидролиз , происходит в живой и неживой природе, и широко используется в химической промышленности .
Вода в природе
Исследования воды
Гидрология
Гидрология подразделяется на океанологию , гидрологию суши и гидрогеологию .
Океанология подразделяется на биологию океана , химию океана , геологию океана , физическую океанологию , и взаимодействие океана и атмосферы.
Гидрология суши подразделяется на гидрологию рек (речную гидрологию, потамологию ), озероведение (лимнологию) , болотоведение , гляциологию .
Биологическая роль
Вода играет уникальную роль, как вещество , определяющее возможность существования и саму жизнь всех существ на Земле . Она выполняет роль универсального растворителя , в котором происходят основные биохимические процессы живых организмов . Уникальность воды состоит в том, что она достаточно хорошо растворяет как органические, так и неорганические вещества, обеспечивая высокую скорость протекания химических реакций и в то же время - достаточную сложность образующихся комплексных соединений. Благодаря
100 мм рт. ст. при 54 °C
История открытия
Молекулы тяжёловодородной воды были впервые обнаружены в природной воде Гарольдом Юри в 1932 году , за что учёный был удостоен Нобелевской премии по химии в 1934 году. А уже в 1933 году Гилберт Льюис выделил чистую тяжёловодородную воду. При электролизе обычной воды, содержащей наряду с обычными молекулами воды незначительное количество молекул тяжёлой (D 2 O) и полутяжёлой (НDО) воды, образованных тяжёлым изотопом водорода, остаток постепенно обогащается молекулами этих соединений. Из такого остатка после многократного повторения электролиза Льюису в 1933 г. впервые удалось выделить небольшое количество воды, состоящей почти на 100 % из молекул соединения кислорода с дейтерием и получившей название тяжёлой. Этот способ производства тяжёлой воды остаётся основным и сейчас, хотя используется в основном на окончательной стадии обогащения от 5-10 % до >99 % (см. ниже).
После открытия в конце 1938 года деления ядер и осознания возможности использования цепных ядерных реакций деления, индуцированных нейтронами, возникла необходимость в замедлителе нейтронов - веществе, позволяющем эффективно замедлять нейтроны, не теряя их в реакциях захвата. Наиболее эффективно нейтроны замедляются лёгкими ядрами, и самым эффективным замедлителем должны были бы быть ядра обычного водорода (протия), однако они обладают высоким сечением захвата нейтронов . Напротив, тяжёлый водород захватывает очень мало нейтронов (сечение захвата тепловых нейтронов у протия в более чем 100 тысяч раз выше, чем у дейтерия). Технически наиболее удобным соединением дейтерия является тяжёлая вода, причём она способна также служить теплоносителем, отводя выделяющееся тепло от области, где происходит цепная реакция деления. С самых ранних времён ядерной энергетики тяжёлая вода стала важным компонентом в некоторых реакторах, как энергетических, так и предназначенных для наработки изотопов плутония для ядерного оружия. Эти так называемые тяжеловодные реакторы имеют то преимущество, что могут работать на природном (необогащённом) уране без использования графитовых замедлителей, которые на этапе вывода из эксплуатации могут представлять опасность взрыва пыли и содержат наведённую радиоактивность (углерод-14 и ряд других радионуклидов) . Однако в большинстве современных реакторов используется обогащённый уран с нормальной «лёгкой водой» в качестве замедлителя, несмотря на частичную потерю замедленных нейтронов.
Производство тяжёлой воды в СССР
| Параметр | D 2 O | HDO | H 2 O |
|---|---|---|---|
| Температура плавления, °C | 3,82 | 2,04 | 0,00 |
| Температура кипения, °C | 101,4 | 100,7 | 100,0 |
| Плотность при 20 °C, г/см³ | 1,1056 | 1,054 | 0,9982 |
| Температура максимальной плотности, °C | 11,6 | 4,0 | |
| Вязкость при 20 °C, сантипуаз | 1,2467 | 1,1248 | 1,0016 |
| Поверхностное натяжение при 25 °C, дин ·см | 71,87 | 71,93 | 71,98 |
| Молярное уменьшение объёма при плавлении, см³/моль | 1,567 | 1,634 | |
| Молярная теплота плавления, ккал /моль | 1,515 | 1,436 | |
| Молярная теплота парообразования, ккал/моль | 10,864 | 10,757 | 10,515 |
| при 25 °C | 7,41 | 7,266 | 7,00 |
Нахождение в природе
В природных водах один атом дейтерия приходится на 6400-7600 атомов протия . Почти весь он находится в составе молекул DHO, одна такая молекула приходится на 3200-3800 молекул лёгкой воды. Лишь очень незначительная часть атомов дейтерия формирует молекулы тяжёлой воды D 2 O, поскольку вероятность двух атомов дейтерия встретиться в составе одной молекулы в природе мала (примерно 0,5⋅10 −7). При искусственном повышении концентрации дейтерия в воде эта вероятность растёт.
Биологическая роль и физиологическое воздействие
Тяжёлая вода токсична лишь в слабой степени, химические реакции в её среде проходят несколько медленнее по сравнению с обычной водой, водородные связи с участием дейтерия несколько сильнее обычных. Эксперименты над млекопитающими (мыши, крысы, собаки) показали, что замещение 25 % водорода в тканях дейтерием приводит к стерильности, иногда необратимой . Более высокие концентрации приводят к быстрой гибели животного; так, млекопитающие , которые пили тяжёлую воду в течение недели, погибли, когда половина воды в их теле была дейтерирована; рыбы и беспозвоночные погибают лишь при 90 % дейтерировании воды в теле . Простейшие способны адаптироваться к 70 % раствору тяжёлой воды, а водоросли и бактерии способны жить даже в чистой тяжёлой воде . Человек может без видимого вреда для здоровья выпить несколько стаканов тяжёлой воды, весь дейтерий будет выведен из организма через несколько дней. Так, в одном из экспериментов по изучению связи вестибулярного аппарата и непроизвольных движений глаз (нистагма) добровольцам предлагалось выпить от 100 до 200 граммов тяжёлой воды; в результате поглощения более плотной тяжёлой воды купулой (желатинообразной структурой в полукружных каналах) её нейтральная плавучесть в эндолимфе каналов нарушается, и возникают лёгкие нарушения пространственной ориентации, в частности нистагм. Этот эффект аналогичен возникающему при приёме алкоголя (однако в последнем случае плотность купулы уменьшается, поскольку плотность этилового спирта меньше плотности воды) .
Таким образом, тяжёлая вода гораздо менее токсична, чем, например, поваренная соль . Тяжёлая вода использовалась для лечения артериальной гипертензии у людей в суточных дозах от 10 до 675 г D 2 O в день .
В человеческом организме содержится в качестве естественной примеси столько же дейтерия, сколько в 5 граммах тяжёлой воды; этот дейтерий в основном входит в молекулы полутяжёлой воды HDO, а также во все прочие биологические соединения, в которых есть водород. [ ]
Некоторые сведения
Пожалуйста, приведите информацию в энциклопедический вид и разнесите по соответствующим разделам статьи. Согласно решению Арбитражного комитета Википедии , списки предпочтительно основывать на вторичных обобщающих , содержащих критерий включения элементов в список. |
Тяжёлая вода накапливается в остатке электролита при многократном электролизе воды. На открытом воздухе тяжёлая вода быстро поглощает пары обычной воды, поэтому можно сказать, что она гигроскопична . Производство тяжёлой воды очень энергоёмко, поэтому её стоимость довольно высока. В 1935 году, сразу после открытия тяжёлой воды, её цена составляла ориентировочно 19 долларов за грамм . В настоящее время тяжёлая вода с содержанием дейтерия 99 ат.% , продаваемая поставщиками химических реактивов, при покупке 1 кг сто́ит около 1 евро за грамм , однако эта цена относится к продукту с контролируемым и гарантированным качеством химического реактива; при снижении требований к качеству цена может быть на порядок ниже.
Применение
Важнейшим свойством тяжёловодородной воды является то, что она практически не поглощает нейтроны , поэтому используется в ядерных реакторах для замедления нейтронов и в качестве теплоносителя. Она используется также в качестве изотопного индикатора в химии , биологии и гидрологии , агрохимии и др. (в том числе в опытах с живыми организмами и при диагностических исследованиях человека). В физике элементарных частиц тяжёлая вода используется для детектирования нейтрино ; так, крупнейший детектор солнечных нейтрино SNO (Канада) содержит 1000 тонн тяжёлой воды.
Дейтерий - ядерное топливо для энергетики будущего, основанной на управляемом термоядерном синтезе. В первых энергетических реакторах такого типа предполагается осуществить реакцию D + T → 4 He + n + 17,6 МэВ .
В некоторых странах (например, в Австралии) коммерческий оборот тяжёлой воды поставлен под государственные ограничения, что связано с теоретической возможностью её использования для создания «несанкционированных» реакторов на природном уране, пригодных для наработки оружейного плутония .
Другие виды тяжёлой воды
Полутяжёлая вода
Выделяют также полутяжёлую воду (известную также под названиями дейтериевая вода , монодейтериевая вода , гидроксид дейтерия ), у которой только один атом водорода замещён дейтерием. Формулу такой воды записывают так: DHO или ²HHO. Следует отметить, что вода, имеющая формальный состав DHO, вследствие реакций изотопного обмена реально будет состоять из смеси молекул DHO, D 2 O и H 2 O (в пропорции примерно 2:1:1). Это замечание справедливо и для THO и TDO.
Сверхтяжёлая вода
Сверхтяжёлая вода содержит тритий , период полураспада которого более 12 лет. По своим свойствам сверхтяжёлая вода (T 2 O ) ещё заметнее отличается от обычной: кипит при 104 °C, замерзает при +9 °C и имеет плотность 1,21 г/см³. Известны (то есть получены в виде более или менее чистых макроскопических образцов) все девять вариантов сверхтяжёлой воды: THO, TDO и T 2 O с каждым из трёх стабильных изотопов кислорода (16 O, 17 O и 18 O). Иногда сверхтяжёлую воду называют просто тяжёлой водой, если это не может вызвать путаницы. Сверхтяжёлая вода имеет высокую радиотоксичность .
Тяжёлокислородные изотопные модификации воды
Термин тяжёлая вода применяют также по отношению к тяжёлокислородной воде, у которой обычный лёгкий кислород 16 O заменён одним из тяжёлых стабильных изотопов 17 O или 18 O. Тяжёлые изотопы кислорода существуют в природной смеси, поэтому в природной воде всегда есть примесь обеих тяжёлокислородных модификаций. Их физические свойства также несколько отличаются от свойств обычной воды; так, температура замерзания 1 H 2 18 O составляет +0,28 °C .
Тяжёлокислородная вода, в частности, 1 H 2 18 O, используется в диагностике онкологических заболеваний (из неё на циклотроне получают изотоп фтор-18, который используют для синтеза препаратов для диагностики онкозаболеваний, в частности 18-фдг).
Общее число изотопных модификаций воды
Если подсчитать все возможные нерадиоактивные соединения с общей формулой Н 2 О, то общее количество возможных изотопных модификаций воды всего девять (так как существует два стабильных изотопа водорода и три - кислорода):
- Н 2 16 O − лёгкая вода , или просто вода
- Н 2 17 O
- Н 2 18 O − тяжёлокислородная вода
- HD 16 O − полутяжёлая вода
- HD 17 O
- HD 18 O
- D 2 16 O − тяжёлая вода
- D 2 17 O
- D 2 18 O
С учётом трития их число возрастает до 18:
- T 2 16 O - сверхтяжелая вода
- T 2 17 O
- T 2 18 O
- DT 16 O
- DT 17 O
- DT 18 O
- HT 16 O
- HT 17 O
- HT 18 O
Таким образом, кроме обычной, наиболее распространённой в природе «лёгкой» воды 1 H 2 16 O, в общей сложности существует 8 нерадиоактивных (стабильных) и 9 радиоактивных «тяжёлых вод».
Вода - одно из самых распространённых веществ в природе (гидросфера занимает 71 % поверхности Земли). Воде принадлежит важнейшая роль в геологии, истории планеты. Без воды невозможно существование живых организмов. Дело в том, что тело человека почти на 63% – 68% состоит из воды. Практически все биохимические реакции в каждой живой клетке - это реакции в водных растворах… В растворах же (преимущественно водных) протекает большинство технологических процессов на предприятиях химической промышленности, в производстве лекарственных препаратов и пищевых продуктов. И в металлургии вода чрезвычайно важна, причём не только для охлаждения. Не случайно гидрометаллургия - извлечение металлов из руд и концентратов с помощью растворов различных реагентов - стала важной отраслью промышленности.
Вода, у тебя нет ни цвета, ни вкуса, ни запаха,
тебя невозможно описать, тобой наслаждаются,
не ведая, что ты такое. Нельзя сказать,
что необходимо для жизни: ты сама жизнь.
Ты исполняешь нас с радостью,
которую не объяснишь нашими чувствами.
С тобой возвращаются к нам силы,
с которыми мы уже простились.
По твоей милости в нас вновь начинают
бурлить высохшие родники нашего сердца.
(А. де Сент-Экзюпери. Планета людей)
Мной написан реферат по теме "Вода — самое удивительное вещество в мире". Я выбрал эту тему потому что — это самая актуальная тема, так как вода это самое важное вещество на Земле без которого не может существовать ни один живой организм и не могут протекать ни какие биологические, химические реакции, и технологические процессы.
Вода — самое удивительное вещество на Земле
Вода — вещество привычное и необычное. Известный советский учёный академик И. В. Петрянов свою научно-популярную книгу о воде назвал "самое необыкновенное вещество в мире". А "Занимательная физиология", написанная доктором биологических наук Б. Ф. Сергеевым, начинается с главы о воде — "Вещество, которое создало нашу планету".
Учёные абсолютно правы: нет на Земле вещества, более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в тоже время не существует другого такого вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах.
Почти 3/4 поверхности нашей планеты занято океанами и морями. Твёрдой водой — снегом и льдом — покрыто 20% суши. От воды зависит климат планеты. Геофизики утверждают, что Земля давно бы остыла и превратилась в безжизненный кусок камня, если бы не вода. У неё очень большая теплоёмкость. Нагреваясь, она поглощает тепло; остывая, отдаёт его. Земная вода и поглощает, и возвращает очень много тепла и тем самым "выравнивает" климат. А от космического холода предохраняет Землю те молекулы воды, которые рассеяны в атмосфере — в облаках и в виде паров… без воды обойтись нельзя — это самое важное вещество на Земле.
Строение молекулы воды
Поведение воды "нелогично". Получается, что переходы воды из твёрдого состояния в жидкое и газообразное происходит при температурах, намного более высоких, чем следовало бы. Этим аномалиям найдено объяснение. Молекула воды H 2 O построена в виде треугольника: угол между двумя связками кислород — водород 104 градуса. Но поскольку оба водородных атома расположены по одну сторону от кислорода, электрические заряды в ней рассредоточиваются. Молекула воды полярная, что является причиной особого взаимодействия между разными её молекулами. Атомы водорода в молекуле H 2 O, имея частичный положительный заряд, взаимодействуют с электронами атомов кислорода соседних молекул. Такая химическая связь называется водородной. Она объединяет молекулы H 2 O в своеобразные полимеры пространственного строения; плоскость, в которой расположены водородные связи, перпендикулярны плоскости атомов той же молекулы H 2 O. Взаимодействием между молекулами воды и объясняются в первую очередь незакономерно высокие температуры её плавления и кипения. Нужно подвести дополнительную энергию, чтобы расшатать, а затем разрушить водородные связи. И энергия эта очень значительна. Вот почему, кстати, так велика теплоёмкость воды.
Какие связи имеет H 2 O?
В молекуле воды имеются две полярные ковалентные связи Н-О.
Они образованы за счёт перекрывания двух одноэлектронных р — облаков атома кислорода и одноэлектронных S — облаков двух атомов водорода.
В молекуле воды атом кислорода имеет четыре электронных пары. Две из них участвуют в образовании ковалентных связей, т.е. являются связывающими. Две другие электронные пары являются не связывающими.
В молекуле имеются четыре полюс зарядов: два — положительные и два — отрицательные. Положительные заряды сосредоточены у атомов водорода, так как кислород электроотрицательнее водорода. Два отрицательных полюса приходятся на две не связывающие электронные пары кислорода.
Подобное представление о строении молекулы позволяет объяснить многие свойства воды, в частности структуру льда. В кристаллической решётке льда каждая из молекул окружена четырьмя другими. В плоскостном изображении это можно представить так:
 |  |
На схеме видно, что связь между молекулами осуществляется посредством атома водорода:
Положительно заряженный атом водорода одной молекулы воды притягивается к отрицательно заряженному атому кислорода другой молекулы воды. Такая связь получила название водородной (её обозначают точками). По прочности водородная связь примерно в 15 — 20 раз слабее ковалентной связи. Поэтому водородная связь легко разрывается, что наблюдается, например, при испарении воды.
Структура жидкой воды напоминает структуру льда. В жидкой воде молекулы также связаны друг с другом посредством водородных связей, однако структура воды менее "жёсткая", чем у льда. Вследствие теплового движения молекул в воде одни водородные связи разрываются, другие образуются.
Физические свойства H 2 O
Вода, H 2 O, жидкость без запаха, вкуса, цвета (в толстых слоях голубоватая); плотность 1 г/см 3 (при 3,98 градусах), t пл =0 градусов, t кип =100 градусов.
Разная бывает вода: жидкая, твёрдая и газообразная.
Вода — это единственное вещество в природе, которое в земных условиях существует во всех трёх агрегатных состояниях:
жидком — вода
твёрдом — лёд
газообразном — пар
Советский учёный В. И. Вернадский писал: "Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могли бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Нет земного вещества — минерала горной породы, живого тела, которое её бы не заключало. Всё земное вещество ею проникнуто и охвачено".
Химические свойства H 2 O
Из химических свойств воды особенно важны способность её молекул дисоциировать (распадаться) на ионы и способность воды растворять вещества разной химической природы. Роль воды, как главного и универсального растворителя определяется прежде всего полярностью её молекул (смещением центров положительных и отрицательных зарядов) и, как следствие, её чрезвычайно высокий диэлектрической проницаемостью. Разноименные электрические заряды, и в частности ионы, притягиваются друг к другу в воде в 80 раз слабее, чем притягивались бы в воздухе. Силы взаимного притяжения между молекулами или атомами погружённого в воду тела также слабее, чем на воздухе. Тепловому движению в этом случае легче разобщить молекулы. Оттого и происходит растворение, в том числе многих трудно растворимых веществ: капля камень точит…
Диссоциация (распадение) молекул воды на ионы:
H 2 O → H + +OH, или 2H 2 O → H 3 O (ион гидроксия) +ОН
в обычных условиях крайне незначительна; диссоциирует в среднем одна молекула из 500000000. При этом надо иметь в виду, что первое из приведённых уравнений сугубо условное: не может существовать в водной среде лишённый электронной оболочки протон Н. Он сразу соединяется с молекулой воды, образуя ион гидроксия H 3 O. Считают даже, что ассоцианты водных молекул в действительности распадаются на значительно более тяжёлые ионы, такие, например, как
8H 2 O → HgO 4 +H 7 O 4 , а реакция H 2 O → H + +OH - - лишь сильно упрощенная схема реального процесса.
Реакционная способность воды сравнительно невелика. Правда, некоторые активные металлы способны вытеснять из неё водород:
2Na+2H 2 O → 2NaOH+H 2 ,
а в атмосфере свободного фтора вода может гореть:
2F 2 +2H 2 O → 4HF+O 2 .
Из подобных же молекулярных ассоциатов соединений молекул состоят и кристаллы обычного льда. "Упаковка" атомов в таком кристалле не ионная, и лёд плохо проводит тепло. Плотность жидкой воды пи температуре близкой к нулю, больше чем у льда. При 0°C 1гр льда занимает объём 1,0905 см 3 , а 1гр жидкой воды — 1,0001 см 3 . И лёд плавает, оттого и не промерзают насквозь водоёмы, а лишь покрываются ледяным покровом. В этом проявляется ещё одна аномалия воды: после плавления она сначала сжимается, а уж потом, на рубеже 4 градусов, при дальнейшем процессе начинает расширятся. При высоких давлениях обычный лёд можно превратить в так называемый лёд — 1, лёд — 2, лёд — 3, и т. д. — более тяжёлые и плотные кристаллические формы этого вещества. Самый твёрдый, плотный и тугоплавкий пока лёд — 7 — полученный при давлении 3 кило Па. Он плавится при 190 градусах.
Круговорот воды в природе
Организм человека пронизан миллионами кровеносных сосудов. Крупные артерии и вены соединяют друг с другом основные органы тела, более мелкие оплетают их со всех сторон, тончайшие капилляры доходят практически до каждой отдельной клетки. Копаете ли вы яму, сидите ли на уроке или блаженно спите, по ним беспрерывно течёт кровь, связывая в единую систему человеческого организма мозг и желудок, почки и печень, глаза и мускулы. Для чего же нужна кровь?
Кровь доносит до каждой клетки вашего тела кислород из лёгких и питательные вещества из желудка. Кровь собирает отходы жизнедеятельности из всех, даже самых укромных уголков организма, освобождая его от углекислого газа и других ненужных, в том числе опасных веществ. Кровь разносит по всему телу особые вещества — гормоны, которые регулируют и согласовывают работу разных органов. Иными словами, кровь соединяет разные части тела в единую систему, в слаженный и работоспособный организм.
Так же кровеносная система есть и у нашей планеты. Кровь Земли — это вода, а кровеносные сосуды — реки, речушки, ручьи и озёра. И это не просто сравнение, художественная метафора. Вода на Земле играет ту же роль, что и кровь в организме человека, и как недавно заметили учёные, структура речной сети очень похожа на структуру кровеносной системы человека. "Возница природы" — так назвал воду великий Леонардо да Винчи именно она, переходя из почвы в растения, из растений в атмосферу, стекая по рекам с материков в океаны и возвращаясь обратно с воздушными потоками, соединяя друг с другом различные компоненты природы, превращая их в единую географическую систему. Вода не просто переходит из одного природного компонента в другой. Как и кровь, она переносит с собой огромное количество химических веществ, экспортируя их из почвы в растения, с суши в озёра и океаны, из атмосферы на землю. Все растения могут потреблять питательные вещества, содержащиеся в почве, только с водой, где они находятся в растворённом состоянии. Если бы не приток воды из почвы в растения, все травы, даже растущие на самых богатых почвах, погибли бы "от голода", уподобившись купцу, умершему от голода на сундуке с золотом. Вода снабжает питательными веществами и обитателей рек, озёр и морей. Ручьи, весело стекающие с полей и лугов во время весеннего таянья снега или после летних дождей, собирают по пути хранящиеся в почве химические вещества и доносят их до жителей водоёмов и моря, связывая тем самым наземные и водные участки нашей планеты. Самый богатый "стол" образуется в тех местах, где несущие питательные вещества реки впадают в озёра и моря. Поэтому такие участки побережий — эстуарии — отличаются буйством подводной жизни. А кто удаляет отходы, образующиеся в результате жизнедеятельности различных географических систем? Опять же вода, причём в должности акселератора она работает намного лучше кровеносной системы человека, которая лишь частично выполняет эту функцию. Особенно важна очистительная роль воды сейчас, когда человек отравляет окружающую среду отходами городов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий. В организме взрослого человека содержится примерно 5-6 кг. крови, большая часть которой беспрерывно циркулирует между разными частями его тела. А сколько воды обслуживает жизнь нашего мира?
Все воды на земле не входящие в состав горных пород, объединяются понятием "гидросфера". Её вес столь велик, что обычно его измеряют не в килограммах или в тоннах, а в кубических километрах. Один кубический километр — это куб с размером каждого ребра в 1 км., постоянно занятого водой. Вес 1 км 3 воды равен 1 млрд. т. На всей земле содержится 1,5 млрд. км 3 воды, что по весу равно примерно 1500000000000000000 тонн! На каждого человека приходится по 1,4 км 3 воды, или по 250 млн. т. Пей, не хочу!
Но к сожалению, всё не так просто. Дело в том, что 94% этого объёма составляют воды мирового океана, не пригодные для большинства хозяйственных целей. Лишь 6% -это воды суши, из которых пресной всего 1/3, т.е. лишь 2% от всего объёма гидросферы. Основная масса этих пресных вод сосредоточена в ледниках. Значительно меньше их содержится под земной поверхностью (в неглубоко расположенных подземных, водных горизонтах, в подземных озёрах, в почвах, а так же в парах атмосферы. На долю рек, из которых в основном и берёт воду человек, приходится совсем мало — 1,2 тыс. км 3 . Совершенно ничтожен общий объём воды, единовременно содержащейся в живых организмах. Так что воды, которую может потреблять человек и другие живые организмы, на нашей планете не так уж и много. Но почему же она не кончается? Ведь люди и животные постоянно пьют воду, растения испаряют её в атмосферу, а реки уносят в океан.
Почему не кончается вода на Земле?
Кровеносная система человека представляет собой замкнутую цепь, по которой беспрерывно течёт кровь, перенося кислород и углекислый газ, питательные вещества и отходы жизнедеятельности. Этот поток никогда не кончается, потому что представляет собой круг или кольцо, а, как известно, "у кольца нет конца". По этому же принципу устроена и водяная сеть нашей планеты. Вода на Земле находится в постоянном круговороте, и убыль её в одном звене сразу же восполняется за счёт поступления из другого. Движущей силой круговорота воды является солнечная энергия и сила тяжести. За счёт круговорота воды все части гидросферы тесно объединены и связывают между собой другие компоненты природы. В самом общем виде круговорот воды на нашей планете выглядит следующим образом. Под действием солнечных лучей вода испаряется с поверхности океана и суши и поступает в атмосферу, причём испарение с поверхности суши осуществляется, как реками и водоёмами, так почвой, растениями. Часть воды сразу возвращается с дождями обратно в океан, а часть переносится ветрами на сушу, где выпадают в виде дождей и снега. Попадая в почву, вода частично впитывается в неё, пополняя запасы почвенной влаги и подземных вод, частично стекает по поверхности в реки и водоёмы почвенная влага частично переходит в растения, которые испаряют её в атмосферу, и частично стекает в реки, только с меньшей скоростью. Реки, питающиеся водой из поверхностных ручьёв и подземных вод, несут воду в Мировой океан, восполняя её убыль. Вода испаряется с его поверхности, снова оказывается в атмосфере, и круговорот замыкается. Такое же движение воды между всеми компонентами природы и всеми участками земной поверхности происходит постоянно и беспрерывно в течение многих миллионов лет.
Надо сказать, что круговорот воды не полностью замкнут. Часть её, попадая в верхние слои атмосферы, разлагается под действием солнечных лучей и уходит в космос. Но эти незначительные потери постоянно восполняются за счёт поступления воды из глубинных слоёв земли при вулканических извержениях. За счёт этого объём гидросферы постепенно увеличивается. по некоторым расчётам 4 млрд. лет назад объём её составлял 20 млн. км 3 , т.е. был в семь тысяч раз меньше современного. В будущем количество воды на Земле, по-видимому, так же будет возрастать, если учесть, что объём воды в мантии Земли оценивается в 20 млрд. км 3 — это в 15 раз больше современного объёма гидросферы. Сравнивая объём воды в отдельных частях гидросферы с притоком воды в них и соседних звеньев круговорота, можно определить активность водообмена, т.е. время, за которое может полностью обновиться объём воды в Мировом океане, в атмосфере или почве. Медленнее всего обновляются воды в полярных ледниках (один раз за 8 тыс. лет). А быстрее всего обновляется речная вода, которая во всех реках на Земле полностью меняется за 11 дней.
Водный голод планеты
"Земля — планета поразительной голубизны"! — восторженно докладывали возвращавшиеся из далёкого Космоса после высадки на Луну американские астронавты. Да и могла ли наша планета выглядеть по-другому, если более 2/3 её поверхности занимают моря и океаны, ледники и озёра, реки, пруды и водохранилища. Но тогда, что означает явление, название которого вынесено в заголовках? Какой же "голод" может быть, если на Земле такое изобилие водоёмов? Да, воды на Земле более чем достаточно. Но нельзя забывать и о том, что жизнь на планете Земля, как считают учёные, впервые появилась в воде, а лишь потом вышли на сушу. Свою зависимость от воды организмы сохранили в ходе эволюции в течение многих миллионов лет. Вода — главный "строительный материал", из которого состоит их тело. В этом легко убедиться, проанализировав цифры следующие таблицы:
Последнее число этой таблицы свидетельствует о том, что в человеке весом 70 кг. содержится 50 кг. воды! Но ещё больше её в человеческом зародыше: в трёхдневном — 97%, в трёхмесячном — 91%, в восьмимесячном — 81%.
Проблема "водного голода" состоит в необходимости недержания определённого количества воды в организме, так как идёт постоянная потеря влаги в ходе различных физиологических процессов. Для нормального существования в условиях умеренного климата человеку необходимо получать с питьём и пищей около 3,5 литров воды в сутки, в пустыне это норма возрастает, как минимум до 7,5 литров. Без пищи человек может существовать около сорока дней, а без воды гораздо меньше — 8 дней. По данным специальных медицинских экспериментов при потере влаги в размере 6-8 % от веса тела человек впадает в полуобморочное состояние, при потере 10% - начинаются галлюцинации, при 12% человек уже не может восстанавливаться без специальной медицинской помощи, а при потере 20% наступает неизбежная смерть. Многие животные хорошо приспосабливаются к недостатку влаги. Наиболее известный и яркий пример этого — "корабль пустыни", верблюд. Он может весьма долго жить в жаркой пустыни, не потребляя питьевой воды и теряя без ущерба для своей работоспособности до 30% первоначального веса. Так, в одном из специальных испытаний верблюд за 8 дней работал под палящим летним солнцем потеряв 100 кг. из 450 кг. своего начального веса. А когда его подвели к воде, он выпил 103 литра и восстановил свой вес. Установлено, что до 40 литров влаги верблюд может получить путём преобразования жира накопленного в его горбу. Совершенно не употребляют питьевую воду такие пустынные животные, как тушканчики и кенгуровые крысы, - им хватает влаги, которую они получают с пищей, и воды, образующейся в их организме при окислении собственного жира, так же как у верблюдов. Ещё больше воды потребляют для своего роста и развития растения. Качан капусты "выпивает" за сутки более одного литра воды, одно дерево в среднем — более 200 литров воды. Конечно, это довольно приблизительная цифра — разные породы деревьев в разных природных условиях расходуют весьма и весьма различное количество влаги. Так растущий в пустыне саксаул тратит минимальное количество влаги, а эвкалипт, в который в некоторых местах называют "дерево-насос", пропускает через себя огромное количество воды, и по этой причине его насаждения используют для осушения болот. Так превратили в процветающую территорию заболоченные малярийные земли Колхидской низменности.
Уже сейчас около 10% населения нашей планеты испытывают недостаток в чистой воде. А если учесть, что 800 млн. дворов в сельской местности, где живёт около 25% всего человечества, не имеет водопровода, то проблема "водного голода" приобретает поистине глобальный характер. Особенно остра она в развивающихся странах, где плохой водой пользуется примерно 90% населения. Недостаток чистой воды становится одним из важнейших факторов, ограничивающих прогрессивное развитие человечества.
Приобретаемые вопросы об охране водных ресурсов
Вода применяется во всех областях хозяйственной деятельности человека. Практически невозможно назвать какой-либо производственный процесс, в котором не использовалась бы вода. В связи с бурным развитием промышленности, ростом населения городов расход воды увеличивается. Первостепенное значение приобретают вопросы охраны водных ресурсов и источников от истощения, а так же от загрязнения сточными водами. Всем известно, какой ущерб наносят сточные воды обитателям водоёмов. Ещё страшней для человека и всего живого на Земле появление в речных водах ядохимикатов, смываемых с полей. Так наличие в воде 2,1 части пестицида (эндрина) на миллиард частей воды достаточно для гибели всех находящихся в ней рыб. Огромную угрозу для человечества представляют сбрасываемые в реки неочищенные стоки населенных пунктов. Эта проблема решается путём сознания таких технологических процессов, в которых отработанная вода не сбрасывается в водоёмы, а после очистки снова возвращается в технологический процесс.
В настоящее время уделяется огромное внимание охране окружающей среды и в частности естественных водоёмов. Учитывая значение этой проблемы, у нас в стране не принимают закон об охране и рациональном использовании природных ресурсов. Конституция гласит: "Граждане России обязаны беречь природу, охранять её богатства".
Виды воды
Бромная вода — насыщенный раствор Br 2 в воде (3,5% по массе Br 2). Бромовая вода — окислитель, бромирующий агент в аналитической химии.
Аммиачная вода — образуется при контакте сырого коксового газа с водой, который концентрируется вследствие охлаждения газа или специально впрыскивается в него для вымывания NH3. В обоих случаях получают так называемую слабую, или скрубберную, аммиачную воду. Дистилляцией этой аммиачной воды с водяным паром и последующей дефлегмацией и конденсацией получают концентрированную аммиачную воду (18 — 20% NH 3 по массе), которую используют в производстве соды, как жидкое удобрение и др.
| # 7732 · 15-11-2018 в 17:18 МСК · ip адрес записан · · | |
спасибо, для доклада пойдёт) | |