Вода - прозрачная жидкость, не имеющая цвета (в малом объёме) и запаха. Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды. В твёрдом состоянии называется льдом или снегом, а в газообразном - водяным паром. Около 71% поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озера, реки, лёд на полюсах).
Свойства воды - это совокупность физических, химических, биохимических,
органолептических, физико-химических и других свойств воды.
Вода - оксид водорода - одно из наиболее распространенных и важных веществ.
Поверхность Земли, занятая водой, в 2,5 раза больше поверхности суши. Чистой
воды в природе нет, - она всегда содержит примеси. Получают чистую воду методом
перегонки. Перегнанная вода называется дистиллированной. Состав воды (по массе):
11,19 % водорода и 88,81 % кислорода.
Чистая вода прозрачна, не имеет запаха и вкуса. Наибольшую плотность она имеет при 0° С (1 г/см 3). Плотность льда меньше плотности жидкой воды, поэтому лед всплывает на поверхность. Вода замерзает при 0° С и кипит при 100° С при давлении 101 325 Па. Она плохо проводит теплоту и очень плохо проводит электричество. Вода - хороший растворитель. Молекула воды имеет угловую форму атомы водорода по отношению к кислороду образуют угол, равный 104,5°. Поэтому молекула воды - диполь: та часть молекулы, где находится водород, заряжена положительно, а часть, где находится кислород, - отрицательно. Благодаря полярности молекул воды электролиты в ней диссоциируют на ионы.
В жидкой воде наряду с обычными молекулами Н20 содержатся ассоциированные молекулы, т. е. соединенные в более сложные агрегаты (Н2О)x благодаря образованию водородных связей. Наличием водородных связей между молекулами воды объясняются аномалии ее физических свойств: максимальная плотность при 4° С, высокая температура кипения (в ряду Н20-Н2S - Н2Sе) аномально высокая теплоемкость . С повышением температуры водородные связи разрываются, и полный разрыв наступает при переходе воды в пар.
Вода - весьма реакционноспособное вещество. При обычных условиях она
взаимодействует со многими основными и кислотными оксидами, а также со щелочными
и щелочно-земельными металлами. Вода образует многочисленные соединения -
кристаллогидраты.
Очевидно, соединения, связывающие воду, могут служить в качестве осушителей. Из
других осушающих веществ можно указать Р205, СаО, ВаО, металлический Ма (они
тоже химически взаимодействуют с водой), а также силикагель. К важным химическим
свойствам воды относится ее способность вступать в реакции гидролитического
разложения.
Химические свойства воды обусловлены ее составом. Вода на 88,81% состоит из кислорода, и только на 11,19% – из водорода. Как мы упоминали выше, вода замерзает при нуле градусов Цельсия, а вот закипает – при ста. Дистиллированная вода имеет очень низкую концентрацию положительно заряженных ионов гидроксония НО и Н3О+ (всего 0,1 мкмоль/л), поэтому ее можно назвать отличным изолятором. Однако свойства воды в природе не были бы реализованы правильно, если бы она не была хорошим растворителем. Молекула воды очень мала по размеру. Когда в воду попадает другое вещество, его положительные ионы притягиваются атомами кислорода, составляющими молекулу воды, а отрицательные – атомами водорода. Вода как бы окружает со всех сторон растворенные в ней химические элементы. Поэтому, в воде почти всегда содержатся различные вещества, в частности, соли металлов, обеспечивающие проведение электрического тока.
Физические свойства воды «подарили» нам такие явления, как парниковый эффект и микроволновая печь. Около 60% парникового эффекта создает водяной пар, который отлично поглощает инфракрасные лучи. При этом показатель оптического преломления воды n=1,33. Кроме того, вода поглощает и микроволны, благодаря высокому дипольному моменту ее молекул. Эти свойства воды в природе и натолкнули ученых на мысли об изобретении микроволновой печи.
Неизмеримо велика роль воды в природе и жизни человека. Можно сказать, что все живое состоит из воды и органических веществ. Она - активнейший участник формирования физической и химической среды, климата и погоды. При этом она влияет и на экономику, промышленность, сельское хозяйство, транспорт и энергетику.
Без пищи мы можем прожить несколько недель, а без воды - лишь 2-3 дня. Для обеспечения нормального существования человек должен вводить в организм воды примерно в 2 раза больше по весу, чем питательных веществ. Потеря организмом человека более 10% воды может привести к смерти. В среднем в организме растений и животных содержится более 50% воды, в теле медузы ее до 96%, в водорослях 95-99%, в спорах и семенах от 7 до 15%. В почве находится не менее 20% воды, в организме же человека вода составляет около 65%. Разные части человеческого организма содержат неодинаковое количество воды: стекловидное тело глаза состоит из воды на 99%, в крови ее содержится 83, в жировой ткани 29, в скелете 22 и даже в зубной эмали 0,2%. В течение всей своей жизни человек теряет воду из организма, и его биоэнергетический потенциал уменьшается. В шестинедельном человеческом эмбрионе содержание воды составляет до 97%, у новорождённого - 80%, у взрослого - 60-70%, а в организме пожилого человека - лишь 50-60%.
Вода абсолютна необходима для всех ключевых систем жизнеобеспечения человека.
Вода и содержащиеся в ней вещества становятся средой питания и поставляют живым
организмам необходимые для жизни микроэлементы. Она содержится в крови (79%) и
способствует переносом по кровеносной системе в растворённом состоянии тысяч
необходимых веществ и элементов (геохимический состав воды близок к составу
крови животных и человека.).
В лимфе, которая осуществляет обмен веществ между кровью и тканями живого
организма вода составляет 98%.
Вода сильнее других жидкостей проявляет свойства универсального растворителя.
Через определённое время она может растворить почти любое твёрдое вещество.
Такая всеобъемлющая роль воды обусловлена её уникальными свойствами.
В последнее время усилия исследователей сосредоточены на форсированном изучении процессов, протекающих на границе раздела фаз. Оказалось, что вода в граничных слоях обладает многими интересными свойствами, которые не проявляются в объемной фазе. Эта информация крайне необходима для решения ряда важных практических задач. Примером может служить создание принципиально новой элементной базы микроэлектроники, где дальнейшая.миниатюризация схем будет основана на принципе самоорганизации макромолекул на водной поверхности. Развитая поверхность также характерна для биологических систем, что обусловлено важностью поверхностных явлений для их функционирования. Практически всегда существенное влияние на характер процессов, происходящих в приповерхностной области, оказывает присутствие воды. В свою очередь под влиянием поверхности кардинально изменяются свойства самой воды, и воду у границы необходимо рассматривать как принципиально новый физический объект исследования. Весьма вероятно, что изучение молекулярно-статистических свойств воды вблизи поверхности, которое, по существу, только начинается, даст возможность эффективно управлять многими физическими и химическими процессами.
В последнее время возрос интерес к исследованиям свойств воды на микроскопическом уровне. Так, для понимания многих вопросов физики поверхностных явлений необходимо знать свойства воды на границе раздела фаз. Отсутствие строгих представлений о структуре воды, об организации воды на молекулярном уровне приводит к тому, что при изучении свойств водных растворов как в объемной фазе, так и в капиллярных системах вода часто рассматривается как бесструктурная среда. Однако известно, что свойства воды в граничных слоях могут заметно отличаться от объемных. Поэтому, рассматривая воду как бесструктурную жидкость, мы теряем уникальную информацию о свойствах граничных слоев, которые, как оказывается, во многом определяют природу процессов, протекающих в тонких порах. Например, ионная селективность ацетатцеллюлозных мембран объясняется особой молекулярной организацией воды в порах, которая, в частности, нашла свое отражение в концепции «нерастворяющего объема». Дальнейшее развитие теории, учитывающей специфику межмолекулярных взаимодействий, лежащих в основе селективного мембранного транспорта, будет способствовать более полному пониманию мембранного опреснения растворов. Это позволит дать обоснованные рекомендации для улучшения эффективности технологических процессов опреснения воды. Отсюда вытекают важность и необходимость исследований свойств жидкости в пограничных слоях, в частности вблизи поверхности твердого тела.
Октябрь 02, 2012
Вода — не только самое распространенное, но и самое удивительное вещество в природе. Данное утверждение основывается на присущих ей физических химических и уникальных свойствах, обеспечивающих то исключительное положение, которое она занимает в биосфере.
Ученые в результате многочисленных научных экспериментов доказали, что именно воде принадлежит ведущая роль в эволюции геологических процессов и зарождении жизни на планете. Огромное количество воды в связанном состоянии присутствует в недрах Земли, в частности в некоторых минералах и горных породах. Основные ее запасы сосредоточены в мантии земной коры — около 15 млрд. км³.
Вода в свободном состоянии содержится в жидких средах нашего организма — крови, лимфе, пищеварительных соках и межклеточном пространстве. В тканях она присутствует в связанном виде, поэтому при повреждении или рассечении органа не выводится. Вода является основной средой организма человека, в которой осуществляется все виды обмена веществ и протекают ферментативные биохимические реакции.
Вода (окись водорода, H2O) — соединение водорода с кислородом, устойчивое в обычных условиях. Эта жидкость не обладает ни цветом, ни запахом, ни вкусом. Голубоватый цвет она имеет только в слоях большой толщины, например в океанах и морях. Молекулярная масса воды (18,016 а.е.м.) распределяется следующим образом: водород — 11,9%, кислород — 88,81%.
Свойства воды определяются особенностями ее строения. Молекула воды имеет 3 ядра, составляющие равнобедренный треугольник. В его основании находятся протоны водорода, а на вершине — атом кислорода.
Электроны в молекуле воды располагаются таким образом, что образуют по 2 парных полюса противоположных зарядов: атомы водорода создают 2 положительных полюса, а атомы кислорода — 2 отрицательных.
Высокая полярность молекулы воды позволяет атомам кислорода притягивать атомы водорода соседних молекул и образовывать по 4 водородные связи, что четко прослеживается в кристаллах льда. Структура последних имеет гексагональную решетку, в которой находится множество пустот. При плавлении льда соседние молекулы Н2О заполняют пустоты, что приводит к повышению плотности. Дальнейшее нагревание усиливает движение молекул. Происходит расширение пустот и уменьшение плотности.
Вода в природе существует в жидком, твердом (лед) и газообразном (пар) состоянии. При переходе из твердой формы в жидкую плотность молекулы воды вопреки ожидаемому эффекту возрастает, а не уменьшается. Максимума плотность воды достигает при 4℃, когда вес единицы объема воды превышает тот же показатель при 0℃. При дальнейшем нагревании плотность воды уменьшается. В случае снижения температуры вода медленно опускается на дно, а на ее поверхности образуется лед. Так как его плотность ниже, он поднимается вверх, но за его нижней чертой всегда находится вода.
Еще одно уникальное свойство воды — высокая теплоемкость. Она имеет наибольшую теплоемкость среди всех жидкостей. Этим объясняется медленное остывание воды в течение осени и длительное нагревание в весенний период. Данное свойство воды связано с другой ее функцией — регуляцией температуры на планете.
Ученые установили, что теплоемкость воды снижается при нагревании от 0 до 37℃, а далее этот параметр, напротив, возрастает. Следовательно, самая оптимальная температура, при которой вода быстро нагревается и охлаждается, составляет 37℃, что почти соответствует нормальной температуре тела человека. Объяснения данному факту пока нет, но связь с терморегуляцией человеческого организма очевидна. Предполагается, что в этом состоит защитная функция воды, которая направлена на устранения воздействия высокой температуры.
В зависимости от происхождения, молекулярного состава или особенностей применения выделяются основные и особые типы воды. К первым относятся подземные и сточные воды, талая, пресная, морская, минеральная, тяжелая, легкая, дистиллированная, дождевая вода и др. А особые типы воды окружены ореолом таинственности и обусловлены наличием каких-либо уникальных свойств. Речь идет о святой и структурированной, живой и мертвой воде.
поистине удивительны. Само это соединение не имеет аналогов, ведь вода – это оксид водорода.
Вода никогда не бывает абсолютно чистой – в ней обязательно содержатся примеси других химических веществ. Чаще всего, это металлы или их соединения. Поэтому мы привыкли полагать, что вода хорошо проводит электрический ток. На самом же деле электропроводность воды напрямую зависит от ее чистоты. Абсолютно чистую воду можно получить в лаборатории. Этот процесс называется дистилляцией. Дистиллированная вода не имеет ни вкуса, ни запаха, и совсем не проводит ток.
Физико-химические свойства воды не только интересны, но еще и очень важны для обеспечения нормальной жизнедеятельности всего живого на Земле. Мы неоднократно слышали фразу: вода – колыбель жизни. Между тем, она является не только колыбелью, но и природным терморегулятором. Обладая поразительно высокой теплоемкостью (4,1868 кДж/кг), вода медленно остывает и медленно нагревается. Поэтому переходы от зимы к лету, от ночи ко дню для всего живого проходят мягче. На этом удивительные свойства воды в природе не заканчиваются. Вместо того чтобы терять плотность при переходе из твердого состояния в жидкое, вода наоборот ее набирает. Наибольшую плотность вода имеет при температуре от 0 до 4 градусов по Цельсию. Как известно, при нуле вода замерзает. Но, возможно, вы не слышали, что вода имеет самое высокое поверхностное натяжение. По этому показателю она уступает лишь ртути. Так вот, представьте себе: если бы вы падали плашмя с высоты 10 метров, то лучше, если бы под вами был лед, а не только что растаявшая вода.
Химические свойства воды обусловлены ее составом. Вода на 88,81% состоит из кислорода, и только на 11,19% – из водорода. Как мы упоминали выше, вода замерзает при нуле градусов Цельсия, а вот закипает – при ста. Дистиллированная вода имеет очень низкую концентрацию положительно заряженных ионов гидроксония НО и Н3О+ (всего 0,1 мкмоль/л), поэтому ее можно назвать отличным изолятором. Однако свойства воды в природе не были бы реализованы правильно, если бы она не была хорошим растворителем. Молекула воды очень мала по размеру. Когда в воду попадает другое вещество, его положительные ионы притягиваются атомами кислорода, составляющими молекулу воды, а отрицательные – атомами водорода. Вода как бы окружает со всех сторон растворенные в ней химические элементы. Поэтому, в воде почти всегда содержатся различные вещества, в частности, соли металлов, обеспечивающие проведение электрического тока.
Физические свойства воды «подарили» нам такие явления, как парниковый эффект и микроволновая печь. Около 60% парникового эффекта создает водяной пар, который отлично поглощает инфракрасные лучи. При этом показатель оптического преломления воды n=1,33. Кроме того, вода поглощает и микроволны, благодаря высокому дипольному моменту ее молекул. Эти свойства воды в природе и натолкнули ученых на мысли об изобретении микроволновой печи.
Если Вы не сильны в физике или химии, но у Вас есть большое желание разобраться в этих нелегких науках, то всегда есть возможность нанять репетитора. Ведь в наш век информационных технологий сделать это можно не вставая со стула, так как репетиторы теперь доступны и в сети интернет. Надо просто зайти на нужный сайт и выбрать себе подходящего преподавателя.
Вода -- единственное вещество природы, которое в земных условиях существует в трех агрегатных состояниях -- твердом, жидком, газообразном. Температуры кипения и плавления взяты за опорные точки температурной шкалы Цельсия. Это 0 °С - температура плавления льда, и 100 °С - температура кипения воды.
Плотность воды -1 г/см. Плотность льда - 0,92 г/см. Лед, плавая на воде, спасает водоемы от вымерзания в зимнее время. В 1793 году французский химик Антуан Лавуазье доказал, что вода это химическое соединение водорода с кислородом -- оксид водорода.
Молекула воды имеет угловатую форму: атомы водорода по отношению кислороду образуют угол, равный 104,5˚. Поэтому молекула воды - диполь: та часть молекулы, где находится водород, заряжена положительно, а та часть, где находится кислород, - отрицательно. Благодаря полярности молекул воды электролиты в ней диссоциируют на ионы.
В жидкой воде наряду с обычными молекулами Н2О содержатся ассоциированные молекулы, т. е. соединенные в более сложные агрегаты, благодаря образованию водородных связей. Наличием водородных связей между молекулами воды объясняются аномалии ее физических свойств: максимальная плотность при 4˚ С, высокая температура кипения, аномально высокая теплоемкость. С повышением температуры водородные связи разрываются, и полный разрыв их наступает при переходе воды в пар.
Универсальная структура воды обеспечивает ей возможность переходить из одного агрегатного состояния в другое. Это осуществляется при таянии, испарении, кипении, конденсации, замерзании.
Свойства воды
Физические свойства:
Вода - прозрачная жидкость, не имеющая ни запаха, ни вкуса. Масса 1 мл чистой воды принята за одну единицу массы и называется граммом. Малая теплопроводность воды и большая теплоемкость объясняет ее использование в качестве теплоносителя. Из-за высокой теплоемкости она в зимнее время долго остывает, а летом медленно нагревается, являясь, таким образом, естественным регулятором температуры на земном шаре. Особые свойства воды, отличающие ее от других тел, называют аномалиями воды:
- При нагревание воды от 0°С до 4°С вода уменьшается в объеме, достигая максимальной плотности 1г/мл.
- Вода при замерзании расширяется, а не сжимается, как все другие тела, плотность ее при этом уменьшается./14,15/
- Температура замерзания воды с увеличением давления понижается, а не повышается, как следовало ожидать.
- Вследствие дипольного момента вода обладает большой растворяющей и диссоциирующей способностью, чем другие жидкости.
- Вода обладает самым большим поверхностным натяжением после ртути. Поверхностное натяжение и плотность определяют высоту, на которую может подняться жидкость в капиллярной системе при фильтрации через простые преграды.
Значение воды в природе
Вода - важнейший минерал на Земле, который нельзя заменить никаким другим веществом. Она составляет большую часть любых организмов, как растительных, так и животных, в частности, у человека на её долю приходится 60-80% массы тела. Вода является средой обитания многих организмов определяет климат и изменения погоды, способствует очищению атмосферы от вредных веществ, растворяет, выщелачивает горные породы и минералы и транспортирует их из одних мест в другие.
Вода насыщает атмосферу кислородом.
Вода - причина эволюции на Земле. Круговорот воды - это сложный процесс, состоящий из нескольких основных звеньев: испарения, переноса водяных паров воздушными потоками, выпадения осадков, поверхностного и подземного стока вода попадает в океан. Это не только важный момент возникновения жизни на планете, но и необходимое условие устойчивого функционирования биосферы.
Виды загрязнений вод
Водоём или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или наземного водного стока, разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ - загрязнителей, ухудшающих качество воды. Загрязнения, поступающие в водную среду, классифицируют по-разному, в зависимости от подходов, критериев и задач. Так обычно выделяют химическое, физическое и биологическое загрязнения.
В нашей стране имеются специальные институты, систематически ведущие контроль за качеством воды. Разработаны комитетом стандартов нормы состава питьевой и промышленной воды.
Жесткость воды
Жёсткость воды -- совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочно-земельных металлов, главным образом, кальция и магния. Жёсткость природных вод может варьироваться в довольно широких пределах и в течение года непостоянна. Увеличивается жёсткость из-за испарения воды, уменьшается в сезон дождей, а также в период таяния снега и льда.
«Память» воды
После обработки природной воды в магнитном поле изменяются многие ее физико-химические свойства. И аналогичные изменения в свойствах воды происходят не только при воздействии на нее магнитного поля, но и под влиянием ряда других физических факторов - звуковых сигналов, электрических полей, температурных изменений, радиации, турбулентности и т.д. Каков же может быть механизм подобных воздействий?
Обычно жидкости, как, впрочем, и газы, характеризуются хаотичным расположением в них молекул. Но не такова природа «самой удивительной жидкости». Рентгеновский анализ структуры воды показал, что жидкая вода ближе по своей структуре к твердым телам, а не к газам, поскольку в размещении молекул воды явно прослеживалась некоторая регулярность, характерная для твердых тел. При этом ученые выяснили, что у воды, полученной, к примеру, в результате таяния льда, и у воды, полученной путем конденсации пара, структура порядка молекул будет различная, а значит будут различными некоторые ее свойства. Опыт показывает, что на живые организмы благотворное влияние оказывает именно талая вода.
Структурные различия воды сохраняются в течение определенного времени, что позволило ученым говорить о загадочном механизме «памяти» этой удивительной жидкости. Не вызывает сомнение тот факт, что вода некоторое время «помнит» осуществленное на нее физическое воздействие, и эта «записанная» в воде информация оказывает влияние на живые организмы, в том числе на человека. И вовсе не удивительно, что человеку, как и любому другому организму, вовсе небезразлично то, какие внешние воздействия были запечатлены в «памяти» той воды, которую он пьет.
Вода записывает информацию, передаваемую ей нашими мыслями, чувствами и словами.
Мы несем ответственность за то, что передаем пространству.
Раньше существвовало старинное поверье: хорошо поить скот грозовой водой. Да и для посевов летний дождик с грозой поистине живителен. Отличается такая вода от обычной, прежде всего, большим количеством заряженных положительных и отрицательных частиц, которые положительно влияют на протекание самых различных биологических процессов.
Итак, вода способна сохранять в своей «памяти» разнообразные физические воздействия, а так же может быть «хранительницей» и духовных воздействий. Вспомним обряды освящения воды на Крещение. Вода, над которой прочитали молитву, наверное не зря, считается особой.
