Строение молекулы воды


 

 

 

Вода - драгоценный дар природы, котрую академик Карпинский назвал живой кровью, которая создает жизнь там, где ее не было.

 

«Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов» (В.И.Вернадский).

 

Формула воды - Н2О (предложена в 1805 г Гумбольдтом и Гей-Люсаком), т.е. состоит из 1 атома кислорода и 2-х атомов водорода.

 

1). Молекула воды асимметрична, образует равнобедренный треугольник.

2). Молекула воды обладает полярностью, поэтому является электрическим диполем.

3). Молекулярная структура воды: вода находится в трех состояниях и осуществляет фазовые переходы.

Гидроль (пар) - состоит из одиночных молекул Н2О, поэтому водородные связи не реализуются; (Н2О)

Дигидроль (жидкость) - строение как у льда, а пустоты заполнены одиночными молекулами; (2Н2О) Тригидроль (лёд) - упорядоченное строение, гексагональная система с прочными водородными связями, имеет наибольший объем. (3Н2О)

4) Водородные связи в 10 раз прочнее, чем связи межмолекулярного взаимодействия.

5) В 1932 г. Юри и Осборн открыли, что водород и кислород имеют природные изотопы, т.е. вода имеет переменный изотопный состав и

атомы вещества с разной молекулярной массой. -

Н=1 – Н20 - протий - «легкая, живая вода», талая вода;

Н=2 - D2O - дейтерий - «тяжелая, мертвая вода», содержащая соли тяжелых металлов;

Н=3 - Т2О - тритий - «сверхтяжелая вода», образующаяся при термоядерных реакциях.

Химически чистая вода состоит по весу из 11,19% водорода и 88,81 % кислорода.

Физические свойства воды

1). Молекулы воды осуществляют переходы из одного состояния в другое (фазовые переходы). Переходы сопровождаются выделением или поглощением энергии (скрытая теплота парообразования).

Испарение - из жидкости в пар - поглощение тепла.

Конденсация - из пара в жидкость - выделение тепла.

Замерзание - из жидкости в лед - выделение тепла.

Таяние - из льда в жидкость - поглощение тепла.

Возгонка - из льда в пар (испарение с поверхности льда)- поглощение тепла.

Сублимация - из пара в лед (конденсация в твердую фазу), например, иней - выделение тепла. При увеличении температуры воды скрытая теплота парообразования уменьшается.

 

2). При нормальном давлении температура плавления льда и замерзания воды равна 0°С. При повышении давления лед плавится при отрицательных температурах.

 

3). С увеличением солености понижается температура замерзания воды. Следует помнить, что при увеличении солености на 10%о температура замерзания воды понижается на 0,54°С.

 

4). Плотность воды в твердом состоянии меньше, чем в жидком. Следовательно, лед образуется на поверхности водоемов и не опускается на дно.

5). В диапазоне температуры воды от 0 до 4°С плотность воды не уменьшается, а увеличивается. Это аномальное свойство воды, вследствие которого образуется лед и водоемы не промерзают, потому что при температуре воды менее 4°С пресная вода становится менее плотной.

 

6). Аномальное изменение плотности приводит к аномальному изменению объёма воды. С увеличением температуры от 0 до 4°С объём химически чистой воды уменьшается; лишь при дальнейшем увеличении температуры объём увеличивается.

Объём льда всегда больше объема воды. Примеры в природе - морозное выветривание, образование наледей, бугров бучения и т.д.

 

7). Высокая удельная теплоемкость воды (ср). ср при 15°С = 4190 Дж/кгС0.

ср минимальна при температуре равной 33°, увеличивается при увеличении и уменьшении температуры. Высокая ср и очень высокая удельная температура плавления и испарения, что ведет к регулированию тепловых процессов на всей планете.

 

8). Очень малая теплопроводность. При понижении температуры и давления понижается и теплопроводность. С понижением температуры и понижением плотности уменьшается теплопроводность. Поэтому происходит медленный нагрев и охлаждение водной массы. Проявляется это свойство в том, что снег предохраняет почву от промерзания, а лед - водоемы от промерзания.

 

9). Вязкость воды невелика, поэтому вода подвижна. При увеличении температуры вязкость уменьшается, поэтому в холодное время года вязкость воды больше, чем в теплое.

 

10). Очень высокое поверхностное натяжение. Поэтому происходит:

• размыв фунтов водой;

• очень большая разрушительная деятельность дождевых капель;

• перемещение воды по порам и капиллярам в земной коре.

 

11). Свет частично поглощается и преломляется, поэтому проникает лишь на небольшую глубину. Именно здесь протекает фотосинтез.

 

12). Вода хорошо проводит звук (в 4-5 раз больше, чем в воздухе). Скорость звука увеличивается при повышении температуры воды, солености и давления.

 

13). Низкая электропроводность, которая увеличивается при повышении минерализации количества ионов хлора и калия.

Химические свойства воды

1). Вода - слабый электролит.

 

2). Вода - универсальный растворитель. В зависимости от размера частиц образуются чистые и коллоидные

растворы.

Природные воды содержат 45 главных химических элементов. Все вещества, входящие в состав воды делятся на 6 групп:

• Растворимые газы (О2, N2, СО2, ионы Н). Растворимость зависит от их природы, давления, температуры и минерализации.

• Главнейшие ионы. Их восемь: четыре положительных (катионы) и четыре отрицательных (анионы).

Катионы - Na, Ca, Mg, К;

Анионы - С1 (хлорит), SO4 (сульфат), СО(карбонат), НСО3 (гидрокарбонат).

• Биогенные вещества - N2, P, Si;

• Микроэлементы - Вr, Сu, В и т.д.; тяжелые металлы - Li, Ba, Fe, Ni, Zn, Co, Pb, Hg, Ra;

• Органические вещества - углеводороды, белки, липиды, гуминовые вещества идр.;

• Загрязнители - нефтепродукты, ядохимикаты, удобрения, ПАВ, Pb, Hg, Zn.

Совокупность проявления химических и некоторых физических свойств определяет качество воды.



Реклама