Водата (водороден оксид) е прозрачна течност, която няма цвят (в малък обем), мирис и вкус. Химична формула: H2O. В твърдо състояние се нарича лед или сняг, а в газообразно състояние се нарича водна пара. Около 71% от повърхността на Земята е покрита с вода (океани, морета, езера, реки, лед на полюсите).

Той е добър силно полярен разтворител. В естествени условия винаги съдържа разтворени вещества (соли, газове). Водата е от ключово значение за създаването и поддържането на живота на Земята, за химическия строеж на живите организми, за формирането на климата и времето.

Почти 70% от повърхността на нашата планета е заета от океани и морета. Твърда вода - сняг и лед - покрива 20% от сушата. От общото количество вода на Земята, равно на 1 милиард 386 милиона кубически километра, 1 милиард 338 милиона кубически километра се падат на солените води на Световния океан и само 35 милиона кубически километра се падат на дела на пресните води. Общото количество океанска вода би било достатъчно, за да покрие земното кълбо със слой от повече от 2,5 километра. На всеки жител на Земята има приблизително 0,33 кубически километра морска вода и 0,008 кубически километра прясна вода. Но трудността е, че по-голямата част от прясната вода на Земята е в състояние, което затруднява достъпа на хората. Почти 70% от прясната вода се съдържа в ледените покривки на полярните страни и в планинските ледници, 30% е в подземни водоносни хоризонти и само 0,006% от прясната вода се съдържа едновременно в каналите на всички реки. В междузвездното пространство са открити водни молекули. Водата е част от кометите, повечето планети от Слънчевата система и техните спътници.

Съставът на водата (по маса): 11,19% водород и 88,81% кислород. Чистата вода е бистра, без мирис и вкус. Има най-висока плътност при 0°C (1 g/cm3). Плътността на леда е по-малка от плътността на течната вода, така че ледът изплува на повърхността. Водата замръзва при 0°C и кипи при 100°C при налягане 101 325 Pa. Той е лош проводник на топлина и много лош проводник на електричество. Водата е добър разтворител. Молекулата на водата има ъглова форма, водородните атоми образуват ъгъл от 104,5 ° спрямо кислорода. Следователно водната молекула е дипол: тази част от молекулата, където се намира водородът, е положително заредена, а частта, където се намира кислородът, е отрицателно заредена. Поради полярността на водните молекули, електролитите в нея се дисоциират на йони.

В течната вода, заедно с обикновените молекули H20, има свързани молекули, т.е. комбинирани в по-сложни агрегати (H2O)x поради образуването на водородни връзки. Наличието на водородни връзки между водните молекули обяснява аномалиите на неговите физични свойства: максимална плътност при 4 ° C, висока точка на кипене (в серията H20-H2S - H2Se) аномално висок топлинен капацитет. С повишаването на температурата водородните връзки се разкъсват и пълното разкъсване настъпва, когато водата се превърне в пара.

Водата е силно реактивоспособно вещество. При нормални условия той взаимодейства с много основни и киселинни оксиди, както и с алкални и алкалоземни метали. Водата образува множество съединения - кристални хидрати.

Очевидно съединенията, свързващи водата, могат да служат като десиканти. Други изсушаващи агенти включват P205, CaO, BaO, метален Ma (те също химически взаимодействат с вода) и силикагел. Важно химично свойство на водата е нейната способност да влиза в реакции на хидролитично разлагане.

Физични свойства на водата.

Водата има редица необичайни свойства:

1. Когато ледът се топи, неговата плътност се увеличава (от 0,9 до 1 g/cm³). За почти всички други вещества плътността намалява при стопяване.

2. При нагряване от 0 °C до 4 °C (по-точно 3,98 °C) водата се свива. Съответно, докато се охлажда, плътността намалява. Благодарение на това рибите могат да живеят в замръзващи водоеми: когато температурата падне под 4 ° C, по-студената вода, като по-малко плътна, остава на повърхността и замръзва, а под леда остава положителна температура.

3. Висока температура и специфична топлина на топене (0 °C и 333,55 kJ/kg), точка на кипене (100 °C) и специфична топлина на изпарение (2250 kJ/kg), в сравнение с водородни съединения с подобно молекулно тегло.

4. Висока топлинна мощност на течната вода.

5. Висок вискозитет.

6. Високо повърхностно напрежение.

7. Отрицателен електрически потенциал на водната повърхност.

Всички тези характеристики са свързани с наличието на водородни връзки. Поради голямата разлика в електроотрицателността на водородните и кислородните атоми, електронните облаци са силно изместени към кислорода. Поради това, както и поради факта, че водородният йон (протон) няма вътрешни електронни слоеве и има малки размери, той може да проникне в електронната обвивка на отрицателно поляризиран атом на съседна молекула. Поради това всеки кислороден атом се привлича към водородните атоми на други молекули и обратно. Определена роля играе протонообменното взаимодействие между и вътре във водните молекули. Всяка водна молекула може да участва в максимум четири водородни връзки: 2 водородни атома - всеки в една, и кислороден атом - в две; в това състояние молекулите са в леден кристал. Когато ледът се топи, някои от връзките се разкъсват, което позволява на водните молекули да бъдат опаковани по-плътно; когато водата се нагрява, връзките продължават да се разрушават и нейната плътност се увеличава, но при температури над 4 ° C този ефект става по-слаб от топлинното разширение. Изпарението разрушава всички останали връзки. Разкъсването на връзките изисква много енергия, оттук и високата температура и специфичната топлина на топене и кипене и високият топлинен капацитет. Вискозитетът на водата се дължи на факта, че водородните връзки пречат на водните молекули да се движат с различни скорости.

По подобни причини водата е добър разтворител за полярни вещества. Всяка молекула на разтвореното вещество е заобиколена от водни молекули и положително заредените части на молекулата на разтвореното вещество привличат кислородни атоми, а отрицателно заредените части привличат водородни атоми. Тъй като водната молекула е малка, много водни молекули могат да обграждат всяка молекула на разтвореното вещество.

Това свойство на водата се използва от живите същества. В живата клетка и в междуклетъчното пространство разтворите на различни вещества във вода взаимодействат. Водата е необходима за живота на всички едноклетъчни и многоклетъчни живи същества на Земята без изключение.

Чистата (без примеси) вода е добър изолатор. При нормални условия водата е слабо дисоциирана и концентрацията на протони (по-точно хидрониеви йони H3O+) и хидроксидни йони HO− е 0,1 µmol/L. Но тъй като водата е добър разтворител, някои соли почти винаги са разтворени в нея, тоест във водата присъстват положителни и отрицателни йони. В резултат на това водата провежда електричество. Електрическата проводимост на водата може да се използва за определяне на нейната чистота.

Водата има коефициент на пречупване n=1,33 в оптичния диапазон. Въпреки това, той силно абсорбира инфрачервеното лъчение и следователно водната пара е основният естествен парников газ, отговорен за повече от 60% от парниковия ефект. Поради големия диполен момент на молекулите, водата поглъща и микровълнова радиация, на която се основава принципът на микровълновата фурна.

агрегатни състояния.

1. Според състоянието те разграничават:

2. Твърдо - лед

3. Течност - вода

4. Газообразни - водни пари

Фиг.1 "Видове снежинки"

При атмосферно налягане водата замръзва (превръща се в лед) при 0°C и кипи (превръща се във водна пара) при 100°C. Когато налягането намалява, точката на топене на водата бавно се повишава и точката на кипене пада. При налягане от 611,73 Pa (около 0,006 atm) точките на кипене и топене съвпадат и стават равни на 0,01 ° C. Това налягане и температура се наричат ​​тройна точка на водата. При по-ниско налягане водата не може да бъде в течно състояние и ледът се превръща директно в пара. Температурата на сублимация на леда намалява с намаляване на налягането.

С увеличаване на налягането температурата на кипене на водата се увеличава, плътността на водните пари при точката на кипене също се увеличава и течната вода намалява. При температура от 374 °C (647 K) и налягане от 22,064 MPa (218 atm), водата преминава критичната точка. В този момент плътността и другите свойства на течната и газообразната вода са еднакви. При по-високо налягане няма разлика между течна вода и водна пара, следователно няма кипене или изпарение.

Възможни са и метастабилни състояния - пренаситена пара, прегрята течност, преохладена течност. Тези състояния могат да съществуват дълго време, но са нестабилни и при контакт с по-стабилна фаза настъпва преход. Например, не е трудно да се получи свръхохладена течност чрез охлаждане на чиста вода в чист съд под 0 ° C, но когато се появи център на кристализация, течната вода бързо се превръща в лед.

Изотопни модификации на водата.

Както кислородът, така и водородът имат естествени и изкуствени изотопи. В зависимост от вида на изотопите, включени в молекулата, се разграничават следните видове вода:

1. Лека вода (само вода).

2. Тежка вода (деутерий).

3. Свръхтежка вода (тритий).

Химични свойства на водата.

Водата е най-често срещаният разтворител на Земята, определящ до голяма степен природата на земната химия като наука. По-голямата част от химията, в началото си като наука, започва именно като химия на водни разтвори на вещества. Понякога се разглежда като амфолит - едновременно киселина и основа (катион Н + анион ОН-). При липса на чужди вещества във водата, концентрацията на хидроксидни йони и водородни йони (или хидрониеви йони) е една и съща, pKa ≈ прибл. 16.

Водата е лека прозрачна течност, безцветна в малки количества и придобиваща синкаво-зеленикав цвят в дебелината си. Ледът също е прозрачен, тъй като неговият коефициент на поглъщане на светлина във видимата част на спектъра е практически нулев, но това не се отнася за ултравиолетовата и инфрачервената област. На чиповете на големи блокове ледник и речен лед той, подобно на водата, има сини и зеленикави нюанси.

Свойствата на водата оставиха своя отпечатък върху системата от физически константи и мерни единици: точката на замръзване на водата - приема се топенето на лед

за 0 0 C и точката на кипене на водата за 100 0 C (и двете при атмосферно налягане от около 1013 mbar или hPa = 759,8 mm Hg). Обемна единица

в метричната система се избира от условието, че един кубичен метър вода при температура 3,98 0 C има маса 1000 kg.

Всяка водна молекула има два водородни атома и две несподелени електронни двойки и по този начин може да образува четири водородни връзки. Последните се извършват с участието на водороден атом, разположен или между молекулите, или между атомите в молекулата:

Ще възприемаме водата като асоциация от молекули, обединени от водородни връзки. И ако течната вода съдържа отделни асоциати на своите молекули, тогава подобно подреждане на молекулите е характерно и за леда,

но подредеността вече се простира върху цялата система като цяло, което,

в крайна сметка води до образуването на характерната тетраедрична структура на леда. С други думи, ледените кристали са изцяло изградени само от една водородна връзка. Структурата на леда образно се нарича "много ажурна", тъй като молекулите в нея са опаковани по-малко плътно, отколкото в течната вода.

В сравнение с други вещества, водата се характеризира с най-висок специфичен топлинен капацитет, който при температура 15 ° C е

4190 J/(kg*K).

Топлинната проводимост на водата е много ниска, но водата има много висока латентна топлина на топене и изпарение. За да се превърне 1 kg лед във вода (латентна топлина на топене), е необходимо да се изразходват 330 000 J / kg, а когато 1 kg вода се изпари (латентна топлина на изпарение), се изразходват 2260 J. Тези свойства на водата са важни за топлинния баланс на Земята.

Когато водата замръзне, тя се разширява с 9%

към оригиналния обем.

От всички течности, с изключение на живака, водата има най-голямо повърхностно напрежение.

Друго забележително свойство на водата е способността да разтваря много вещества. Особено разтворими във вода са тези химични съединения, които могат да образуват водородни връзки с нея. В ежедневните си дейности ние сме свикнали да считаме вещества като алкохол, бензин, етер и много други за добри разтворители, които наистина разтварят мазнините и много органични вещества като цяло, но например солите не се разтварят в тях. Но последните се разтварят добре във вода, т.к. той има изключително висока диелектрична константа и неговите молекули са склонни да се свързват с йони, превръщайки ги в хидратирани йони, което води до стабилизирането им в разтвор. Добрата разтворимост на различни соли във вода е много важна за много природни процеси.

Край на работата -

Тази тема принадлежи на:

Обща хидрология

Университет.

Ако имате нужда от допълнителен материал по тази тема или не сте намерили това, което търсите, препоръчваме да използвате търсенето в нашата база данни с произведения:

Какво ще правим с получения материал:

Ако този материал се оказа полезен за вас, можете да го запазите на страницата си в социалните мрежи:

туит

Всички теми в този раздел:

Науката хидрология и нейната връзка с други науки
Водите на планетата образуват хидросферата - прекъсната водна обвивка, разположена на повърхността и в дебелината на земната кора, включително океани, морета, земни повърхностни води

Методи за изследване в хидрологията
Основните методи на изследване на съвременната хидрология са: 1) полеви, 2) експериментални и 3) теоретични. Теренните проучвания включват

Вода на земята. Водни ресурси
Водата съществува на Земята в много различно състояние, в зависимост от местата на нейната концентрация. Основната му маса се съдържа в следните три макроструктурни елемента на планетата: В m

Водни обекти. Кръговратът на водата в природата. вътрешноконтинентален цикъл на влага
В хидрологията се разграничават три групи водни тела: резервоари, потоци и специални водни тела. Резервоарите са водни тела в падини на земната повърхност.

вътрешноконтинентален цикъл на влага
Валежите, падащи върху всяко парче земя, се състоят от "външни" и "вътрешни" - образувани в резултат на изпарение от определена област. "Вътрешните" валежи са изпарение

Водосбор на река. Морфометрична характеристика на водосбора
Водосборният басейн е част от земната повърхност, както и слой от почви, от които водата се влива в река, речна система или езеро, ограничена от повърхностен вододел и под

Воден баланс на речния басейн. Елементи на водния баланс
Реките се захранват от течни валежи (дъждовно захранване), вода, образувана в резултат на топенето на снега на повърхността на водосбора (снежно захранване), топене на високопланински ледници

Валежи. Прихващане на валежите от растителност
Валежите са един от най-важните компоненти на хидрологичния цикъл. Те се образуват от кондензацията на водни пари в атмосферата. В зависимост от формираните метеорологични условия

Изпарение
В резултат на процеса на изпарение част от атмосферните валежи, които са пристигнали на повърхността на земята, напускат водосборния басейн под формата на водна пара. Изпарението става от водната повърхност

Речен отток. Фактори за формиране на оттока във водосбора
Оттокът в хидрологията е движението на водата над повърхността на земята, както и в дебелината на почвите и скалите в процеса на нейната циркулация в природата. Формирането на оттока във водосбора е сложен многостранен процес

Основни характеристики на водния отток. Фази на водния режим. хидрограф на оттока
Воден поток - количеството вода, преминаващо през живия участък на канала за единица време.

Ниво на водата. Режим на ниво
Ниво на водата - височината на водната повърхност над условната равнина за сравнение, наречена "нула на графиката", H, [cm], виж Фигура 5. Нивото на водата се измерва в точки

Краткосрочни, годишни и дългосрочни колебания на водните нива
Краткосрочните колебания на водното ниво включват: вълни (в устните зони), наводнения (душ), дневни колебания (с дневна регулация на ВЕЦ - вълни на изпускания и в

Връзка на повърхностни и подземни води
В резултат на процеса на филтриране водата от повърхността прониква в дебелината на почвата и земята и образува подземен отток. В подземните хоризонти водата присъства в три агрегатни състояния: под формата на вода

Река и речна система
Съвкупността от всички водни обекти на определена територия се нарича хидрографска мрежа на тази територия. В рамките на хидрографската мрежа на речния басейн,

Скоростта на водния поток в речните корита
Движението на водата в речните легла се извършва под въздействието на гравитацията. Дебитът зависи от наклона, количеството вода в канала и грапавостта на подлежащата повърхност.

Топлинен баланс на речния басейн. Топлинен и леден режим на реките
Топлинен баланс на речния басейн. , (18) където

Режим на оттичане на утайки. Хидрохимичен режим на реките
Твърдите частици, които образуват речен нанос, навлизат в речните корита в резултат на ерозионни процеси на повърхността на водосборния басейн и речното русло. Интензивността на процеса на ерозия на водосборната повърхност за

Хидрохимичен състав на речните води
Речните води, като правило, имат относително ниска минерализация и се класифицират като сладки води. Формирането на химичния състав на речните води се определя като естествено, климатично

Морски естуарни зони
Устието на реката е специален физико-географски обект, разположен при вливането на голяма река в морето, в който протичат специфични естуарни процеси. Те се дължат на

физически процеси
А. Водна динамика. Динамично взаимодействие на водите на реката и приемащия резервоар, включително образуването на конюгация на реката и резервоара под формата на хидравличен обрат или рецесия; сплескан

Б. Ледено-термични процеси в устния участък на реката, в резервоарите на делтата и на морския бряг на устието
Б. Динамика на седимента в устния участък на реката и в близост до устието. D. Ерозионно-акумулативни (морфологични процеси, включително образуването на

Основни морфометрични характеристики на езерото
Дължина (L, m) - най-късото разстояние между двете най-отдалечени точки на бреговата линия на езерото, измерено по повърхността му. В зависимост от формата на езерото

Водният баланс на езерото. Режим на нивото на водата в езерата
Уравнението на водния баланс на езерото в общ вид: , (25) където

Нивелен режим на езерата
Дългосрочните колебания на водата в езерото зависят от климатичните фактори. Сезонните колебания се определят главно от притока на вода, както канална, така и разпределена (особено по време на снеготопенето).

Топлинен баланс на езерата и термичен режим
Процесите на топлообмен на водата с атмосферата протичат най-интензивно в най-горните слоеве на езерото. Топлообменът в дълбочина се осъществява както при директното проникване на слънчева енергия във водата

Блата. Видове блата и техния режим
Блатото е естествено образувание, което представлява подгизнала зона от земната повърхност със слой торф и специфични форми на растителност, които са се приспособили към условията

Ледници. Определение. Образование, видове, структура. Движение на ледниците. Хранене на ледниците. Баланс на ледената маса. Въздействие върху речния поток
Маса от естествен фирн и лед, образувана в резултат на натрупването и трансформацията на твърди атмосферни валежи, разположена главно на сушата, съществуваща дълго време и притежаваща

Видове ледници
Разпределете покривка, планинска покривка и планински ледници. Сред ледените покривки се разграничават ледени покривки и куполи, изходящи ледници и ледени рафтове. Разпръснати са по целия етаж

Структурата на ледниците
Земният ледник може да бъде разделен на две части, горната част е областта на хранене (натрупване), а долната част е областта на аблация. Линията, разделяща тези зони, се нарича

Опасни хидроложки явления
проблем. Природните бедствия съществуват само защото човек често живее и работи на места, които са сцена на развитие на опасни хидрологични явления, понякога

пробивни наводнения
Големи наклони и промени в надморската височина, особено при слаба стабилност на склона, активност на ледникови явления и сеизмични въздействия, понякога водят до блокиране на реките от естествени язовири,

Вълнови бедствия
Ако се подхлъзнете и паднете във ваната си, ще разлеете половината вода на пода. И какво се случва, ако във водоема падне срутище, свлачище, кален поток? Последствията може да са много различни, но всички

Кални потоци
проблем. Калните потоци са едно от най-опасните и широко разпространени хидроложки явления в планинските страни и изобщо в света на високите склонове. Проблемът с калните потоци непрекъснато се изпробва

Кални центрове
Източникът на кален поток е морфологична формация, способна да концентрира оттока, съдържаща PSM (потенциален кален масив) и имаща достатъчен наклон за развитие на свличане или транспортно свличане

Калосборни райони и водосборни райони на кални центрове
Калният басейн е кратко наименование за басейн, съдържащ повърхности, образуващи оттичане, и способен да образува нановоден кален поток. Обикновено това са повърхностни водосбори.

География на калните потоци
Многобройни скалисти кални потоци по южния склон на планината Рушан, лесно видими от магистралата Памир, чакат в продължение на десетки и стотици години поради слабите възможности за валежи в региона.

Свлачища, снежни лавини, снежни потоци
Свлачища , Планинското свлачище е масив от рохкава кластична скала, силно наситена с вода, движеща се надолу по склона. Образува се, когато силата на срязване надвишава силата на задържане или по време на сейс

Кални потоци върху ледници
Геналдонски катастрофи , По време на катастрофални измествания и срутвания на ледници понякога се наблюдава отделяне на част от ледниковата маса, придружено от смачкване на лед, изхвърляне на вътрешни ледници

Водата е прозрачна течност, безцветна (в малък обем) и без мирис. Водата е от ключово значение за създаването и поддържането на живота на Земята, за химическия строеж на живите организми, за формирането на климата и времето. В твърдо състояние се нарича лед или сняг, а в газообразно състояние се нарича водна пара. Около 71% от повърхността на Земята е покрита с вода (океани, морета, езера, реки, лед на полюсите).

Свойствата на водата са комбинация от физични, химични, биохимични, органолептични, физикохимични и други свойства на водата.
Водата - водородният оксид - е едно от най-често срещаните и важни вещества. Повърхността на Земята, заета от вода, е 2,5 пъти по-голяма от повърхността на сушата. В природата няма чиста вода - тя винаги съдържа примеси. Чистата вода се получава чрез дестилация. Дестилираната вода се нарича дестилирана. Съставът на водата (по маса): 11,19% водород и 88,81% кислород.

Чистата вода е бистра, без мирис и вкус. Има най-висока плътност при 0 ° C (1 g / cm 3). Плътността на леда е по-малка от плътността на течната вода, така че ледът изплува на повърхността. Водата замръзва при 0°C и кипи при 100°C при налягане 101 325 Pa. Той е лош проводник на топлина и много лош проводник на електричество. Водата е добър разтворител. Молекулата на водата има ъглова форма, водородните атоми образуват ъгъл от 104,5 ° спрямо кислорода. Следователно водната молекула е дипол: тази част от молекулата, където се намира водородът, е положително заредена, а частта, където се намира кислородът, е отрицателно заредена. Поради полярността на водните молекули, електролитите в нея се дисоциират на йони.

В течната вода, заедно с обикновените молекули H20, има свързани молекули, т.е. комбинирани в по-сложни агрегати (H2O)x поради образуването на водородни връзки. Наличието на водородни връзки между водните молекули обяснява аномалиите на неговите физични свойства: максимална плътност при 4 ° C, висока точка на кипене (в серията H20-H2S - H2Se) аномално висок топлинен капацитет. С повишаването на температурата водородните връзки се разкъсват и пълното разкъсване настъпва, когато водата се превърне в пара.

Водата е силно реактивоспособно вещество. При нормални условия той взаимодейства с много основни и киселинни оксиди, както и с алкални и алкалоземни метали. Водата образува множество съединения - кристални хидрати.
Очевидно съединенията, свързващи водата, могат да служат като десиканти. Други изсушаващи агенти включват P205, CaO, BaO, метален Ma (те също химически взаимодействат с вода) и силикагел. Важно химично свойство на водата е нейната способност да влиза в реакции на хидролитично разлагане.

Химичните свойства на водата се определят от нейния състав. Водата е 88,81% кислород и само 11,19% водород. Както споменахме по-горе, водата замръзва при нула градуса по Целзий, но кипи при сто. Дестилираната вода има много ниска концентрация на положително заредени хидрониеви йони HO и H3O+ (само 0,1 µmol/l), така че може да се нарече отличен изолатор. Свойствата на водата в природата обаче не биха се реализирали правилно, ако тя не беше добър разтворител. Водната молекула е много малка по размер. Когато друго вещество навлезе във водата, неговите положителни йони се привличат от кислородните атоми, които изграждат водната молекула, а отрицателните йони се привличат от водородните атоми. Водата, така да се каже, заобикаля от всички страни разтворените в нея химически елементи. Следователно водата почти винаги съдържа различни вещества, по-специално метални соли, които осигуряват провеждането на електрически ток.

Физическите свойства на водата ни "дадоха" такива явления като парниковия ефект и микровълновата печка. Около 60% от парниковия ефект се създава от водни пари, които перфектно абсорбират инфрачервените лъчи. В този случай оптичният индекс на пречупване на водата n=1,33. Освен това водата абсорбира и микровълните поради високия диполен момент на нейните молекули. Тези свойства на водата в природата накараха учените да се замислят за изобретяването на микровълновата печка.

Ролята на водата в природата и човешкия живот е неизмеримо голяма. Можем да кажем, че всички живи същества се състоят от вода и органични вещества. Тя е активен участник във формирането на физико-химическата среда, климата и времето. В същото време това засяга и икономиката, индустрията, селското стопанство, транспорта и енергетиката.

Без храна можем да живеем няколко седмици, но без вода - само 2-3 дни. За да осигури нормално съществуване, човек трябва да въведе в тялото около 2 пъти повече вода от теглото си, отколкото хранителни вещества. Загубата на повече от 10% вода от човешкото тяло може да доведе до смърт. Средно тялото на растенията и животните съдържа повече от 50% вода, в тялото на медуза до 96%, във водораслите 95-99%, в спорите и семената от 7 до 15%. Почвата съдържа поне 20% вода, докато човешкото тяло съдържа около 65% вода. Различните части на човешкото тяло съдържат различно количество вода: стъкловидното тяло на окото се състои от 99% вода, 83% от нея се съдържа в кръвта, 29% в мастната тъкан, 22% в скелета и дори 0,2% % в зъбния емайл. През целия си живот човек губи вода от тялото, биоенергийният му потенциал намалява. В шестседмичния човешки ембрион съдържанието на вода е до 97%, при новороденото - 80%, при възрастен - 60-70%, а в тялото на възрастен човек - само 50-60%.

Водата е абсолютно необходима за всички ключови човешки животоподдържащи системи. Водата и съдържащите се в нея вещества се превръщат в хранителна среда и доставят на живите организми необходимите за живота микроелементи. Съдържа се в кръвта (79%) и подпомага преноса на хиляди основни вещества и елементи през кръвоносната система в разтворено състояние (геохимичният състав на водата е близък до състава на кръвта на животните и хората.).
В лимфата, която извършва обмяната на вещества между кръвта и тъканите на живия организъм, водата е 98%.
Водата, повече от другите течности, проявява свойствата на универсален разтворител. След определено време той може да разтвори почти всяко твърдо вещество.
Такава всеобхватна роля на водата се дължи на нейните уникални свойства.

Напоследък усилията на изследователите са насочени към ускорено изследване на процесите, протичащи на фазовата граница. Оказа се, че водата в граничните слоеве има много интересни свойства, които не се проявяват в насипната фаза. Тази информация е от съществено значение за решаването на редица важни практически проблеми. Пример за това е създаването на принципно нова елементна база на микроелектрониката, при която по-нататъшната миниатюризация на схемите ще се основава на принципа на самоорганизацията на макромолекулите върху водната повърхност. Развитата повърхност също е характерна за биологичните системи, поради значението на повърхностните явления за тяхното функциониране. Почти винаги наличието на вода оказва значително влияние върху естеството на процесите, протичащи в приповърхностната област. От своя страна, под въздействието на повърхността, свойствата на самата вода се променят радикално и водата в близост до границата трябва да се разглежда като принципно нов физически обект на изследване. Много е вероятно изследването на молекулярно-статистическите свойства на водата в близост до повърхността, което по същество едва започва, ще позволи ефективно да се контролират много физични и химични процеси.

Напоследък има повишен интерес към изучаването на свойствата на водата на микроскопично ниво. Следователно, за да се разберат много аспекти на физиката на повърхностните явления, е необходимо да се познават свойствата на водата на фазовата граница. Липсата на строги представи за структурата на водата, за организацията на водата на молекулярно ниво води до факта, че когато се изучават свойствата на водните разтвори както в обемната фаза, така и в капилярните системи, водата често се разглежда като безструктурна среда . Известно е обаче, че свойствата на водата в граничните слоеве могат значително да се различават от тези в обема. Следователно, разглеждайки водата като безструктурна течност, ние губим уникална информация за свойствата на граничните слоеве, които, както се оказва, до голяма степен определят характера на процесите, протичащи в тънките пори. Например, йонната селективност на мембраните от целулозен ацетат се обяснява със специалната молекулярна организация на водата в порите, което по-специално се отразява в концепцията за "неразтварящ се обем". По-нататъшното развитие на теорията, която отчита спецификата на междумолекулните взаимодействия, лежащи в основата на селективния мембранен транспорт, ще допринесе за по-пълното разбиране на мембранното обезсоляване на разтвори. Това ще даде възможност да се дадат разумни препоръки за подобряване на ефективността на процесите на обезсоляване на водата. Това предполага значението и необходимостта от изучаване на свойствата на течностите в граничните слоеве, по-специално в близост до повърхността на твърдо тяло.



Водата ни заобикаля всеки ден и навсякъде – дори тези, които са прекарали целия си живот в пустинята Сахара. Свойствата на водата често остават невидими за нас. И това въпреки факта, че структурата и свойствата на водата са от голямо значение за целия живот на нашата планета. Ние сме свикнали да приемаме водата за даденост, която може да бъде получена при първа заявка с просто движение на дръжката на крана. Докато уникалните свойства на водата са отговорът на много въпроси за нашия свят, въпреки че в същото време поставят много въпроси пред изследователите.

Основни свойства на водата

Въпросът какви са основните свойства на водата може да се разгледа от различни ъгли. Факт е, че физичните и химичните свойства на водата са еднакво важни и определят особеното значение и роля на това вещество в нашия свят. Физичните и химичните свойства на водата се определят от нейната специална структура. Всеки знае, че водната молекула се състои от два водородни атома и кислороден атом. Но още от този прост факт започват аномалните свойства на водата: тъй като всички други водородни съединения при нормални условия имат газообразно агрегатно състояние, докато водата е течна. Освен това водата може да бъде в три агрегатни състояния (газообразно, течно, твърдо) и доста лесно да преминава от едно в друго.

Необичайните свойства на обикновената вода се дължат на факта, че водородните атоми са свързани с кислородния атом под строго определен ъгъл и не променят позицията си. В резултат на това се образуват силни междуатомни връзки, които бързо се фиксират при понижаване на температурата. Това обяснява защо разликата между нормалната температура на водата и нейната точка на замръзване е много по-малка, отколкото между "средната" температура и точката на кипене. При замръзване не се изразходва енергия за разрушаване на междуатомните връзки, така че молекулите бързо образуват подредени структури и се превръщат в ледени кристали. За да премине в газообразно състояние, тези много силни връзки във водните молекули трябва да се разрушат - затова, за да заври, водата трябва да се нагрява по-дълго с изразходване на голямо количество топлинна енергия.

Характеристиките на молекулярната структура на водата дават отговор на въпроса защо е толкова голямо значението на водата за живите организми и като цяло за съществуването на живота. Тъй като единствената известна в момента форма на живот във Вселената , земен, не може да съществува без вода. Биологичните свойства на водата са такива, че нейните молекули са по-малки в сравнение с молекулите на други вещества. Може би първият отговор на въпроса какви свойства има водата трябва да бъде „способността да се разтваря“. Разтварянето във вода не е нищо повече от обграждане на молекулата на веществото от всички страни от водни молекули. Водата е среда, извън която жива клетка не може да възникне, съществува и да се развива. Защото за живота на клетката е необходимо взаимодействието на различни вещества, което се осигурява именно от информационните свойства на водата, която е способна да носи молекули на други вещества. Така че ролята на водата в живите организми е изключително проста – нито един жив организъм не би съществувал без вода.

Физични свойства на водата

Основните физични свойства на водата зависят основно от фактори на околната среда като налягане и температура. Топлинната среда като цяло е изключително важна за водата: пребиваването и преминаването към различни агрегатни състояния на водата са свързани с температурата. Интересни свойства на водата са, по-специално, че абсолютно чиста, тоест без примеси и разтворени вещества, водата може да бъде в така наречените метастабилни състояния. Например, топлинните свойства на водата позволяват на чистата вода да не замръзва до температури под "минус 30" градуса по Целзий или да остане в течно състояние, нагрявайки се до 200 градуса по Целзий. Такива метастабилни състояния обаче са изключително нестабилни, освен това абсолютно чиста вода практически никога не се среща в естествени условия. Така че изчисляването на топлофизичните свойства на водата се извършва, с изключение на специални случаи, въз основа на стандартни граници - 0 градуса като точка на замръзване, 100 градуса като точка на кипене.

Разбира се, термофизичните свойства на водата далеч не са единствените характеристики на това уникално вещество. Има таблица на физичните свойства на водата, която съдържа подробна информация за нея. Например можете да научите, че специалните свойства на водата я правят добър изолатор, тоест тя провежда електричество много лошо. Но ние говорим за абсолютно чиста вода - обикновената вода, в която има много различни разтворени вещества, е добър електропроводник. Освен това таблицата съдържа показатели като например скоростта на звука, която във вода при температура 20 градуса е 1482,7 метра в секунда (за сравнение, скоростта на звука във въздуха е 331 метра в секунда).

Химични свойства на водата

Основното химично свойство на водата е способността й да бъде разтворител. Киселинните свойства на водата се изучават активно, тъй като водата, колкото и неочаквано да изглежда, е киселина. В химическата наука киселината се счита за вещество, способно да отделя водородни катиони по време на химическо взаимодействие. Водата е способна на това, поради което окислителните свойства на водата са толкова важни. Но затова пък водата е уникално вещество, което освен окислителни има и редуциращи свойства.

Трябва да се припомни, че в биохимията редокс реакциите се наричат ​​такива химични взаимодействия, по време на които се добавят или даряват електрони, което води до промяна в електрическия потенциал на веществата. Кислородът е активен окислител, тоест вещество, което улавя електродите; водородът е универсален редуциращ агент, който доброволно се отказва от водородите. Така се оказва, че водата, състояща се от кислород и водород, може да бъде както окислител, така и редуциращ агент - оттук и редокс свойствата на водата. Водната среда може да бъде окислителна, отнемайки електрони от други вещества - това положение е типично за повечето ситуации с вода на повърхността. Водата може да бъде редокс, при условие че съдържа определени примеси. И накрая, той може да бъде и редуцираща среда, което е типично за подпочвените води, наситени с метали.

Водата - едно от най-удивителните съединения на Земята - отдавна учудва изследователите с необичайността на много от нейните физически свойства:

1) Неизчерпаемост като вещество и природен ресурс; ако всички други ресурси на земята бъдат унищожени или разсеяни, тогава водата, така да се каже, излиза от това, приемайки различни форми или състояния: в допълнение към течни, твърди и газообразни. Това е единственото вещество и ресурс от този тип. Това свойство осигурява вездесъщността на водата, тя прониква в цялата географска обвивка на Земята и извършва разнообразна работа в нея.

2) Разширението, присъщо само на него по време на втвърдяване (замръзване) и намаляване на обема по време на топене (преход към течно състояние).

3) Максималната плътност при температура от +4 ° C и свързаните с това много важни свойства за естествени и биологични процеси, например, изключването на дълбоко замръзване на водни тела. По правило максималната плътност на физическите тела се наблюдава при температурата на втвърдяване. Максималната плътност на дестилираната вода се наблюдава при необичайни условия - при температура 3,98-4 ° C (или закръглено +4 ° C), т.е. при температура над точката на втвърдяване (замръзване). Когато температурата на водата се отклони от 4 °C в двете посоки, плътността на водата намалява.

4) При топене (топене) ледът плува на повърхността на водата (за разлика от други течности).

5) Аномална промяна в плътността на водата води до същата аномална промяна в обема на водата при нагряване: с повишаване на температурата от 0 до 4 ° C обемът на нагрятата вода намалява и само с по-нататъшно увеличение започва увеличавам. Ако с понижаване на температурата и по време на прехода от течно към твърдо състояние плътността и обемът на водата се променят по същия начин, както се случва с по-голямата част от веществата, тогава, когато наближи зимата, повърхностните слоеве на естествените водата ще се охлади до 0°C и ще потъне на дъното, освобождавайки място.по-топли слоеве, и така ще продължи, докато цялата маса на резервоара не придобие температура от 0°C. Освен това водата ще започне да замръзва, получените ледени късове ще потънат на дъното и резервоарът ще замръзне до цялата си дълбочина. В същото време много форми на живот във водата биха били невъзможни. Но тъй като водата достига най-високата си плътност при 4 °C, движението на нейните слоеве, причинено от охлаждането, завършва, когато се достигне тази температура. При по-нататъшно понижаване на температурата охладеният слой, който има по-ниска плътност, остава на повърхността, замръзва и по този начин предпазва долните слоеве от по-нататъшно охлаждане и замръзване.

6) Преходът на водата от едно състояние в друго е придружен от разходи (изпаряване, топене) или освобождаване (кондензация, замръзване) на съответното количество топлина. Необходими са 677 cal, за да се стопи 1 g лед, и 80 cal по-малко, за да се изпари 1 g вода. Високата латентна топлина на топенето на леда осигурява бавно топене на снега и леда.

7) Способността за относително лесно преминаване в газообразно състояние (изпаряване) не само при положителни, но и при отрицателни температури. В последния случай се получава изпарение, заобикаляйки течната фаза - от твърдото вещество (лед, сняг) веднага в парната фаза. Това явление се нарича сублимация.

8) Ако сравним точките на кипене и замръзване на хидриди, образувани от елементи от шестата група на периодичната таблица (селен H 2 Se, телур H 2 Te) и вода (H 2 O), тогава по аналогия с тях, кипенето точката на водата трябва да бъде около 60 ° C, а точката на замръзване е под 100 ° C. Но дори и тук се проявяват аномалните свойства на водата - при нормално налягане от 1 атм. Водата кипи при +100°C и замръзва при 0°C.

9) От голямо значение за живота на природата е фактът, че водата има аномално висок топлинен капацитет, 3000 пъти по-голям от въздуха. Това означава, че когато 1 m 3 вода се охлади с 1 0 C, 3000 m 3 въздух се загряват със същото количество. Следователно, като натрупва топлина, океанът има омекотяващ ефект върху климата на крайбрежните райони.

10) Водата абсорбира топлина по време на изпаряване и топене, освобождавайки я по време на кондензация от пара и замръзване.

11) Способността на водата в диспергирани среди, например във фино порести почви или биологични структури, да премине в свързано или диспергирано състояние. В тези случаи свойствата на водата (нейната подвижност, плътност, точка на замръзване, повърхностно напрежение и други параметри), които са изключително важни за процесите в природните и биологични системи, се променят много.

12) Водата е универсален разтворител, следователно не само в природата, но и в лабораторни условия няма идеално чиста вода поради причината, че тя е в състояние да разтвори всеки съд, в който е затворена. Има предположение, че повърхностното напрежение на идеално чистата вода би било такова, че да може да се пързаля по нея. Способността на водата да се разтваря осигурява преноса на вещества в географска обвивка, стои в основата на обмена на вещества между организмите и околната среда и е в основата на храненето.

13) От всички течности (с изключение на живака) водата има най-високо повърхностно налягане и повърхностно напрежение: \u003d 75 10 -7 J / cm 2 (глицерин - 65, амоняк - 42, а всички останали - под 30 10 -7 J / cm 2). Поради това капка вода има тенденция да приеме формата на топка и когато влезе в контакт с твърди частици, тя намокря повърхността на повечето от тях. Ето защо той може да се издигне нагоре по капилярите на скалите и растенията, осигурявайки образуването на почвата и храненето на растенията.

14) Водата има висока термична стабилност. Водната пара започва да се разлага на водород и кислород едва при температури над 1000 °C.

15) Химически чистата вода е много лош проводник на електричество. Поради ниската свиваемост звуковите и ултразвуковите вълни се разпространяват добре във водата.

16) Свойствата на водата се променят значително под въздействието на налягане и температура. Така че, с увеличаване на налягането, точката на кипене на водата се повишава, а точката на замръзване, напротив, намалява. С повишаването на температурата повърхностното напрежение, плътността и вискозитетът на водата намаляват, а електрическата проводимост и скоростта на звука във водата се увеличават.

Аномалните свойства на водата взети заедно, показващи нейната изключително висока устойчивост на външни фактори, се дължат на наличието на допълнителни сили между молекулите, наречени водородни връзки. Същността на водородната връзка е, че водороден йон, свързан с някакъв йон на друг елемент, е в състояние да привлече електростатично йон на същия елемент от друга молекула. Молекулата на водата има ъглова структура: ядрата, включени в нейния състав, образуват равнобедрен триъгълник, в основата на който има два протона, а на върха е ядрото на кислородния атом (Фигура 2.2).

Фигура 2.2 - Структурата на водната молекула

От 10-те електрони (5 двойки), присъстващи в молекулата, една двойка (вътрешни електрони) се намира близо до кислородното ядро, а от останалите 4 двойки електрони (външни) една двойка е социализирана между всеки от протоните и кислорода ядро, докато 2 двойки остават неопределени и са насочени към противоположните върхове на тетраедъра от протоните. По този начин в една водна молекула има 4 зарядови полюса, разположени във върховете на тетраедъра: 2 отрицателни, създадени от излишък на електронна плътност в местата на несподелени двойки електрони, и 2 положителни, създадени от дефицита му в местоположението на протоните.

В резултат водната молекула се оказва електрически дипол. Положителният полюс на една водна молекула привлича отрицателния полюс на друга водна молекула. Резултатът е агрегати (или асоциации на молекули) от две, три или повече молекули (Фигура 2.3).

Фигура 2.3 - Образуване на свързани молекули от водни диполи:

1 - монохидрол Н 2 О; 2 - дихидрол (H 2 O) 2; 3 - трихидрол (H 2 O) 3

Следователно във водата присъстват едновременно единични, двойни и тройни молекули. Съдържанието им варира в зависимост от температурата. Ледът съдържа главно трихидроли, чийто обем е по-голям от монохидролите и дихидролите. С повишаване на температурата скоростта на движение на молекулите се увеличава, силите на привличане между молекулите отслабват и в течно състояние водата е смес от три-, ди- и монохидроли. При по-нататъшно повишаване на температурата трихидролните и дихидролните молекули се разлагат; при температура 100 ° C водата се състои от монохидроли (пара).

Съществуването на несподелени електронни двойки определя възможността за образуване на две водородни връзки. Още две връзки възникват поради два водородни атома. В резултат на това всяка водна молекула е в състояние да образува четири водородни връзки (Фигура 2.4).

Фигура 2.4 - Водородни връзки във водни молекули:

– обозначение на водородна връзка

Поради наличието на водородни връзки във водата се отбелязва висока степен на ред в подреждането на нейните молекули, което я доближава до твърдо тяло, а в структурата се появяват множество кухини, което я прави много рохкава. Структурата на леда принадлежи към най-малко плътните структури. В него има кухини, чиито размери донякъде надвишават размерите на молекулата H 2 O. Когато ледът се топи, структурата му се разрушава. Но дори и в течна вода водородните връзки между молекулите се запазват: появяват се асоциати - ембрионите на кристални образувания. В този смисъл водата е, така да се каже, в междинна позиция между кристалното и течното състояние и е по-подобна на твърдо вещество, отколкото на идеална течност. Въпреки това, за разлика от леда, всеки асоцииран съществува за много кратко време: унищожаването на едни и образуването на други агрегати непрекъснато се извършва. В кухините на такива "ледени" агрегати могат да се поставят единични водни молекули, докато опаковката на водните молекули става по-плътна. Ето защо, когато ледът се топи, обемът, зает от водата, намалява, нейната плътност се увеличава. При + 4 °C водата има най-плътна опаковка.

Когато водата се нагрява, част от топлината се изразходва за разкъсване на водородни връзки. Това обяснява високия топлинен капацитет на водата. Водородните връзки между водните молекули се разрушават напълно, когато водата преминава в пара.

Сложността на структурата на водата се дължи не само на свойствата на нейната молекула, но и на факта, че поради наличието на изотопи на кислорода и водорода, водата съдържа молекули с различни молекулни тегла (от 18 до 22). Най-често срещаната е "обикновената" молекула с молекулно тегло 18. Съдържанието на молекули с голямо молекулно тегло е малко. Така "тежката вода" (молекулно тегло 20) е по-малко от 0,02% от всички водни запаси. Не се среща в атмосферата, в тон речна вода е не повече от 150 г, морска вода - 160-170 г. Наличието му обаче придава на "обикновената" вода по-голяма плътност, влияе върху другите й свойства.

Удивителните свойства на водата позволиха появата и развитието на живота на Земята. Благодарение на тях водата може да играе незаменима роля във всички процеси, протичащи в географската обвивка.