Woda (tlenek wodoru) jest przezroczystą cieczą, która nie ma koloru (w małej objętości), zapachu i smaku. Wzór chemiczny: H2O. W stanie stałym nazywa się to lodem lub śniegiem, a w stanie gazowym parą wodną. Około 71% powierzchni Ziemi jest pokryte wodą (oceanami, morzami, jeziorami, rzekami, lodem na biegunach).

Jest dobrym, wysoce polarnym rozpuszczalnikiem. W warunkach naturalnych zawsze zawiera substancje rozpuszczone (sole, gazy). Woda ma kluczowe znaczenie w powstaniu i utrzymaniu życia na Ziemi, w budowie chemicznej organizmów żywych, w kształtowaniu klimatu i pogody.

Prawie 70% powierzchni naszej planety zajmują oceany i morza. Stała woda - śnieg i lód - pokrywa 20% powierzchni. Z całkowitej ilości wody na Ziemi, równej 1 miliardowi 386 milionów kilometrów sześciennych, 1 miliard 338 milionów kilometrów sześciennych przypada na udział słonych wód Oceanu Światowego, a tylko 35 milionów kilometrów sześciennych przypada na udział wód słodkich. Całkowita ilość wody oceanicznej wystarczyłaby do pokrycia globu warstwą o grubości ponad 2,5 km. Na każdego mieszkańca Ziemi przypada około 0,33 km3 wody morskiej i 0,008 km3 wody słodkiej. Trudność polega jednak na tym, że zdecydowana większość słodkiej wody na Ziemi jest w stanie, który utrudnia ludziom dostęp. Prawie 70% słodkiej wody znajduje się w pokrywach lodowych krajów polarnych i lodowcach górskich, 30% w podziemnych warstwach wodonośnych, a tylko 0,006% słodkiej wody znajduje się jednocześnie w kanałach wszystkich rzek. W przestrzeni międzygwiezdnej znaleziono cząsteczki wody. Woda jest częścią komet, większości planet Układu Słonecznego i ich satelitów.

Skład wody (masowy): 11,19% wodoru i 88,81% tlenu. Czysta woda jest przezroczysta, bezwonna i pozbawiona smaku. Ma największą gęstość w temperaturze 0°C (1 g/cm3). Gęstość lodu jest mniejsza niż gęstość wody w stanie ciekłym, więc lód wypływa na powierzchnię. Woda zamarza w temperaturze 0°C i wrze w temperaturze 100°C pod ciśnieniem 101325 Pa. Jest słabym przewodnikiem ciepła i bardzo słabym przewodnikiem elektryczności. Woda jest dobrym rozpuszczalnikiem. Cząsteczka wody ma kształt kątowy; atomy wodoru tworzą kąt 104,5° względem tlenu. Dlatego cząsteczka wody jest dipolem: ta część cząsteczki, w której znajduje się wodór, jest naładowana dodatnio, a część, w której znajduje się tlen, jest naładowana ujemnie. Ze względu na polarność cząsteczek wody zawarte w niej elektrolity dysocjują na jony.

W ciekłej wodzie, wraz ze zwykłymi cząsteczkami H2O, występują cząsteczki stowarzyszone, tj. połączone w bardziej złożone agregaty (H2O)x w wyniku tworzenia wiązań wodorowych. Obecność wiązań wodorowych między cząsteczkami wody wyjaśnia anomalie jej właściwości fizycznych: maksymalna gęstość w temperaturze 4°C, wysoka temperatura wrzenia (w szeregu H20-H2S - H2Se) anomalnie wysoka pojemność cieplna. Wraz ze wzrostem temperatury wiązania wodorowe pękają, a całkowite zerwanie następuje, gdy woda zamienia się w parę.

Woda jest substancją wysoce reaktywną. W normalnych warunkach oddziałuje z wieloma tlenkami zasadowymi i kwasowymi, a także z metalami alkalicznymi i ziem alkalicznych. Woda tworzy liczne związki – krystaliczne hydraty.

Oczywiście związki wiążące wodę mogą służyć jako osuszacze. Inne środki osuszające to P2O5, CaO, BaO, metaliczny Ma (również wchodzą w interakcję chemiczną z wodą) i żel krzemionkowy. Ważną właściwością chemiczną wody jest jej zdolność do wchodzenia w reakcje rozkładu hydrolitycznego.

Właściwości fizyczne wody.

Woda ma wiele niezwykłych cech:

1. Gdy lód się topi, jego gęstość wzrasta (od 0,9 do 1 g/cm³). W przypadku prawie wszystkich innych substancji gęstość zmniejsza się po stopieniu.

2. Po podgrzaniu od 0°C do 4°C (dokładniej 3,98°C) woda kurczy się. W związku z tym, gdy ochładza się, gęstość maleje. Dzięki temu ryby mogą żyć w zamarzniętych zbiornikach wodnych: gdy temperatura spada poniżej 4°C, zimniejsza woda, jako mniej gęsta, pozostaje na powierzchni i zamarza, a pod lodem utrzymuje się dodatnia temperatura.

3. Wysoka temperatura i ciepło właściwe topnienia (0°C i 333,55 kJ/kg), temperatura wrzenia (100°C) i ciepło właściwe parowania (2250 kJ/kg), w porównaniu ze związkami wodoru o podobnej masie cząsteczkowej.

4. Wysoka pojemność cieplna wody w stanie ciekłym.

5. Wysoka lepkość.

6. Wysokie napięcie powierzchniowe.

7. Ujemny potencjał elektryczny powierzchni wody.

Wszystkie te cechy są związane z obecnością wiązań wodorowych. Ze względu na dużą różnicę elektroujemności atomów wodoru i tlenu chmury elektronowe są silnie przesunięte w kierunku tlenu. Dzięki temu, a także dzięki temu, że jon wodoru (proton) nie ma wewnętrznych warstw elektronowych i ma niewielkie wymiary, może wnikać w powłokę elektronową ujemnie spolaryzowanego atomu sąsiedniej cząsteczki. Z tego powodu każdy atom tlenu jest przyciągany do atomów wodoru innych cząsteczek i odwrotnie. Pewną rolę odgrywa oddziaływanie wymiany protonów między cząsteczkami wody iw ich obrębie. Każda cząsteczka wody może uczestniczyć w maksymalnie czterech wiązaniach wodorowych: 2 atomy wodoru - każdy w jednym i atom tlenu - w dwóch; w tym stanie cząsteczki znajdują się w krysztale lodu. Kiedy lód się topi, niektóre wiązania pękają, co pozwala na gęstsze upakowanie cząsteczek wody; gdy woda jest podgrzewana, wiązania nadal pękają, a jej gęstość wzrasta, ale w temperaturach powyżej 4 ° C efekt ten staje się słabszy niż rozszerzalność cieplna. Odparowanie zrywa wszystkie pozostałe wiązania. Rozrywanie wiązań wymaga dużej ilości energii, stąd wysoka temperatura i ciepło właściwe topnienia i wrzenia oraz duża pojemność cieplna. Lepkość wody wynika z faktu, że wiązania wodorowe zapobiegają poruszaniu się cząsteczek wody z różnymi prędkościami.

Z podobnych powodów woda jest dobrym rozpuszczalnikiem substancji polarnych. Każda cząsteczka substancji rozpuszczonej jest otoczona cząsteczkami wody, a dodatnio naładowane części cząsteczki substancji rozpuszczonej przyciągają atomy tlenu, a ujemnie naładowane części przyciągają atomy wodoru. Ponieważ cząsteczka wody jest mała, wiele cząsteczek wody może otaczać każdą cząsteczkę substancji rozpuszczonej.

Ta właściwość wody jest wykorzystywana przez istoty żywe. W żywej komórce iw przestrzeni międzykomórkowej roztwory różnych substancji w wodzie oddziałują na siebie. Woda jest niezbędna do życia wszystkim bez wyjątku jednokomórkowym i wielokomórkowym istotom żyjącym na Ziemi.

Czysta (wolna od zanieczyszczeń) woda jest dobrym izolatorem. W normalnych warunkach woda jest słabo zdysocjowana, a stężenie protonów (dokładniej jonów hydroniowych H3O+) i jonów wodorotlenkowych HO− wynosi 0,1 µmol/L. Ale ponieważ woda jest dobrym rozpuszczalnikiem, prawie zawsze rozpuszczają się w niej pewne sole, to znaczy jony dodatnie i ujemne są obecne w wodzie. W rezultacie woda przewodzi prąd. Przewodnictwo elektryczne wody można wykorzystać do określenia jej czystości.

Woda ma współczynnik załamania światła n=1,33 w zakresie optycznym. Jednak silnie pochłania promieniowanie podczerwone, dlatego para wodna jest głównym naturalnym gazem cieplarnianym odpowiedzialnym za ponad 60% efektu cieplarnianego. Ze względu na duży moment dipolowy cząsteczek woda pochłania również promieniowanie mikrofalowe, na którym opiera się zasada działania kuchenki mikrofalowej.

stany zagregowane.

1. W zależności od stanu wyróżnia się:

2. Ciało stałe - lód

3. Ciecz - woda

4. Gazowy - para wodna

Ryc.1 „Rodzaje płatków śniegu”

Pod ciśnieniem atmosferycznym woda zamarza (zamienia się w lód) w temperaturze 0°C i wrze (zamienia się w parę wodną) w temperaturze 100°C. Wraz ze spadkiem ciśnienia temperatura topnienia wody powoli rośnie, a temperatura wrzenia spada. Przy ciśnieniu 611,73 Pa (około 0,006 atm) temperatury wrzenia i topnienia pokrywają się i stają się równe 0,01 ° C. To ciśnienie i temperatura nazywane są punktem potrójnym wody. Przy niższych ciśnieniach woda nie może być w stanie ciekłym, a lód zamienia się bezpośrednio w parę. Temperatura sublimacji lodu spada wraz ze spadkiem ciśnienia.

Wraz ze wzrostem ciśnienia wzrasta temperatura wrzenia wody, wzrasta również gęstość pary wodnej w temperaturze wrzenia, a woda w stanie ciekłym maleje. W temperaturze 374 °C (647 K) i pod ciśnieniem 22,064 MPa (218 atm) woda przechodzi przez punkt krytyczny. W tym momencie gęstość i inne właściwości wody w stanie ciekłym i gazowym są takie same. Przy wyższych ciśnieniach nie ma różnicy między wodą w stanie ciekłym a parą wodną, ​​a zatem nie ma wrzenia ani parowania.

Możliwe są również stany metastabilne - para przesycona, ciecz przegrzana, ciecz przechłodzona. Stany te mogą istnieć przez długi czas, ale są niestabilne i przejście następuje po kontakcie z bardziej stabilną fazą. Na przykład nie jest trudno uzyskać przechłodzoną ciecz przez schłodzenie czystej wody w czystym naczyniu do temperatury poniżej 0°C, jednak gdy pojawi się centrum krystalizacji, ciekła woda szybko zamienia się w lód.

Izotopowe modyfikacje wody.

Zarówno tlen, jak i wodór mają naturalne i sztuczne izotopy. W zależności od rodzaju izotopów zawartych w cząsteczce wyróżnia się następujące rodzaje wody:

1. Lekka woda (tylko woda).

2. Ciężka woda (deuter).

3. Superciężka woda (tryt).

Właściwości chemiczne wody.

Woda jest najpowszechniejszym rozpuszczalnikiem na Ziemi, w dużej mierze determinującym charakter chemii ziemskiej jako nauki. Większość chemii, w jej początkach jako nauka, rozpoczęła się właśnie jako chemia wodnych roztworów substancji. Czasami jest uważany za amfolit - jednocześnie kwas i zasadę (kation H + anion OH-). W przypadku braku obcych substancji w wodzie stężenie jonów wodorotlenkowych i jonów wodorowych (lub jonów hydroniowych) jest takie samo, pKa ≈ ok. 16.

Woda jest lekką przezroczystą cieczą, bezbarwną w małych objętościach i nabierającą w swojej grubości niebieskawo-zielonkawego koloru. Lód jest również przezroczysty, ponieważ jego współczynnik absorpcji światła w widzialnej części widma jest praktycznie zerowy, ale nie dotyczy to obszarów ultrafioletu i podczerwieni. Na kawałkach dużych bloków lodowca i lodu rzecznego, podobnie jak woda, ma niebieskie i zielonkawe odcienie.

Właściwości wody odcisnęły swoje piętno na systemie stałych fizycznych i jednostek miary: temperatura zamarzania wody - akceptowane jest topnienie lodu

dla 0 0 C, a temperatura wrzenia wody dla 100 0 C (oba przy ciśnieniu atmosferycznym około 1013 mbar lub hPa = 759,8 mm Hg). Jednostka objętości

w systemie metrycznym wybiera się z warunku, że jeden metr sześcienny wody o temperaturze 3,98 0 C ma masę 1000 kg.

Każda cząsteczka wody ma dwa atomy wodoru i dwie niewspółdzielone pary elektronów, dzięki czemu może tworzyć cztery wiązania wodorowe. Te ostatnie są przeprowadzane przy udziale atomu wodoru znajdującego się albo między cząsteczkami, albo między atomami w cząsteczce:

Wodę będziemy postrzegać jako połączenie cząsteczek połączonych wiązaniami wodorowymi. A jeśli woda w stanie ciekłym zawiera oddzielne asocjaty swoich cząsteczek, to podobny układ cząsteczek jest charakterystyczny również dla lodu,

ale porządek rozciąga się już na cały system jako całość, który

ostatecznie prowadzi do powstania charakterystycznej czworościennej struktury lodu. Innymi słowy, kryształki lodu są w całości zbudowane tylko na jednym wiązaniu wodorowym. Strukturę lodu określa się w przenośni jako „bardzo ażurową”, ponieważ cząsteczki w nim zawarte są upakowane mniej gęsto niż w wodzie w stanie ciekłym.

W porównaniu z innymi substancjami woda charakteryzuje się największą pojemnością cieplną właściwą, która w temperaturze 15°C wynosi

4190 J/(kg*K).

Przewodność cieplna wody jest bardzo niska, ale woda ma bardzo wysokie utajone ciepło topnienia i parowania. Aby zamienić 1 kg lodu w wodę (utajone ciepło topnienia), należy wydać 330 000 J / kg, a gdy 1 kg wody odparuje (utajone ciepło parowania), zużyje się 2260 J. Te cechy wody są ważne dla bilansu cieplnego Ziemi.

Kiedy woda zamarza, rozszerza się o 9%

do oryginalnej objętości.

Spośród wszystkich cieczy oprócz rtęci woda ma największe napięcie powierzchniowe.

Inną niezwykłą właściwością wody jest zdolność rozpuszczania wielu substancji. Szczególnie rozpuszczalne w wodzie są te związki chemiczne, które mogą tworzyć z nią wiązania wodorowe. W naszych codziennych czynnościach jesteśmy przyzwyczajeni uważać substancje takie jak alkohol, benzyna, eter i wiele innych za dobre rozpuszczalniki, które naprawdę rozpuszczają tłuszcze i ogólnie wiele substancji organicznych, ale na przykład sole nie rozpuszczają się w nich. Ale te ostatnie dobrze rozpuszczają się w wodzie, ponieważ. ma niezwykle wysoką stałą dielektryczną, a jego cząsteczki mają tendencję do łączenia się z jonami, przekształcając je w jony uwodnione, co prowadzi do ich stabilizacji w roztworze. Dobra rozpuszczalność różnych soli w wodzie jest bardzo ważna dla wielu naturalnych procesów.

Koniec pracy -

Ten temat należy do:

Hydrologia ogólna

Uniwersytet.

Jeśli potrzebujesz dodatkowych materiałów na ten temat lub nie znalazłeś tego, czego szukałeś, polecamy skorzystanie z wyszukiwarki w naszej bazie prac:

Co zrobimy z otrzymanym materiałem:

Jeśli ten materiał okazał się dla Ciebie przydatny, możesz zapisać go na swojej stronie w sieciach społecznościowych:

ćwierkać

Wszystkie tematy w tej sekcji:

Nauka o hydrologii i jej związek z innymi naukami
Wody planety tworzą hydrosferę - nieciągłą skorupę wodną znajdującą się na powierzchni iw grubości skorupy ziemskiej, w tym oceany, morza, lądowe wody powierzchniowe

Metody badawcze w hydrologii
Główne metody badawcze współczesnej hydrologii to: 1) terenowe, 2) eksperymentalne i 3) teoretyczne. Badania terenowe m.in

Woda na ziemi. Zasoby wodne
Woda występuje na Ziemi w bardzo różnym stanie, w zależności od miejsc jej koncentracji. Jej główna masa zawarta jest w następujących trzech elementach makrostrukturalnych planety: W m

Obiekty wodne. Obieg wody w przyrodzie. wewnątrzkontynentalny cykl wilgoci
W hydrologii wyróżnia się trzy grupy zbiorników wodnych: zbiorniki, strumienie i zbiorniki specjalne. Zbiorniki to zbiorniki wodne w zagłębieniach na powierzchni ziemi.

wewnątrzkontynentalny cykl wilgoci
Opady spadające na dowolny skrawek ziemi składają się z „zewnętrznych” i „wewnętrznych” – powstałych w wyniku parowania z danego obszaru. Opady „wewnętrzne” to parowanie

Zlewnia rzeki. Charakterystyka morfometryczna zlewni
Zlewnia to część powierzchni ziemi oraz warstwa gleb, z której wody wpływają do rzeki, systemu rzecznego lub jeziora, ograniczona wododziałem powierzchniowym i pod

Bilans wodny dorzecza. Elementy bilansu wodnego
Rzeki zasilane są opadami płynnymi (dopływ deszczu), wodami powstałymi w wyniku topnienia śniegu na powierzchni zlewni (dopływ śniegu), topnieniem lodowców wysokogórskich

Opad atmosferyczny. Przechwytywanie opadów przez roślinność
Opady atmosferyczne są jednym z najważniejszych elementów cyklu hydrologicznego. Powstają w wyniku kondensacji pary wodnej w atmosferze. W zależności od warunków meteorologicznych powstałych

Odparowanie
W wyniku procesu parowania część opadów atmosferycznych, która dotarła na powierzchnię ziemi, opuszcza obszar zlewni w postaci pary wodnej. Parowanie następuje z powierzchni wody

Odpływ rzeki. Czynniki powstawania odpływów w zlewni
Spływ w hydrologii to ruch wody po powierzchni ziemi, a także w grubości gleb i skał w procesie jej krążenia w przyrodzie. Powstawanie odpływów w zlewni jest złożonym wielopłaszczyznowym procesem

Główne cechy spływu wody. Fazy ​​reżimu wodnego. hydrogram spływu
Przepływ wody - ilość wody przepływającej przez część mieszkalną kanału na jednostkę czasu.

Poziom wody. Tryb poziomu
Poziom wody - wysokość lustra wody powyżej płaszczyzny porównania warunkowego, zwana „zerem wykresu”, H, [cm], patrz rysunek 5. Poziom wody mierzony jest w punktach

Krótkookresowe, roczne i wieloletnie wahania stanów wody
Krótkookresowe wahania poziomu wody to: wezbrania (w rejonach ujść rzek), powodzie (deszcz), wahania dobowe (z dobową regulacją WC – fale wezbrań i w

Połączenie wód powierzchniowych i podziemnych
W wyniku procesu filtracji woda z powierzchni wnika w głąb gleby i gruntu i tworzy odpływ podziemny. W poziomach podziemnych woda występuje w trzech stanach skupienia: w postaci wody

Rzeka i system rzeczny
Całość wszystkich zbiorników wodnych na określonym terytorium nazywana jest siecią hydrograficzną tego terytorium. W sieci hydrograficznej dorzecza

Szybkość przepływu wody w korytach rzek
Ruch wody w korytach rzek odbywa się pod wpływem grawitacji. Szybkość przepływu zależy od nachylenia, ilości wody w kanale i chropowatości podłoża.

Bilans cieplny dorzecza. Reżim termiczny i lodowy rzek
Bilans cieplny dorzecza. , (18) gdzie

Reżim spływu osadów. Reżim hydrochemiczny rzek
Cząsteczki stałe tworzące osady rzeczne przedostają się do koryt rzecznych w wyniku procesów erozyjnych powierzchni zlewni i koryta rzeki. Intensywność procesu erozji powierzchni zlewni dla

Skład hydrochemiczny wód rzecznych
Wody rzeczne mają z reguły stosunkowo niską mineralizację i zaliczane są do wód słodkich. Kształtowanie się składu chemicznego wód rzecznych określane jest jako naturalne, klimatyczne

Obszary estuariów morskich
Obszar ujścia rzeki jest szczególnym obiektem fizyczno-geograficznym położonym u ujścia dużej rzeki do morza, w obrębie którego zachodzą specyficzne procesy estuarium. Są one spowodowane

procesy fizyczne
A. Dynamika wody. Dynamiczna interakcja wód rzeki i zbiornika odbiorczego, w tym tworzenie koniugacji rzeki i zbiornika w postaci cofki lub recesji hydraulicznej; spłaszczony

B. Procesy lodowo-termiczne w ujściowym odcinku rzeki, w zbiornikach delty i na morskim brzegu ujścia
B. Dynamika osadów w ujściowym odcinku rzeki iw pobliżu ujścia. D. Erozja akumulacyjna (procesy morfologiczne, w tym tworzenie

Główne cechy morfometryczne jeziora
Długość (L, m) - najkrótsza odległość między dwoma najbardziej oddalonymi punktami linii brzegowej jeziora, mierzona wzdłuż jego powierzchni. W zależności od kształtu jeziora

Bilans wodny jeziora. Reżim poziomu wody w jeziorach
Równanie bilansu wodnego jeziora w postaci ogólnej: , (25) gdzie

Reżim poziomów jezior
Długookresowe wahania stanu wody w jeziorze zależą od czynników klimatycznych. Wahania sezonowe determinowane są głównie dopływem wód, zarówno kanałowych, jak i rozproszonych (zwłaszcza w okresie roztopów).

Bilans cieplny jezior i reżim termiczny
Procesy wymiany ciepła wody z atmosferą najintensywniej zachodzą w najwyższych warstwach jeziora. Głębokie przenoszenie ciepła odbywa się tak, jak przy bezpośrednim przenikaniu energii słonecznej do wody

bagna. Rodzaje bagien i ich reżim
Bagno to naturalna formacja, która jest podmokłym obszarem powierzchni ziemi z warstwą torfu i specyficznymi formami roślinności, które przystosowały się do warunków

Lodowce. Definicja. Edukacja, rodzaje, struktura. Ruch lodowców. Odżywianie lodowców. Bilans masy lodu. Wpływ na przepływ rzeki
Masa naturalnego jodły i lodu, powstała w wyniku akumulacji i przemian stałych opadów atmosferycznych, położona głównie na lądzie, istniejąca od dawna i posiadająca

Rodzaje lodowców
Przydziel pokrywę, pokrywę górską i lodowce górskie. Wśród lądolodów wyróżnia się pokrywy lodowe i kopuły lodowe, lodowce wylotowe i szelfy lodowe. Rozrzucone są po całej podłodze

Struktura lodowców
Lądowy lodowiec można podzielić na dwie części, z których górna to strefa żerowania (akumulacji), a dolna to strefa ablacji. Linia oddzielająca te strefy to tzw

Niebezpieczne zjawiska hydrologiczne
Problem. Klęski żywiołowe istnieją tylko dlatego, że człowiek często mieszka i pracuje w miejscach, które są sceną rozwoju niebezpiecznych zjawisk hydrologicznych, czasami

przełomowe powodzie
Duże skarpy i zmiany wysokości, zwłaszcza przy słabej stateczności zboczy, aktywności zjawisk lodowcowych i oddziaływań sejsmicznych, czasami prowadzą do blokowania rzek przez naturalne tamy,

Katastrofy falowe
Jeśli poślizgniesz się i wpadniesz do wanny, połowę wody wylejesz na podłogę. A co się stanie, jeśli do zbiornika wpadnie zawalenie, osuwisko, błoto? Konsekwencje mogą być bardzo różne, ale wszystkie

Błoto
Problem. Wezbrania błotne są jednym z najniebezpieczniejszych i najbardziej rozpowszechnionych zjawisk hydrologicznych w krajach górskich i ogólnie w świecie wysokich zboczy. Problem spływów błotnych jest stale testowany

Ośrodki błotne
Źródłem spływu błotnego jest formacja morfologiczna zdolna do koncentracji spływu, zawierająca PSM (potencjalny masyw spływu błotnego) i posiadająca wystarczające nachylenie do rozwoju poślizgu uderzeniowego lub transportowego

Obszary zlewisk błotnych i zlewni ośrodków błotnych
Zlewnia błotna to krótka nazwa basenu zawierającego powierzchnie tworzące spływ i zdolne do tworzenia nanowodnego błota. Zwykle są to zlewiska powierzchniowe.

Geografia błota
Liczne skaliste potoki błotne na południowym zboczu pasma Rushan, dobrze widoczne z Trasy Pamirskiej, czekają na skrzydłach od dziesiątek i setek lat ze względu na słabe możliwości opadów regionu.

Osuwiska, lawiny śnieżne, opady śniegu
Osuwiska Górskie osuwiska to szereg luźnych skał klastycznych, silnie nasyconych wodą, przesuwających się w dół zbocza. Powstaje, gdy siła ścinająca przekracza siłę trzymającą lub podczas sejsu

Błoto na lodowcach
Katastrofy Genaldona Podczas katastrofalnych przemieszczeń i załamań lodowców obserwuje się czasem oddzielenie części masy lodowcowej, któremu towarzyszy kruszenie lodu, wyrzucanie śródlodowców

Woda to przezroczysta ciecz, bezbarwna (w małej objętości) i bezwonna. Woda ma kluczowe znaczenie w powstaniu i utrzymaniu życia na Ziemi, w budowie chemicznej organizmów żywych, w kształtowaniu klimatu i pogody. W stanie stałym nazywa się to lodem lub śniegiem, a w stanie gazowym parą wodną. Około 71% powierzchni Ziemi jest pokryte wodą (oceanami, morzami, jeziorami, rzekami, lodem na biegunach).

Właściwości wody to połączenie właściwości fizycznych, chemicznych, biochemicznych, organoleptycznych, fizykochemicznych i innych właściwości wody.
Woda - tlenek wodoru - jest jedną z najbardziej powszechnych i ważnych substancji. Powierzchnia Ziemi zajmowana przez wodę jest 2,5 razy większa od powierzchni lądu. W naturze nie ma czystej wody - zawsze zawiera zanieczyszczenia. Czystą wodę otrzymuje się przez destylację. Woda destylowana nazywana jest destylowaną. Skład wody (masowy): 11,19% wodoru i 88,81% tlenu.

Czysta woda jest przezroczysta, bezwonna i pozbawiona smaku. Ma największą gęstość w temperaturze 0 ° C (1 g / cm 3). Gęstość lodu jest mniejsza niż gęstość wody w stanie ciekłym, więc lód wypływa na powierzchnię. Woda zamarza w temperaturze 0°C i wrze w temperaturze 100°C pod ciśnieniem 101325 Pa. Jest słabym przewodnikiem ciepła i bardzo słabym przewodnikiem elektryczności. Woda jest dobrym rozpuszczalnikiem. Cząsteczka wody ma kształt kątowy; atomy wodoru tworzą kąt 104,5° względem tlenu. Dlatego cząsteczka wody jest dipolem: ta część cząsteczki, w której znajduje się wodór, jest naładowana dodatnio, a część, w której znajduje się tlen, jest naładowana ujemnie. Ze względu na polarność cząsteczek wody zawarte w niej elektrolity dysocjują na jony.

W ciekłej wodzie, wraz ze zwykłymi cząsteczkami H2O, występują cząsteczki stowarzyszone, tj. połączone w bardziej złożone agregaty (H2O)x w wyniku tworzenia wiązań wodorowych. Obecność wiązań wodorowych między cząsteczkami wody wyjaśnia anomalie jej właściwości fizycznych: maksymalna gęstość w temperaturze 4°C, wysoka temperatura wrzenia (w szeregu H20-H2S - H2Se) anomalnie wysoka pojemność cieplna. Wraz ze wzrostem temperatury wiązania wodorowe pękają, a całkowite zerwanie następuje, gdy woda zamienia się w parę.

Woda jest substancją wysoce reaktywną. W normalnych warunkach oddziałuje z wieloma tlenkami zasadowymi i kwasowymi, a także z metalami alkalicznymi i ziem alkalicznych. Woda tworzy liczne związki – krystaliczne hydraty.
Oczywiście związki wiążące wodę mogą służyć jako osuszacze. Inne środki osuszające to P2O5, CaO, BaO, metaliczny Ma (również wchodzą w interakcję chemiczną z wodą) i żel krzemionkowy. Ważną właściwością chemiczną wody jest jej zdolność do wchodzenia w reakcje rozkładu hydrolitycznego.

Właściwości chemiczne wody zależą od jej składu. Woda to 88,81% tlenu i tylko 11,19% wodoru. Jak wspomnieliśmy powyżej, woda zamarza w temperaturze zera stopni Celsjusza, ale wrze w temperaturze stu. Woda destylowana ma bardzo niskie stężenie dodatnio naładowanych jonów hydroniowych HO i H3O+ (zaledwie 0,1 µmol/l), dzięki czemu można ją nazwać doskonałym izolatorem. Jednak właściwości wody w przyrodzie nie byłyby właściwie realizowane, gdyby nie była ona dobrym rozpuszczalnikiem. Cząsteczka wody jest bardzo mała. Kiedy inna substancja dostaje się do wody, jej jony dodatnie są przyciągane do atomów tlenu tworzących cząsteczkę wody, a jony ujemne są przyciągane do atomów wodoru. Woda niejako otacza ze wszystkich stron rozpuszczone w niej pierwiastki chemiczne. Dlatego woda prawie zawsze zawiera różne substancje, w szczególności sole metali, które zapewniają przewodzenie prądu elektrycznego.

Fizyczne właściwości wody „dały” nam takie zjawiska jak efekt cieplarniany i kuchenka mikrofalowa. Około 60% efektu cieplarnianego tworzy para wodna, która doskonale pochłania promienie podczerwone. W tym przypadku optyczny współczynnik załamania światła wody n=1,33. Ponadto woda pochłania również mikrofale ze względu na wysoki moment dipolowy jej cząsteczek. Te właściwości wody w naturze skłoniły naukowców do zastanowienia się nad wynalezieniem kuchenki mikrofalowej.

Rola wody w przyrodzie i życiu człowieka jest nieoceniona. Można powiedzieć, że wszystkie żywe istoty składają się z wody i substancji organicznych. Bierze aktywny udział w kształtowaniu środowiska fizycznego i chemicznego, klimatu i pogody. Jednocześnie wpływa także na gospodarkę, przemysł, rolnictwo, transport i energetykę.

Bez jedzenia możemy przeżyć kilka tygodni, ale bez wody tylko 2-3 dni. Aby zapewnić sobie normalną egzystencję, człowiek musi wprowadzić do organizmu około 2 razy więcej wagowo wody niż składników odżywczych. Utrata ponad 10% wody przez organizm człowieka może doprowadzić do śmierci. Ciało roślin i zwierząt zawiera średnio ponad 50% wody, w ciele meduzy do 96%, w algach 95-99%, w zarodnikach i nasionach od 7 do 15%. Gleba zawiera co najmniej 20% wody, podczas gdy ludzkie ciało zawiera około 65% wody. Różne części ludzkiego ciała zawierają nierówną ilość wody: ciało szkliste oka składa się w 99% z wody, z czego 83% znajduje się we krwi, 29% w tkance tłuszczowej, 22% w szkielecie, a nawet 0,2% % w szkliwie zębów. Człowiek przez całe życie traci wodę z organizmu, a jego potencjał bioenergetyczny maleje. W sześciotygodniowym zarodku ludzkim zawartość wody wynosi do 97%, u noworodka - 80%, u osoby dorosłej - 60-70%, aw ciele osoby starszej - tylko 50-60%.

Woda jest absolutnie niezbędna dla wszystkich kluczowych systemów podtrzymywania życia ludzkiego. Woda i zawarte w niej substancje stają się pożywką i dostarczają organizmom żywym niezbędnych do życia mikroelementów. Zawarta jest we krwi (79%) i przyczynia się do przenoszenia tysięcy niezbędnych substancji i pierwiastków przez układ krążenia w stanie rozpuszczonym (skład geochemiczny wody jest zbliżony do składu krwi zwierząt i ludzi). .
W limfie, która przeprowadza wymianę substancji między krwią a tkankami żywego organizmu, woda wynosi 98%.
Woda bardziej niż inne ciecze wykazuje właściwości uniwersalnego rozpuszczalnika. Po pewnym czasie może rozpuścić prawie każdą substancję stałą.
Tak wszechstronna rola wody wynika z jej wyjątkowych właściwości.

Ostatnio wysiłki naukowców skupiły się na przyspieszonym badaniu procesów zachodzących na granicy faz. Okazało się, że woda w warstwach granicznych ma wiele ciekawych właściwości, które nie występują w fazie objętościowej. Informacje te są niezbędne do rozwiązania wielu ważnych problemów praktycznych. Przykładem jest stworzenie zasadniczo nowej bazy elementarnej mikroelektroniki, gdzie dalsza miniaturyzacja obwodów będzie oparta na zasadzie samoorganizacji makrocząsteczek na powierzchni wody. Rozbudowana powierzchnia jest również charakterystyczna dla układów biologicznych, ze względu na znaczenie zjawisk powierzchniowych dla ich funkcjonowania. Prawie zawsze obecność wody ma znaczący wpływ na charakter procesów zachodzących w obszarze przypowierzchniowym. Z kolei pod wpływem powierzchni właściwości samej wody zmieniają się radykalnie, a wodę w pobliżu granicy należy uznać za zasadniczo nowy fizyczny obiekt badań. Jest bardzo prawdopodobne, że badanie molekularno-statystycznych właściwości wody przy powierzchni, które w zasadzie dopiero się rozpoczyna, umożliwi skuteczne sterowanie wieloma procesami fizycznymi i chemicznymi.

Ostatnio wzrosło zainteresowanie badaniem właściwości wody na poziomie mikroskopowym. Zatem, aby zrozumieć wiele aspektów fizyki zjawisk powierzchniowych, konieczna jest znajomość właściwości wody na granicy faz. Brak ścisłych wyobrażeń na temat struktury wody, organizacji wody na poziomie molekularnym prowadzi do tego, że badając właściwości roztworów wodnych zarówno w fazie objętościowej, jak iw układach kapilarnych, woda jest często uważana za ośrodek bezstrukturalny . Wiadomo jednak, że właściwości wody w warstwach przyściennych mogą znacznie różnić się od tych w masie. Traktując więc wodę jako ciecz pozbawioną struktury tracimy unikatowe informacje o właściwościach warstw granicznych, które jak się okazuje w dużej mierze determinują charakter procesów zachodzących w cienkich porach. Na przykład selektywność jonową membran z octanu celulozy tłumaczy się specjalną organizacją molekularną wody w porach, co w szczególności znajduje odzwierciedlenie w pojęciu „objętości nierozpuszczalnej”. Dalszy rozwój teorii uwzględniającej specyfikę oddziaływań międzycząsteczkowych leżących u podstaw selektywnego transportu membranowego przyczyni się do pełniejszego zrozumienia membranowego odsalania roztworów. Umożliwi to sformułowanie trafnych zaleceń dotyczących poprawy efektywności procesów odsalania wody. Wskazuje to na wagę i konieczność badania właściwości cieczy w warstwach granicznych, w szczególności w pobliżu powierzchni ciała stałego.



Woda otacza nas każdego dnia i wszędzie – nawet tych, którzy całe życie spędzili na Saharze. Właściwości wody często pozostają dla nas niewidoczne. I to pomimo faktu, że struktura i właściwości wody mają ogromne znaczenie dla wszelkiego życia na naszej planecie. Jesteśmy przyzwyczajeni do przyjmowania wody za pewnik, którą można uzyskać na pierwsze żądanie prostym ruchem rączki kranu. Natomiast wyjątkowe właściwości wody są odpowiedzią na wiele pytań dotyczących naszego świata, choć jednocześnie stawiają wiele pytań badaczom.

Podstawowe właściwości wody

Pytanie o to, jakie są główne właściwości wody, można rozpatrywać z różnych punktów widzenia. Faktem jest, że właściwości fizyczne i chemiczne wody są równie ważne i decydują o szczególnym znaczeniu i roli tej substancji w naszym świecie. Fizyczne i chemiczne właściwości wody są określone przez jej specjalną strukturę. Wszyscy wiedzą, że cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wodoru i atomu tlenu. Jednak już od tego prostego faktu zaczynają się anomalne właściwości wody: ponieważ wszystkie inne związki wodoru w normalnych warunkach mają gazowy stan skupienia, podczas gdy woda jest ciekła. Ponadto jest to woda, która może istnieć w trzech stanach skupienia (gazowy, ciekły, stały) i dość łatwo przechodzić z jednego do drugiego.

Niezwykłe właściwości zwykłej wody wynikają z faktu, że atomy wodoru są połączone z atomem tlenu pod ściśle określonym kątem i nie zmieniają swojego położenia. W rezultacie powstają silne wiązania międzyatomowe, które szybko utrwalają się wraz ze spadkiem temperatury. To wyjaśnia, dlaczego różnica między normalną temperaturą wody a jej temperaturą zamarzania jest znacznie mniejsza niż między „przeciętną” temperaturą a temperaturą wrzenia. Podczas zamrażania energia nie jest zużywana na rozrywanie wiązań międzyatomowych, więc cząsteczki szybko tworzą uporządkowane struktury i zamieniają się w kryształki lodu. Aby przejść w stan gazowy, te bardzo silne wiązania w cząsteczkach wody muszą zostać zniszczone - dlatego woda do wrzenia wymaga dłuższego podgrzewania z wydatkowaniem dużej ilości energii cieplnej.

Cechy struktury molekularnej wody dają odpowiedź na pytanie, dlaczego znaczenie wody dla organizmów żywych iw ogóle dla istnienia życia jest tak duże. Od jedynej obecnie znanej formy życia we wszechświecie ziemski, nie może istnieć bez wody. Biologiczne właściwości wody są takie, że jej cząsteczki są mniejsze w stosunku do cząsteczek innych substancji. Być może pierwszą odpowiedzią na pytanie, jakie właściwości ma woda, powinna być „zdolność do rozpuszczania”. Rozpuszczanie w wodzie to nic innego jak otoczenie cząsteczki substancji ze wszystkich stron przez cząsteczki wody. Woda jest środowiskiem, poza którym żywa komórka nie może powstać, istnieć i rozwijać się. Ponieważ do życia komórki niezbędna jest interakcja różnych substancji, co zapewniają właśnie informacyjne właściwości wody, która jest zdolna do przenoszenia cząsteczek innych substancji. Rola wody w organizmach żywych jest więc niezwykle prosta – bez wody nie istniałby żaden organizm żywy.

Właściwości fizyczne wody

Podstawowe właściwości fizyczne wody zależą przede wszystkim od czynników środowiskowych, takich jak ciśnienie i temperatura. Środowisko termiczne jest ogólnie niezwykle ważne dla wody: przebywanie i przejście do różnych stanów skupienia wody są związane z temperaturą. Interesującymi właściwościami wody są w szczególności to, że absolutnie czysta, czyli wolna od zanieczyszczeń i substancji rozpuszczonych, woda może znajdować się w tzw. stanach metastabilnych. Na przykład właściwości termiczne wody sprawiają, że czysta woda nie zamarza do temperatur poniżej „minus 30” stopni Celsjusza lub pozostaje w stanie ciekłym, nagrzewając się do 200 stopni Celsjusza. Jednak takie stany metastabilne są wyjątkowo niestabilne, ponadto absolutnie czysta woda praktycznie nigdy nie występuje w warunkach naturalnych. Tak więc obliczenia właściwości termofizycznych wody przeprowadza się, z wyjątkiem przypadków szczególnych, w oparciu o standardowe granice - 0 stopni jako punkt zamarzania, 100 stopni jako punkt wrzenia.

Oczywiście właściwości termofizyczne wody to nie jedyne cechy tej wyjątkowej substancji. Istnieje tabela właściwości fizycznych wody, która zawiera szczegółowe informacje na jej temat. Na przykład możesz dowiedzieć się, że specjalne właściwości wody sprawiają, że jest ona dobrym izolatorem, czyli bardzo słabo przewodzi prąd. Ale mówimy o absolutnie czystej wodzie - zwykła woda, która ma w sobie wiele różnych rozpuszczonych substancji, jest dobrym przewodnikiem elektrycznym. Dodatkowo w tabeli znajdują się takie wskaźniki jak np. prędkość dźwięku, która w wodzie o temperaturze 20 stopni wynosi 1482,7 metrów na sekundę (dla porównania prędkość dźwięku w powietrzu to 331 metrów na sekundę).

Właściwości chemiczne wody

Główną właściwością chemiczną wody jest jej zdolność do bycia rozpuszczalnikiem. Kwaśne właściwości wody są aktywnie badane, ponieważ woda, bez względu na to, jak nieoczekiwane może się to wydawać, jest kwasem. W naukach chemicznych kwas jest uważany za substancję zdolną do oddawania kationów wodoru podczas interakcji chemicznej. Woda jest do tego zdolna, dlatego tak ważne są właściwości utleniające wody. Ale właśnie dlatego woda jest wyjątkową substancją, która oprócz utleniania ma również właściwości redukujące.

Należy przypomnieć, że w biochemii reakcje redoks nazywane są takimi oddziaływaniami chemicznymi, podczas których dodawane lub oddawane są elektrony, co prowadzi do zmiany potencjału elektrycznego substancji. Tlen jest aktywnym utleniaczem, czyli substancją, która podnosi elektrody; wodór jest uniwersalnym środkiem redukującym, chętnie oddającym wodory. Okazuje się więc, że woda, składająca się z tlenu i wodoru, może być zarówno środkiem utleniającym, jak i redukującym - stąd właściwości redoks wody. Środowisko wodne może utleniać się, pobierając elektrony z innych substancji - taka pozycja jest typowa dla większości sytuacji z wodą na powierzchni. Woda może być redoks, pod warunkiem, że zawiera pewne zanieczyszczenia. Wreszcie może to być również ośrodek redukujący, który jest typowy dla wód gruntowych nasyconych metalami.

Woda - jeden z najbardziej niesamowitych związków na Ziemi - od dawna zadziwia badaczy niezwykłością wielu jej właściwości fizycznych:

1) Niewyczerpalność jako substancja i zasób naturalny; jeśli wszystkie inne zasoby ziemi zostaną zniszczone lub rozproszone, woda niejako ucieka z tego, przybierając różne formy lub stany: oprócz ciekłego, stałego i gazowego. Jest to jedyna tego typu substancja i zasób. Ta właściwość zapewnia wszechobecność wody, przenika całą powłokę geograficzną Ziemi i wykonuje w niej różnorodne prace.

2) Ekspansja związana tylko z nim podczas krzepnięcia (zamrażania) i zmniejszenie objętości podczas topnienia (przejście do stanu ciekłego).

3) Maksymalna gęstość w temperaturze +4 ° C i związane z tym bardzo ważne właściwości dla procesów naturalnych i biologicznych, na przykład wykluczenie głębokiego zamarzania zbiorników wodnych. Z reguły maksymalna gęstość ciał fizycznych występuje w temperaturze krzepnięcia. Maksymalną gęstość wody destylowanej obserwuje się w nienormalnych warunkach - w temperaturze 3,98-4 ° C (lub w zaokrągleniu +4 ° C), tj. w temperaturze powyżej punktu krzepnięcia (krzepnięcia). Gdy temperatura wody odchyla się od 4°C w obu kierunkach, gęstość wody maleje.

4) Podczas topnienia (topnienia) lód unosi się na powierzchni wody (w przeciwieństwie do innych cieczy).

5) Anomalna zmiana gęstości wody pociąga za sobą taką samą anomalną zmianę objętości wody po podgrzaniu: wraz ze wzrostem temperatury od 0 do 4 ° C objętość podgrzanej wody maleje i zaczyna się dopiero przy dalszym wzroście zwiększyć. Jeśli wraz ze spadkiem temperatury i przejściem ze stanu ciekłego w stan stały gęstość i objętość wody zmieniały się w taki sam sposób, jak dzieje się to w przypadku zdecydowanej większości substancji, to gdy zbliża się zima, warstwy powierzchniowe naturalnych wody schłodziłyby się do 0°C i opadły na dno, uwalniając przestrzeń.cieplejsze warstwy, i tak trwałoby, aż cała masa zbiornika osiągnęłaby temperaturę 0°C. Co więcej, woda zaczęłaby zamarzać, powstałe kry opadłyby na dno, a zbiornik zamarzłby na całej głębokości. Jednocześnie wiele form życia w wodzie byłoby niemożliwych. Ponieważ jednak woda osiąga największą gęstość w temperaturze 4°C, ruch jej warstw spowodowany ochładzaniem kończy się po osiągnięciu tej temperatury. Przy dalszym spadku temperatury schłodzona warstwa, która ma mniejszą gęstość, pozostaje na powierzchni, zamarza, a tym samym chroni leżące poniżej warstwy przed dalszym chłodzeniem i zamarzaniem.

6) Przejściu wody z jednego stanu do drugiego towarzyszą koszty (parowanie, topnienie) lub wydzielanie (kondensacja, zamarzanie) odpowiedniej ilości ciepła. Do stopienia 1 g lodu potrzeba 677 kal., a do odparowania 1 g wody o 80 kal. mniej. Wysokie ciepło utajone topnienia lodu zapewnia powolne topnienie śniegu i lodu.

7) Zdolność do stosunkowo łatwego przejścia w stan gazowy (odparowania) nie tylko w temperaturach dodatnich, ale także ujemnych. W tym drugim przypadku parowanie następuje z pominięciem fazy ciekłej – ze stałej (lód, śnieg) bezpośrednio do fazy gazowej. Zjawisko to nazywa się sublimacją.

8) Jeśli porównamy temperatury wrzenia i zamarzania wodorków utworzonych przez pierwiastki szóstej grupy układu okresowego (selen H 2 Se, tellur H 2 Te) i wodę (H 2 O), to analogicznie do nich wrzenie punkt wody powinien wynosić około 60 ° C, a punkt zamarzania poniżej 100 ° C. Ale nawet tutaj manifestują się anomalne właściwości wody - przy normalnym ciśnieniu 1 atm. Woda wrze w temperaturze +100°C i zamarza w temperaturze 0°C.

9) Ogromne znaczenie w życiu przyrody ma fakt, że woda ma anormalnie wysoką pojemność cieplną, 3000 razy większą niż powietrze. Oznacza to, że gdy 1 m 3 wody ochłodzi się o 1 0 C, 3000 m 3 powietrza zostanie ogrzane o tę samą ilość. W związku z tym, akumulując ciepło, Ocean działa zmiękczająco na klimat obszarów przybrzeżnych.

10) Woda pochłania ciepło podczas parowania i topnienia, uwalniając je podczas skraplania z pary wodnej i zamarzania.

11) Zdolność wody w ośrodkach rozproszonych, na przykład w drobnoporowatych glebach lub strukturach biologicznych, do przejścia w stan związany lub rozproszony. W takich przypadkach właściwości wody (jej ruchliwość, gęstość, temperatura zamarzania, napięcie powierzchniowe i inne parametry), które są niezwykle ważne dla procesów zachodzących w systemach naturalnych i biologicznych, bardzo się zmieniają.

12) Woda jest uniwersalnym rozpuszczalnikiem, dlatego nie tylko w przyrodzie, ale także w warunkach laboratoryjnych nie ma wody idealnie czystej, ponieważ jest w stanie rozpuścić każde naczynie, w którym się znajduje. Istnieje przypuszczenie, że napięcie powierzchniowe idealnie czystej wody byłoby takie, że dałoby się po niej jeździć. Zdolność wody do rozpuszczania zapewnia przenoszenie substancji w otoczce geograficznej, leży u podstaw wymiany substancji między organizmami a środowiskiem oraz jest podstawą żywienia.

13) Ze wszystkich cieczy (z wyjątkiem rtęci) woda ma najwyższe ciśnienie powierzchniowe i napięcie powierzchniowe: \u003d 75 10 -7 J / cm 2 (gliceryna - 65, amoniak - 42, a cała reszta - poniżej 30 10 -7 J / cm 2). Z tego powodu kropla wody ma tendencję do przybierania kształtu kuli, a w kontakcie z ciałami stałymi zwilża powierzchnię większości z nich. Dlatego może podnosić naczynia włosowate skał i roślin, zapewniając formowanie gleby i odżywianie roślin.

14) Woda ma wysoką stabilność termiczną. Para wodna zaczyna się rozkładać na wodór i tlen dopiero w temperaturze powyżej 1000°C.

15) Chemicznie czysta woda jest bardzo słabym przewodnikiem elektryczności. Ze względu na niską ściśliwość fale dźwiękowe i ultradźwiękowe dobrze rozchodzą się w wodzie.

16) Właściwości wody znacznie się zmieniają pod wpływem ciśnienia i temperatury. Tak więc wraz ze wzrostem ciśnienia temperatura wrzenia wody wzrasta, a wręcz przeciwnie, maleje temperatura zamarzania. Wraz ze wzrostem temperatury zmniejsza się napięcie powierzchniowe, gęstość i lepkość wody, a wzrasta przewodnictwo elektryczne i prędkość dźwięku w wodzie.

Anomalne właściwości wody razem wzięte, wskazujące na jej niezwykle wysoką odporność na czynniki zewnętrzne, spowodowane są obecnością dodatkowych sił między cząsteczkami, zwanych wiązaniami wodorowymi. Istota wiązania wodorowego polega na tym, że jon wodoru związany z jakimś jonem innego pierwiastka jest w stanie elektrostatycznie przyciągnąć jon tego samego pierwiastka z innej cząsteczki. Cząsteczka wody ma strukturę kątową: jądra wchodzące w jej skład tworzą trójkąt równoramienny, u podstawy którego znajdują się dwa protony, a u góry jądro atomu tlenu (ryc. 2.2).

Rycina 2.2 – Struktura cząsteczki wody

Spośród 10 elektronów (5 par) obecnych w cząsteczce jedna para (elektrony wewnętrzne) znajduje się w pobliżu jądra tlenu, a z pozostałych 4 par elektronów (zewnętrznych) jedna para jest uspołeczniona między każdym z protonów a tlenem jądro, podczas gdy 2 pary pozostają niezdefiniowane i są skierowane do przeciwnych wierzchołków czworościanu od protonów. I tak w cząsteczce wody znajdują się 4 bieguny ładunku znajdujące się na wierzchołkach czworościanu: 2 ujemne, powstałe na skutek nadmiaru gęstości elektronowej w miejscach niewspółdzielonych par elektronów i 2 dodatnie, powstałe na skutek jego niedoboru na położenie protonów.

W rezultacie cząsteczka wody okazuje się dipolem elektrycznym. Biegun dodatni jednej cząsteczki wody przyciąga biegun ujemny innej cząsteczki wody. Rezultatem są agregaty (lub asocjacje cząsteczek) dwóch, trzech lub więcej cząsteczek (rysunek 2.3).

Rysunek 2.3 - Tworzenie powiązanych cząsteczek przez dipole wody:

1 - monohydrol H2O; 2 - dihydrol (H2O) 2; 3 - trihydrol (H2O) 3

Dlatego w wodzie występują jednocześnie pojedyncze, podwójne i potrójne cząsteczki. Ich zawartość zmienia się wraz z temperaturą. Lód zawiera głównie trihydrole, których objętość jest większa niż monohydroli i dihydroli. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta prędkość ruchu cząsteczek, siły przyciągania między cząsteczkami słabną, aw stanie ciekłym woda jest mieszaniną tri-, di- i monohydroli. Przy dalszym wzroście temperatury cząsteczki trihydrolu i dihydrolu rozkładają się, w temperaturze 100 ° C woda składa się z monohydroli (pary).

Istnienie niewspółdzielonych par elektronów warunkuje możliwość powstania dwóch wiązań wodorowych. Dwa kolejne wiązania powstają dzięki dwóm atomom wodoru. W rezultacie każda cząsteczka wody jest w stanie utworzyć cztery wiązania wodorowe (Rysunek 2.4).

Rysunek 2.4 - Wiązania wodorowe w cząsteczkach wody:

– oznaczenie wiązania wodorowego

Ze względu na obecność wiązań wodorowych w wodzie obserwuje się wysoki stopień uporządkowania w układzie jej cząsteczek, co zbliża ją do ciała stałego, aw strukturze pojawiają się liczne puste przestrzenie, przez co jest ona bardzo luźna. Struktura lodu należy do najmniej gęstych struktur. Są w nim puste przestrzenie, których wymiary nieco przekraczają wymiary cząsteczki H 2 O. Gdy lód się topi, jego struktura ulega zniszczeniu. Ale nawet w wodzie w stanie ciekłym zachowane są wiązania wodorowe między cząsteczkami: pojawiają się towarzysze - zarodki formacji krystalicznych. W tym sensie woda znajduje się niejako w pozycji pośredniej między stanem krystalicznym a ciekłym i bardziej przypomina ciało stałe niż idealną ciecz. Jednak w przeciwieństwie do lodu, każdy towarzysz istnieje przez bardzo krótki czas: niszczenie niektórych i tworzenie innych agregatów ma miejsce nieustannie. W pustkach takich agregatów "lodu" mogą się osadzać pojedyncze cząsteczki wody, zaś upakowanie cząsteczek wody staje się gęstsze. Dlatego gdy lód topi się, objętość zajmowana przez wodę maleje, a jej gęstość wzrasta. W temperaturze +4°C woda ma najgęstsze upakowanie.

Gdy woda jest podgrzewana, część ciepła jest zużywana na zerwanie wiązań wodorowych. To wyjaśnia wysoką pojemność cieplną wody. Wiązania wodorowe między cząsteczkami wody są całkowicie niszczone, gdy woda przechodzi w parę.

Złożoność struktury wody wynika nie tylko z właściwości jej cząsteczki, ale również z faktu, że dzięki obecności izotopów tlenu i wodoru woda zawiera cząsteczki o różnej masie cząsteczkowej (od 18 do 22). Najczęściej spotykana jest „zwykła” cząsteczka o masie cząsteczkowej 18. Zawartość cząsteczek o dużej masie cząsteczkowej jest niewielka. Zatem „ciężka woda” (masa cząsteczkowa 20) stanowi mniej niż 0,02% wszystkich rezerw wodnych. Nie występuje w atmosferze, w tonie wody rzecznej jest to nie więcej niż 150 g, w wodzie morskiej - 160-170 g. Jednak jej obecność nadaje „zwykłej” wodzie większą gęstość, wpływa na jej inne właściwości.

Niezwykłe właściwości wody umożliwiły powstanie i rozwój życia na Ziemi. Dzięki nim woda może odgrywać niezastąpioną rolę we wszystkich procesach zachodzących w obwiedni geograficznej.