ГЛАВНЫЙ СОСТАВИТЕЛЬРЕФЕРАТА
ПЕТРУНИНА
АЛЛА
БОРИСОВНА
МУНИЦИПАЛЬНАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ
СРЕДНЯЯ ШКОЛА №4
РЕФЕРАТ
по химии на тему:
“Вода и еёсвойства”Выполнила:
ученица 11”Б” класса
Петрунина Елена
ПЕНЗА 2001г.
Вода –вещество привычное и необычное. Известный советский ученый академик И.В.Петряновсвою научно – популярную книгу о воде назвал “Самое необыкновенное вещество вмире”. А доктор биологических наук Б.Ф.Сергеев начал свою книгу “Занимательная физиология” с главы о воде – “Вещество, которое создало нашупланету”.
Ученые правы:нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в то жевремя не существует другого такого же вещества, в свойствах которого было быстолько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах.
Почти ¾поверхности нашей планеты занято океанами и морями. Твёрдой водой – снегом ильдом – покрыто 20% суши. Из общего количества воды на Земле, равного 1 млрд.386 млн. кубических километров, 1 млрд. 338 млн. кубических километров приходится на долю солёных вод Мирового океана, и только 35 млн. кубическихкилометров приходится на долю пресных вод. Всего количества океанической водыхватило бы на то, чтобы покрыть ею земной шар слоем более 2,5 километров. Накаждого жителя Земли приблизительно приходится 0,33 кубических километровморской воды и 0,008 кубических километров пресной воды. Но трудность в том,что подавляющая часть пресной воды на Земле находится в таком состоянии,которое делает её труднодоступной длячеловека. Почти 70% пресных вод заключено вледниковых покровах полярных стран и в горных ледниках, 30% — в водоносныхслоях под землёй, а в руслах всех рек содержатся одновременно всего лишь 0,006%пресных вод.
Молекулыводы обнаружены в межзвёздном пространстве. Вода входит в состав комет,большинства планет солнечной системы и их спутников.
Изотопныйсостав. Существуют девять устойчивых изотопных разновидностей воды. Содержаниеих в пресной воде в среднем следующее: 1Н216О– 99,73%, 1Н218О – 0,2%,
1Н217О– 0,04%, 1h3Н16О – 0,03%. Остальные пятьизотопных разновидностей присутствуют в воде в ничтожно малых количествах.
Строениемолекулы. Как известно, свойства химических соединений зависят от того, изкаких элементов состоят их молекулы, и изменяются закономерно. Воду можнорассматривать как оксид водорода или как гидрид кислорода. Атомы водорода икислорода в молекуле воды расположены в углах равнобедренного треугольника сдлиной связи О – Н 0,957 нм; валентный угол Н – О – Н 104o 27’.
/>
/>1040 27'
/> /> /> /> /> /> /> />
Но поскольку обаводородных атома расположены по одну сторону от кислородного, электрическиезаряды в ней рассредоточиваются. Молекула воды полярна, что является причинойособого взаимодействия между разными её молекулами. Атомы водорода в молекулеводы, имея частичный положительный заряд, взаимодействуют с электронами атомовкислорода соседних молекул.Такая химическая связь называется в о д о ро д н о й. Она обьединяет молекулы воды в своеобразные полимерыпространственного строения. В водяном паре присутствует около 1% димеров воды.Расстояние между атомами кислорода – 0,3 нм. В жидкой и твёрдой фазах каждаямолекула воды образует четыре водородные связи: две – как донор протонов и две – как акцептор протонов.Средняя длина этих связей – 0, 28 нм, угол Н – О – Н стремится к 1800.Четыре водородные связи молекулыводы направлены приблизительно к вершинам правильного тетраэдра.
Структура модификаций льда представляетсобой трёхмерную сетку. В модификациях, существующих при низких давлениях, такназываемый лёд – I, связи Н – О –Н почти прямолинейны и направлены к вершинам правильного тетраэдра. Но привысоких давлениях обычный лёд можно превратить в так называемые лёд – II, лёд – III так далее – более тяжёлые и плотные кристаллическиеформы этого вещества. Самые твёрдые, плотные и тугоплавкие пока – лёд – VII и лёд – VIII. Лёд – VIIполучен под давлением 3 млрд Па, он плавится при температуре + 1900 C. Вмодификациях – лёд – II - лёд – VI – с вязи Н – О – Н искривлены и углымежду ними отличаются от тетраэдрического, что обусловливает увеличениеплотности по сравнению с плотностью обычного льда. Только в модификациях лёд – VII и лёд – VIII достигается самая высокая плотность упаковки: в их структуре две правильные сетки,выстроенные из тетраэдров, вставлены одна в другую, при этом сохраняетсясистема прямолинейных водородных связей.
Трёхмерная сеткаводородных связей, построенная из тетраэдров, существует и в жидкой воде вовсём интервале от температуры плавления до критической температуры, равной +3,980С. Увеличение плотности приплавлении, как и в случае плотных модификаций льда, объясняется искривлениемводородных связей.
Искривлениеводородных связей увеличивается с ростом температуры и давления, что ведёт квозрастанию плотности. С другой стороны при нагревании средняя длина водородныхсвязей становится больше, в результате чего плотность уменьщается. Совместноедействие двух фактов объясняет наличие максимума плотности воды при температуре+ 3, 980С.
Физические свойства воды аномальны, что объясняетсяприведёнными выше данными о взаимодействии между молекулами воды.
Вода – единственное вещество наЗемле, которое существует в природе во всех трёх агрегатных состояниях –жидком, твёрдом и газообразном.
Плавление льда приатмосферном давлении сопровождается уменьшением объёма на 9%. Плотность жидкойводы при температуре, близкой к нулю, больше, чем у льда. При 00С 1 грамм льда занимает объём 1,0905кубических сантиметров, а 1 грамм жидкой воды занимает объём 1,0001 кубическихсантиметров. И лёд плавает, оттого и не промерзают обычно насквозь водоёмы, алишь покрываются ледяным покровом.
Температурныйкоэффициент объёмного расширения льда и жидкой воды отрицателен притемпературах соответственно ниже — 2100С и + 3,980С.
Теплоёмкость приплавлении возрастает почти вдвое и в интервале от 00С до 1000С почти не зависит от температуры.
Вода имеетнезакономерно высокие температуры плавления и кипения в сравнении с другимиводородными соединениями элементов главной подгруппы VI группы таблицы Менделеева.
теллуроводород селеноводородсероводород вода
Н2Те Н2Sе Н2S Н2О
_____________________________________________________
t плавления — 510С - 640С — 820С 00С
_____________________________________________________
t кипения — 40С — 420С — 610С 1000С
_____________________________________________________
Нужно подвестидополнительную энергию, чтобы расшатать, а затем разрушить водородные связи. Иэнергия эта очень значительна. Вот почему так велика теплоёмкость воды.Благодаря этой особенности вода формирует климат планеты. Геофизики утверждают,что Земля давно бы остыла и превратилась в безжизненный кусок камня, если бы невода. Нагреваясь, она поглощает тепло, остывая, отдаёт его. Земная вода ипоглощает, и возвращает очень много тепла, и тем самым “выравнивает” климат.Особенно заметно на формирование климата материков влияют морские течения,образующие в каждом океане замкнутые кольца циркуляции. Наиболее яркий пример –влияние Гольфстрима, мощной системы тёплых течений, идущих от полуостроваФлорида в Северной Америке до Шпицбергена и Новой Земли. Благодаря Гольфстримусредняя температура января на побережье Северной Норвегии, за Полярным кругом,такая же, как в степной части Крыма, — около 00С, т. е. повышенана 15 – 200С. А в Якутии на той же широте, но вдали от Гольфстрима– минус 400С. А от космического холода предохраняют Землю темолекулы воды, которые рассеяны в атмосфере – в облаках и в виде паров. Водянойпар создаёт мощный “парниковый эффект”, который задерживает до 60% тепловогоизлучения нашей планеты, не даёт ей охлаждаться. По расчётам М.И.Будыко, приуменьшении содержания водяного пара в атмосфере вдвое средняя температураповерхности Земли понизилась бы более чем на 50С (с 14,3 до 90С). На смягчение земного климата, в частности на выравнивание температурывоздуха в переходные сезоны – весну и осень, заметное влияние оказываютогромные величины скрытой теплоты плавления и испарения воды.
Но не только поэтому мысчитаем воду жизненно важным веществом. Дело в том, что тело человека почти на63 – 68 % состоит из воды. Почти все биохимические реакции в каждой живойклетке – это реакции в водных растворах. С водой удаляются из нашего телаядовитые шлаки; вода, выделяемая потовыми железами и испаряющаяся с поверхностикожи, регулирует температуру нашего тела. Представители животного ирастительного мира содержат такое же обилие воды в своих организмах. Меньшевсего воды, лишь 5 – 7% веса, содержат некоторые мхи и лишайники. Большинствообитателей земного шара и растения состоят более чем на половину из воды.Например, млекопитающие содержат 60 – 68 %; рыбы – 70 %; водоросли – 90 – 98 %воды.
Врастворах же (преимущественно водных) протекает большинство технологическихпроцессов на предприятиях химической промышленности, в производствелекарственных препаратов и пищевых продуктов.
Неслучайно гидрометаллургия – извлечение металлов из руд и концентратов с помощьюрастворов различных реагентов – стала важной отраслью промышленности.
Вода – это важныйисточник энергоресурсов. Как известно, все гидроэлектрические станции мира, отмаленьких до самых крупных, превращают механическую энергию водного потока вэлектрическую исключительно с помощью водяных турбин с соединёнными с нимиэлектрогенераторами. На атомных электростанциях атомный реактор нагреваетводу, водяной пар вращает турбину с генератором и вырабатывает электрическийток.
Вода, несмотря на все еёаномольные свойства, является эталоном для измерения темпкратуры, массы (веса), количества тепла, высоты местности.
Шведский физик АндерсЦельсий, член Стокгольмской академии наук, создал в 1742 году стоградуснуюшкалу термометра, которой в настоящее время пользуются почти повсеместно. Точкакипения воды обозначена 100, а точка таяния льда 0 .
Приразработке метрической системы, установленной по декрету французскогореволюционного правительства в 1793 году взамен различных старинных мер, водабыла использована для создания основной меры массы (веса) – килограмма играмма: 1 грамм, как известно, это вес 1 кубического сантиметра (милилитра)чистой воды при температуре её наибольшей плотности – 40 С.Следовательно, 1 килограмм – это вес 1 литра (1000 кубических сантиметров) или 1 кубического дециметра воды: а 1 тонна (1000 килограммов) – это вес 1кубического метра воды.
Водаиспользуется и для измерения количества тепла. Одна калория – это количествотепла, нужное для нагревания 1 грамма воды с 14, 5 до 15,50С.
Все высотыи глубины на земном шаре отсчитываются от уровняморя.
В 1932 году американцы Г.Юри иЭ.Осборн обнаружили, что даже в самой чистой воде, которую только можнополучить в лабораторных условиях, содержится незначительное количество какого-товещества, выражающегося, по-видимому, той же химической формулой Н2О, но обладающего молекулярным весом20 вместо веса 18, присущего обычной воде. Юри назвал это вещество тяжёлойводой. Большой вес тяжёлой воды объясняется тем, что её молекулы состоят изатомов водорода с удвоенным атомным весом по сравнению с атомами обычноговодорода. Двойной вес этих атомов в свою очередь обусловливается тем, что ихядра содержат, кроме единственного протона, составляющего ядро обычноговодорода, ещё один нейтрон. Тяжёлый изотоп водорода получил название дейтерия
(D или 2Н), а обычныйводород стали называть протием. Тяжёлая вода, окись дейтерия, выражаетсяформулой D2О.
Вскоре был открыттретий, сверхтяжёлый изотоп водорода с одним протоном и двумя нейтронами вядре, который был назван тритием (Т или 3Н). В соединении с кислородом тритий образуетсверхтяжёлую воду Т2Ос молекулярным весом 22.
В природных водахсодержится в среднем около 0,016% тяжёлой воды. Тяжёлая вода внешне похожа наобычную воду, но по многим физическим свойствам отличается от неё. Точкакипения тяжёлой воды 101,40С, точка замерзания + 3,80С. Тяжёлая вода на 11% тяжелее обычной. Удельный вес тяжёлой воды притемпературе 250С равен 1,1. Она хуже ( на 5 – 15% ) растворяет различные соли. Втяжёлой воде скорость протекания некоторых химических реакций иная, чем вобычной воде.
И в физиологическомотношении тяжёлая вода воздействует на живое вещество иначе: в отличие отобычной воды, обладающей живительной силой, тяжёлая вода совершенно инертна.Семена растений, если их поливать тяжёлой водой, не прорастают; головастики,микробы, черви, рыбы в тяжёлой воде не могут существовать; если животных поитьодной тяжёлой водой, они погибнут от жажды. Тяжёлая вода – это мёртвая вода.
Имеется ещё один видводы, отличающийся по физическим свойствам от обычной воды, — это омагниченнаявода. Такую воду получают с помощью магнитов, вмонтированных в трубопровод, покоторому течет вода. Омагниченная вода изменяет свои физико – химическиесвойства: скорость химических реакций в ней увеличивается, ускоряетсякристаллизация растворённых веществ, увеличивается слипание твёрдых частицпримесей и выпадение их в осадок с образованием крупных хлопьев (коагуляция). Омагничивание успешноприменяется на водопроводных станциях прибольшой мутности забираемой воды. Она позволяет также быстро осаждатьзагрязненные промышленные стоки.
Из химическихсвойств воды особенно важны способность её молекул диссоциировать(распадаться) на ионы и способность воды растворять вещества разной химическойприроды.
Роль воды какглавного и универсального растворителя определяется прежде всего полярностью еёмолекул и, как следствие, её чрезвычайно высокой диэлектрическойпроницаемостью. Разноимённые электрические заряды, и в частности ионы,притягиваются друг к другу в воде в 80 раз слабее, чем притягивались бы ввоздухе. Силы взаимного притяжения между молекулами или атомами погружённого вводу тела также слабее, чем в воздухе. Тепловому движению в этом случае легчеразбить молекулы. Оттого и происходит растворение, в том числе многихтруднорастворимых веществ:капля камень точит.
Лишь незначительнаядоля молекул (одна из 500 000 000) подвергается электролитической диссоциации по схеме:
/> /> Н2О Н+ + ОН-Однако, приведённоеуравнение условное: не можетсуществовать в водной среде лишённый электронной оболочки протон Н+. Он сразу соединяется с молекулойводы, образуя ион гидроксония Н3О+,который в свою очередь объединяется с одной, двумя или тремя молекулами воды в
Н3О+, Н5О2+, Н7О3+.
Электролитическаядиссоциация воды – причина гидролиза солей слабых кислот и (или) оснований.Степень электролитической диссоциации заметно возрастает при повышениитемпературы.
Образование воды изэлементов по реакции:
/> /> Н2 + 1/2 О2 Н2О -242 кДж/моль для пара-286 кДж/моль для жидкой воды
-при низких температурах в отсутствиикатализаторов происходит крайне медленно, но скорость реакции резко возрастаетпри повышении температуры, и при 5500С она происходит со взрывом. При понижении давления иповышении температуры равновесие сдвигается влево.
Под действиемультрафиолетового излучения происходит фотодиссоциация воды на ионы Н+ и ОН- .
Ионизирующееизлучение вызывает радиолиз воды с образованием Н2; Н2О2 и свободных радикалов: Н*; ОН* ; О* .
Вода –реакционноспособное соединение.
Вода окисляется атомарным кислородом:
/> /> Н2О + О Н2О2При взаимодействии с F2 образуется НF, а также О2; О3; Н2О2; F2О и другие соединения.
С остальнымигалогенами при низких температурах вода реагирует с образованием смеси кислот НГал и Н Гал О.
При обычных условияхс водой взаимодействует до половины растворённого в ней СI2 и значительно меньшие количества Br2 и J 2 .
При повышенныхтемпературах СI2 и Br2 разлагают воду с образованием Н Гал и О2 .
При пропускании паров воды черезраскалённый уголь она разлагается и образуется так называемый водяной газ:
/> /> Н2О + С СО + Н2При повышеннойтемпературе в присутствии катализатора вода реагирует с СО; СН4 и другими углеводородами, например:
/> /> Н2О + СО СО2 + Н2/> /> Н2О + СН4 СО + 3Н2Эти реакциииспользуют для промышленного получения водорода.
Фосфор при нагреваниис водой под давлением в присутствии катализатора окисляется в метафосфорнуюкислоту:
/> /> 6Н2О + 3Р 2НРО3 + 5Н2Вода взаимодействуетсо многими металлами с образованием Н2 и сответствующего гидроксида. Со щелочными ищелочно-земельными металлами ( кроме Мg ) эта реакция протекает уже при комнатной температуре. Менее активныеметаллы разлагают воду при повышенной температуре, например, Мg и Zn – выше 1000С; Fe –выше 6000С :
/> /> 2Fe + 3h3O Fe2O 3 + 3h3При взаимодействии сводой многих оксидов образуются кислоты или основания.
Вода может служитькатализатором, например, щелочные металлы и водород реагируют с CI2 только в присутствии следов воды.
Иногда вода –каталитический яд, например, для железного катализатора при синтезе Nh4.
Способность молекулводы образовывать трёхмерные сетки водородных связей позволяет ей давать синертными газами, углеводородами, СО2, CI2, (Ch3)2O, CHCI3 и многими другими веществамигазовые гидраты.
Примерно до конца 19века вода считалась бесплатным неистощимым даром природы. Её не хватало тольков слабонаселённых районах пустынь. В 20 веке взгляд на воду резко изменился. Врезультате быстрого роста населения земного шара и бурного развития промышленностипроблема снабжения человечества чистой пресной водой стала чуть ли не мировойпроблемой номер один. В настоящее время люди используют ежегодно около 3000млрд кубических метров воды, и эта цифра непрерывно быстро растёт. Во многихгустонаселённых промышленных районах чистой воды уже не хватает.
Недостаток преснойводы на земном шаре можно восполнить различными путями: опреснять морскуюводу, а также заменять ею, где это возможно в технике, пресную воду; очищатьсточные воды до такой степени, чтобы их можно было спокойно спускать в водоёмыи водотоки, не боясь загрязнить, и использовать вторично; экономно расходоватьпресную воду, создавая менее водоёмкую технологию производства, заменяя, гдеэто можно, пресную воду высокого качества водой более низкого качества и т.д.
В О Д А - о д но и з г л а в н ы х б о г а т с т в ч е л о в е ч е с т в а на З е м л е .
С П И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы :
1. Химическая энциклопедия. Том 1. РедакторИ.Л.Кнунянц. Москва, 1988 год.
2. Энциклопедический словарь юного химика. Составители
В.А.Крицман, В.В.Станцо. Москва, “ Педагогика“, 1982 год.
3. Слово о воде. АвторО.А.Спенглер. Ленинград,
“ Гидрометеоиздат “, 1980 год.
4. Самоенеобыкновенное вещество в мире. Автор
И.В.Петрянов.Москва, “ Педагогика “ ,1975 год.
П Л А Н .I.Вступление. Высказывания известных учёных о воде.II.Основная часть.
1.Распространение воды напланете Земля, в космическом
пространстве.
2.Изотопный состав воды.
3.Строение молекулыводы.
4.Физические свойстваводы, их аномальность.
а).Агрегатныесостояния воды.
б).Плотность воды втвёрдом и жидком состоянии.
в).Теплоёмкостьводы.
г).Температурыплавления и кипения воды в сравнении с
другимиводородными соединениями элементов
главной подгруппы YI группы таблицы Менделеева.
5.Влияние воды наформирование климата на планете
Земля.
6.Вода как основнойсоставной компонент растительных и
животных организмов.
7.Использование воды впромышленности, производстве
электроэнергии.
8.Использование вода какэталона.
а).Для измерениятемпературы.
б).Для измерениямассы (веса).
в).Для измеренияколичества тепла.
г).Для измерениявысоты местности.
9.Тяжёлая вода, её свойства.
10.Омагниченная вода, еёсвойства.
11.Химические свойстваводы.
а).Образование водыиз кислорода и водорода.
б).Диссоциация водына ионы.
в).Фотодиссоциацияводы.
г).Радиолиз воды.
д).Окисление водыатомарным кислородом.
е).Взаимодействиеводы с неметаллами, галогенами,
углеводородами.
ж).Взаимодействиеводы с металлами.
з).Взаимодействиеводы с оксидами.
и).Вода каккатализатор и ингибитор химических
реакций.
III.Заключение.
Вода как одно изглавных богатств человечества на Земле.
www.ronl.ru
ВОДА
Вода оксид водорода – наиболее распространённое нашей планеты и важное. Водная оболочка Земли, гидросфера, содержит около 1,5 млрд. км3. В земной коре, литосфере, в связанном состоянии находится 1,4 млрд. км3. В атмосфере – 15 тыс. км3. поверхность Земли, занятая водой, в 2 с половиной раза больше суши. Чистой воды в природе нет. Она содержит примеси. Получают чистую воду (дистиллированную) методом перегонки. Состав воды (по массе): 11,19% водорода и 88,81% кислорода. Молекула воды состоит из водорода и кислорода. Электронные облака молекул воды расположены в форме неправильного тетраэдра. Атом кислорода – в центре, а два атома водорода – в противоположных углах одной из граней куба (рис.1)
Рис. 1
Электронное облако
молекулы воды
Вода – бесцветная жидкость, слабый электролит, диссоциирует по схеме. h3 ODH+ + OH-, ионы H+ образуют ионы гидроксония Н3 О+; рН=7 при 25° С вода обладает рядом аномальных свойств: высокой удельной теплоемкостью, теплотой испарения и плавления, связанными с ассоциацией ее молекул за счет водородных связей. Вода растворяет многие вещества. Молекула воды разлагается при t=2000° С:
2h3 OD2h3 + O2
Вода взаимодействует со многими веществами: галогенами, основными и кислотными оксидами, щелочными и щелочноземельными металлами при 100° С с магнием и цинком:
Zn+2h3 O=Zn(OH)2 +h3
Пары реагируют с раскаленным углём:
С+h3 O=CO+h3
Плотность воды из разных источников.
| Вода | Плотность при 4°С |
| Снеговая | 0,9999977 |
| Дождевая | 0,9999990 |
| Речная | 1,0 |
| Океанская | 1,0000015 |
| Извлечённая из живого организма | 1,0000012 |
| Извлечённая из растительных организмов | 1,0000017 |
| Кристаллизационная вода из минералов | 1,0000024 |
Чистая вода бесцветная, прозрачная жидкость без запаха и вкуса. В толстом слое голубовато-зелёная. Масса 1мл. очищенной речной воды принята за единицу массы и называются граммом.
Некоторые физико-химические свойства воды.
| Удельная электропроводимость при 180С | 4,3х10-8 Ом-1 х См-1 |
| Температура замерзания при 760мм.рт. ст. | 0,00 0С |
| Температура кипения | 100,00 0С |
| Диэлектрическая проницаемость | |
| При 0 0С | 88,3 |
| При 18 0С | 81,0 |
| Теплопроводность | 0,00143кал.хсм-1 град-1 |
Малая теплопроводность воды и большая теплоёмкость. Вода зимой медленно остывает, а летом медленно нагревается. Вода регулирует температуру на планете. Речной, озёрной, подземной, ледниковой, почвенной воды на суше 89,83млн.км.3 Организмы растений и животных состоят на 55-99 % из воды. Для научных исследований и в медицине применяют дистиллированную воду, очищенную от примесей. Особо чистую воду получают в кварцевой аппаратуре, абсолютно чистую — синтезом из элементов. Для бытовых и технических нужд природную воду очищают. Воду применяют как реагент, растворитель, хладагент, теплоноситель в гидрометаллургии, производстве продуктов питания, лекарственных средств.
«Без воды — ни туды и ни сюды»
Большая школьная энциклопедия. 6-11кл.Т.2.-М.: ОЛМА-ПРЕСС,2000.-717 с.
Возная Н. Ф. Химия воды и микробиология: Учеб пособие для вузов.-2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. Школа, 1979.-340 с., ил.
Хомченко Г. П. Химия для поступающих в вузы: Учеб. Пособие.-М.: Высш. школа, 1985.-367с., ил.
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПРАВИТЕЛЬСТВА СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ
ШКОЛА-ИНТЕРНАТ №2 СВЕРДЛОВСКОЙ Ж/Д
Тема: ВОДА
Выполнил: Кузнецов Дима, 8 класс
Проверил: Антонов Ю.М.
Екатеринбург
2004 г.
www.ronl.ru
Ученик 8с класса КРФМЛИ
Туркин Евгений.
г. Сыктывкар.
2003 г.
Какие изменения происходят в воде, при изменении внешних условий, в чём они появляются, и почему так происходит? Знать это одинаково важно и для геолога, и для астонома, и для биолога. В природе нет более распространённого вещества, чем вода.
Вода течёт реками, разливается озёрами, сгущается тучами в небе, стелится туманом по земле. Она зримо и не зримо присутствует всюду.
Почти 200 лет уже исследуют учёные воду, но свойства её рас -крыты и объяснены ещё не полностью. Пожалуй, ни одно вещество при его изучении не вело себя так загадочно. Бессчётное количество раз поведение её, казалось, шло вразрез со всеми законами физики.
В 18 веке учёные решили, что частица воды состоит из одного атома водорода и одного атома кислорода. И сразу столкнулись с загадкой. При соединении одного объёма кислорода с двумя объё -мами кислорода неизменно возникло два объёма воды, а не один. Почему? Ведь если в равных объёмах газов содержится равные ко -личества частиц, и частицы не делятся.… Не менее странным каза -лось и то, что водяной пар, состоящий из кислорода и водорода, легче кислорода, своей части.
Около 75 лет ушло на то, чтобы примирить теорию с практикой. Как только было доказано, что химическая формула воды Н2О, а не НО, всё сразу стало на свои места.
При соединении двух объёмов водорода с одним стало получаться два объёма воды: 2Н2+О2=2Н2О.
Просто объяснялась и непонятная прежде лёгкость водяного пара. В самом деле: молекула воды входит только один атом кислорода, а в молекуле кислорода их два. Вес водорода в воде можно не учи -тывать, потому что атом водорода в 16 раз легче атома кислорода.
Но на этом все неприятности с водой не закончились, просто она стала вести себя менее загадочно. Поведение её с точки зрения физики и химии по-прежнему не вписывалось не в какие рамки. Учёным никак не удавалось понять, от чего для нагревания воды надо затратить гораздо больше энергии, чем для нагревания такого же количества, скажем, железа или песка. Почему вода кипит при 100º, а замерзает при 0º.
Для химиков таблица Менделеева – всё равно что адресное бюро для человека, приехавшего в незнакомый город. Она помогает бы -стро ориентироваться. Достаточно знать, какое место занимает химический элемент в таблице, чтобы тут же получить о нём почти все сведения.
Воды, конечно в таблице Менделеева нет, но там есть кислород (О). Он стоит в одной группе с теллуром (Те), серой (S) и селеном (Sе). Прописка элементов в одной группе говорит о том, что соединения с водородом одинаковы. Каждый из атомов этих эле -ментов соединяется с двумя атомами водорода. В результате воз -никают: вода (Н2О), сероводород (Н2S), селенистый водород (Н2Sе) и теллуристый водород (Н2Sе). Молекула воды самая лёгкая из них. Она тяжелее атома водорода всего в 18 раз. Молекулярный вес теллуристого водорода – 130 – он самый тяжёлый.
Естественно чем тяжелее молекулы, тем больше должны быть си -лы, которые притягивают их друг к другу. Не будь так, все тела попросту распались бы. Чем больше силы взаимного притяжения молекул, тем более бурным должно быть их хаотическое движение для того, чтобы они могли разорвать свои связи и вещество зак -ипело. Чем оно интенсивнее, тем температура выше. Значит чем тяжелее вещество, тем при более высокой температуре оно будет кипеть. Теллуристый водород начинает кипеть при -4°С. Селенис — тый водород легче, поэтому точка кипения лежит ниже, она -42°С. Сероводород кипит при –61°С. Тогда вода, как самое лёгкое из них, должна кипеть ещё при более низкой температуре. Но однако, она кипит при 100°С, это знают все.
Если соединить нанесённые точки кипения Н2Те, Н2Sе, Н2S, получится почти прямая линия. Казалось бы, точка кипения воды должна лежать на её продолжении. Но она вдруг резко прыгает вверх, к 100°С. Та же странность происходит и при замерзании воды. По графику она должна была бы замерзнуть лишь при –90°С, между тем она превращается в лёд при 0°С.
Разве может вода не подчинятся общим для других веществ физико-химическим законам? Значит, в мире молекул действуют какие-то неизвестные, а может быть, и не правильно понятые силы?
Объяснить, почему вода кипит при 100°С, а замерзает при 0°С, удалось лишь около 70 лет тому назад. Дело в том, что одна сторона их имеет положительный заряд, а другая – отрицательный. Про такие молекуле говорят, что они полярны. Полярность молекул вызвана тем, что атомы водорода присоединяются к атому кисло –рода не симметрично с боков, а в молекуле сероводорода или теллуристого водорода, а тяготеют к одной стороне.
Как только водород соединится с кислородом, тот час орбиты его электронов меняются, отклоняясь к кислороду. Ведь электроны водорода принадлежат теперь не ему одному, они стали общим достоянием водорода и кислорода. Но из-за изменения орбиты электронов ядра водорода, обладающие положительным зарядом, обнажаются. В целом молекула воды, конечно, остаётся нейтральной. Но та сторона её, где присоединился водород, оказывается положительной по заряду, а та, куда сдвинулись электроны, — отрицательна.
Из-за того, что молекулы воды полярны, между ними кроме обычных сил притяжения действуют ещё и электрические. Они получили названия водородных связей. Одна молекула воды может удержать ими возле себя целых 4 молекулы. Вот почему вода кипит не при –70°С, а при 100°С, и замерзает при температуре на 90° выше, чем ей полагалось бы.
Водородные связи делают воду чудесной, непохожей ни на какую другую, жидкость. Количество тепла, нужное для нагревания одного грамма её на один градус, иными словами теплоёмкость, в два раза больше, чем теплоёмкость спирта, в 30 – чем ртути. Способность воды запасать в себе, словно печка, большие количества тепла, а затем отдавать его обратно имеет огромное значение для жизни Земли. В тех местах, где её поблизости нет, разница между ночной и дневной температурами достигает 50°. При таком перепаде температур лопаются камни! В знойной Сахаре после испепе –ляющей жары, ночью без костра можно замёрзнуть! Оберегая растения от заморозков, садовники ставили в неотапливаемых оранжереях бочки с водой. Остывая на 10°, бочка давала столько же тепла, сколько небольшая охапка дров.
Для того чтобы нагреть 1 литр воды от 0° до 100°, надо затратить 100 кило калорий. Для того чтобы испарить тот же литр, — в 5 раз больше. Вот почему так холодно в мокром костюме. Удивительные свойства воды неисчислимы. Она вовсе не такая мягкая и под –датливая, как кажется. Об неё можно больно ушибится если неудачно нырнёшь. Столкновение дождинки с реактивным самолётом оставляет след на его корпусе. В США есть токарный станок, где вода режет бетон. Кажется невероятным, но вода прочна, как сталь.
Вода универсальный растворитель. В природе нет, ни одного вещества, которое бы не растворялось в тех или иных количествах. Тончайшие аналитические весы показали бы, что вместе со стаканом чая вы каждый день выпиваете 0,0001 грамма растворённого стекла.
Абсолютно чистой воды в природы нет. Не получена она пока ещё ни в одной лабораторий.
Вода чутко реагирует на любые изменения внешних условий: на давление, на температуру. Её свойства изменяются на некоторое время даже после того, как она побывает обычным льдом. Урожай пшеницы и кукурузы, если их поливать водой из растаявшего льда, возрастает в 1,5 раза. Молодые животные на такой воде быстрее растут. Недаром биологи называют её иногда «живой» водою. Благотворно действует на растения и вода, прошедшая через магнитное поле. В чём тут дело, пока не разгадано.
Вода «знает» не только о земных делах, она поддерживает каким-то образом самую тесную связь с космосом. Давно известно, что скорость протекания одной и той же химической реакции в разное
время бывает неодинаковой. Словно вода прислушивалась к какому-то зову из космоса и, послушная ему, несколько меняла свои свойства. По всей вероятности, так оно и есть, – на поведение воды влияют события на Солнце. Как это происходит и в чём выражается, пока ещё учёные не знают.
Вода и в наши дни так же загадочна как 200 лет назад.
 |
www.ronl.ru
