Физические свойства воды. Реферат физические свойства воды

Реферат Свойства воды

Реферат на тему:

План:

Введение
• 1 Виды воды
  • 1.1 Химические названия воды
• 2 Свойства
  • 2.1 Физические свойства
    • 2.1.1 Агрегатные состояния
    • 2.1.2 Изотопные модификации воды
• 3 Химические свойства
• 4 Вода в природе
  • 4.1 Атмосферные осадки
  • 4.2 Вода за пределами Земли
• 5 Исследования воды
• 6 Биологическая роль
• 7 Применение
  • 7.1 Земледелие
  • 7.2 Питьё и приготовление пищи
  • 7.3 Растворитель
  • 7.4 Теплоноситель
  • 7.5 Замедлитель
  • 7.6 Пожаротушение
  • 7.7 Спорт
  • 7.8 Инструмент
  • 7.9 Смазка
• 8 Интересные факты
• 9 Дополнительное чтение
ЛитератураПримечания

Введение

71 % поверхности — вода

Вода́ (оксид водорода) — химическое вещество в виде прозрачной жидкости, не имеющей цвета (в малом объёме), запаха и вкуса (при нормальных условиях). Химическая формула: Н2O. В твёрдом состоянии называется льдом или снегом, а в газообразном — водяным паром. Около 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озёра, реки, лёд на полюсах).

Является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы).

Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды.

1. Виды воды

Вода на Земле может существовать в трёх основных состояниях — жидком, газообразном и твёрдом и приобретать различные формы, которые могут одновременно соседствовать друг с другом. Водяной пар и облака в небе, морская вода и айсберги, горные ледники и горные реки, водоносные слои в земле. Вода способна растворять в себе много веществ, приобретая тот или иной вкус. Из-за важности воды, «как источника жизни», её нередко подразделяют на типы по различным принципам.

По особенностям происхождения, состава или применения, выделяют, в числе прочего:

• Мягкая вода и жёсткая вода — по содержанию катионов кальция и магния

• По изотопам молекулы:
  • Лёгкая вода (по составу почти соответствует обычной)
  • Тяжёлая вода (дейтериевая)
  • Сверхтяжёлая вода (тритиевая)

• Талая вода
• Пресная вода
• Дождевая вода
• Морская вода
• Подземные воды

• Минеральная вода
• Солоноватая вода (en:Brackish water)

• Питьевая вода, Водопроводная вода
• Дистиллированная вода и деионизированная вода

• Сточные воды
• Ливневая вода или поверхностные воды

• Мёртвая вода и Живая вода — виды воды из сказок (со сказочными свойствами)
• Святая вода — особый вид воды согласно религиозным учениям
• Поливода
• Структурированная вода — термин, применяемый в различных неакадемических теориях.

1.1. Химические названия воды

С формальной точки зрения вода имеет несколько различных корректных химических названий:

• Оксид водорода
• Гидроксид водорода
• Монооксид дигидрогена
• Гидроксильная кислота
• англ. hydroxic acid
• Оксидан (англ. oxidane)
• Дигидромонооксид

2. Свойства

2.1. Физические свойства

Вода обладает рядом необычных особенностей:

• При таянии льда его плотность увеличивается (с 0,9 до 1 г/см³). Почти у всех остальных веществ при плавлении плотность уменьшается.
• При нагревании от 0 °C до 4 °C (точнее, 3,98 °C) вода сжимается. Соответственно, при остывании — плотность падает. Благодаря этому могут жить рыбы в замерзающих водоёмах: когда температура падает ниже 4 °C, более холодная вода как менее плотная остаётся на поверхности и замерзает, а подо льдом сохраняется положительная температура.
• Высокая температура и удельная теплота плавления (0 °C и 333,55 кДж/кг), температура кипения (100 °C) и удельная теплота парообразования (2250 КДж/кг [2]), по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом.
• Высокая теплоёмкость жидкой воды.
• Низкая вязкость.
• Высокое поверхностное натяжение.
• Отрицательный электрический потенциал поверхности воды.

Все эти особенности связаны с наличием водородных связей. Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По причине этого, а также того, что ион водорода (протон) не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома соседней молекулы. Благодаря этому, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот. Определенную роль играет протонное обменное взаимодействие между молекулами и внутри молекул воды. Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях: 2 атома водорода — каждый в одной, а атом кислорода — в двух; в таком состоянии молекулы находятся в кристалле льда. При таянии льда часть связей рвётся, что позволяет уложить молекулы воды плотнее; при нагревании воды связи продолжают рваться, и плотность её растёт, но при температуре выше 4 °C этот эффект становится слабее, чем тепловое расширение. При испарении рвутся все оставшиеся связи. Разрыв связей требует много энергии, отсюда высокая температура и удельная теплота плавления и кипения и высокая теплоёмкость. Вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.

Капля, ударяющаяся о поверхность воды

По сходным причинам вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные — атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.

Это свойство воды используется живыми существами. В живой клетке и в межклеточном пространстве вступают во взаимодействие растворы различных веществ в воде.[3] Вода необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле.

Чистая (не содержащая примесей) вода — хороший изолятор. При нормальных условиях вода слабо диссоциирована и концентрация протонов (точнее, ионов гидроксония h4O+) и гидроксильных ионов HO− составляет 0,1 мкмоль/л. Но поскольку вода — хороший растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные соли, то есть в воде присутствуют положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество. По электропроводности воды можно определить её чистоту.

Вода имеет показатель преломления n=1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60 % парникового эффекта. Благодаря большому дипольному моменту молекул, вода также поглощает микроволновое излучение, на чём основан принцип действия микроволновой печи.

2.1.1. Агрегатные состояния

Фазовая диаграмма воды: по вертикальной оси — давление в Па, по горизонтальной — температура в Кельвинах. Отмечены критическая (647,3 K; 22,1 МПа) и тройная (273,16 K; 610 Па) точки. Римскими цифрами отмечены различные структурные модификации льда

По состоянию различают:

• Твёрдое — лёд
• Жидкое — вода
• Газообразное — водяной пар

Типы снежинок.

При нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст., 101 325 Па) вода тает (плавится) при температуре в 0 °C и кипит (превращается в водяной пар) при температуре 100 °C (температура 0 °C и 100 °C были специально выбраны как температура таяния и кипения воды при создании температурной шкалы «по Цельсию» в системе СИ). При снижении давления температура таяния (плавления) воды медленно растёт, а температура кипения — падает. При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01 °C. Такое давление и температура называются тройной точкой воды. При более низком давлении вода не может находиться в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар. Температура возгонки (сублимации) льда падает со снижением давления. При высоком давлении существуют модификации льда с температурами плавления выше комнатной.

При росте давления температура кипения воды растёт, плотность водяного пара в точке кипения тоже растёт, а жидкой воды — падает. При температуре 374 °C (647 K) и давлении 22,064 МПа (218 атм) вода проходит критическую точку. В этой точке плотность и другие свойства жидкой и газообразной воды совпадают. При более высоком давлении нет разницы между жидкой водой и водяным паром, следовательно, нет и кипения или испарения.

Так же возможны метастабильные состояния — пересыщенный пар, перегретая жидкость, переохлаждённая жидкость. Эти состояния могут существовать длительное время, однако они неустойчивы и при соприкосновении с более устойчивой фазой происходит переход. Например, нетрудно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0 °C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд.

2.1.2. Изотопные модификации воды

И кислород, и водород имеют природные и искусственные изотопы. В зависимости от типа изотопов водорода, входящих в молекулу, выделяют следующие виды воды:

• Лёгкая вода (это по составу практически то же, что просто вода).
• Тяжёлая вода (дейтериевая).
• Сверхтяжёлая вода (тритиевая).

Известно, что тяжёлая вода не поддерживает жизни, то есть большинство живых организмов (за исключением некоторых микроорганизмов и грибов) в такой воде умирает[4].

Существуют тяжелокислородные модификации воды, но их свойства не так сильно отличаются от обычной воды, как при замене изотопов водорода.

3. Химические свойства

Вода является наиболее распространённым растворителем на планете Земля, во многом определяющим характер земной химии, как науки. Большая часть химии, при её зарождении как науки, начиналась именно как химия водных растворов веществ. Её иногда рассматривают, как амфолит — и кислоту и основание одновременно (катион H+ анион OH−). В отсутствие посторонних веществ в воде одинакова концентрация гидроксид-ионов и ионов водорода (или ионов гидроксония), pKa ≈ ок. 16.

Вода химически довольно активное вещество. Сильно полярные молекулы воды сольватируют ионы и молекулы, образуют гидраты и кристаллогидраты. Сольволиз, и в частности гидролиз, происходит в живой и неживой природе, и широко используется в химической промышленности.

Вода реагирует при комнатной температуре:

• с активными металлами (натрий, калий, кальций, барий и др.)
• с галогенами (фтором, хлором) и межгалоидными соединениями
• с солями, образованными слабой кислотой и слабым основанием, вызывая их полный гидролиз
• с ангидридами и галогенангидридами карбоновых и неорганических кислот
• с активными металлорганическими соединениями (диэтилцинк, реактивы Гриньяра, метилнатрий и т.д.)
• с карбидами, нитридами, фосфидами, силицидами, гидридами активных металлов (кальция, натрия, лития и др.)
• со многими солями, образуя гидраты
• с боранами, силанами
• с кетенами, недоокисью углерода
• с фторидами благородных газов

Вода реагирует при нагревании:

• с железом, магнием
• с углем, метаном
• с некоторыми алкилгалогенидами

Вода реагирует в присутствии катализатора:

• с амидами, эфирами карбоновых кислот
• с ацетиленом и другими алкинами
• с алкенами
• с нитрилами

4. Вода в природе

.

В атмосфере нашей планеты вода находится в виде капель малого размера, в облаках и тумане, а также в виде пара. При конденсации выводится из атмосферы в виде атмосферных осадков (дождь, снег, град, роса). В совокупности жидкая водная оболочка Земли называется гидросферой, а твёрдая криосферой. Вода является важнейшим веществом всех живых организмов на Земле. Предположительно, зарождение жизни на Земле произошло в водной среде.

4.1. Атмосферные осадки

Осадки согласно направлению[источник не указан 550 дней]

Осадки согласно состоянию[источник не указан 550 дней]

4.2. Вода за пределами Земли

Одним из наиболее важных вопросов, связанных с освоением космоса человеком и возможности возникновения жизни на других планетах, является вопрос о наличии воды за пределами Земли в достаточно большой концентрации. Известно, что некоторые кометы более, чем на 50 % состоят из водяного льда. Не стоит, впрочем, забывать, что не любая водная среда пригодна для жизни — в частности, аккумуляторная батарея содержит 25 % раствор серной кислоты в воде (но жизнь в нем, очевидно, маловероятна, тем более, её возникновение).

В результате бомбардировки лунного кратера, проведённого 9 октября 2009 года НАСА с использованием космического аппарата LCROSS, впервые были получены достоверные свидетельства наличия на спутнике Земли водяного льда в больших объемах.[5]

Жидкая вода, предположительно, имеется под поверхностью некоторых спутников планет, наиболее вероятно, на Европе, спутнике Юпитера.

5. Исследования воды

5.1. Гидрология

Гидроло́гия — наука, изучающая природные воды, их взаимодействие с атмосферой и литосферой, а также явления и процессы, в них протекающие (испарение, замерзание и т. п.).

Предметом изучения гидрологии являются все виды вод гидросферы в океанах, морях, реках, озёрах, водохранилищах, болотах, почвенных и подземных вод.

Гидрология исследует круговорот воды в природе, влияние на него деятельности человека и управление режимом водных объектов и водным режимом отдельных территорий; проводит анализ гидрологических элементов для отдельных территорий и Земли в целом; даёт оценку и прогноз состояния и рационального использования водных ресурсов; пользуется методами, применяемыми в географии, физике и других науках. Данные гидрологии моря используются при плавании и ведении боевых действий надводными кораблями и подводными лодками.

Гидрология подразделяется на океанологию, гидрологию суши и гидрогеологию.

Океанология подразделяется на биологию океана, химию океана, геологию океана, физическую океанологию, и взаимодействие океана и атмосферы.

Гидрология суши подразделяется на гидрологию рек (речную гидрологию, потамологию), озероведение (лимнологию), болотоведение, гляциологию.

6. Биологическая роль

Вода играет уникальную роль как вещество, определяющее возможность существования и саму жизнь всех существ на Земле. Она выполняет роль универсального растворителя, в котором происходят основные биохимические процессы живых организмов. Уникальность воды состоит в том, что она достаточно хорошо растворяет как органические, так и неорганические вещества, обеспечивая высокую скорость протекания химических реакций и в то же время — достаточную сложность образующихся комплексных соединений. Благодаря водородной связи, вода остаётся жидкой в широком диапазоне температур, причём именно в том, который широко представлен на планете Земля в настоящее время.

7. Применение

7.1. Земледелие

Выращивание достаточного количества сельскохозяйственных культур на открытых засушливых землях требует значительных расходов воды на ирригацию, доходящих до 90 % в некоторых странах.

7.2. Питьё и приготовление пищи

Живое человеческое тело содержит от 55 % до 78 % воды, в зависимости от веса и возраста. Потеря организмом человека более 10 % воды может привести к смерти. Для нормального функционирования организма человеку нужно усвоить от 1 до 7 литров воды за день в зависимости от температуры и влажности окружающей среды, физической активности и т. д.

7.3. Растворитель

Вода является растворителем для многих веществ. Она используется для очистки как самого человека, так и различных объектов человеческой деятельности. Вода используется как растворитель в промышленности.

7.4. Теплоноситель

Схема работы атомной электростанции на двухконтурном водо-водяном энергетическом реакторе (ВВЭР)

Среди существующих в природе жидкостей вода обладает наибольшей теплоёмкостью. Теплота её испарения выше теплоты испарения любых других жидкостей, а теплота кристаллизации уступает лишь аммиаку. В качестве теплоносителя воду используют в тепловых сетях, для передачи тепла по теплотрассам от производителей тепла к потребителям. Воду в качестве льда используют для охлаждения в системах общественного питания, в медицине. Большинство атомных электростанций используют воду в качестве теплоносителя.

7.5. Замедлитель

Во многих ядерных реакторах вода используется не только в качестве теплоносителя, но и замедлителя нейтронов для эффективного протекания цепной ядерной реакции. Также существуют тяжёловодные реакторы, в которых в качестве замедлителя используется тяжёлая вода.

7.6. Пожаротушение

В пожаротушении вода зачастую используется не только как охлаждающая жидкость, но и для изоляции огня от воздуха в составе пены.

7.7. Спорт

Многие виды спорта проходят на водных поверхностях, на льду, на снегу и даже в воде. Это подводное плавание, хоккей, лодочные виды спорта, биатлон и пр.

7.8. Инструмент

Гидроабразивная резка

Вода используется как инструмент для разрыхления, раскалывания и даже резки пород и материалов. Она используется в добывающей промышленности, горном деле и в производстве. Достаточно распространены установки по резке водой различных материалов: от резины до стали. Вода, выходящая под давлением несколько тысяч атмосфер способна разрезать стальную пластину толщиной несколько миллиметров, или более при добавлении абразивных частиц.

7.9. Смазка

Вода применяется как смазочный материал для смазки подшипников из древесины, пластиков, текстолита, подшипников с резиновыми обкладками и др. Воду также используют в эмульсионных смазках.[6]

8. Интересные факты

• В среднем в организме растений и животных содержится более 50 % воды.[7]
• В составе мантии Земли воды содержится в 10-12 раз больше, чем количество воды в Мировом океане [8].
• При средней глубине в 4 км Мировой океан покрывает около 71 % поверхности планеты и содержит 97,6 % известных мировых запасов свободной воды.
• Если бы на Земле не было впадин и выпуклостей, вода покрыла бы всю Землю, и её толщина была бы 3 км [9].
• Если бы все ледники растаяли, то уровень воды на Земле поднялся бы на 64 м и около 1/8 поверхности суши было бы затоплено водой [10].
• Морская вода при обычной её солёности 35 ‰ замерзает при температуре −1,91 °C[11].
• Иногда вода замерзает при положительной температуре[12].
• При определённых условиях (внутри нанотрубок) молекулы воды образуют новое состояние, при котором они сохраняют способность течь даже при температурах, близких к абсолютному нулю.[13]
• Среди существующих в природе жидкостей поверхностное натяжение воды уступает только ртути.[14][15]
• Вода отражает 5 % солнечных лучей, в то время как снег — около 85 %. Под лёд океана проникает только 2 % солнечного света.
• Синий цвет чистой океанской воды объясняется избирательным поглощением и рассеянием света в воде.
• С помощью капель воды из кранов можно создать напряжение до 10 киловольт, опыт называется «Капельница Кельвина».
• Существует следующая поговорка с использованием формулы воды — h3O: «Сапоги мои того — пропускают h3O». Вместо сапог в поговорке может участвовать и другая дырявая обувь.[16][17][18]
• Вода — это одно из немногих веществ на Земле, которые расширяются при переходе из жидкой фазы в твёрдую (кроме воды, таким свойством обладают висмут, галлий, свинец и некоторые соединения и смеси).
• Вода может гореть, если ее поместить в атмосферу с фтором, иногда даже со взрывом. При этом выделяется кислород.
• Распространено мнение, что нежелательно смешивать кипячёную воду с некипячёной, якобы употребление такой воды может вызвать диарею [1].

9. Дополнительное чтение

• Всеволод Арабаджи Загадки простой воды.
• Л.Кульский, В.Даль, Л.Ленчина. Вода: знакомая и загадочная
• Мембрана: Впервые созданы пятиугольные кристаллы льда

Литература

• Лосев К.С. Вода. — Л.: Гидрометеоиздат, 1989. — 272 с.
• Жорес Медведев. Какая вода лучше
• Гидробионты в самоочищении вод и биогенной миграции элементов. М.: МАКС-Пресс. 2008. 200 с. Предисловие члена-корр. РАН В. В. Малахова. (Серия: Наука. Образование. Инновации. Выпуск 9). ISBN 978-5-317-02625-7.
• О некоторых вопросах поддержания качества воды и ее самоочищения // Водные ресурсы. 2005. т. 32. № 3. С. 337—347.
• Андреев В. Г. Влияние протонного обменнного взаимодействия на строение молекулы воды и прочность водородной связи. Материалы V Международной конференции «Актуальные проблемы науки в России», Кузнецк 2008, т.3 с.58-62.

Примечания

1. англ. International Union of Pure and Applied Chemistry. Nomenclature of Inorganic Chemistry. IUPAC RECOMMENDATIONS 2005. RSC Publishing, 2005. — p. 306.
2. Элементарный учебник физики. - www.physel.ru/content/view/299/24/
3. pereplet.ru - www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/355.html
4. англ. D. J. Kushner, Alison Baker, and T. G. Dunstall (1999). «Pharmacological uses and perspectives of heavy water and deuterated compounds». Can. J. Physiol. Pharmacol. 77 (2): 79–88. DOI:10.1139/cjpp-77-2-79 - dx.doi.org/10.1139/cjpp-77-2-79. PMID 10535697 - www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10535697?dopt=Abstract. “used in boron neutron capture therapy ... D2O is more toxic to malignant than normal animal cells ... Protozoa are able to withstand up to 70% D2O. Algae and bacteria can adapt to grow in 100% D2O”
5. Вода на луне: но откуда? - www.infuture.ru/article/2535
6. Воскресенский В. А., Дьяков В. И. Глава 2. Смазочные вещества и их физико-химические свойства // Расчет и проектирование опор скольжения (жидкостная смазка): Справочник. — М.: Машиностроение, 1980. — С. 15. — (Библиотека конструктора). — ISBN ББК 34.42, УДК 621.81.001.2 (031)
7. Наука и техника. Книги. Загадки простой воды. - n-t.ru/ri/ar/zv01.htm
8. Состав и природа минтии Земли - www.priroda.ru/lib/detail.php?ID=5546
9. Биосфера Земли - znaniya-sila.narod.ru/solarsis/zemlya/earth_04.htm
10. Загадки простой воды - n-t.ru/ri/ar/zv01.htm
11. Дайвинг: статьи, каталог снаряжения, обучение, магазины, клубы и центры - www.tetis.ru/?p=uwabout&id=95
12. Всеволод Арабаджи. Загадки простой воды. - n-t.ru/ri/ar/zv01.htm 2001
13. Science Daily (англ.) - www.sciencedaily.com/releases/2005/06/050605183843.htm
14. Коэффициенты поверхностного натяжения жидкостей - www.habit.ru/35/188.html
15. Surface tension (англ.)
16. Глава 3. Химическая связь и строение молекул. - www.alhimik.ru/teleclass/glava3/gl-3-4.shtml — учебник с сайта alhimik.ru
17. Доспехи водника - sport.potrebitel.ru/data/2/64/060.shtml — описание снаряжения с сайта sport.potrebitel.ru
18. Бизнес на босу ногу - www.megapolis.kz/show_article.php?art_id=4406 — казахстанская общенациональная газета «Мегаполис»

wreferat.baza-referat.ru

Реферат: Свойства воды

Введение. 3

Физические свойства воды.5

Агрегатные состояния.7

Химические свойства воды.9

Виды воды.9

Возможно вы искали - Реферат: Экосистемы тундры

Мировые запасы воды.11

Заключение.20

Библиографический список:21

Вода́ (оксид водорода) — прозрачная жидкость, не имеющая цвета (в малом объёме), запаха и вкуса. Химическая формула: Н2O. В твёрдом состоянии называется льдом или снегом, а в газообразном — водяным паром. Около 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озёра, реки, лёд на полюсах).

Является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы). Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды.

Похожий материал - Реферат: Рациональное использование и охрана недр - минеральных ресурсов

Почти 70% поверхности нашей планеты занято океанами и морями. Твёрдой водой – снегом и льдом – 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. кубических километров приходится на долю пресных вод. Всего количества океанической воды хватило бы на то, чтобы покрыть ею земной шар слоем более 2,5 километров. На каждого жителя Земли приблизительно приходится 0,33 кубических километров морской 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 для человека. Почти 70% пресных вод заключено в ледниковых покровах полярных стран и в горных ледниках, 30% - в водоносных слоях под землёй, а в руслах всех рек содержатся одновременно всего лишь 0,006% пресных вод. Молекулы воды обнаружены в межзвёздном пространстве. Вода входит в состав комет, большинства планет солнечной системы и их спутников.

Состав воды (по массе): 11,19 % водорода и 88,81 % кислорода. Чистая вода прозрачна, не имеет запаха и вкуса. Наибольшую плотность она имеет при 0° С (1 г/см3). Плотность льда меньше плотности жидкой воды, поэтому лед всплывает на поверхность. Вода замерзает при 0° С и кипит при 100° С при давлении 101 325 Па. Она плохо проводит теплоту и очень плохо проводит электричество. Вода — хороший растворитель. Молекула воды имеет угловую форму атомы водорода по отношению к кислороду образуют угол, равный 104,5°. Поэтому молекула воды — диполь: та часть молекулы, где находится водород, заряжена положительно, а часть, где находится кислород, — отрицательно. Благодаря полярности молекул воды электролиты в ней диссоциируют на ионы.

В жидкой воде наряду с обычными молекулами Н20 содержатся ассоциированные молекулы, т. е. соединенные в более сложные агрегаты (Н2О)x благодаря образованию водородных связей. Наличием водородных связей между молекулами воды объясняются аномалии ее физических свойств: максимальная плотность при 4° С, высокая температура кипения (в ряду Н20—Н2S — Н2Sе) аномально высокая теплоемкость [4,18 кДж/(г • К)]. С повышением температуры водородные связи разрываются, и полный разрыв наступает при переходе воды в пар.

Вода — весьма реакционноспособное вещество. При обычных условиях она взаимодействует со многими основными и кислотными оксидами, а также со щелочными и щелочно-земельными металлами. Вода образует многочисленные соединения - кристаллогидраты.

Очевидно, соединения, связывающие воду, могут служить в качестве осушителей. Из других осушающих веществ можно указать Р205, СаО, ВаО, металлический Ма (они тоже химически взаимодействуют с водой), а также силикагель. К важным химическим свойствам воды относится ее способность вступать в реакции гидролитического разложения.

Очень интересно - Реферат: Понятие живого вещества

Вода обладает рядом необычных особенностей:

1. При таянии льда его плотность увеличивается (с 0,9 до 1 г/см³). Почти у всех остальных веществ при плавлении плотность уменьшается.

2. При нагревании от 0 °C до 4 °C (точнее, 3,98 °C) вода сжимается. Соответственно, при остывании - плотность падает. Благодаря этому могут жить рыбы в замерзающих водоёмах: когда температура падает ниже 4 °C, более холодная вода как менее плотная остаётся на поверхности и замерзает, а подо льдом сохраняется положительная температура.

3. Высокая температура и удельная теплота плавления (0 °C и 333,55 кДж/кг), температура кипения (100 °C) и удельная теплота парообразования (2250 КДж/кг [1]), по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом.

4. Высокая теплоёмкость жидкой воды.

Вам будет интересно - Доклад: Озоновые дыры 2

5. Высокая вязкость.

6. Высокое поверхностное натяжение.

7. Отрицательный электрический потенциал поверхности воды.

Все эти особенности связаны с наличием водородных связей. Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По причине этого, а также того, что ион водорода (протон) не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома соседней молекулы. Благодаря этому, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот. Определенную роль играет протонное обменное взаимодействие между молекулами и внутри молекул воды. Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях: 2 атома водорода — каждый в одной, а атом кислорода — в двух; в таком состоянии молекулы находятся в кристалле льда. При таянии льда часть связей рвётся, что позволяет уложить молекулы воды плотнее; при нагревании воды связи продолжают рваться, и плотность её растёт, но при температуре выше 4 °С этот эффект становится слабее, чем тепловое расширение. При испарении рвутся все оставшиеся связи. Разрыв связей требует много энергии, отсюда высокая температура и удельная теплота плавления и кипения и высокая теплоёмкость. Вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.

По сходным причинам вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные — атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.

Похожий материал - Реферат: Очистка хромсодержащих сточных вод гальванопроизводства

Это свойство воды используется живыми существами. В живой клетке и в межклеточном пространстве вступают во взаимодействие растворы различных веществ в воде. Вода необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле.

Чистая (не содержащая примесей) вода — хороший изолятор. При нормальных условиях вода слабо диссоциирована и концентрация протонов (точнее, ионов гидроксония h4O+) и гидроксильных ионов HO− составляет 0,1 мкмоль/л. Но поскольку вода — хороший растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные соли, то есть в воде присутствуют положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество. По электропроводности воды можно определить её чистоту.

Вода имеет показатель преломления n=1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60 % парникового эффекта. Благодаря большому дипольному моменту молекул, вода также поглощает микроволновое излучение, на чём основан принцип действия микроволновой печи.

1. По состоянию различают:

cwetochki.ru

Физические и химические свойства воды

Чистая вода представляет собой бесцветную или голубовато-зеленую прозрачную жидкость, не имеющую ни запаха, ни вкуса.

Масса 1 мл очищенной речной воды принята за единицу массы и называется граммом.

Такие фундаментальные физические характеристики воды, как температура кипения и замерзания известны каждому из нас. При давлении 760 мм рт. ст. температура замерзания воды составляет 0,00 °С, а температура кипения — 100,00 °С. Вода по своему молекулярному строению, как гидрид кислорода, подобна гидридам серы, селена и теллура, т.е. гидридам элементов, входящих в одну с кислородом подгруппу периодической системы химических элементов, и для нее должны бы наблюдаться закономерности изменения физических свойств, свойственные гидридам других элементов данной подгруппы. Начиная с более тяжелого … из них, проследим, как изменяются температуры кипения и замерзания по мере уменьшения молекулярной массы гидридов.

В соответствии с этими зависимостями следовало бы ожидать, что вода должна кипеть при -70 °С и замерзать при -90 °С. На самом же деле в

обычных условиях вода замерзает при О °С и закипает при 100 С. Такое резкое отклонение от установленной закономерности как раз и объясняется тем, что вода является ассоциированной жидкостью. Таким образом, аномальность температур замерзания и кипения воды связана с тем, что существование ее в условиях Земли в твердом и жидком состояниях само по себе аномально. Нормальным было бы пребывание ее только в парообразном состоянии.

Температура ассоциации молекул воды позволяет объяснить причину одного из важнейших свойств воды — ее плотностную аномалию. Как известно, максимальная плотность воды (1,0 г/см3) соответствует температуре +4 °С, а лед имеет значительно меньшую плотность — 0,94 г/см3. Предполагается, что в воде при +4 °С присутствует максимальное число удвоенных молекул воды.

Ассоциативность воды сказывается и на очень высокой теплоте ее парообразования. Например, чтобы испарить 1 г воды, уже нагретой до 100 °С, требуется в 6 раз больше тепла, чем для нагревания 1 г воды от 0 до 80 °С. Благодаря этому вода является мощнейшим энергоносителем на нашей планете. Под действием солнца 1 млн т воды за минуту превращается в пар, каждый грамм которого несет в верхние слои атмосферы по 2,26 тыс. Дж солнечной энергии. В результате атмосфера Земли получает количество тепла, эквивалентное тому, которое вырабатывали бы 40 тысяч электростанций, каждая мощностью по 1 млрд кВт.

Способность воды накапливать большие запасы тепловой энергии позволяет сглаживать резкие температурные колебания на земной поверхности в различные времена года и в разное время суток. Вода выступает регулятором температуры на нашей планете.

Среди необычных свойств воды следует отметить ее исключительно высокое поверхностное натяжение (72,7-10"3 Н/м при 20 °С), которое относительно велико по сравнению с большинством других жидкостей и уступает только ртути.

Поверхностное натяжение воды очень чувствительно даже к следам примесей. Величина поверхностного натяжения существенно снижается при наличии примесей поверхностно-активных веществ.

Поверхностное натяжение проявляется в смачивании поверхностей многих тел. Смачивание и поверхностное натяжение лежат в основе явления, называемого капиллярностью. Состоит оно в том, что в узких каналах вода способна подниматься на высоту, гораздо большую, чем та, которая допускается силой тяжести для столбика данного сечения. Капиллярность имеет огромное значение для эволюции жизни на нашей планете. Благодаря этому явлению вода смачивает толщу Земли, лежащую значительно выше грунтовых вод, и доставляет корням растений растворы питательных солей с глубины десятков метров. Капиллярностью во многом обусловлено движение крови и тканевых жидкостей. С величиной поверхностного натяжения связаны такие практически важные вопросы, как расход энергии на распыление воды, степени смачиваемости водой твердых тел в процессе флотации, способность воды подниматься по капиллярам.

В обычных условиях чистая вода практически не диссоциирована, это делает ее плохим проводником электрического тока; электропроводность химически чистой воды при 18 С составляет 3,8-10"8 Ом*1 • см*1, тогда как электропроводность морской воды в миллионы раз больше благодаря ее высокому солесодержанию. Измерение электропроводности является одним из наиболее чувствительных методов анализа воды.

Вязкость воды быстро уменьшается с повышением температуры. Это свойство воды следует учитывать и по возможности использовать в процессах, связанных с фильтрацией водных растворов.

В природе в зависимости от температуры и давления вода может находиться в трех агрегатных состояниях: лед, вода, пар.

Напомним, что химической системой называется вещество или смесь веществ в определенном ограниченном объеме. Система может быть гомогенной и гетерогенной. Гомогенная система представляет собой единое по составу и внутренней структуре скопление частиц, либо одинаковых, либо разных, но полностью перемешанных друг с другом. Такой системой будет, например, вода, раствор сахара или соли, смесь газов, однородное твердое вещество и т.п. Наоборот, система является гетерогенной, если в ней одновременно содержатся различные по составу или внутренней структуре скопления частиц, ограниченные друг от друга поверхностями раздела. гетерогенным относятся, например, системы, состоящие из двух несмешивающихся жидкостей, льда и воды, смеси твердых веществ и др.

Разделенные составные части гетерогенной системы носят название её фаз. Фазой, таким образом, называется гомогенная часть гетерогенной системы.

Если мы обратимся теперь к рис. 5, то увидим, что вся площадь диаграммы разбита на три части, каждая из которых соответствует области устойчивости одного из агрегатных состояний воды, т.е. одной из фаз трех-фазной системы: лед — вода — водяной пар. Разделяющие эти области линии отвечают тем условиям температуры и давления, при которых в устойчивом состоянии находятся две фазы.

Вода является очень слабым электролитом. Из 555 млн. молекул воды диссоциирует на ионы только одна

Ионное произведение воды сильно возрастает при повышении температуры водных растворов. Изменение величины ионного про-изведения воды в зависимости от температуры очень важно в процессах гидролитического расщепления солей.

В реакциях окисления — восстановления вода обычно играет роль среды. Под действием сильных восстановителей при обыкновенной темпера-туре и особенно при повышенной вода проявляет окислительные свойства, например, окисляет щелочные и щелочноземельные металлы, железо, углерод и др. При действии сильных окислителей (фтор, хлор и т.п.) вода склонна проявлять восстановительные свойства.

Вода способна к комплексообразованию. Существуют три типа присоединения воды к молекулам других веществ, а именно: присоединение по электролитическому или ионному типу, по координационному типу и по адсорбционному типу.

По ионному типу соединяются с водой оксиды щелочных, щелочноземельных и редкоземельных металлов и кислотные оксиды. Вода, присоединенная по ионному типу, называется конституционной. Так как все реакции соединения оксидов с водой являются экзотермическими, то полученные соединения устойчивы, и конституционная вода при нагревании удаляется с большим трудом.

Молекулы воды, будучи диполями, способны притягиваться преимущественно к положительным ионам металлов, образуя комплексы. Комплексы, в состав которых входит вода, называются аквакомплексами или кристаллогидратами, а вода, вошедшая в их состав — кристаллизационной. Связь между положительными ионами металлов и кислородом воды является координационной связью. При нагревании, а также при выветривании кристаллогидратов кристаллизационная вода выделяется значительно легче, чем конституционная.

Каждое вещество на своей поверхности адсорбирует некоторое количество воды за счет межмолекулярных сил притяжения. Наличие последних обусловливается, по-видимому, дипольностью молекул воды. Вода, присоединенная к веществу по адсорбционному типу, называется гигроскопической. Гигроскопическая вода удаляется еще легче кристаллизационной

Вода является универсальным растворителем, способным растворять очень многие твердые вещества, жидкости и газы. Способность многих веществ растворяться в воде и диссоциировать на ионы определяется ее высокой диэлектрической проницаемостью. У большинства растворителей диэлектрическая проницаемость находится в пределах от 10 до 50. У воды величина диэлектрической проницаемости максимальна и равна 81. Эта особенность воды определяет самую большую растворяющую способность в отношении веществ с полярной и ионной структурой. Высокая растворяющая способность воды сыграла важную: роль в формировании состава природных вод, которые в зависимости от условий образования значительно отличаются друг от друга по своим качественным показателям.

По своим химическим свойствам вода является весьма реакционным веществом. Реакционную способность воды необходимо учитывать при использовании химических методов очистки сточных вод.

В то же время вода является химически устойчивым соединением. То, что вода химически не изменяется под действием тех соединений, которые она растворяет, и не изменяет их, характеризует ее как инертный растворитель. Это свойство воды очень важно для живых организмов нашей планеты, поскольку необходимые их тканям питательные вещества поступают в водных растворах в сравнительно мало измененном виде. Как растворитель вода может использоваться многократно.

Благодаря своей ассоциативности вода обладает удивительными, можно сказать, загадочными свойствами. К примеру, вода, прошедшая сквозь магнитное поле (омагниченная вода), находит применение в промышленности, сельском хозяйстве, строительстве и даже медицине. Омагниченная вода растворяет не только накипь в паровых котлах, но и почечные камни. Лекарства, приготовленные на омагниченной воде, действуют более эффективно.

А талая вода? Ученые в Томске обнаружили, что замачивание семян в талой снеговой воде повышает урожайность ячменя на четверть. Цыплят поили талой речной водой — через два месяца их вес был на 40 % больше, чем у тех, которые пили обычную воду из той же реки.

Есть и озвученная вода. Был проведен такой опыт: семена сосны одновременно замачивали в ведре обычной воды и в ведре той же воды, над которой час гудел автомобильный клаксон. Вторые саженцы были значительно выше и мощней своих собратьев.

А в серьезной научной литературе ежегодно печатаются сведения о чудесах воды освещенной, перемешанной, ионизированной, пропущенной через капилляры, обработанной электрическим током.

И вот что интересно, разные воздействия на воду приводят чаще всего к одинаковым результатам: повышается растворимость веществ в воде, биологическая и химическая активность воды резко снижается. С чем это связано? Почему?

Еще в 1933 году известные химики Дж. Бернал и Рю Фаулер доказали, что вода достаточно сложное образование, содержащее в себе мономолекулы и ассоциаты. Причем количество мономолекул и ассоциатов в одной и той же порции воды непостоянно и зависит от внешних условий. Эту теорию никто никогда не оспаривал, но и выводов из нее особых никто не сделал, пока не хлынул в 60-х годах поток публикаций о "странной" воде,

И тут выяснилось, что свойства "странной" воды имеют явно временный характер: если растопить лед, талая вода лишь несколько часов будет "странной", а затем вновь будет обычной. И еще, каждое воздействие на воду, будь то магнитное поле, звук или нагревание, экспериментаторами объяснялось по-своему, хотя свойства были, как правило, очень похожими.

И наконец, была разработана гипотеза, заключающаяся в том, что все без исключения воздействия на воду приводят к одному результату- дроблению крупных ассоциатов на более мелкие, вплоть до мономолекул; что после прекращения воздействия идет обратный процесс — слипание мономолекул в мелкие ассоциаты, а тех — в крупные. .

В чем, например, причина повышения биологической активности "странной" воды? Почему в "странной" воде ускоряются физико- химические процессы? Да очень просто: мономолекулы аномально-полярны, следовательно, больше растворяют биологически активных веществ. Мономолекулы имеют маленький размер, им легко по сравнению с крупными ассоциатами проникнуть через клеточную мембрану, ввести в клетку питательные вещества, вывести продукты распада.

Мономолекулы, как архиполярные частицы, в большей степени, чем ассоциаты, вызывают электролитическую диссоциацию, повышают концентрацию реагирующих ионов и, соответственно, скорость реакции.

Рассмотренные нами физические и химические свойства воды относятся лишь к одному ее виду, а именно Н2О. Но в природе встречаются и другие устойчивые изотопы водорода (дейтерий, тритий) и кислорода , а соответственно, и другие виды молекул воды.

Наибольшее практическое значение имеет тяжелая вода D2160 с молекулярной массой 20. По свойствам тяжелая вода заметно отличается от обычной воды. Она кипит при +101,4 °С, замерзает при +3,8 °С. Плотность ее при +25 °С составляет 1,1042 г/см3. Молекулы тоже образуют межмолекулярные дейтериевые связи, они прочнее водородных, поэтому структура тяжелой воды более стабильна, Растворимость солей в тяжелой воде на 10-20 % ниже, чем в легкой. Она угнетает жизнедеятельность растений и животных.

В природных водах содержание тяжелой воды составляет около 0,02%. Повышенное содержание тяжелой воды наблюдается в живых организмах и минералах. Тяжелая вода очень гигроскопична, т.е. поглощает легкую воду. Вязкость тяжелой воды на 20% выше, чем у обычной.

refac.ru

Физические свойства воды | Химия. Шпаргалка, шпора, формула, закон, презентация, ГДЗ, конспект, опыты, тесты, сообщение, реферат, кратко

При обычных условиях вода — жид­кое прозрачное вещество без цвета, вкуса и запаха. Плотность жидкой воды имеет максимальное значение 1 г/см3 при 4 °C. При 0 °C вода пере­ходит из жидкого состояния в твёрдое — лёд. При 100 °C кипит и пере­ходит в газообразное состояние — водяной пар. Аналоги воды по стро­ению и химическому составу — h3S, h3Se, h3Te — при комнатной тем­пературе находятся в газообразном состоянии. Если бы свойства воды подчинялись общей закономерности, то она закипала бы при темпера­туре -70 °C, а лёд образовывался бы при -90 °C, что вряд ли способство­вало жизни на планете в её настоящем виде. Наличие водородной свя­зи у низкомолекулярного вещества воды и объясняет аномально высо­кие значения её температур плавления и кипения.

Чистое вещество вода обладает и другими особенностями, которые делают это соединение поистине уникальным.

Вода способна расширяться при замерзании и иметь при +4 °C мак­симальную плотность. Поэтому при температуре меньше +4 °C лёд за­нимает верхнюю часть водоёма, укрывая, как шубой, его нижние слои и защищая водоём от промерзания. Это спасает нашу планету от обле­денения. Не обладай вода таким загадочным свойством, все водоёмы и даже Мировой океан за определённый геологический период промёрз­ли бы до дна. Жизнь на Земле не только не получила бы своего эволю­ционного развития, она просто бы не возникла.

Вода обладает высокими значениями удельной теплоты плавления и удельной теплоты парообразования, которым академик В. И. Вер­надский придавал планетарное значение, так как они определяют многие физико-химические и биологические процессы на Земле (рис. 157).

Высокая удельная теплота плавления льда, равная 332 • 103 Дж/кг, оберегает нашу планету от всемирных потопов. Таяние льда (рис. 158) и снега связано с огромными энергетическими затратами, поэтому процесс происходит постепенно, в большинстве случаев не причиняя вреда природе.

Рис. 157. Облака — это миллиарды мельчайших капелек воды

Рис. 158. Таяние льда

На испарение 1 кг воды при нормальном атмосферном давлении и температуре кипения расходуется 2257 • 103 Дж теплоты, т. е. прибли­зительно в 7 раз больше, чем на плавление 1 кг льда. В этом причина сохранения воды в жидком состоянии на нашей планете. Даже в са­мые жаркие дни вода испаряется крайне медленно. Поэтому и сезоны года меняются не резко, а плавно: лето — осень — зима — весна.

Вода имеет высокую удельную теплоёмкость. Эта величина показы­вает, какое количество теплоты надо затратить для нагревания 1 кг воды на 1 K (рис. 159). Оказывается, оно равно 4,1868 • 103 Дж.

Из-за высокой удельной теплоёмкости воды на континентах не бы­вает резкого перепада температур зимой и летом, ночью и днём, по­скольку они окружены гигантским регулятором, своеобразным термо­статом — водами Мирового океана.

При нагревании всех веществ удельная теплоёмкость их, как пра­вило, возрастает, но вода — исключение. Изменение удельной тепло­ёмкости воды с повышением температуры аномально: от 0 до 30 °C она понижается и только от 50 до 100 °C повышается. Значит, удельная те­плоёмкость воды достигает минимального значения при 36—37 °C, т. е. вблизи нормальной температуры тела человека и млекопитающих, благо­приятной для биохимических реакций в их организме.

Ещё одна особенность воды — высокое поверхностное натяжение.

На каждую молекулу внутри жидко­сти действуют силы притяжения сосед­них молекул, окружающих её со всех сто­рон. На молекулы поверхностного слоя действуют как молекулы жидкости, так и молекулы газов воздуха. Взаимное при­тяжение молекул жидкости больше, чем молекул жидкости и газа, поэтому равно­действующая сил притяжения направле­на внутрь жидкости и молекулы поверхностного слоя стремятся в неё втянуться. Под действием этой силы число молекул на по­верхности уменьшается, её площадь сокраща­ется. Но все молекулы, разумеется, не могут уйти внутрь. На поверхности остаётся такое их число, при котором она оказывается мини­мальной. Для перенесения молекул из глуби­ны объёма жидкости в её поверхностный слой необходимо совершить работу по преодоле­нию равнодействующей сил притяжения, дей­ствующих на молекулу в поверхностном слое. Материал с сайта http://doklad-referat.ru

Рис. 159. Температурные шкалы Кельвина и Цельсия

Рис. 160. Капли росы стремятся принять форму шара

Рис. 161. Водомерка

Поверхностным натяжением называется величина, равная рабо­те, затраченной на увеличение поверхности жидкости на одну еди­ницу.

Поверхностное натяжение собирает воду в капли (рис. 160) и позво­ляет водомерке (рис. 161) скользить по воде.

Ещё одна характеристика воды — вязкость. Обычно с повышением давления вязкость вещества увеличивается, а с ростом температуры уменьшается. Вода и здесь выделяется. Её вязкость с ростом давления при температуре ниже -30 °C значительно уменьшается. Поэ­тому активность организмов, живущих в низ­котемпературных средах, не сильно зависит от этих температур: кровь, не потерявшая те­кучести, продолжает выполнять свои функ­ции столь же интенсивно, как и при более вы­соких температурах.

• Перечислите известные аномалии физических свойств

• Опыты для реферата с водой

• При обычных условиях вода это жидкое прозрачное вещество

• Физ свойства воды аномалии-реферат

• Аномальные свойства воды реферат по биологии кратко

• Какими физическими свойствами обладает вода?

• Что такое поверхностное натяжение?

• Как водородная связь определяет фи­зические свойства воды?

• Перечислите известные вам аномалии физических свойств воды.

• Какую роль аномалии физических свойств воды играют в природе?

doklad-referat.ru

Смотрите также

• 
  Реферат на тему коклюш
• 
  Налоговая система канады реферат
• 
  Реферат на тему суперкомпьютеры
• 
  Астрология и астрономия реферат
• 
  Реализация государственной политики реферат
• 
  Unix операционная система реферат
• 
  Ультразвук реферат в медицине
• 
  Реферат ценности современной молодежи
• 
  Реферат священная римская империя
• 
  Черты русской философии реферат
• 
  Реферат эпоха екатерины 2