Реферат: Вода и её свойства. Реферат вода и ее свойства

Реферат - Вода и её свойства

ГЛАВНЫЙ СОСТАВИТЕЛЬ РЕФЕРАТА

ПЕТРУНИНА

АЛЛА

БОРИСОВНА

МУНИЦИПАЛЬНАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ

СРЕДНЯЯ ШКОЛА №4

РЕФЕРАТ

по химии на тему:

“Вода и её свойства”

Выполнила:

ученица 11”Б” класса

Петрунина Елена

ПЕНЗА 2001г.

Вода – вещество привычное и необычное. Известный советский ученый академик И.В.Петрянов свою научно – популярную книгу о воде назвал “Самое необыкновенное вещество в мире”. А доктор биологических наук Б.Ф.Сергеев начал свою книгу “Занимательная физиология” с главы о воде – “Вещество, которое создало нашу планету”.

Ученые правы: нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в то же время не существует другого такого же вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах.

Почти ¾ 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.

Изотопный состав. Существуют девять устойчивых изотопных разновидностей воды. Содержание их в пресной воде в среднем следующее: 1Н216О – 99,73%, 1Н218О – 0,2%,

1Н217О – 0,04%, 1h3Н16О – 0,03%. Остальные пять изотопных разновидностей присутствуют в воде в ничтожно малых количествах.

Строение молекулы. Как известно, свойства химических соединений зависят от того, из каких элементов состоят их молекулы, и изменяются закономерно. Воду можно рассматривать как оксид водорода или как гидрид кислорода. Атомы водорода и кислорода в молекуле воды расположены в углах равнобедренного треугольника с длиной связи О – Н 0,957 нм; валентный угол Н – О – Н 104o 27’.

Но поскольку оба водородных атома расположены по одну сторону от кислородного, электрические заряды в ней рассредоточиваются. Молекула воды полярна, что является причиной особого взаимодействия между разными её молекулами. Атомы водорода в молекуле воды, имея частичный положительный заряд, взаимодействуют с электронами атомов кислорода соседних молекул.Такая химическая связь называется в о д о р о д н о й. Она обьединяет молекулы воды в своеобразные полимеры пространственного строения. В водяном паре присутствует около 1% димеров воды. Расстояние между атомами кислорода – 0,3 нм. В жидкой и твёрдой фазах каждая молекула 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 молекулы воды направлены приблизительно к вершинам правильного тетраэдра.

Структура модификаций льда представляет собой трёхмерную сетку. В модификациях, существующих при низких давлениях, так называемый лёд – I , связи Н – О – Н почти прямолинейны и направлены к вершинам правильного тетраэдра. Но при высоких давлениях обычный лёд можно превратить в так называемые лёд – II, лёд – III так далее – более тяжёлые и плотные кристаллические формы этого вещества. Самые твёрдые, плотные и тугоплавкие пока – лёд – VII и лёд – VIII. Лёд – VII получен под давлением 3 млрд Па, он плавится при температуре + 1900 C . В модификациях – лёд – II - лёд – VI – с вязи Н – О – Н искривлены и углы между ними отличаются от тетраэдрического, что обусловливает увеличение плотности 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 сохраняется система прямолинейных водородных связей.

Трёхмерная сетка водородных связей, построенная из тетраэдров, существует и в жидкой воде во всём интервале от температуры плавления до критической температуры, равной + 3,980 С. Увеличение плотности при плавлении, как и в случае плотных модификаций льда, объясняется искривлением водородных связей.

Искривление водородных связей увеличивается с ростом температуры и давления, что ведёт к возрастанию плотности. С другой стороны при нагревании средняя длина водородных связей становится больше, в результате чего плотность уменьщается. Совместное действие двух фактов объясняет наличие максимума плотности воды при температуре + 3, 980 С.

Физические свойства воды аномальны, что объясняется приведёнными выше данными о взаимодействии между молекулами воды.

Вода – единственное вещество на Земле, которое существует в природе во всех трёх агрегатных состояниях – жидком, твёрдом и газообразном.

Плавление льда при атмосферном давлении сопровождается уменьшением объёма на 9%. Плотность жидкой воды при температуре, близкой к нулю, больше, чем у льда. При 00С 1 грамм льда занимает объём 1,0905 кубических сантиметров, а 1 грамм жидкой воды занимает объём 1,0001 кубических сантиметров. И лёд плавает, оттого и не промерзают обычно насквозь водоёмы, а лишь покрываются ледяным покровом.

Температурный коэффициент объёмного расширения льда и жидкой воды отрицателен при температурах соответственно ниже - 2100 С и + 3,980 С.

Теплоёмкость при плавлении возрастает почти вдвое и в интервале от 00 С до 1000 С почти не зависит от температуры.

Вода имеет незакономерно высокие температуры плавления и кипения в сравнении с другими водородными соединениями элементов главной подгруппы VI группы таблицы Менделеева.

теллуроводород селеноводород сероводород вода

Н2Те Н2Sе Н2S Н2О

_____________________________________________________

t плавления - 510 С - 640 С - 820 С 00 С

_____________________________________________________

t кипения - 40 С - 420 С - 610 С 1000 С

_____________________________________________________

Нужно подвести дополнительную энергию, чтобы расшатать, а затем разрушить водородные связи. И энергия 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 не вода. Нагреваясь, она поглощает тепло, остывая, отдаёт его. Земная вода и поглощает, 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 полуострова Флорида в Северной Америке до Шпицбергена и Новой Земли. Благодаря Гольфстриму средняя температура января на побережье Северной Норвегии, за Полярным кругом, такая же, как в степной части Крыма, - около 00 С, т. е. повышена на 15 – 200 С. А в Якутии на той же широте, но вдали от Гольфстрима – минус 400 С. А от космического холода предохраняют Землю те молекулы воды, которые рассеяны в атмосфере – в облаках и в виде паров. Водяной пар создаёт мощный “парниковый эффект”, который задерживает до 60% теплового излучения нашей планеты, не даёт ей охлаждаться. По расчётам М.И.Будыко, при уменьшении содержания водяного пара в атмосфере вдвое средняя температура поверхности Земли понизилась бы более чем на 50 С (с 14,3 до 90 С). На смягчение земного климата, в частности на выравнивание температуры воздуха в переходные сезоны – весну и осень, заметное влияние оказывают огромные величины скрытой теплоты плавления и испарения воды.

Но не только поэтому мы считаем воду жизненно важным веществом. Дело в том, что тело человека почти на 63 – 68 % состоит из воды. Почти все биохимические реакции в каждой живой клетке – это реакции в водных растворах. С водой удаляются из нашего тела ядовитые шлаки; вода, выделяемая потовыми железами и испаряющаяся с поверхности кожи, регулирует температуру нашего тела. Представители животного и растительного мира содержат такое же обилие воды в своих организмах. Меньше всего воды, лишь 5 – 7% веса, содержат некоторые мхи и лишайники. Большинство обитателей земного шара и растения состоят более чем на половину из воды. Например, млекопитающие содержат 60 – 68 %; рыбы – 70 %; водоросли – 90 – 98 % воды.

В растворах же (преимущественно водных) протекает большинство технологических процессов на предприятиях химической промышленности, в производстве лекарственных препаратов и пищевых продуктов.

Не случайно гидрометаллургия – извлечение металлов из руд и концентратов с помощью растворов различных реагентов – стала важной отраслью промышленности.

Вода – это важный источник энергоресурсов. Как известно, все гидроэлектрические станции мира, от маленьких до самых крупных, превращают механическую энергию водного потока в электрическую исключительно с помощью водяных турбин с соединёнными с ними электрогенераторами. На атомных электростанциях атомный реактор нагревает воду, водяной пар вращает турбину с генератором и вырабатывает электрический ток.

Вода, несмотря на все её аномольные свойства, является эталоном для измерения темпкратуры, массы ( веса), количества тепла, высоты местности.

Шведский физик Андерс Цельсий, член Стокгольмской академии наук, создал в 1742 году стоградусную шкалу термометра, которой в настоящее время пользуются почти повсеместно. Точка кипения воды обозначена 100 , а точка таяния льда 0 .

При разработке метрической системы, установленной по декрету французского революционного правительства в 1793 году взамен различных старинных мер, вода была использована для создания основной меры массы (веса) – килограмма и грамма: 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 1 кубического метра воды.

Вода используется и для измерения количества тепла. Одна калория – это количество тепла, нужное для нагревания 1 грамма воды с 14, 5 до 15,50 С.

Все высоты и глубины на земном шаре отсчитываются от уровня моря.

В 1932 году американцы Г.Юри и Э.Осборн обнаружили, что даже в самой чистой воде, которую только можно получить в лабораторных условиях, содержится незначительное количество какого-то вещества, выражающегося, по-видимому, той же химической формулой Н2О, но обладающего молекулярным весом 20 вместо веса 18, присущего обычной воде. Юри назвал это вещество тяжёлой водой. Большой вес тяжёлой воды объясняется тем, что её молекулы состоят из атомов водорода с удвоенным атомным весом по сравнению с атомами обычного водорода. Двойной вес этих атомов в свою очередь обусловливается тем, что их ядра содержат, кроме единственного протона, составляющего ядро обычного водорода, ещё один нейтрон. Тяжёлый изотоп водорода получил название дейтерия

(D или 2Н), а обычный водород стали называть протием. Тяжёлая вода, окись дейтерия, выражается формулой D2О.

Вскоре был открыт третий, сверхтяжёлый изотоп водорода с одним протоном и двумя нейтронами в ядре, который был назван тритием (Т или 3Н). В соединении с кислородом тритий образует сверхтяжёлую воду Т2О с молекулярным весом 22.

В природных водах содержится в среднем около 0,016% тяжёлой воды. Тяжёлая вода внешне похожа на обычную воду, но по многим физическим свойствам отличается от неё. Точка кипения тяжёлой воды 101,40 С, точка замерзания + 3,80 С. Тяжёлая вода на 11% тяжелее обычной. Удельный вес тяжёлой воды при температуре 250 С равен 1,1. Она хуже ( на 5 – 15% ) растворяет различные соли. В тяжёлой воде скорость протекания некоторых химических реакций иная, чем в обычной воде.

И в физиологическом отношении тяжёлая вода воздействует на живое вещество иначе: в отличие от обычной 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 поить одной тяжёлой водой, они погибнут от жажды. Тяжёлая вода – это мёртвая вода.

Имеется ещё один вид воды, отличающийся по физическим свойствам от обычной воды, - это омагниченная вода. Такую воду получают с помощью магнитов, вмонтированных в трубопровод, по которому течет вода. Омагниченная вода изменяет свои физико – химические свойства: скорость химических реакций в ней увеличивается, ускоряется кристаллизация растворённых веществ, увеличивается слипание твёрдых частиц примесей и выпадение их в осадок с образованием крупных хлопьев (коагуляция). Омагничивание успешно применяется на водопроводных станциях при большой мутности забираемой воды. Она позволяет также быстро осаждать загрязненные промышленные стоки.

Из химических свойств воды особенно важны способность её молекул диссоциировать (распадаться) на ионы и способность воды растворять вещества разной химической природы.

Роль воды как главного и универсального растворителя определяется прежде всего полярностью её молекул и, как следствие, её чрезвычайно высокой диэлектрической проницаемостью. Разноимённые электрические заряды, и в частности ионы, притягиваются друг к другу в воде в 80 раз слабее, чем притягивались бы в воздухе. Силы взаимного притяжения между молекулами или атомами погружённого в воду тела также слабее, чем в воздухе. Тепловому движению в этом случае легче разбить молекулы. Оттого и происходит растворение, в том числе многих труднорастворимых веществ: капля камень точит.

Лишь незначительная доля молекул (одна из 500 000 000) подвергается электролитической диссоциации по схеме:

Н2О Н+ + ОН-

Однако, приведённое уравнение условное: не может существовать в водной среде лишённый электронной оболочки протон Н+. Он сразу соединяется с молекулой воды, образуя ион гидроксония Н3О+, который в свою очередь объединяется с одной, двумя или тремя молекулами воды в

Н3О+ , Н5О2+ , Н7О3+ .

Электролитическая диссоциация воды – причина гидролиза солей слабых кислот и (или) оснований. Степень электролитической диссоциации заметно возрастает при повышении температуры.

Образование воды из элементов по реакции:

Н2 + 1/2 О2 Н2О -242 кДж/моль для пара

-286 кДж/моль для жидкой воды

-при низких температурах в отсутствии катализаторов происходит крайне медленно, но скорость реакции резко возрастает при повышении температуры, и при 5500 С она происходит со взрывом. При понижении давления и повышении температуры равновесие сдвигается влево.

Под действием ультрафиолетового излучения происходит фотодиссоциация воды на ионы Н+ и ОН- .

Ионизирующее излучение вызывает радиолиз воды с образованием Н2 ; Н2О2 и свободных радикалов: Н* ; ОН* ; О* .

Вода – реакционноспособное соединение.

Вода окисляется атомарным кислородом:

Н2О + О Н2О2

При взаимодействии с F2 образуется НF, а также О2 ;О3 ; Н2О2 ; F2О и другие соединения.

С остальными галогенами при низких температурах вода реагирует с образованием смеси кислот Н Гал и Н Гал О.

При обычных условиях с водой взаимодействует до половины растворённого в ней СI2 и значительно меньшие количества Br2и J 2.

При повышенных температурах СI2и Br2разлагают воду с образованием Н Гал и О2 .

При пропускании паров воды через раскалённый уголь она разлагается и образуется так называемый водяной газ:

Н2О + С СО + Н2

При повышенной температуре в присутствии катализатора вода реагирует с СО; СН4 и другими углеводородами, например:

Н2О + СО СО2 + Н2

Н2О + СН4 СО + 3Н2

Эти реакции используют для промышленного получения водорода.

Фосфор при нагревании с водой под давлением в присутствии катализатора окисляется в метафосфорную кислоту:

6Н2О + 3Р 2НРО3 + 5Н2

Вода взаимодействует со многими металлами с образованием Н2 и сответствующего гидроксида. Со щелочными и щелочно-земельными металлами ( кроме Мg ) эта реакция протекает уже при комнатной температуре. Менее активные металлы разлагают воду при повышенной температуре, например, Мg и Zn – выше 1000 С; Fe – выше 6000 С :

2Fe + 3h3O Fe2O 3 + 3h3

При взаимодействии с водой многих оксидов образуются кислоты или основания.

Вода может служить катализатором, 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 молекул воды образовывать трёхмерные сетки водородных связей позволяет ей давать с инертными газами, углеводородами, СО2 , CI2 , (Ch3)2O , CHCI3 и многими другими веществами газовые гидраты.

Примерно до конца 19 века вода считалась бесплатным неистощимым даром природы. Её не хватало только в слабонаселённых районах пустынь. В 20 веке взгляд на воду резко изменился. В результате быстрого роста населения земного шара и бурного развития промышленности проблема снабжения человечества чистой пресной водой стала чуть ли не мировой проблемой номер один. В настоящее время люди используют ежегодно около 3000 млрд кубических метров воды, и эта цифра непрерывно быстро растёт. Во многих густонаселённых промышленных районах чистой воды уже не хватает.

Недостаток пресной воды на земном шаре можно восполнить различными путями: опреснять морскую воду, а также заменять ею, где это возможно в технике, пресную воду; очищать сточные воды до такой степени, чтобы их можно было спокойно спускать в водоёмы и водотоки, не боясь загрязнить, и использовать вторично; экономно расходовать пресную воду, создавая менее водоёмкую технологию производства, заменяя, где это можно, пресную воду высокого качества водой более низкого качества и т.д.

В О Д А - о д н о 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 н а З е м л е .

С П И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы :

Химическая энциклопедия. Том 1. Редактор И.Л.Кнунянц. Москва, 1988 год.

2. Энциклопедический словарь юного химика. Составители

В.А.Крицман, В.В.Станцо. Москва, “ Педагогика“, 1982год.

3. Слово о воде. Автор О.А.Спенглер. Ленинград,

“ Гидрометеоиздат “ , 1980 год.

4. Самое необыкновенное 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 на планете Земля, в космическом

пространстве.

2.Изотопный состав воды.

3.Строение молекулы воды.

4.Физические свойства воды, их аномальность.

а).Агрегатные состояния воды.

б).Плотность воды в твёрдом и жидком состоянии.

в).Теплоёмкость воды.

г).Температуры плавления и кипения воды в сравнении с

другими водородными соединениями элементов

главной подгруппы YI группы таблицы Менделеева.

5.Влияние воды на формирование климата на планете

Земля.

6.Вода как основной составной компонент растительных и

животных организмов.

7.Использование воды в промышленности, производстве

электроэнергии.

8.Использование вода как эталона.

а).Для измерения температуры.

б).Для измерения массы (веса).

в).Для измерения количества тепла.

г).Для измерения высоты местности.

9.Тяжёлая вода, её свойства.

10.Омагниченная вода, её свойства.

11.Химические свойства воды.

а).Образование воды из кислорода и водорода.

б).Диссоциация воды на ионы.

в).Фотодиссоциация воды.

г).Радиолиз воды.

д).Окисление воды атомарным кислородом.

е).Взаимодействие воды с неметаллами,галогенами,

углеводородами.

ж).Взаимодействие воды с металлами.

з).Взаимодействие воды с оксидами.

и).Вода как катализатор и ингибитор химических

реакций.

III.Заключение.

Вода как одно из главных богатств человечества на Земле.

referat.store

Реферат вода и ее свойства

Вода - вещество привычное и необычное. Известный советский ученый академик И.В.Петрянов свою научно - популярную книгу о воде назвал “Самое необыкновенное вещество в мире”. А доктор биологических наук Б.Ф.

Сергеев начал свою книгу “Занимательная физиология” с главы о воде - “Вещество, которое создало нашу планету”.

Почти ¾ поверхности нашей планеты занято океанами и морями.

Твёрдой водой - снегом и льдом - покрыто 20% суши.

Вода — одно из самых важных для человека веществ. Организм его, кровь, мозг, ткани тела больше чем наполовину состоят из воды. А в некоторых растениях ее еще больше. Вода — в океанах и морях, реках и озерах, под землей и в почве. На высоких горах, в Арктике, Антарктиде вода находится в виде снега и льда. Это вода в твердом состоянии. Лед можно видеть у нас на реках и озерах, когда они замерзают зимой. Много воды в атмосфере: это облака, туман, пар, дождь, снег. На поверхности суши находится далеко не вся вода, имеющаяся на Земле. В глубине грунта существуют подземные реки и озера. Вы удивляетесь, что и твердый лед, и легкий, как газ, пар тоже вода? Таково ее свойство: она бывает жидкой, твердой и газообразной.

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.Общее количество воды на Земле не меняется. С поверхности морей и океанов, рек и озер вода испаряется, а затем возвращается на Землю в виде дождя или снега. Но чистой воды на Земле становится все меньше. Недостаток ее уже сейчас ощущается во многих странах. Однако это не потому, что запасы воды истощаются. Над водой нависла угроза загрязнения. Заводы и фабрики, электростанции потребляют большое количество воды и одновременно загрязняют ее различными продуктами отходов. Со сточными водами предприятий в реки и озера попадают различные ядовитые вещества. В воде гибнет жизнь. Рыба, раки, растения — все живое погибает в такой воде. Загнивающие воды отравляют воздух, становятся источниками тяжелых заболеваний. Река болеет, ее воды не могут быть использованы человеком. Воду надо беречь! Это надо понять и запомнить каждому. Беречь воду — это значит беречь жизнь, здоровье, красоту окружающей природы. В нашей стране принят ряд законов, направленных на защиту вод. За их исполнением следят органы государственной власти. Это позволило на многих реках уменьшить опасность загрязнения, улучшить санитарное состояние городов и поселков. Но проблема охраны вод по-прежнему остра.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.

Вода — это самая распространенная химическое соединение на Земле, ее масса крупнейшая в живом организме. Подсчитано, что вода составляет 85 % от общей массы середньостатис -тической клетки. Тогда как в клетках человека вода в среднем составляет около 64%. Однако содержание воды в разных клетках может существенно колебаться: от 10 % в клетках эмали зубов до 90 % в клетках зародыша млекопитающих. Причем молодые клетки содержат воды больше, чем старые. Так, в клетках младенца вода составляет 86 %, в клетках старого человека лишь 50 %.

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.

Что бывает чаще всего? Чаще всего эти вопросы остаются без ответа, потому что взрослые — это те же дети, которые в своё время точно так же почти ничего не запомнили после урока про основные свойства воды. И не могут назвать основные свойства воды.

Изотопный состав. Существуют девять устойчивых изотопных разновидностей воды. Содержание их в пресной воде в среднем следующее: 1 Н2 16 О - 99,73%, 1 Н2 18 О - 0,2%,

1 Н2 17 О - 0,04%, 1 h3 Н16 О - 0,03%. Остальные пять изотопных разновидностей присутствуют в воде в ничтожно малых количествах.

В водах морей и океанов растворено много различных веществ. Больше всего в морской воде растворено хорошо известной всем поваренной соли. Она придаёт воде солёный вкус. Таким образом, морская вода является раствором. Из-за большого содержания растворённых веществ пить её невозможно. Поэтому моряки, отправляющиеся на кораблях в плавание, берут с собой запас пресной воды.

Уникальные свойства воды обусловлены структурой ее молекулы. Из курса химии вам известно, что различная электроотрицательность атомов водорода и кислорода является причиной возникновения ковалентной полярной связи в молекуле воды. Молекула воды имеет форму треугольника (87), в котором электрические заряды расположены несимметрично, и является диполем (вспомните определение этого термина).

Атомы водорода и кислорода в молекуле воды расположены в углах равнобедренного треугольника с длиной связи О - Н 0,957 нм; валентный угол Н - О - Н 104o 27’ .

Какие функции выполняет вода в организм Вода — это растворитель. Полярная строение молекулы воды объясняет ее свойства как растворителя. Молекулы воды вступают во взаимодействие с химическими веществами, элементы которых имеют электростатические связи, и раскладывают их на анионы и катионы, что приводит протекание химических реакций. Как известно, многие химические реакции происходит только в водном растворе. При этом сама вода остается инертной, поэтому может использоваться в организме неоднократно. Вода служит средой для транспортировки различных веществ внутри организма. Кроме того, конечные продукты обмена веществ выводятся из организма преимущественно в растворенном виде.Атомы водорода в молекуле воды, имея частичный положительный заряд, взаимодействуют с электронами атомов кислорода соседних молекул.Такая химическая связь называется в о д о р о д н о й . Она обьединяет молекулы воды в своеобразные полимеры пространственного строения. В водяном паре присутствует около 1% димеров воды. Расстояние между атомами кислорода - 0,3 нм. В жидкой и твёрдой фазах каждая молекула воды образует четыре водородные связи: две - как донор протонов и две - как акцептор протонов.Так называемый истинный раствор, когда молекулы растворителя совпадают по размерам с молекулами растворимого вещества, они растворяют. В результате происходит диссоциация и образуются ионы. В этом случае раствор является гомогенным и, выражаясь научным языком, состоит из одной — жидкой фазы. Типичными примерами служат растворы минеральных солей, кислот или щелочей. Поскольку в таких растворах является заряженные частицы, то они способны проводить электрический ток и являются электролитами, как и все растворы, встречающиеся в организме, в том числе кровь позвоночных животных, где содержится много минеральных солей.Средняя длина этих связей - 0, 28 нм, угол Н - О - Н стремится к 1800 .Четыре водородные связи молекулы воды направлены приблизительно к вершинам правильного тетраэдра.

Структура модификаций льда представляет собой трёхмерную сетку. В модификациях, существующих при низких давлениях, так называемый лёд - I , связи Н - О - Н почти прямолинейны и направлены к вершинам правильного тетраэдра.

Естественно, сразу возникает вопрос: «Основной, важный, главный, существенный — это для кого? Ведь для, скажем, Ираклия, важно одно, а для Петропавла существенно другое!» И это совершенно правильный вопрос. Потому что для того же Ираклия основным свойством воды будет «Она есть», а для, например, Петропавла — «Она есть в водке».

Но при высоких давлениях обычный лёд можно превратить в так называемые лёд - II, лёд - III так далее - более тяжёлые и плотные кристаллические формы этого вещества. Самые твёрдые, плотные и тугоплавкие пока - лёд - VII и лёд - VIII. Лёд - VII получен под давлением 3 млрд Па, он плавится при температуре + 1900 C . В модификациях - лёд - II - лёд - VI - с вязи Н - О - Н искривлены и углы между ними отличаются от тетраэдрического, что обусловливает увеличение плотности по сравнению с плотностью обычного льда.Рассмотрены особенности структуры и физико — химические свойства воды (способность воды быть универсальным растворителем, переменная плотность, высокая теплоемкость, большое поверхностное натяжение, текучесть, капиллярность и др.), обусловливающие ее биологическое значение.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 сохраняется система прямолинейных водородных связей.

Диффузия (от лат. Дифузио — распространение, растекание, рассеивание) в биологических растворах проявляет себя как тенденция к выравниванию концентрации структурных частиц растворенных веществ (ионов и коллоидных частиц), что в конечном итоге приводит к равномерному распределению вещества в растворе. Именно благодаря диффузии происходит питание многих одноклеточных существ, транспортировки кислорода и питательных веществ по телу животных при отсутствии в них кровеносной и дыхательной систем (вспомните, что это за животные). Кроме того, транспортировка многих веществ к клеткам осуществляется именно благодаря диффузии.

За счет электростатического притяжения атома водорода одной молекулы воды к атому кислорода другой молекулы между молекулами воды возникают водородные связи.

Совместное действие двух фактов объясняет наличие максимума плотности воды при температуре + 3, 980 С.

Вода - единственное вещество на Земле, которое существует в природе во всех трёх агрегатных состояниях - жидком, твёрдом и газообразном.

В природе не существует абсолютно чистой воды без растворённых в ней веществ. Дождевая капля, которая считается эталоном чистой воды, содержит десятки неорганических веществ.

Плавление льда при атмосферном давлении сопровождается уменьшением объёма на 9%. Плотность жидкой воды при температуре, близкой к нулю, больше, чем у льда. При 00 С 1 грамм льда занимает объём 1,0905 кубических сантиметров, а 1 грамм жидкой воды занимает объём 1,0001 кубических сантиметров. И лёд плавает, оттого и не промерзают обычно насквозь водоёмы, а лишь покрываются ледяным покровом.

Вода плохо проводит тепло, медленно нагревается и медленно охлаждается. Благодаря этому обитателям водоёмов не угрожает ни чрезмерное нагревание летом, ни сильное охлаждение в холодное время года. Зимой ледяной покров, образующийся на водоёмах, защищает воду от замерзания. Вода подо льдом имеет постоянную температуру +4 °С.

теллуроводород селеноводород сероводород вода

Н 2 Те Н 2 S е Н 2 S Н2 О

_____________________________________________________

t плавления - 510 С - 640 С - 820 С 00 С

_____________________________________________________

t кипения - 40 С - 420 С - 610 С 1000 С

_____________________________________________________

Как и все вещества, при нагревании вода расширяется, а при охлаждении сжимается. Интересно, что, замерзая (и это свойственно только ей!), вода снова расширяется. Случается, что в сильные морозы лопаются водопроводные трубы. Это происходит потому, что вода в трубах замерзает, превращается в лёд, который расширяется и разрывает их. Поэтому водопровод прокладывают на глубине, где земля не промерзает.

Нагреваясь, она поглощает тепло, остывая, отдаёт его. Земная вода и поглощает, 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 полуострова Флорида в Северной Америке до Шпицбергена и Новой Земли. Благодаря Гольфстриму средняя температура января на побережье Северной Норвегии, за Полярным кругом, такая же, как в степной части Крыма, - около 00 С, т. е. повышена на 15 - 200 С. А в Якутии на той же широте, но вдали от Гольфстрима - минус 400 С. А от космического холода предохраняют Землю те молекулы воды, которые рассеяны в атмосфере - в облаках и в виде паров.Коллоидный раствор — это тот случай, когда молекулы растворителя значительно меньшие по размерам молекул растворенного вещества. В таких растворах частицы вещества, которые называются коллоидными, свободно движутся в толще воды, так как сила их притяжения не превышает силу их связей с молекулами растворителя. Такой раствор считается гетерогенным, то есть состоящим из двух фаз — жидкой и твердой. Все биологические жидкости являются смесями, в состав которых входят истинные и коллоидные растворы, поскольку в них содержатся как минеральные соли, так и огромные молекулы (например белков), которые обладают свойствами коллоидных частиц. Поэтому цитоплазма любой клетки, кровь или лимфа животных, молоко млекопитающих одновременно содержат ионы и коллоидные частицы.Водяной пар создаёт мощный “парниковый эффект”, который задерживает до 60% теплового излучения нашей планеты, не даёт ей охлаждаться. По расчётам М.И.Будыко, при уменьшении содержания водяного пара в атмосфере вдвое средняя температура поверхности Земли понизилась бы более чем на 50 С (с 14,3 до 90 С). На смягчение земного климата, в частности на выравнивание температуры воздуха в переходные сезоны - весну и осень, заметное влияние оказывают огромные величины скрытой теплоты плавления и испарения воды.

Но не только поэтому мы считаем воду жизненно важным веществом.

Совсем чистой воды в природе нет. Ее можно получить только в лаборатории. Такая вода невкусная, в ней нет солей, нужных живому организму. А в морской воде слишком много разных солей, поэтому она тоже для питья не годится. При недостатке воды жизнедеятельность организмов сильно нарушается. Лишь покоящиеся формы жизни — споры, семена — хорошо переносят длительное обезвоживание. Растения при отсутствии воды увядают и могут погибнуть. Животные, если лишить их воды, быстро погибают: например, упитанная собака может прожить без пищи до 100 дней, а без воды — менее 10. Потеря воды опаснее для организма, чем голодание: без пищи человек может прожить больше месяца, без воды — всего лишь несколько дней. В воде растворяются важные для жизнедеятельности организма органические и неорганические вещества. Потребность человека в воде, которую он употребляет с питьем и с пищей, в зависимости от климата составляет 3 — 6 литров в сутки. Вода — добрый друг и помощник человека. Она — удобная дорога: по морям и океанам плавают корабли. Именно поэтому многие города возникли на берегах рек. Дело в том, что тело человека почти на 63 - 68 % состоит из воды. Почти все биохимические реакции в каждой живой клетке - это реакции в водных растворах. С водой удаляются из нашего тела ядовитые шлаки; вода, выделяемая потовыми железами и испаряющаяся с поверхности кожи, регулирует температуру нашего тела.

В природе постоянно происходит круговорот воды. С поверхности морей, океанов, рек и озер она испаряется, образуются облака. Они проливаются дождем, сыплются снегом и вновь возвращают воду суше и океанам.

Представители животного и растительного мира содержат такое же обилие воды в своих организмах. Меньше всего воды, лишь 5 - 7% веса, содержат некоторые мхи и лишайники. Большинство обитателей земного шара и растения состоят более чем на половину из воды. Например, млекопитающие содержат 60 - 68 %; рыбы - 70 %; водоросли - 90 - 98 % воды.

Еще одно физическое явление — осмос (от греч. Осмос — толчок, давление) — перемещение растворителя через полупроницаемую мембрану. Осмос вызывает перемещение воды из раствора, имеющего низкую концентрацию растворенных веществ и высокое содержание Н20 в растворе с высокой концентрацией растворенных веществ и низким содержанием воды. В биологических системах это ничто иное, как транспортировка воды на уровне клетки. Именно поэтому осмос играет значительную роль во многих биологических процессах. Сила осмоса обеспечивает движение воды в растительном и животном организмах, благодаря чему их клетки получают питательные вещества и поддерживают постоянную форму. При этом следует отметить, что чем больше разница в концентрации вещества, тем больше осмотическое давление. Поэтому если клетки поместить в гипотонический раствор, они за счет резкого поступления воды набухнут и разорвутся.

Не случайно гидрометаллургия - извлечение металлов из руд и концентратов с помощью растворов различных реагентов - стала важной отраслью промышленности.

Вода - это важный источник энергоресурсов. Как известно, все гидроэлектрические станции мира, от маленьких до самых крупных, превращают механическую энергию водного потока в электрическую исключительно с помощью водяных турбин с соединёнными с ними электрогенераторами.

Вода побеждает засуху, оживляет пустыни, повышает урожай полей и садов. Она послушно вращает турбины на гидроэлектростанциях. Вода минеральных источников оказывает лечебное действие. Многие из источников горячие. И люди используют не только лечебные свойства этих вод, но и тепло. На Камчатке, где таких источников очень много, выращивают овощи в теплицах в любое время года. Вот какое необыкновенное вещество обыкновенная вода — краса природы, как сказал однажды замечательный русский писатель С. Т. Аксаков. На атомных электростанциях атомный реактор нагревает воду, водяной пар вращает турбину с генератором и вырабатывает электрический ток.

При разработке метрической системы, установленной по декрету французского революционного правительства в 1793 году взамен различных старинных мер, вода была использована для создания основной меры массы (веса) - килограмма и грамма: 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 1 кубического метра воды.

Вода используется и для измерения количества тепла. Одна калория - это количество тепла, нужное для нагревания 1 грамма воды с 14, 5 до 15,50 С.

Все высоты и глубины на земном шаре отсчитываются от уровня моря.

В 1932 году американцы Г.Юри и Э.Осборн обнаружили, что даже в самой чистой воде, которую только можно получить в лабораторных условиях, содержится незначительное количество какого-то вещества, выражающегося, по-видимому, той же химической формулой Н2 О, но обладающего молекулярным весом 20 вместо веса 18, присущего обычной воде. Юри назвал это вещество тяжёлой водой. Большой вес тяжёлой воды объясняется тем, что её молекулы состоят из атомов водорода с удвоенным атомным весом по сравнению с атомами обычного водорода. Двойной вес этих атомов в свою очередь обусловливается тем, что их ядра содержат, кроме единственного протона, составляющего ядро обычного водорода, ещё один нейтрон. Тяжёлый изотоп водорода получил название дейтерия

(D или 2 Н), а обычный водород стали называть протием. Тяжёлая вода, окись дейтерия, выражается формулой D2 О.

Вскоре был открыт третий, сверхтяжёлый изотоп водорода с одним протоном и двумя нейтронами в ядре, который был назван тритием (Т или 3 Н). В соединении с кислородом тритий образует сверхтяжёлую воду Т2 О с молекулярным весом 22.

В природных водах содержится в среднем около 0,016% тяжёлой воды. Тяжёлая вода внешне похожа на обычную воду, но по многим физическим свойствам отличается от неё. Точка кипения тяжёлой воды 101,40 С, точка замерзания + 3,80 С. Тяжёлая вода на 11% тяжелее обычной. Удельный вес тяжёлой воды при температуре 250 С равен 1,1. Она хуже ( на 5 - 15% ) растворяет различные соли.

Есть у воды еще важное свойство: она может легко растворять в себе многие вещества. Вы, конечно, видели, как растворяется поваренная соль в супе. Так же вода растворяет различные соли, находящиеся в земных слоях, и многие другие твердые тела и даже газы.

В тяжёлой воде скорость протекания некоторых химических реакций иная, чем в обычной воде.

Именно в воде возникли первые живые существа. Это были маленькие одноклеточные белковые комочки, плавающие по воле волн в океане. Постепенно, на протяжении миллионов лет они видоизменялись, совершенствовались. Сперва они дали начало растительным организмам, затем возникли формы, стоящие на грани между растениями и животными. И наконец, появились простейшие животные. Прошло еще много миллионов лет, прежде чем, борясь за существование, часть растений и животных «вышла» на сушу и продолжила там свое развитие. Тяжёлая вода - это мёртвая вода.

Имеется ещё один вид воды, отличающийся по физическим свойствам от обычной воды, - это омагниченная вода. Такую воду получают с помощью магнитов, вмонтированных в трубопровод, по которому течет вода. Омагниченная вода изменяет свои физико - химические свойства: скорость химических реакций в ней увеличивается, ускоряется кристаллизация растворённых веществ, увеличивается слипание твёрдых частиц примесей и выпадение их в осадок с образованием крупных хлопьев (коагуляция).

Если частицы вещества в воде становятся невидимы и вместе с ней проходят через фильтр, то это вещество растворимо. Если частицы плавают в воде либо оседают на дно, а также задерживаются на фильтре, то это вещество нерастворимо.

Омагничивание успешно применяется на водопроводных станциях при большой мутности забираемой воды. Она позволяет также быстро осаждать загрязненные промышленные стоки.

Лишь незначительная доля молекул (одна из 500 000 000) подвергается электролитической диссоциации по схеме:

Н2 О Н+ + ОН-

Однако, приведённое уравнение условное: не может существовать в водной среде лишённый электронной оболочки протон Н+ . Он сразу соединяется с молекулой воды, образуя ион гидроксония Н3 О+ , который в свою очередь объединяется с одной, двумя или тремя молекулами воды в

Н3 О+ , Н5 О2 + , Н7 О3 + .

Электролитическая диссоциация воды - причина гидролиза солей слабых кислот и (или) оснований. Степень электролитической диссоциации заметно возрастает при повышении температуры.

Образование воды из элементов по реакции:

Н2 + 1 /2 О2 Н2 О -242 кДж/моль для пара

-286 кДж/моль для жидкой воды

Под действием ультрафиолетового излучения происходит фотодиссоциация воды на ионы Н+ и ОН- .

Ионизирующее излучение вызывает радиолиз воды с образованием Н2 ; Н2 О2 и свободных радикалов: Н* ; ОН* ; О* .

Вода - реакционноспособное соединение.

Вода окисляется атомарным кислородом:

Н2 О + О Н2 О2

При взаимодействии с F2 образуется НF, а также О2 ;О3 ; Н2 О2 ; F2 О и другие соединения.

С остальными галогенами при низких температурах вода реагирует с образованием смеси кислот Н Гал и Н Гал О.

При повышенных температурах СI2 и Br2 разлагают воду с образованием Н Гал и О2 .

При пропускании паров воды через раскалённый уголь она разлагается и образуется так называемый водяной газ:

Н2 О + С СО + Н2

Н2 О + СО СО2 + Н2 Н2 О + СН4 СО + 3Н2

Эти реакции используют для промышленного получения водорода.

Фосфор при нагревании с водой под давлением в присутствии катализатора окисляется в метафосфорную кислоту:

6Н2 О + 3Р 2НРО3 + 5Н2

2Fe + 3h3 O Fe2 O 3 + 3h3

При взаимодействии с водой многих оксидов образуются кислоты или основания.

Иногда вода - каталитический яд, например, для железного катализатора при синтезе Nh4 .

Способность молекул воды образовывать трёхмерные сетки водородных связей позволяет ей давать с инертными газами, углеводородами, СО2 , CI2 , (Ch3 )2 O , CHCI3 и многими другими веществами газовые гидраты.

В О Д А - о д н о 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 н а 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. Редактор И.Л.Кнунянц. Москва, 1988 год.

2. Энциклопедический словарь юного химика. Составители

В.А.Крицман, В.В.Станцо. Москва, “ Педагогика“, 1982год.

3. Слово о воде. Автор О.А.Спенглер. Ленинград,

“ Гидрометеоиздат “ , 1980 год.

4. Самое необыкновенное 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 на планете Земля, в космическом пространстве.

2.Изотопный состав воды.

3.Строение молекулы воды.

4.Физические свойства воды, их аномальность.

а).Агрегатные состояния воды.

б).Плотность воды в твёрдом и жидком состоянии.

в).Теплоёмкость воды.

г).Температуры плавления и кипения воды в сравнении с другими водородными соединениями элементов главной подгруппы YI группы таблицы Менделеева.

5.Влияние воды на формирование климата на планете

Земля.

6.Вода как основной составной компонент растительных и животных организмов.

7.Использование воды в промышленности, производстве электроэнергии.

8.Использование вода как эталона.

а).Для измерения температуры.

б).Для измерения массы (веса).

в).Для измерения количества тепла.

г).Для измерения высоты местности.

9.Тяжёлая вода, её свойства.

10.Омагниченная вода, её свойства.

11.Химические свойства воды.

а).Образование воды из кислорода и водорода.

б).Диссоциация воды на ионы.

в).Фотодиссоциация воды.

г).Радиолиз воды.

д).Окисление воды атомарным кислородом.

е).Взаимодействие воды с неметаллами,галогенами, углеводородами.

ж).Взаимодействие воды с металлами.

з).Взаимодействие воды с оксидами.

и).Вода как катализатор и ингибитор химических реакций.

III .Заключение.

Вода как одно из главных богатств человечества на Земле.

unit.photogdz.ru