Водата е едно от най-разпространените вещества в природата (хидросферата заема 71% от повърхността на Земята). Водата играе жизненоважна роля в геологията и историята на планетата. Без вода не могат да съществуват живи организми. Факт е, че човешкото тяло е почти 63% - 68% вода. Почти всички био химична реакциявъв всяка жива клетка протичат реакции водни разтвори... В разтвори (главно водни) повечето от технологични процесив предприятията химическа индустрия, в производство лекарстваИ хранителни продукти. А в металургията водата е изключително важна и то не само за охлаждане. Неслучайно хидрометалургията - извличането на метали от руди и концентрати с помощта на разтвори на различни реагенти - се превърна във важен отрасъл.

Вода, ти нямаш нито цвят, нито вкус, нито мирис,
не можеш да бъдеш описан, радваш се,
без да знам какво си. Невъзможно е да се каже
какво е необходимо за живота: вие сте самият живот.
Изпълваш ни с радост,
което не може да се обясни с нашите чувства.
С теб нашата сила се връща,
с когото вече се сбогувахме.
По твоя милост те започват отново в нас
сухите извори на нашите сърца клокочат.
(А. дьо Сент-Екзюпери. Планетата на хората)

Написах есе на тема „Водата е най-удивителното вещество в света“. Избрах тази тема, защото е най актуална тема, тъй като водата е най-важното вещество на Земята, без което не може да съществува нито един жив организъм и не могат да протичат никакви биологични, химични реакции или технологични процеси.

Водата е най-удивителното вещество на Земята

Водата е познато и необичайно вещество. Известният съветски учен академик И. В. Петрянов нарече научно-популярната си книга за водата „най-необикновеното вещество в света“. А „Занимателната физиология“, написана от доктора на биологичните науки Б. Ф. Сергеев, започва с глава за водата – „Веществото, което създаде нашата планета“.
Учените са абсолютно прави: няма вещество на Земята, което да е по-важно за нас от обикновената вода и в същото време няма друго вещество, чиито свойства биха имали толкова много противоречия и аномалии, колкото неговите свойства.

Почти 3/4 от повърхността на нашата планета е заета от океани и морета. Твърдата вода - сняг и лед - покрива 20% от земята. Климатът на планетата зависи от водата. Геофизиците твърдят, че Земята отдавна щеше да е изстинала и да се е превърнала в безжизнен камък, ако не беше водата. Има много висок топлинен капацитет. При нагряване поглъща топлина; изстивайки, той го раздава. Водата на Земята абсорбира и връща много топлина и по този начин „изравнява“ климата. А това, което предпазва Земята от космическия студ, са тези водни молекули, които са разпръснати в атмосферата – в облаци и под формата на пари... Без вода не може – това е най-важното вещество на Земята.
Структура на водна молекула

Поведението на водата е "нелогично". Оказва се, че преходът на водата от твърдо към течно и газообразно състояние се извършва при температури, много по-високи от би трябвало. Намерено е обяснение за тези аномалии. Водната молекула H 2 O е изградена под формата на триъгълник: ъгълът между двете кислородно-водородни връзки е 104 градуса. Но тъй като и двата водородни атома са разположени от една и съща страна на кислорода, електрически зарядиса разпръснати в него. Молекулата на водата е полярна, което е причината за особеното взаимодействие между различните й молекули. Водородните атоми в молекулата на H 2 O, имащи частичен положителен заряд, взаимодействат с електроните на кислородните атоми на съседните молекули. Тази химична връзка се нарича водородна връзка. Той комбинира H 2 O молекули в уникални полимери с пространствена структура; равнината, в която са разположени водородните връзки, е перпендикулярна на равнината на атомите на една и съща молекула H 2 O. Взаимодействието между водните молекули обяснява преди всичко необичайно високите температури на нейното топене и кипене. Трябва да се достави допълнителна енергия, за да се разхлабят и след това да се разрушат водородните връзки. И тази енергия е много значима. Ето защо, между другото, топлинният капацитет на водата е толкова висок.

Какви връзки има H 2 O?

Водната молекула съдържа две полярни ковалентни връзки H-O.

Те се образуват поради припокриването на два едноелектронни p облака на кислородния атом и едноелектронни S облаци на два водородни атома.

Във водната молекула кислородният атом има четири електронни двойки. Два от тях участват в образуването на ковалентни връзки, т.е. са задължителни. Други двама електронни двойкиса необвързващи.

В една молекула има четири полюсни заряда: два са положителни и два са отрицателни. Положителни зарядиконцентрирани при водородни атоми, тъй като кислородът е по-електроотрицателен от водорода. Двата отрицателни полюса идват от две несвързани електронни двойки кислород.

Подобно разбиране на структурата на молекулата позволява да се обяснят много свойства на водата, по-специално структурата на леда. В ледената кристална решетка всяка молекула е заобиколена от четири други. В планарно изображение това може да бъде представено по следния начин:

Диаграмата показва, че връзката между молекулите се осъществява чрез водороден атом:
Положително зареденият водороден атом на една водна молекула е привлечен от отрицателно заредения кислороден атом на друга водна молекула. Тази връзка се нарича водородна връзка (означава се с точки). Силата на водородната връзка е приблизително 15-20 пъти по-слаба от ковалентната връзка. Поради това водородната връзка лесно се разрушава, което се наблюдава например при изпаряване на вода.

Структурата на течната вода наподобява тази на леда. В течната вода молекулите също са свързани една с друга чрез водородни връзки, но структурата на водата е по-малко „твърда“ от тази на леда. Поради термичното движение на молекулите във водата някои водородни връзки се разкъсват и се образуват други.

Физични свойства на H 2 O

Вода, H 2 O, без мирис, вкус, безцветна течност (синкава в дебели слоеве); плътност 1 g/cm 3 (при 3,98 градуса), t pl = 0 градуса, t кипене = 100 градуса.
Има различни видове вода: течна, твърда и газообразна.
Водата е единственото вещество в природата, което при земни условия съществува и в трите агрегатни състояния:

течност - вода
твърдо - лед
газообразно - пара

Съветският учен В. И. Вернадски пише: "Водата стои отделно в историята на нашата планета. Няма естествено тяло, което да може да се сравни с него по влияние върху хода на основните, най-амбициозни геоложки процеси. Няма земна субстанция - скала минерал, живо тяло, което не би го съдържало. Цялата земна материя е проникната и обгърната от него."

Химични свойства на H 2 O

от химични свойствавода, особено важна е способността на нейните молекули да се дисоциират (разпадат) на йони и способността на водата да разтваря различни по химичен характер вещества. Ролята на водата като основен и универсален разтворител се определя преди всичко от полярността на нейните молекули (разместване на центровете на положителните и отрицателните заряди) и, като следствие, нейната изключително висока диелектрична константа. Противоположните електрически заряди, и по-специално йоните, се привличат един към друг във вода 80 пъти по-слабо, отколкото биха били привлечени във въздуха. правомощия взаимно привличанемежду молекули или атоми на тяло, потопено във вода, също е по-слабо, отколкото във въздуха. В този случай е по-лесно за термично движение да се разделят молекулите. Ето защо се получава разтваряне, включително на много трудно разтворими вещества: една капка износва камък...

Дисоциация (разпадане) на водни молекули в йони:
H 2 O → H + +OH, или 2H 2 O → H 3 O (хидрокси йон) +OH
при нормални условия е изключително незначително; Средно една молекула от 500 000 000 се дисоциира.Трябва да се има предвид, че първото от дадените уравнения е чисто условно: протон Н, лишен от електронна обвивка, не може да съществува във водна среда.Той веднага се свързва с водна молекула, образувайки хидрокси йона H 3 O. Счита се дори, че асоциатите на водните молекули действително се разпадат на много по-тежки йони, като напр.
8H 2 O → HgO 4 +H 7 O 4, а реакцията H 2 O → H + +OH - е само силно опростена диаграма на реалния процес.

Реактивността на водата е относително ниска. Вярно е, че някои активни метали са способни да изместят водорода от него:
2Na+2H 2 O → 2NaOH+H 2,

а в атмосфера на свободен флуор водата може да гори:
2F 2 +2H 2 O → 4HF+O 2.

Кристалите са изградени от подобни молекулни асоциати на молекулни съединения. обикновен лед. „Опаковката“ на атомите в такъв кристал не е йонна и ледът не провежда топлина добре. Плътността на течната вода при температури близки до нулата е по-голяма от тази на леда. При 0°C 1 g лед заема обем от 1,0905 cm3, а 1 g течна вода заема обем от 1,0001 cm3. И ледът плава, поради което водните тела не замръзват, а само се покриват с лед. Това разкрива друга аномалия на водата: след като се стопи, тя първо се свива и едва след това, при завой от 4 градуса, по време на по-нататъшния процес започва да се разширява. При високи наляганияобикновеният лед може да се превърне в така наречените лед - 1, лед - 2, лед - 3 и т.н. - по-тежки и по-плътни кристални форми на това вещество. Най-твърдият, плътен и огнеупорен лед досега е 7, получен при налягане 3 kiloPa. Топи се на 190 градуса.

Кръговрат на водата в природата

Човешкото тяло е пронизано от милиони кръвоносни съдове. Големите артерии и вени свързват основните органи на тялото един с друг, по-малките ги преплитат от всички страни, а най-фините капиляри достигат до почти всяка клетка. Независимо дали копаете дупка, седите в клас или спите блажено, кръвта непрекъснато тече през тях, свързвайки ви. единна системачовешкото тяло: мозък и стомах, бъбреци и черен дроб, очи и мускули. За какво е необходима кръвта?

Кръвта пренася кислород от белите дробове и хранителни вещества от стомаха до всяка клетка в тялото ви. Кръвта събира отпадъчни продукти от всички, дори и най-затънтените ъгли на тялото, освобождавайки го от въглероден диоксид и други ненужни, включително опасни вещества. Кръвта пренася в тялото специални вещества - хормони, които регулират и координират работата на различни органи. С други думи, кръвта свързва различни части на тялото в една система, в един съгласуван и ефективен организъм.

Нашата планета също има кръвоносна система. Кръвта на Земята е вода и кръвоносни съдове- реки, потоци, потоци и езера. И това не е просто сравнение, художествена метафора. Водата на Земята играе същата роля като кръвта в човешкото тяло и както наскоро отбелязаха учените, структурата на речната мрежа е много подобна на структурата кръвоносна системачовек. „Колесничарят на природата“ - така великият Леонардо да Винчи нарече водата, тя е тази, която преминава от почвата към растенията, от растенията към атмосферата, тече по реките от континентите към океаните и се връща обратно с въздушни течения, свързвайки различни компоненти на природата един с друг, превръщайки ги в единна географска система. Водата не преминава просто от един природен компонент в друг. Подобно на кръвта, той носи със себе си огромно количество химикали, изнасяйки ги от почвата към растенията, от земята към езерата и океаните, от атмосферата към земята. Всички растения могат да консумират хранителни вещества, съдържащи се в почвата, само с вода, където са в разтворено състояние. Ако не беше притокът на вода от почвата в растенията, всички билки, дори тези, които растат в най-богатите почви, биха умрели „от глад“, както търговец, умрял от глад върху сандък със злато. Водата доставя хранителни вещества на обитателите на реки, езера и морета. Потоци, течащи весело от ниви и ливади по време на пролетното топене на снега или след летни дъждове, събирайки по пътя си това, което се съхранява в почвата химически веществаи ги предава на жителите на резервоари и морета, като по този начин свързва сушата и водните площи на нашата планета. Най-богатата „маса“ се формира на онези места, където реки, носещи хранителни вещества, се вливат в езера и морета. Следователно такива райони на брега - устия - се отличават с бунт от подводен живот. И кой премахва отпадъците, генерирани в резултат на жизнената дейност на различни географски системи? Отново водата и като ускорител работи много по-добре от човешката кръвоносна система, която само частично изпълнява тази функция. Пречистващата роля на водата е особено важна сега, когато хората тровят околната среда с отпадъци от градове, промишлени и селскостопански предприятия. Тялото на възрастен човек съдържа приблизително 5-6 кг. кръв, повечето откоято непрекъснато циркулира между в различни частитялото му. От колко вода се нуждае животът на нашия свят?

Цялата вода на земята, която не е част от скалите, се обединява от понятието "хидросфера". Теглото му е толкова голямо, че обикновено се измерва не в килограми или тонове, а в кубични километри. Един кубичен километър е куб с всеки ръб с размери 1 км, постоянно зает от вода. Теглото на 1 км 3 вода е равно на 1 милиард тона.Цялата земя съдържа 1,5 милиарда км 3 вода, което по тегло е приблизително 15000000000000000000 тона! За всеки човек има 1,4 km 3 вода, или 250 милиона тона.Пия, не искам!
Но за съжаление всичко не е толкова просто. Факт е, че 94% от този обем се състои от водите на световния океан, които не са подходящи за повечето икономически цели. Само 6% е сухоземната вода, от която само 1/3 е прясна, т.е. само 2% от общия обем на хидросферата. По-голямата част от тази прясна вода е концентрирана в ледниците. Значително по-малко от тях се съдържат под земната повърхност (в плитки подземни водни хоризонти, в подземни езера, в почви, както и в атмосферни изпарения. Делът на реките, от които хората основно черпят вода, е много малък - 1,2 хил. км. 3. Общият обем на водата, съдържаща се едновременно в живите организми, е абсолютно незначителен.Така че на нашата планета няма толкова вода, която да може да се консумира от хората и другите живи организми.Но защо не свършва?В крайна сметка хората и животните Те постоянно пият вода, растенията я изпаряват в атмосферата, а реките я носят в океана.

Защо Земята не остава без вода?

Човешката кръвоносна система е затворена верига, през която непрекъснато тече кръв, пренасяйки кислород и въглероден двуокис, хранителни вещества и отпадъчни продукти. Този поток никога не свършва, защото е кръг или пръстен, а както знаем, „пръстенът няма край“. Водната мрежа на нашата планета е проектирана по същия принцип. Водата на Земята е в постоянен цикъл и загубата й в една връзка незабавно се попълва от приема от друга. Движещата сила зад водния цикъл е слънчева енергияи гравитацията. Благодарение на водния цикъл всички части на хидросферата са тясно обединени и свързват други компоненти на природата. В самата общ изгледВодният цикъл на нашата планета изглежда така. Под въздействието на слънчевата светлина водата се изпарява от повърхността на океана и сушата и навлиза в атмосферата, а изпарението от повърхността на сушата се извършва както от реките и резервоарите, така и от почвата и растенията. Част от водата веднага се връща с дъжд обратно в океана, а част се носи от ветровете на сушата, където пада под формата на дъжд и сняг. Попадайки в почвата, водата се абсорбира частично в нея, попълвайки запасите от почвена влага и подземни води; почвената влага частично тече по повърхността в реки и резервоари; почвената влага частично преминава в растенията, които я изпаряват в атмосферата и частично тече в реките, само че с по-ниска скорост. Реките, захранвани от повърхностни потоци и подпочвени води, пренасят вода в океаните, попълвайки нейните загуби. Водата се изпарява от повърхността му, връща се обратно в атмосферата и цикълът се затваря. Еднакво движение на водата между всички компоненти на природата и всички области земната повърхностсе случва постоянно и непрекъснато в продължение на много милиони години.

Трябва да се каже, че водният цикъл не е напълно затворен. Част от него, попадайки в горните слоеве на атмосферата, се разлага под въздействието на слънчевата светлина и отива в космоса. Но тези незначителни загуби непрекъснато се допълват от доставката на вода от дълбоките слоеве на земята по време на вулканични изригвания. Поради това обемът на хидросферата постепенно се увеличава. Според някои изчисления преди 4 милиарда години неговият обем е бил 20 милиона км 3, т.е. е бил седем хиляди пъти по-малък от съвременния. В бъдеще количеството вода на Земята очевидно също ще се увеличи, като се има предвид, че обемът на водата в мантията на Земята се оценява на 20 милиарда км 3 - това е 15 пъти повече от сегашния обем на хидросферата. Чрез сравняване на обема на водата в отделните части на хидросферата с притока на вода в тях и съседните части на цикъла е възможно да се определи активността на водния обмен, т.е. времето, през което обемът на водата в Световния океан, атмосферата или почвата може да бъде напълно обновен. Най-бавно (веднъж на 8 хиляди години) се обновяват водите в полярните ледници. А най-бързо се обновява речната вода, която във всички реки на Земята се променя напълно за 11 дни.

Водният глад на планетата

„Земята е планета с удивителна синева“! — Американски астронавти, завърнали се от далечния Космос след кацане на Луната, съобщиха с ентусиазъм. И би ли могла нашата планета да изглежда различно, ако повече от 2/3 от нейната повърхност е заета от морета и океани, ледници и езера, реки, езера и резервоари. Но тогава какво означава феноменът, чието име е в заглавията? Какъв вид „глад“ може да има, ако на Земята има такова изобилие от водни тела? Да, на Земята има повече от достатъчно вода. Но не трябва да забравяме, че животът на планетата Земя, според учените, първо се е появил във водата и едва след това е излязъл на сушата. Организмите са запазили своята зависимост от водата по време на еволюцията в продължение на много милиони години. Водата е основният "строителен материал", който изгражда тялото им. Това може лесно да се провери, като се анализират цифрите в следващите таблици:

Последното число на тази таблица показва, че човек тежи 70 кг. съдържа 50 кг. вода! Но има още повече от него в човешкия ембрион: в тридневен ембрион - 97%, в тримесечен ембрион - 91%, в осеммесечен ембрион - 81%.

Проблемът с „глада за вода“ е необходимостта от инконтиненция на определено количество вода в тялото, тъй като има постоянна загуба на влага по време на различни физиологични процеси. За нормално съществуване в умерен климат човек трябва да получава около 3,5 литра вода на ден от пиене и храна, в пустинята тази норма се увеличава до най-малко 7,5 литра. Човек може да съществува без храна около четиридесет дни, а без вода много по-малко - 8 дни. Според специални медицински експерименти, при загуба на влага в размер на 6-8% от телесното тегло, човек изпада в състояние на припадък, със загуба от 10%, започват халюцинации, с 12%, човек вече не може да се възстанови без специални медицински грижи, а при загуба от 20% настъпва неизбежна смърт. Много животни се адаптират добре към липсата на влага. Най-известните и ярък примертова е „корабът на пустинята“, камилата. Може да живее много дълго време в гореща пустиня, без да консумира питейна вода и да губи до 30% от първоначалното си тегло, без да компрометира работата си. И така, в един от специалните тестове камила работи 8 дни под жаркото лятно слънце, губейки 100 кг. от 450 кг. началното му тегло. И когато го доведоха до водата, той изпи 103 литра и върна теглото си. Установено е, че камилата може да получи до 40 литра влага чрез преобразуване на мазнините, натрупани в гърбицата. Изобщо не го използват пия водапустинни животни като тушканчета и кенгурови плъхове - те имат достатъчно влага, която получават от храната, и вода, образувана в телата им при окисляването на собствената им мазнина, също като камилите. | Повече ▼ повече водаконсумирани от растенията за техния растеж и развитие. Една глава зеле "изпива" повече от един литър вода на ден, средно едно дърво изпива повече от 200 литра вода. Разбира се, това е доста приблизителна цифра - различни породиДърветата в различни природни условия консумират много, много различни количества влага. По този начин саксаулът, растящ в пустинята, губи минимално количество влага, а евкалиптът, който на някои места се нарича „помпено дърво“, пропуска огромно количество вода през себе си и поради тази причина неговите насаждения се използват за отводняване на блата. Ето как блатистите маларийни земи на Колхидската низина са превърнати в просперираща територия.

Вече около 10% от населението на нашата планета няма нужда от чиста вода. И ако вземете предвид, че 800 милиона домакинства в селските райони, където живее около 25% от цялото човечество, нямат течаща вода, тогава проблемът с „водния глад“ става наистина глобален. Това е особено остро в развиващите се страни, където приблизително 90% от населението използва лоша вода. недостатък чиста водастава един от най-важните факториограничава прогресивното развитие на човечеството.

Закупени въпроси за опазване на водата

Водата се използва във всички области стопанска дейностчовек. Почти невъзможно е да се назове някой производствен процес, които не биха използвали вода. Поради бързото развитие на промишлеността и нарастването на градското население потреблението на вода нараства. Въпросите за опазване на водните ресурси и източници от изчерпване, както и от замърсяване с отпадъчни води са от първостепенно значение. Всеки знае какви щети причиняват отпадъчни водиобитатели на резервоари. Още по-ужасно за хората и всички живи същества на Земята е появата на токсични химикали в речните води, отмити от полетата. Така че наличието на 2,1 части пестицид (ендрин) във вода на милиард части вода е достатъчно, за да убие всички риби в нея. Непречистените отпадъчни води, изхвърляни в реките, представляват огромна заплаха за човечеството. селища. Този проблем се решава чрез внедряване на технологични процеси, при които отпадъчните води не се заустват във водоеми, а след пречистване се връщат обратно в технологичния процес.

В момента се обръща голямо внимание на опазването на околната среда и по-специално на природните резервоари. Отчитайки значимостта на този проблем, страната ни няма приет закон за защита и рационално използванеприродни ресурси. Конституцията гласи: „Гражданите на Русия са длъжни да се грижат за природата и да защитават нейните богатства“.

Видове вода

Бромна вода -наситен разтвор на Br 2 във вода (3,5% тегл. Br 2). Бромната вода е окислител, бромиращ агент в аналитичната химия.

Амонячна вода -се образува, когато суровият коксов газ влезе в контакт с вода, която се концентрира поради охлаждане на газа или се инжектира специално в него за измиване на NH3. И в двата случая се получава така наречената слаба, или промивна, амонячна вода. Чрез дестилация на тази амонячна вода с водна пара и последваща обратен хладник и кондензация се получава концентрирана амонячна вода (18 - 20% тегловни NH3), която се използва при производството на сода, като течен тор и др.

# 7732 · 15.11.2018 в 17:18 московско време · ip адресът е записан · ·
благодаря, ще е добре за доклада)

Още от ученическите години знаем, че животът на нашата планета е невъзможен без вода. Никой не може да живее дори седмица без него. Въпреки това, имаше време, когато хората не само не знаеха какво е вода, но и не разбираха колко от това вещество има на Земята.

Водата е течност, която няма вкус, цвят или мирис. Това вещество е едно от най-разпространените на Земята. Приблизително ¾ от повърхността на планетата е заета от реки, морета, океани и други водни тела. Водата може да бъде в твърдо (лед) и газообразно състояние.

Тялото на възрастен човек се състои приблизително 70% от него. Той е разтворител на минерали и хранителни веществав нашето тяло, насърчава нормализирането нормална температуратялото и премахва отпадъчните продукти заедно с токсините. Освен това водата просто не е заменима в нашата диета. Лекарите казват, че всеки ден човек трябва да пие от 1,5 до 2,5 литра чиста вода.

Според учените на Земята има около 1500 милиона кубически километра вода, като само 10% от нея е прясна и годна за пиене. Всичко е разделено на повърхностни и подземни води.

Хората използват за своите нужди вода, намираща се на малка дълбочина. Ледниците на Антарктида осигуряват огромно количество прясна вода. Значителна роля играят атмосферните валежи. Хората също са се научили да получават прясна вода от Световния океан чрез използването на химични и физични методи.

Около 6000 кубически километра вода се намират в различни живи организми. Нашето тяло също редовно обменя заобикаляща среда. Това се случва по време на дишане, чрез урина и пот. Ако от тялото се отделя повече течност, отколкото се приема, се развива дехидратация, която може да бъде фатална. Симптомите му са световъртеж, задух и ускорен пулс.

Всяка клетка в тялото ни съдържа вода. Всички биохимични реакции, които се случват в него, изискват неговото присъствие. Ако в тялото няма достатъчно вода, тогава в клетките се натрупват метаболитни продукти, което води до развитие тежки заболявания. За да се предотврати това, човек трябва да спазва режим на пиене. Водата участва в:

• транспортиране на кислород и хранителни вещества до тъканите и клетките;
• регулиране на кръвното налягане;
• осигуряване на процеса на хематопоеза;
• отстраняване на отпадъци и токсини;
• смазване на ставите;
• нормализиране на топлообмена.

Учените не спират да изследват водата, като редовно откриват нови свойства:

1. Средното количество вода, съдържащо се във всички живи организми, е поне 50%.
2. Мантията на Земята съдържа десетки пъти повече от тази течност, отколкото се съдържа в Световния океан.
3. Ако на Земята нямаше вдлъбнатини и издутини, нивото на водата щеше да се издигне на 3 км над сушата.
4. Световните океани заемат около 71% от повърхността на нашата планета и съдържат 97% от всички световни водни запаси.
5. Ако ледниците на планетата се разтопят, тогава 1/8 от земята ще бъде наводнена.
6. Известни са случаи, когато прясна водазамръзна при температури над 0 градуса.
7. Морската вода се състои от 35% сол, така че замръзва при температури под -2 градуса.
8. Повърхността на водата може да отразява около 5% от слънчевите лъчи, докато повече от 85% се отразяват от повърхността на леда.
9. Водата е едно от малкото вещества, които се разширяват при замръзване.
10. В комбинация с флуор, водата и нейните пари са способни да се запалят. При значителна концентрация на флуор такава смес става експлозивна.

Структурна формула

Истинска, емпирична или груба формула: H2O

Химичен състав на водата

Молекулно тегло: 18.015

Вода (водороден оксид) - бинарен неорганично съединениес химична формула H2O. Водната молекула се състои от два водородни атома и един кислороден атом, които са свързани с ковалентна връзка. При нормални условия е така бистра течност, няма цвят (в малки количества), мирис и вкус. В твърдо състояние се нарича лед (ледените кристали могат да образуват сняг или скреж), а в газообразно състояние се нарича водна пара. Водата може да съществува и под формата на течни кристали (върху хидрофилни повърхности). Съставлява приблизително 0,05% от масата на Земята.

Той е добър силно полярен разтворител. В естествени условия винаги съдържа разтворени вещества (соли, газове).

Има вода при нормални условия течно състояние, докато подобни водородни съединения на други елементи са газове (H 2 S, CH 4, HF). Водородните атоми са свързани с кислородния атом, образувайки ъгъл от 104,45° (104°27′). Поради голямата разлика в електроотрицателността между водородните и кислородните атоми, електронните облаци са силно предубедени към кислорода. Поради тази причина водната молекула има голям диполен момент (p = 1,84 D, на второ място след циановодородната киселина). Всяка водна молекула образува до четири водородни връзки - две от тях са образувани от кислороден атом и две от водородни атоми. Броят на водородните връзки и тяхната разклонена структура определят висока температуракипяща вода и нейната специфична топлина на изпарение. Ако нямаше водородни връзки, водата, въз основа на мястото на кислорода в периодичната таблица и точките на кипене на хидриди на кислородоподобни елементи (сяра, селен, телур), би кипяла при -80 °C и би замръзнала при -100 °C.

При преминаване към твърдо състояние водните молекули се подреждат, докато обемите на кухините между молекулите се увеличават и общата плътност на водата намалява, което обяснява по-ниската плътност (по-големия обем) на водата в ледената фаза. По време на изпаряване, напротив, всички водородни връзки се разрушават. Разкъсването на връзките изисква много енергия, поради което водата има най-висок специфичен топлинен капацитет сред другите течности и твърди вещества. За да се загрее един литър вода с един градус, са необходими 4,1868 kJ енергия. Поради това свойство водата често се използва като охлаждаща течност. Водата освен висок специфичен топлинен капацитет има и големи стойностиспецифична топлина на топене (333,55 kJ/kg при 0 °C) и изпаряване (2250 kJ/kg).

Водата е основният компонент на целия живот на Земята. Това е както местообитанието на организмите, така и основният елемент в тяхната структура и, следователно, източникът на живот. Използва се във всички области на индустрията. Следователно е много трудно да си представим живота без вода.

Какво е включено във водата

Всички добре знаят, че водата се състои от водород и кислород. Това е вярно. Но в допълнение към тези два елемента, водата съдържа и огромен списък от химически компоненти.

От какво се състои водата?

Той има тенденция да се трансформира, преминавайки през хидрологичен цикъл: изпарение, кондензация и утаяване. По време на тези явления водата влиза в контакт с много органични съединения, метали, газове, в резултат на което течността се обогатява с различни елементи.

Елементите, които изграждат водата, са разделени на 6 категории:

1. йони. Те включват: катиони Na, K, Mg, Ca, аниони: Cl, HCO 3 и SO 4. Тези компоненти се намират във водата в най-големи количества в сравнение с други. Те влизат в течността от почвени слоеве, естествени минерали, скали, а също и като елементи на разлагането на промишлени продукти.
2. Разтворени газове: кислород, азот, сероводород, въглероден диоксид и др. Количеството на всеки газ във водата зависи пряко от неговата температура.
3. Биогенни елементи. Основните са фосфор и азот, които влизат в течността от утайки, отпадъчни води и селскостопански води.
4. Микроелементи. Има около 30 вида. Техните показатели в състава на водата са много малки и варират от 0,1 до микрограма на 1 литър. Те включват: бром, селен, мед, цинк и др.
5. Органични вещества, разтворени във вода и азотсъдържащи вещества. Това са алкохоли, въглехидрати, алдехиди, феноли, пептиди и др.
6. Токсини. Това е основно тежки металии петролни продукти.

Водна молекула

И така, от какви молекули се състои водата?

Формулата на водата е тривиална - H 2 O. И показва, че водната молекула се състои от водородни и кислородни атоми. Между тях е установена стабилна връзка.

Как изглежда водната молекула в космоса? За да се определи формата на молекулата, центровете на атомите се свързват с прави линии, което води до триизмерна фигура - тетраедър. Това е структурата на водата.

Формата на водната молекула може да се променя в зависимост от нейното състояние на агрегиране. Ъгълът между кислородните и водородните атоми е 104,27 o в газообразно състояние, 109,5 o в твърдо състояние и 105,03 o в течно състояние.

Молекулите, които изграждат водата, заемат определен обем в пространството, докато обвивките им са покрити с електронен облак под формата на воал. Появата на водна молекула, погледната в равнина, се сравнява с X-образна хромозома, която служи за предаване на генетична информация и следователно поражда нов живот. От тази форма се прави аналогия между хромозомата и водата като източници на живот.

В космоса една молекула изглежда като триизмерен триъгълник, тетраедър. Тази форма е много стабилна и се променя само поради въздействието на външни физически фактори върху водата.

От какво се състои водата? От тези атоми, които са подложени на влиянието на силите на Ван дер Ваалс, образуването на водородни връзки. В тази връзка между кислорода и водорода на съседните молекули се образуват случайни асоциати и клъстери. Първите са неподредени структури, вторите са подредени асоциирани.

В обичайното състояние на водата броят на сътрудниците е 60%, клъстерите - 40%.

Възможно е образуването на водородни мостове между съседни водни молекули, които допринасят за образуването на различни структури - клъстери.

Клъстерите могат да взаимодействат помежду си чрез водородни връзки и това води до появата на структури от нов ред - хексаедри.

Електронна структура на водна молекула

Атомите са това, от което се състои водата и всеки атом има различна електронна структура. И така, графичната формула за електронни нива изглежда така: 8 O 1s 2 2s 2 2p 4, 1 H 1s 1.

Когато протича процесът на образуване на водна молекула, възниква припокриване на електронни облаци: два несдвоени електрона на кислорода се припокриват с 1 несдвоен електрон на водорода. В резултат на припокриването между атомите се образува ъгъл от 104 градуса.

Агрегатно състояние на водата

Както вече споменахме, водните молекули са диполи и този факт влияе необичайно Едно от тези свойства е, че водата може да присъства в природата в три агрегатни състояния: течност, твърдо вещество и пара.

Преходът от едно състояние в друго се дължи на следните процеси:

1. Кипене - от течност към пара.
2. Кондензацията е преходът на техните пари в течност (валеж).
3. Кристализацията е, когато течността се превърне в лед.
4. Топенето е процес на топене на лед и производство на течност.
5. Сублимацията е превръщането на леда в състояние на пара.
6. Десублимация - обратна реакциясублимация, тоест преход на пара в лед.

Структурата на нейната молекулна решетка също зависи от състоянието на водата.

Заключение

По този начин можем да кажем, че водата има проста структура, която може да се променя в зависимост от нейното състояние. И ни стана ясно от какви молекули се състои водата.

деутериев оксид Традиционни имена тежка вода Chem. формула D2O Физични свойства състояние течност Моларна маса 20,04 g/mol Плътност 1,1042 g/cm³ Динамичен вискозитет 0,00125 Pa s Топлинни свойства Т. поплавък. 3,81 °C Т. кип. 101,43 °С Кр. налягане 21,86 MPa Mol. топлинен капацитет 84,3 J/(mol K) Ud. топлинен капацитет 4,105 J/(kg·K) Енталпия на образуване −294,6 kJ/mol Енталпия на топене 5,301 kJ/mol Енталпия на кипене 45,4 kJ/mol Налягане на парата 10 при 13,1 °C
100 mmHg Изкуство. при 54 °C Химични свойства Разтворимост във вода неограничен Разтворимост в етер слабо разтворим Разтворимост в етанол неограничен Оптични свойства Индекс на пречупване 1,32844 (при 20 °C) Класификация Рег. CAS номер 7789-20-0 PubChem Рег. EINECS номер 232-148-9 УСМИВКИ InChI RTECS ZC0230000 ЧЕБИ ChemSpider Безопасност NFPA 704 Данните се основават на стандартни условия (25 °C, 100 kPa), освен ако не е посочено друго.

История на откритието

Тежките водородни водни молекули са открити за първи път в естествена вода от Харолд Юри през 1932 г., за което ученият е награден Нобелова наградапо химия през 1934 г. И още през 1933 г. Гилбърт Луис изолира чиста тежка водородна вода. С електролиза обикновена вода, съдържаща, заедно с обикновените водни молекули, малко количество молекули тежка (D 2 O) и полутежка (HDO) вода, образувана от тежкия изотоп на водорода, останалата част постепенно се обогатява с молекули на тези съединения. От такъв остатък, след многократно повтаряне на електролиза, Луис през 1933 г. е първият, който изолира малко количество вода, състояща се почти 100% от молекули на кислородно съединение с деутерий и наречена тежка. Този метод за производство на тежка вода остава основният днес, въпреки че се използва главно в крайния етап на обогатяване от 5-10% до >99% (виж по-долу).

След откриването на ядреното делене в края на 1938 г. и осъзнаването на възможността за използване на верижни реакции на ядрено делене, предизвикани от неутрони, възниква необходимостта от модератор на неутрони - вещество, което може ефективно да забавя неутроните, без да ги губи при реакции на улавяне. Неутроните се модерират най-ефективно от леки ядра, а най-ефективният модератор биха били обикновените водородни (протиеви) ядра, но те имат голямо напречно сечение на улавяне на неутрони. Обратно, тежкият водород улавя много малко неутрони (напречното сечение на улавяне на термични неутрони на протия е повече от 100 хиляди пъти по-високо от това на деутерия). Технически, най-удобното съединение на деутерий е тежката вода и може да служи и като охладител, премахвайки генерираната топлина от зоната, където се появява. верижна реакцияразделение. От най-ранните времена на ядрената енергия тежката вода се превърна във важен компонент в някои реактори, както за производство на електроенергия, така и в тези, предназначени да произвеждат плутониеви изотопи за ядрени оръжия. Тези така наречени тежководни реактори имат предимството, че могат да работят с естествен (необогатен) уран без използването на графитни модератори, които по време на извеждане от експлоатация могат да представляват опасност от прахова експлозия и да съдържат индуцирана радиоактивност (въглерод-14 и редица други радионуклиди ). Повечето съвременни реактори обаче използват обогатен уран с нормална "лека вода" като модератор, въпреки частичната загуба на умерени неутрони.

Производство на тежка вода в СССР

Сравнение на характеристиките на тежка и обикновена вода

Параметър	D2O	HDO	H2O
Точка на топене, °C	3,82	2,04	0,00
Точка на кипене, °C	101,4	100,7	100,0
Плътност при 20 °C, g/cm³	1,1056	1,054	0,9982
Температура на максимална плътност, °C	11,6		4,0
Вискозитет при 20 °C, сантипоаз	1,2467	1,1248	1,0016
Повърхностно напрежение при 25 °C, dyn cm	71,87	71,93	71,98
Моларно намаляване на обема по време на топене, cm³/mol	1,567		1,634
Моларна топлина на топене, kcal/mol	1,515		1,436
Моларна топлина на изпарение, kcal/mol	10,864	10,757	10,515
при 25 °C	7,41	7,266	7,00

Да бъдеш сред природата

В природните води има един атом деутерий на всеки 6400-7600 атома протий. Почти всичко се съдържа в DHO молекули, една такава молекула представлява 3200-3800 молекули лека вода. Само много малка част от атомите на деутерий образуват тежки водни молекули D 2 O, тъй като вероятността два атома на деутерий да се срещнат в една молекула в природата е малка (приблизително 0,5⋅10 −7). С изкуствено увеличаване на концентрацията на деутерий във водата тази вероятност се увеличава.

Биологична роля и физиологични ефекти

Тежката вода е само леко токсична, химичните реакции в нейната среда са малко по-бавни в сравнение с обикновената вода, а водородните връзки, включващи деутерий, са малко по-силни от обикновено. Експерименти върху бозайници (мишки, плъхове, кучета) показват, че заместването на 25% от водорода в тъканите с деутерий води до стерилност, понякога необратима. По-високите концентрации водят до бърза смърт на животното; По този начин, бозайници, които са пили тежка вода в продължение на една седмица, умират, когато половината вода в телата им е деутерирана; рибите и безгръбначните умират само когато водата в тялото е 90% деутерирана. Протозоите могат да се адаптират към 70% разтвор на тежка вода, а водораслите и бактериите могат да живеят дори в чиста тежка вода. Човек може да изпие няколко чаши тежка вода без видима вреда за здравето; целият деутерий ще бъде отстранен от тялото за няколко дни. Така в един от експериментите за изследване на връзката между вестибуларния апарат и неволеви движенияочи (нистагъм), доброволците са помолени да пият от 100 до 200 грама тежка вода; в резултат на абсорбцията на по-плътна тежка вода от купулата (желатинова структура в полукръглите канали) се нарушава нейната неутрална плаваемост в ендолимфата на каналите и се появяват леки нарушения в пространствената ориентация, по-специално нистагъм. Този ефект е подобен на този, който се получава при пиене на алкохол (въпреки това, в последния случай плътността на купулата намалява, тъй като плътността на етиловия алкохол е по-малка от плътността на водата).

По този начин тежката вода е много по-малко токсична от например готварската сол. Тежката вода се използва за лечение на хипертония при хора в дневни дози, вариращи от 10 до 675 g D 2 O на ден.

IN човешкото тялосъдържа толкова деутерий като естествен примес, колкото в 5 грама тежка вода; Този деутерий се намира главно в HDO полутежки водни молекули, както и във всички други биологични съединения, които съдържат водород. [ ]

Малко информация

Моля, приведете информацията в енциклопедичен вид и я разпространете в съответните раздели на статията. Съгласно решението на Арбитражния комитет на Уикипедия списъците за предпочитане са базирани на вторични резюмета, съдържащи критерии за включване на елементи в списъка.

Тежката вода се натрупва в електролитния остатък по време на многократна електролиза на водата. На на откритоТежката вода бързо абсорбира парите от обикновената вода, така че можем да кажем, че е хигроскопична. Производството на тежка вода е много енергоемко, така че цената му е доста висока. През 1935 г., веднага след откриването на тежката вода, цената й е приблизително 19 долара за грам. В момента тежката вода със съдържание на деутерий 99 ат.%, продавана от доставчици на химически реактиви, струва около 1 евро за грам при закупуване на 1 кг, но тази цена се отнася за продукт с контролирано и гарантирано качество на химическия реагент; при по-ниски изисквания за качество, цената може да бъде с порядък по-ниска.

Приложение

Най-важното свойство на тежката водородна вода е, че тя практически не абсорбира неутрони, поради което се използва в ядрени реактори за умерени неутрони и като охладител. Използва се и като изотопен индикатор в химията, биологията и хидрологията, агрохимията и др. (включително при експерименти с живи организми и в диагностични изследваниялице). Във физиката на елементарните частици тежката вода се използва за откриване на неутрино; Така най-големият детектор на слънчеви неутрино SNO (Канада) съдържа 1000 тона тежка вода.

Деутерият е ядрено гориво за енергийния сектор на бъдещето, базирано на контролиран термоядрен синтез. Очаква се първите енергийни реактори от този тип да осъществят реакцията D + T → 4 He + n + 17,6 MeV .

В някои страни (например Австралия) търговската циркулация на тежка вода е обект на правителствени ограничения, което е свързано с теоретичната възможност за използването й за създаване на „неразрешени“ реактори с природен уран, подходящи за производство на оръжеен плутоний.

Други видове тежка вода

Полутежка вода

Различава се и полутежка вода (известна още като деутериева вода, монодеутериева вода, деутериев хидроксид), в който само един водороден атом е заменен с деутерий. Формулата на такава вода е написана по следния начин: DHO или ²HHO. Трябва да се отбележи, че водата, която има формален състав на DHO, поради реакции на изотопен обмен, всъщност ще се състои от смес от DHO, D 2 O и H 2 O молекули (в съотношение приблизително 2: 1: 1) . Тази точка се отнася и за THO и TDO.

Супер тежка вода

Свръхтежката вода съдържа тритий, чийто период на полуразпад е повече от 12 години. Според свойствата си свръхтежката вода ( T2O) се различава още по-забележимо от обичайното: кипи при 104 °C, замръзва при +9 °C и има плътност 1,21 g/cm³. Известни са всичките девет варианта на свръхтежка вода (т.е. получени под формата на повече или по-малко чисти макроскопични проби): THO, TDO и T 2 O с всеки от трите стабилни изотопа на кислорода (16 O, 17 O и 18 O ). Понякога свръхтежката вода се нарича просто тежка вода, ако това не предизвиква объркване. Свръхтежката вода има висока радиотоксичност.

Тежки кислородни изотопни модификации на водата

Срок тежка водасъщо се използва във връзка с тежка кислородна вода, в която обичайният лек кислород 16 O е заменен с един от тежките стабилни изотопи 17 O или 18 O. Тежките кислородни изотопи съществуват в естествена смес, следователно естествената вода винаги съдържа смес от двата тежки кислородни модификации. Техен физични свойствасъщо малко по-различни от свойствата на обикновената вода; Така точката на замръзване на 1 H 2 18 O е +0,28 °C.

В диагностиката се използва тежка кислородна вода, по-специално 1 H 2 18 O онкологични заболявания(от него на циклотрон се получава изотопът флуор-18, който се използва за синтеза на лекарства за диагностика на рак, по-специално 18-FDG).

Общ брой изотопни модификации на водата

Ако броите всички възможни нерадиоактивенсъединения с обща формула H 2 O, тогава обща сумаИма само девет възможни изотопни модификации на водата (тъй като има два стабилни изотопа на водорода и три на кислорода):

• H 2 16 O - лека вода или просто вода
• H 2 17 O
• H 2 18 O - тежка кислородна вода
• HD 16 O - полутежка вода
• HD 17 O
• HD 18 O
• D 2 16 O - тежка вода
• D 2 17 O
• D 2 18 O

Като се вземе предвид тритий, техният брой нараства до 18:

• T 2 16 O - свръхтежка вода
• Т 2 17 О
• Т 2 18 О
• DT 16 O
• DT 17 O
• DT 18 O
• HT 16 O
• HT 17 O
• HT 18 O

По този начин, с изключениеобикновен, най-често срещан в природата "лека" вода 1 H 2 16 O, има общо 8 нерадиоактивни (стабилни) и 9 радиоактивни „тежки води“.