Voda je jedna od najzastupljenijih tvari u prirodi (hidrosfera zauzima 71% Zemljine površine). Voda igra važnu ulogu u geologiji i povijesti planeta. Živi organizmi ne mogu postojati bez vode. Činjenica je da se ljudsko tijelo sastoji od gotovo 63% - 68% vode. Gotovo svi bio kemijske reakcije u svakoj živoj stanici – to su reakcije u vodene otopine... U otopinama (uglavnom vodenim), većina tehnološki procesi u poduzećima kemijska industrija, u proizvodnji lijekovi I prehrambeni proizvodi. I u metalurgiji je voda iznimno važna, i to ne samo za hlađenje. Nije slučajno da je hidrometalurgija - ekstrakcija metala iz ruda i koncentrata pomoću otopina raznih reagensa - postala važna industrija.
Vodo, nemaš boje, okusa, mirisa,
ne možeš se opisati, u tebi se uživa,
a da ne znam što si. Ne mogu reći
ono što je potrebno za život: ti si sam život.
Ispunjavaš nas radošću
što se ne može objasniti našim osjećajima.
S tobom nam se vraća snaga,
s kojom smo se već oprostili.
Tvojom milošću, počinjemo ispočetka
prokuhati suhe bunare srca naših.
(A. de Saint-Exupery. Planet ljudi)
Napisao sam esej na temu "Voda je najčudesnija tvar na svijetu." Odabrao sam ovu temu jer je najviše stvarna tema, budući da je voda najvažnija tvar na Zemlji bez koje ne može postojati niti jedan živi organizam niti se odvijaju biološke, kemijske reakcije i tehnološki procesi.
Voda je najčudesnija tvar na Zemlji
Voda je poznata i neobična tvar. Poznati sovjetski znanstvenik akademik I. V. Petryanov nazvao je svoju znanstveno-popularnu knjigu o vodi "najneobičnijom tvari na svijetu". A "Zabavna fiziologija", koju je napisao doktor bioloških znanosti B.F. Sergeev, počinje poglavljem o vodi - "Tvar koja je stvorila naš planet."
Znanstvenici su potpuno u pravu: na Zemlji ne postoji tvar koja je za nas važnija od obične vode, a u isto vrijeme ne postoji nijedna takva tvar u čijim bi svojstvima bilo toliko proturječja i anomalija kao u njezinim svojstvima.
Gotovo 3/4 površine našeg planeta zauzimaju oceani i mora. Čvrsta voda - snijeg i led - prekriva 20% kopna. Klima planeta ovisi o vodi. Geofizičari kažu da bi se Zemlja davno ohladila i pretvorila u beživotni komad kamena da nije vode. Ona ima vrlo visok toplinski kapacitet. Kada se zagrije, apsorbira toplinu; hladeći se, daje. Kopnena voda i apsorbira i vraća puno topline i tako "nivelira" klimu. A Zemlju od kozmičke hladnoće štite one molekule vode koje su raspršene u atmosferi - u oblacima iu obliku para...ne može se bez vode - to je najvažnija tvar na Zemlji.
Struktura molekule vode
Ponašanje vode je "nelogično". Ispostavilo se da se prijelazi vode iz krutog stanja u tekuće i plinovito stanje događaju na temperaturama mnogo višim nego što bi trebale. Za ove anomalije pronađeno je objašnjenje. Molekula vode H 2 O građena je u obliku trokuta: kut između dviju veza kisik-vodik je 104 stupnja. No budući da su oba atoma vodika s iste strane kisika, električni naboji su u njemu koncentrirani. Molekula vode je polarna, što je razlog posebne interakcije između njezinih različitih molekula. Atomi vodika u molekuli H 2 O, s djelomičnim pozitivnim nabojem, međusobno djeluju s elektronima atoma kisika susjednih molekula. Takva kemijska veza naziva se vodikova veza. Kombinira molekule H 2 O u jedinstvene prostorne polimere; ravnina u kojoj se nalaze vodikove veze okomita je na ravninu atoma iste molekule H 2 O. Interakcija među molekulama vode prvenstveno objašnjava nepravilno visoke temperature njezina taljenja i vrenja. Potrebna je dodatna energija za labavljenje, a potom i raskid vodikovih veza. A ova energija je vrlo značajna. Zbog toga je, usput rečeno, toplinski kapacitet vode tako visok.
Kakve veze ima H 2 O?
Molekula vode ima dvije polarne H-O kovalentne veze.
Nastaju preklapanjem dvaju jednoelektronskih p - oblaka atoma kisika i jednoelektronskih S - oblaka dvaju atoma vodika.
Atom kisika u molekuli vode ima četiri elektronska para. Dva od njih sudjeluju u stvaranju kovalentnih veza, tj. su obvezujući. Dva druga elektronskih parova su neobvezujući.
U molekuli postoje četiri pola naboja: dva su pozitivna i dva negativna. pozitivni naboji koncentriran na atomima vodika, budući da je kisik više elektronegativan od vodika. Dva negativna pola padaju na dva nevezujuća elektronska para kisika.
Takva ideja o strukturi molekule omogućuje objašnjenje mnogih svojstava vode, posebno strukture leda. U kristalnoj rešetki leda svaka od molekula okružena je s četiri druge. Na ravnoj slici to se može prikazati na sljedeći način:
Dijagram pokazuje da se veza između molekula odvija preko atoma vodika:
Pozitivno nabijeni atom vodika jedne molekule vode privlači negativno nabijeni atom kisika druge molekule vode. Takva veza naziva se vodikova veza (označava se točkama). Što se tiče čvrstoće, vodikova veza je oko 15-20 puta slabija od kovalentne veze. Zbog toga se vodikova veza lako prekida, što se opaža, na primjer, tijekom isparavanja vode.
Struktura tekuće vode nalikuje strukturi leda. U tekućoj vodi molekule su također međusobno povezane vodikovim vezama, ali je struktura vode manje "kruta" od strukture leda. Zbog toplinskog gibanja molekula u vodi neke vodikove veze se prekidaju, druge nastaju.
Fizička svojstva H 2 O
Voda, H 2 O, tekućina bez mirisa, okusa, bez boje (plavkasta u debelim slojevima); gustoća 1 g / cm 3 (na 3,98 stupnjeva), t pl \u003d 0 stupnjeva, t kip \u003d 100 stupnjeva.
Postoje različite vrste vode: tekuće, čvrste i plinovite.
Voda je jedina tvar u prirodi koja, u zemaljskim uvjetima, postoji u sva tri agregatna stanja:
tekućina - voda
čvrsto - led
plinovito – para
Sovjetski znanstvenik V. I. Vernadsky je napisao: "Voda se izdvaja u povijesti našeg planeta. Nema prirodnog tijela koje bi se moglo usporediti s njom u smislu svog utjecaja na tijek glavnih, najgrandioznijih geoloških procesa. Ne postoji zemaljski tvar - kameni mineral, živo tijelo, koje ga ne bi sadržavalo, Njime je prožeta i obuhvaćena sva materija zemaljska.
Kemijska svojstva H 2 O
Iz kemijska svojstva Od vode je posebno važna sposobnost njezinih molekula da disocijacije (razgradnje) na ione i sposobnost vode da otapa tvari različite kemijske prirode. Uloga vode kao glavnog i univerzalnog otapala određena je prvenstveno polaritetom njezinih molekula (pomicanjem središta pozitivnih i negativnih naboja) i, kao rezultat toga, njezinom iznimno visokom dielektričnom konstantom. Suprotni električni naboji, a posebno ioni, privlače se u vodi 80 puta slabije nego što bi se privlačili u zraku. Snage obostrana privlačnost između molekula ili atoma tijela uronjenog u vodu također je slabiji nego u zraku. U tom je slučaju toplinskom gibanju lakše razdvojiti molekule. Zato dolazi do otapanja, uključujući i mnoge teško topljive tvari: kap istroši kamen ...
Disocijacija (razgradnja) molekula vode na ione:
H 2 O → H + + OH, ili 2H 2 O → H 3 O (hidroksilni ion) + OH
u normalnim uvjetima je krajnje beznačajan; u prosjeku disocira jedna molekula od 500 000 000. Mora se imati na umu da je prva od gornjih jednadžbi čisto uvjetna: proton H bez elektronske ljuske ne može postojati u vodenom mediju. On se odmah spaja s molekulom vode, tvoreći hidroksidni ion H 3 O. Uzmite u obzir čak i to da se asocijati molekula vode zapravo raspadaju u puno teže ione, kao što je npr.
8H 2 O → HgO 4 +H 7 O 4, a reakcija H 2 O → H + +OH - samo je jako pojednostavljena shema stvarnog procesa.
Reaktivnost vode je relativno niska. Istina, neki aktivni metali mogu istisnuti vodik iz njega:
2Na+2H2O → 2NaOH+H2,
a u atmosferi slobodnog fluora voda može gorjeti:
2F 2 +2H 2 O → 4HF+O 2 .
Kristali se također sastoje od sličnih molekularnih suradnika spojeva molekula. obični led. "Pakiranje" atoma u takvom kristalu nije ionsko, a led ne provodi dobro toplinu. Gustoća tekuće vode na temperaturi blizu nule veća je od gustoće leda. Na 0°C 1 gram leda zauzima volumen od 1,0905 cm 3 , a 1 gram tekuće vode - 1,0001 cm 3 . A led pluta, zato se rezervoari ne smrzavaju, već su samo prekriveni ledenim pokrivačem. Ovo je još jedna anomalija vode: ona se nakon topljenja prvo skuplja, a tek onda, na prijelazu od 4 stupnja, daljnjim procesom počinje da se širi. Na visoki pritisci obični led se može pretvoriti u tzv. led - 1, led - 2, led - 3 itd. - teže i gušće kristalne oblike ove tvari. Najtvrđi, najgušći i najvatrostalniji dosad je led - 7 - dobiven pri tlaku od 3 kilo Pa. Topi se na 190 stupnjeva.
Kruženje vode u prirodi
Ljudsko tijelo prožeto je milijunima krvnih žila. Velike arterije i vene međusobno povezuju glavne organe tijela, manje ih pletu sa svih strana, a najtanje kapilare dopiru do gotovo svake pojedine stanice. Bilo da kopate rupu, sjedite na satu ili blaženo spavate, kroz njih neprestano teče krv, vezujući jedinstveni sustav ljudsko tijelo mozak i želudac, bubrezi i jetra, oči i mišići. Čemu služi krv?
Krv prenosi kisik iz pluća i hranjive tvari iz želuca do svake stanice u vašem tijelu. Krv skuplja otpadne tvari iz svih, pa i najzabačenijih kutaka tijela, oslobađajući ga od ugljičnog dioksida i drugih nepotrebnih, uključujući i opasne tvari. Krv kroz tijelo nosi posebne tvari - hormone koji reguliraju i koordiniraju rad raznih organa. Drugim riječima, krv povezuje različite dijelove tijela u jedinstven sustav, u dobro usklađen i učinkovit organizam.
Naš planet također ima krvožilni sustav. Krv zemlje je voda, i krvne žile- rijeke, rječice, potoci i jezera. I to nije samo usporedba, umjetnička metafora. Voda na Zemlji ima istu ulogu kao krv u ljudskom tijelu, a kako su znanstvenici nedavno primijetili, struktura riječne mreže vrlo je slična strukturi Krvožilni sustav osoba. "Kočijašica prirode" - tako je veliki Leonardo da Vinci nazvao vodu, ona je bila ta koja, prelazeći iz tla u biljke, iz biljaka u atmosferu, teče rijekama od kontinenata do oceana i vraća se natrag zračnim strujama , povezujući različite komponente prirode jedne s drugima, pretvarajući ih u jedan geografski sustav. Voda ne prelazi samo iz jedne prirodne komponente u drugu. Poput krvi, nosi sa sobom golemu količinu kemikalija, izvozeći ih iz tla u biljke, s kopna u jezera i oceane, iz atmosfere na zemlju. Sve biljke mogu konzumirati hranjive tvari sadržane u tlu samo s vodom, gdje su u otopljenom stanju. Da nije dotoka vode iz tla u biljke, sve bilje, pa i ono koje raste na najbogatijem tlu, umrlo bi "od gladi", poput trgovca koji je umro od gladi na škrinji zlata. Voda opskrbljuje hranjivim tvarima stanovnike rijeka, jezera i mora. Potoci koji veselo teku s polja i livada tijekom proljetnog otapanja snijega ili nakon ljetnih kiša skupljaju se usput i spremaju u tlo kemijske tvari i prenijeti ih stanovnicima akumulacija i mora, povezujući kopno i vodena područja našeg planeta. Najbogatiji "stol" formira se na onim mjestima gdje se rijeke bogate hranjivim tvarima ulijevaju u jezera i mora. Stoga se takvi dijelovi obale - estuariji - odlikuju bujnošću podvodnog života. A tko odlaže otpad koji stvaraju različiti geografski sustavi? Opet voda, i to kao akcelerator, radi mnogo bolje od ljudskog krvožilnog sustava koji tu funkciju samo djelomično obavlja. Pročišćavajuća uloga vode posebno je važna sada, kada čovjek truje okoliš otpadom iz gradova, industrijskih i poljoprivrednih poduzeća. Tijelo odrasle osobe sadrži oko 5-6 kg. krv, većina koji neprekidno kruži različite dijelove njegovo tijelo. A koliko vode služi životu našeg svijeta?
Sve vode na zemlji koje nisu dio stijena ujedinjene su pojmom "hidrosfera". Njegova težina je toliko velika da se obično ne mjeri u kilogramima ili tonama, već u kubičnim kilometrima. Jedan kubični kilometar je kocka s veličinom svakog ruba od 1 km, stalno okupirana vodom. Težina 1 km 3 vode jednaka je 1 milijardi tona.Cijela Zemlja sadrži 1,5 milijardi km 3 vode, što je otprilike 150000000000000000000000 tona težine! Na svakog čovjeka dolazi 1,4 km 3 vode ili 250 milijuna tona. Pij, ne želim!
No, nažalost, sve nije tako jednostavno. Činjenica je da 94% ovog volumena čine vode oceana, koje nisu prikladne za većinu gospodarskih svrha. Samo 6% je kopnena voda, od čega je samo 1/3 slatka, tj. samo 2% ukupnog volumena hidrosfere. Većina te slatke vode koncentrirana je u ledenjacima. Znatno manje ih se nalazi ispod površine zemlje (u plitkom podzemlju, vodenim horizontima, u podzemnim jezerima, u tlu, kao iu atmosferskim parama. Vrlo malo otpada na udio rijeka, iz kojih ljudi uglavnom crpe vodu - 1,2 tisuće). km 3. Ukupna količina vode sadržana u živim organizmima u jednom trenutku apsolutno je zanemariva. Dakle, na našem planetu nema toliko vode koju mogu konzumirati ljudi i drugi živi organizmi. Ali zašto ne prestaje? Uostalom, ljudi i životinje stalno piju vodu, biljke je isparavaju u atmosferu, a rijeke je nose u ocean.
Zašto zemlja ne ostaje bez vode?
Ljudski krvožilni sustav zatvoreni je krug kroz koji krv neprekidno teče noseći kisik i ugljični dioksid hranjive tvari i otpadne tvari. Ovaj tok nikada ne prestaje, jer je krug ili prsten, a, kao što znate, "prsten nema kraja". Vodena mreža našeg planeta uređena je po istom principu. Voda na Zemlji je u stalnoj cirkulaciji, a njen gubitak u jednoj karici odmah se nadoknađuje zbog protoka iz druge. Pokretačka snaga ciklusa vode je solarna energija i gravitacije. Zbog ciklusa vode, svi dijelovi hidrosfere su usko povezani i međusobno povezuju ostale komponente prirode. U samom opći pogled Ciklus vode na našem planetu je sljedeći. Pod utjecajem sunčeve svjetlosti voda isparava s površine oceana i kopna i ulazi u atmosferu, a isparavanje s površine kopna provode kako rijeke i akumulacije, tako i tlo i biljke. Dio vode odmah se s kišom vraća natrag u ocean, a dio vjetrovi nose na kopno, gdje pada u obliku kiše i snijega. Ulaskom u tlo, voda se djelomično upija u njega, nadopunjavajući rezerve vlage u tlu i podzemne vode, djelomično teče niz površinu u rijeke i akumulacije, vlaga iz tla djelomično prelazi u biljke koje je isparavaju u atmosferu, a djelomično otječe u rijeke. , samo pri manjoj brzini. Rijeke, koje se napajaju vodom iz površinskih tokova i podzemnih voda, nose vodu u Svjetski ocean, nadoknađujući njezin gubitak. Voda isparava s njegove površine, ponovno ulazi u atmosferu i ciklus se zatvara. Jednako kretanje vode između svih sastavnica prirode i svih područja Zemljina površina događa kontinuirano i kontinuirano mnogo milijuna godina.
Mora se reći da vodeni ciklus nije potpuno zatvoren. Dio toga, ulazeći u gornje slojeve atmosfere, razgrađuje se pod djelovanjem sunčeve svjetlosti i odlazi u svemir. Ali ti beznačajni gubici stalno se nadopunjuju zbog protoka vode iz dubokih slojeva zemlje tijekom vulkanskih erupcija. Zbog toga se volumen hidrosfere postupno povećava. prema nekim izračunima, prije 4 milijarde godina, njegov volumen iznosio je 20 milijuna km 3, tj. bio sedam tisuća puta manji od modernog. U budućnosti će se količina vode na Zemlji, po svemu sudeći, također povećati, s obzirom da se volumen vode u Zemljinom plaštu procjenjuje na 20 milijardi km 3 - to je 15 puta više od sadašnjeg volumena hidrosfere. Uspoređujući volumen vode u pojedinim dijelovima hidrosfere s dotokom vode u njih i susjednim karikama ciklusa, moguće je odrediti aktivnost izmjene vode, tj. vrijeme tijekom kojeg se volumen vode u Svjetskom oceanu, atmosferi ili tlu može potpuno obnoviti. Najsporije se obnavlja voda u polarnim ledenjacima (jednom u 8000 godina). A najbrža je riječna voda koja se u svim rijekama na Zemlji potpuno promijeni za 11 dana.
Glad planeta za vodom
"Zemlja je planet nevjerojatnog plavetnila"! - oduševljeno su izvijestili vraćajući se iz svemira nakon slijetanja na Mjesec američki astronauti. A kako bi naš planet izgledao drugačije ako više od 2/3 njegove površine zauzimaju mora i oceani, ledenjaci i jezera, rijeke, bare i akumulacije. No, što onda znači fenomen čije je ime u naslovima? Kakva "glad" može postojati ako na Zemlji postoji toliko vodenih tijela? Da, vode na Zemlji ima više nego dovoljno. Ali ne smijemo zaboraviti da se život na planeti Zemlji, prema znanstvenicima, prvo pojavio u vodi, a tek onda došao na kopno. Organizmi su tijekom evolucije zadržali svoju ovisnost o vodi milijunima godina. Voda je glavni "građevni materijal" od kojeg se sastoji njihovo tijelo. To se lako može provjeriti analizom brojeva u sljedećim tablicama:
Posljednji broj ove tablice označava da kod osobe težine 70 kg. sadrži 50 kg. voda! Ali još ga više ima u ljudskom fetusu: u trodnevnom razdoblju - 97%, u tromjesečnom razdoblju - 91%, u osmomjesečnom razdoblju - 81%.
Problem "gladi za vodom" je potreba za inkontinencijom određene količine vode u tijelu, budući da dolazi do stalnog gubitka vlage tijekom raznih fiziološki procesi. Za normalan život u umjerenoj klimi, osoba treba primiti oko 3,5 litara vode dnevno s hranom i pićem, u pustinji se ta stopa povećava na najmanje 7,5 litara. Bez hrane, osoba može postojati oko četrdeset dana, a bez vode, mnogo manje - 8 dana. Prema posebnim medicinskim pokusima, s gubitkom vlage u količini od 6-8% tjelesne težine, osoba pada u stanje nesvjestice, s gubitkom od 10% - počinju halucinacije, s 12% osoba se više ne može oporaviti bez posebnog medicinska pomoć, a kod gubitka od 20% nastupa neizbježna smrt. Mnoge se životinje dobro prilagođavaju nedostatku vlage. Najpoznatiji i vrhunski primjer ovo je "pustinjski brod", deva. Može živjeti vrlo dugo u vrućoj pustinji, bez konzumiranja vode za piće i izgubiti do 30% svoje početne težine bez ugrožavanja svojih performansi. Dakle, u jednom od posebnih testova, deva je radila pod užarenim ljetnim suncem 8 dana, izgubivši 100 kg. od 450 kg. svoju početnu težinu. A kad su ga doveli do vode, popio je 103 litre i vratio se na težinu. Utvrđeno je da deva može dobiti i do 40 litara vlage pretvarajući masnoću nakupljenu u svojoj grbi. Apsolutno nije korišteno piti vodu pustinjske životinje kao što su jerboi i klokanovi štakori - imaju dovoljno vlage koju dobivaju iz hrane, te vode koja se stvara u njihovom tijelu tijekom oksidacije vlastite masti, baš kao i deve. Više više vode biljke troše za svoj rast i razvoj. Glavica kupusa "popije" više od jedne litre vode dnevno, jedno stablo u prosjeku više od 200 litara vode. Naravno, ovo je prilično gruba brojka - različite pasmine stabla u različitim prirodnim uvjetima troše vrlo, vrlo različite količine vlage. Dakle, saxaul koji raste u pustinji troši minimalnu količinu vlage, a eukaliptus, koji se na nekim mjestima naziva "stablo pumpe", prolazi kroz sebe veliku količinu vode, pa se zbog toga njegove plantaže koriste za isušivanje močvara. . Tako su močvarna malarična područja kolhidske nizine pretvorena u prosperitetno područje.
Već oko 10% svjetske populacije nema čistu vodu. A ako uzmemo u obzir da 800 milijuna kućanstava u ruralnim područjima, u kojima živi oko 25% cjelokupnog čovječanstva, nema tekuću vodu, onda problem „gladi za vodom“ postaje uistinu globalan. To je posebno akutno u zemljama u razvoju, gdje oko 90% stanovništva koristi lošu vodu. Mana čista voda postaje jedan od kritični faktori ograničavanje progresivnog razvoja čovječanstva.
Pitanja o očuvanju vode koja se mogu kupiti
Voda se koristi u svim područjima ekonomska aktivnost osoba. Gotovo je nemoguće imenovati bilo koji proizvodni proces koji ne koristi vodu. Zbog brzog razvoja industrije, porasta stanovništva gradova, potrošnja vode raste. Od iznimne važnosti su pitanja zaštite vodnih resursa i izvora od iscrpljivanja, kao i od onečišćenja otpadnim vodama. Svima je poznata šteta otpadne vode vodeni stanovnici. Još strašnije za osobu i sav život na Zemlji je pojava u riječnim vodama pesticida ispranih s polja. Dakle, prisutnost u vodi od 2,1 dijela pesticida (endrina) na milijardu dijelova vode dovoljna je da ubije sve ribe u njoj. Veliku prijetnju čovječanstvu predstavljaju nepročišćene otpadne vode koje se ispuštaju u rijeke. naselja. Ovaj problem se rješava razumijevanjem takvih tehnoloških procesa u kojima se otpadna voda ne ispušta u vodospreme, već se nakon čišćenja ponovno vraća u tehnološki proces.
Trenutno se velika pažnja posvećuje zaštiti okoliša, a posebno prirodnih rezervoara. S obzirom na važnost ovog problema, kod nas se ne donosi zakon o zaštiti i racionalno korištenje prirodni resursi. Ustav kaže: "Građani Rusije dužni su štititi prirodu, štititi njezina bogatstva."
Vrste vode
Bromna voda - zasićena otopina Br 2 u vodi (3,5% težine Br 2). Bromna voda je oksidacijsko sredstvo, sredstvo za bromiranje u analitičkoj kemiji.
Amonijačna voda - Nastaje kada sirovi koksni plin dođe u dodir s vodom koja se koncentrira zbog hlađenja plina ili se u nju posebno ubrizgava radi ispiranja NH3. U oba slučaja dobiva se takozvana slaba, ili čistačka, amonijačna voda. Destilacijom ove amonijačne vode s vodenom parom i naknadnim refluksom i kondenzacijom dobiva se koncentrirana amonijačna voda (18 - 20% NH3 po masi), koja se koristi u proizvodnji sode, kao tekuće gnojivo itd.
| # 7732 · 15.11.2018 u 17:18 po moskovskom vremenu · ip adresa zabilježena · · | |
hvala, za izvješće će ići) | |
Još od školskih godina znamo da život na našem planetu nije moguć bez vode. Bez toga nitko ne može živjeti ni tjedan dana. Međutim, bilo je vrijeme kada ljudi ne samo da nisu znali što je voda, nego također nisu razumjeli koliko te tvari ima na Zemlji.
Voda je tekućina koja nema okusa, boje i mirisa. Ova tvar je jedna od najčešćih na Zemlji. Otprilike ¾ površine planeta zauzimaju rijeke, mora, oceani i druga vodena tijela. Voda može biti čvrsta (led) ili plinovita.
Tijelo odrasle osobe se približno 70% sastoji od njega. To je otapalo za mineralne i hranjivim tvarima u našem tijelu, doprinosi normalizaciji normalna temperatura tijelo i uklanja otpadne tvari zajedno s toksinima. Također, voda je jednostavno neizostavna u našoj prehrani. Liječnici kažu da svaki dan osoba treba popiti od 1,5 do 2,5 litara čiste vode.
Prema znanstvenicima, na Zemlji ima oko 1500 milijuna kubičnih kilometara vode, a samo 10% je svježe i prikladno za piće. Sve se dijeli na površinske i podzemne vode.
Ljudi za svoje potrebe koriste vodu koja se nalazi na malim dubinama. Ogromne zalihe slatke vode predstavljaju ledenjaci Antarktika. Padaline igraju važnu ulogu. Također, ljudi su naučili dobivati svježu vodu iz oceana, korištenjem kemijskih i fizičkih metoda.
Oko 6000 kubičnih kilometara vode nalazi se u raznim živim organizmima. Naše tijelo također redovito razmjenjuje sa okoliš. Javlja se tijekom disanja, kroz urin i znoj. Ako se iz tijela izluči više tekućine nego što se unese, dolazi do dehidracije koja može dovesti do smrti. Njegovi simptomi su vrtoglavica, otežano disanje i lupanje srca.
Svaka stanica u našem tijelu sadrži vodu. Sve biokemijske reakcije koje se u njemu događaju zahtijevaju njegovu prisutnost. Ako u tijelu nema dovoljno vode, tada u stanicama dolazi do nakupljanja metaboličkih proizvoda, što dovodi do razvoja ozbiljne bolesti. Da bi se to spriječilo, osoba se mora pridržavati režima pijenja. Voda je uključena u:
- transport kisika i hranjivih tvari do tkiva i stanica;
- regulacija krvnog tlaka;
- osiguravanje procesa hematopoeze;
- uklanjanje toksina i toksina;
- podmazivanje zglobova;
- normalizacija prijenosa topline.
Znanstvenici ne prestaju istraživati vodu, redovito pronalazeći njena nova svojstva:
- Prosječna količina vode sadržana u svim živim organizmima je najmanje 50%.
- Zemljin plašt skriva deset puta više ove tekućine nego što je sadržano u oceanima.
- Da na Zemlji nema udubljenja i izbočina, tada bi se razina vode podigla 3 km iznad kopna.
- Oceani zauzimaju oko 71% površine našeg planeta i sadrže 97% svih svjetskih zaliha vode.
- Kad bi se ledenjaci koji se nalaze na planetu otopili, tada bi 1/8 zemlje bila poplavljena.
- Poznati su slučajevi kada svježa voda smrznuti na temperaturama iznad 0 stupnjeva.
- Morska voda ima 35% soli, pa se smrzava na temperaturama ispod -2 stupnja.
- Površina vode može reflektirati oko 5% sunčevih zraka, dok se više od 85% reflektira od površine leda.
- Voda je jedna od rijetkih tvari koje se šire kada se smrzavaju.
- U kombinaciji s fluorom, voda i njezine pare mogu gorjeti. Uz značajnu koncentraciju fluora, takva smjesa postaje eksplozivna.
Strukturna formula
Istinita, empirijska ili bruto formula: H2O
Kemijski sastav vode
Molekulska težina: 18,015
Voda (vodikov oksid) – binarno anorganski spoj S kemijska formula H2O. Molekula vode sastoji se od dva atoma vodika i jednog kisika, koji su međusobno povezani kovalentnom vezom. U normalnim uvjetima jest bistra tekućina, nema boju (u malom volumenu), miris i okus. U krutom stanju naziva se led (kristali leda mogu tvoriti snijeg ili inje), a u plinovitom stanju se naziva vodena para. Voda može postojati i kao tekući kristali (na hidrofilnim površinama). To je otprilike 0,05% Zemljine mase.
Dobro je visoko polarno otapalo. U prirodnim uvjetima uvijek sadrži otopljene tvari (soli, plinovi).
Voda je u normalnim uvjetima tekuće stanje, dok su slični vodikovi spojevi ostalih elemenata plinovi (H 2 S, CH 4 , HF). Atomi vodika vezani su za atom kisika tvoreći kut od 104,45° (104°27'). Zbog velike razlike u elektronegativnosti atoma vodika i kisika, elektronski oblaci su jako pomaknuti prema kisiku. Iz tog razloga molekula vode ima veliki dipolni moment (p = 1,84 D, odmah iza cijanovodične kiseline). Svaka molekula vode formira do četiri vodikove veze - dvije od njih tvore atom kisika, a dvije - atome vodika. Broj vodikovih veza i njihova razgranata struktura određuju visoka temperatura vrelište vode i njezina specifična toplina isparavanja. Kad ne bi bilo vodikovih veza, voda bi, na temelju mjesta kisika u periodnom sustavu i vrelišta hidrida elemenata sličnih kisiku (sumpor, selen, telur), ključala na -80°C, a smrzavala se na - 100°C.
Pri prijelazu u čvrsto stanje dolazi do sređivanja molekula vode, povećavaju se volumeni šupljina između molekula, a ukupna gustoća vode opada, što objašnjava nižu gustoću (veći volumen) vode u fazi leda. Isparavanjem, s druge strane, sve vodikove veze se prekidaju. Za kidanje veza potrebno je mnogo energije, zbog čega voda ima najveći specifični toplinski kapacitet među ostalim tekućinama i čvrste tvari. Za zagrijavanje jedne litre vode za jedan stupanj potrebno je 4,1868 kJ energije. Zbog ovog svojstva, voda se često koristi kao rashladno sredstvo. Osim velikog specifičnog toplinskog kapaciteta voda ima i velike vrijednosti specifična toplina taljenja (333,55 kJ/kg pri 0 °C) i isparavanja (2250 kJ/kg).
Voda je glavna komponenta cjelokupnog života na Zemlji. To je i stanište organizama i glavni element u njihovoj strukturi, a time i izvor života. Koristi se u svim industrijama. Stoga je vrlo teško zamisliti život bez vode.
Što je uključeno u vodu
Svima je dobro poznato da se voda sastoji od vodika i kisika. Stvarno je. No, osim ova dva elementa, voda u svom sastavu ima i ogroman popis kemijskih komponenti.
Od čega je napravljena voda?
Teži transformaciji dok prolazi kroz hidrološki ciklus: isparavanje, kondenzacija i oborina. Tijekom ovih pojava voda dolazi u kontakt s mnogim spojevima organske prirode, s metalima, plinovima, uslijed čega se tekućina nadopunjuje raznim elementima.
Elementi koji čine vodu podijeljeni su u 6 kategorija:
- Ioni. Tu spadaju: kationi Na, K, Mg, Ca, anioni: Cl, HCO 3 i SO 4. Ove komponente se nalaze u vodi u najvećoj količini u odnosu na ostale. U tekućinu ulaze iz slojeva tla, prirodnih minerala, stijena, a također i kao elementi raspadanja proizvoda industrijske djelatnosti.
- Otopljeni plinovi: kisik, dušik, sumporovodik, ugljikov dioksid i drugi. Količina svakog plina u vodi izravno ovisi o njegovoj temperaturi.
- biogeni elementi. Glavni su fosfor i dušik, koji ulaze u tekućinu iz oborina, kanalizacije i poljoprivrednih voda.
- Mikroelementi. Ima ih oko 30 vrsta. Njihovi pokazatelji u sastavu vode vrlo su mali i kreću se od 0,1 do mikrograma po 1 litri. Tu spadaju: brom, selen, bakar, cink itd.
- Organske tvari otopljene u vodi i tvari koje sadrže dušik. To su alkoholi, ugljikohidrati, aldehidi, fenoli, peptidi i tako dalje.
- Toksini. U osnovi je teški metali i rafinirani proizvodi.
molekula vode
Dakle, od kojih se molekula sastoji voda?
Formula za vodu je trivijalna - H 2 O. I pokazuje da se molekula vode sastoji od atoma vodika i kisika. Između njih je uspostavljen stabilan odnos.
Kako molekula vode izgleda u svemiru? Da bi se odredio oblik molekule, središta atoma povezuju se ravnim linijama, zbog čega nastaje trodimenzionalni lik - tetraedar. Ovo je struktura vode.
Oblik molekule vode može se mijenjati ovisno o agregatnom stanju. Za plinovito stanje, kut između atoma kisika i vodika je 104,27 o, za čvrsto stanje - 109,5 o, za tekućinu - 105,03 o.
One molekule koje čine vodu zauzimaju određeni volumen u prostoru, dok su njihove ljuske prekrivene elektronskim oblakom u obliku vela. Vrsta molekule vode koja se razmatra u ravnini uspoređuje se s kromosomom u obliku slova X, koji služi za prijenos genetske informacije i, prema tome, daje početak novom životu. Iz ovog oblika povlači se analogija između kromosoma i vode kao izvora života.
U svemiru molekula izgleda kao trodimenzionalni trokut, tetraedar. Ovaj oblik je vrlo stabilan i mijenja se samo zbog utjecaja vanjskih fizikalnih čimbenika na vodu.
Od čega je napravljena voda? Od onih atoma koji su podložni utjecaju van der Waalsovih sila, stvaranje vodikovih veza. U tom smislu, nasumični suradnici i klasteri nastaju između kisika i vodika susjednih molekula. Prvi su neuređene strukture, drugi su uređeni suradnici.
U uobičajenom stanju vode, broj suradnika je 60%, klastera - 40%.
Između susjednih molekula vode mogu nastati vodikovi mostovi koji doprinose stvaranju različitih struktura – klastera.
Klasteri mogu međusobno komunicirati putem vodikovih veza, a to dovodi do pojave struktura novog reda - šesterokuta.
Elektronska struktura molekule vode
Atomi su ono od čega se sastoji voda, a svaki atom ima svoju elektronsku strukturu. Dakle, grafička formula elektroničkih razina izgleda ovako: 8 O 1s 2 2s 2 2p 4, 1 H 1s 1.
Kada se dogodi proces formiranja molekule vode, dolazi do preklapanja elektronskih oblaka: dva nesparena elektrona kisika preklapaju se s 1 nesparenim elektronom vodika. Kao rezultat preklapanja nastaje kut između atoma od 104 o.
Agregatno stanje vode
Kao što je već spomenuto, molekule vode su dipoli, a ta činjenica utječe na neobične.Jedno od tih svojstava je da voda u prirodi može biti prisutna u tri agregatna stanja: tekuće, kruto i para.
Prijelaz iz jednog stanja u drugo je zbog sljedećih procesa:
- Vrenje - od tekućine do pare.
- Kondenzacija - prijelaz njihove pare u tekućinu (taloženje).
- Kristalizacija - kada se tekućina pretvara u led.
- Taljenje je proces topljenja leda i dobivanja tekućine.
- Sublimacija je transformacija leda u stanje pare.
- desublimacija - povratni udar sublimacija, odnosno prijelaz pare u led.
Struktura njegove molekularne rešetke također ovisi o stanju vode.
Zaključak
Dakle, možemo reći da je voda jednostavne strukture, koja se može mijenjati ovisno o svom stanju. I postalo nam je jasno od kojih se molekula sastoji voda.
100 mmHg Umjetnost. na 54°C
Povijest otkrića
Molekule teške vodikove vode prvi je u prirodnoj vodi otkrio Harold Urey 1932. godine, za što je znanstvenik nagrađen Nobelova nagrada doktorirao kemiju 1934. A već 1933. Gilbert Lewis izolirao je čistu tešku vodikovu vodu. S elektrolizom obična voda, koji uz obične molekule vode sadrži i neznatnu količinu teških (D 2 O) i poluteških (HDO) molekula vode formiranih od teškog izotopa vodika, ostatak se postupno obogaćuje molekulama tih spojeva. Iz takvog ostatka, nakon opetovane elektrolize, Lewis je 1933. prvi put uspio izolirati malu količinu vode, koja se gotovo 100% sastojala od molekula spoja kisika s deuterijem i nazvana teškom. Ova metoda proizvodnje teške vode ostaje glavna i danas, iako se koristi uglavnom u završnoj fazi obogaćivanja od 5-10% do >99% (vidi dolje).
Nakon otkrića nuklearne fisije krajem 1938. godine i spoznaje mogućnosti korištenja lančanih reakcija nuklearne fisije induciranih neutronima, javila se potreba za moderatorom neutrona – tvari koja može učinkovito usporavati neutrone bez njihovog gubitka u reakcijama hvatanja. Neutrone najučinkovitije moderiraju lake jezgre, a obične jezgre vodika (protija) morale bi biti najučinkovitiji moderator, ali one imaju visok presjek hvatanja neutrona. Naprotiv, teški vodik hvata vrlo malo neutrona (presjek hvatanja toplinskih neutrona za protij je više od 100 tisuća puta veći nego za deuterij). Tehnički, najprikladniji spoj deuterija je teška voda, a može poslužiti i kao rashladno sredstvo, odvodeći oslobođenu toplinu iz područja gdje lančana reakcija podjela. Od najranijih dana nuklearne energije, teška voda bila je važan sastojak u nekim reaktorima, kako za proizvodnju energije tako i za proizvodnju izotopa plutonija za nuklearno oružje. Ovi takozvani teškovodni reaktori imaju prednost jer mogu raditi na prirodnom (neobogaćenom) uranu bez upotrebe grafitnih moderatora, koji tijekom faze stavljanja izvan pogona mogu predstavljati opasnost od eksplozije prašine i sadržavati induciranu radioaktivnost (ugljik-14 i brojne drugih radionuklida). Međutim, većina modernih reaktora koristi obogaćeni uran s normalnom "lakom vodom" kao moderatorom, unatoč djelomičnom gubitku moderiranih neutrona.
Proizvodnja teške vode u SSSR-u
| Parametar | D2O | HDO | H2O |
|---|---|---|---|
| Talište, °C | 3,82 | 2,04 | 0,00 |
| Vrelište, °C | 101,4 | 100,7 | 100,0 |
| Gustoća na 20 °C, g/cm³ | 1,1056 | 1,054 | 0,9982 |
| Maksimalna temperatura gustoće, °C | 11,6 | 4,0 | |
| Viskoznost na 20 °C, centipoise | 1,2467 | 1,1248 | 1,0016 |
| Površinska napetost pri 25 °C, dyne cm | 71,87 | 71,93 | 71,98 |
| Molarno smanjenje volumena tijekom taljenja, cm³/mol | 1,567 | 1,634 | |
| Molarna toplina taljenja, kcal / mol | 1,515 | 1,436 | |
| Molarna toplina isparavanja, kcal/mol | 10,864 | 10,757 | 10,515 |
| na 25°C | 7,41 | 7,266 | 7,00 |
Biti u prirodi
U prirodnim vodama jedan atom deuterija odgovara 6400-7600 atoma protija. Gotovo sva je u sastavu DHO molekula, na jednu takvu molekulu otpada 3200-3800 molekula lake vode. Samo vrlo mali dio atoma deuterija tvori molekule teške vode D 2 O, budući da je vjerojatnost da se dva atoma deuterija sretnu u jednoj molekuli u prirodi mala (oko 0,5⋅10 −7). Umjetnim povećanjem koncentracije deuterija u vodi ta se vjerojatnost povećava.
Biološka uloga i fiziološki utjecaj
Teška voda je samo malo otrovna, kemijske reakcije u njenom okruženju su nešto sporije u odnosu na običnu vodu, vodikove veze s deuterijem nešto su jače nego inače. Pokusi na sisavcima (miševi, štakori, psi) pokazali su da zamjena 25% vodika u tkivima deuterijem dovodi do sterilnosti, ponekad nepovratne. Veće koncentracije dovode do brze smrti životinje; tako su sisavci koji su tjedan dana pili tešku vodu umrli kad je pola vode u njihovom tijelu deuterizirano; ribe i beskralješnjaci umiru tek s 90% deuterizacije vode u tijelu. Najjednostavniji se mogu prilagoditi 70% otopini teške vode, a alge i bakterije mogu živjeti čak iu čistoj teškoj vodi. Osoba može popiti nekoliko čaša teške vode bez vidljive štete po zdravlje, sav deuterij će se ukloniti iz tijela za nekoliko dana. Dakle, u jednom od eksperimenata za proučavanje odnosa između vestibularnog aparata i nevoljni pokreti oko (nistagmus) dobrovoljci su zamoljeni da popiju od 100 do 200 grama teške vode; kao posljedica apsorpcije gušće teške vode od kupule (želatinozna struktura u polukružnim kanalima) dolazi do poremećaja njezinog neutralnog uzgona u endolimfi kanala, te dolazi do blagih poremećaja prostorne orijentacije, osobito nistagmusa. Ovaj učinak je sličan onom koji se javlja kod uzimanja alkohola (međutim, u potonjem slučaju gustoća kupule se smanjuje, budući da je gustoća etilnog alkohola manja od gustoće vode).
Dakle, teška voda je puno manje toksična od, na primjer, kuhinjske soli. Teška voda se koristi za liječenje hipertenzije kod ljudi u dnevnim dozama u rasponu od 10 do 675 g D 2 O dnevno.
U ljudsko tijelo sadrži kao prirodnu nečistoću toliko deuterija koliko i 5 grama teške vode; ovaj se deuterij uglavnom nalazi u molekulama HDO poluteške vode, kao iu svim drugim biološkim spojevima koji sadrže vodik. [ ]
Neke informacije
Molimo vas da informacije donesete u enciklopedijskom obliku i distribuirate ih u relevantne dijelove članka. Prema odluci Arbitražnog odbora Wikipedije, popisi bi se po mogućnosti trebali temeljiti na sekundarnim generalizacijama koje sadrže kriterije za uključivanje elemenata u popis. |
Teška voda nakuplja se u ostatku elektrolita tijekom ponovljene elektrolize vode. Na na otvorenom teška voda brzo upija pare obične vode, pa možemo reći da je higroskopna. Proizvodnja teške vode je vrlo energetski intenzivna, pa je njezin trošak dosta visok. Godine 1935., odmah nakon otkrića teške vode, njezina je cijena bila otprilike 19 dolara po gramu. Trenutačno teška voda sa sadržajem deuterija od 99 at.%, koju prodaju dobavljači kemijskih reagensa, košta oko 1 euro po gramu za 1 kg, ali ta se cijena odnosi na proizvod s kontroliranom i zajamčenom kvalitetom kemijskog reagensa; s nižim zahtjevima kvalitete, cijena može biti red veličine niža.
Primjena
Najvažnije svojstvo teške vodikove vode je da praktički ne apsorbira neutrone, stoga se koristi u nuklearnim reaktorima za umjerenje neutrona i kao rashladno sredstvo. Također se koristi kao izotopni marker u kemiji, biologiji i hidrologiji, poljoprivrednoj kemiji itd. (uključujući eksperimente sa živim organizmima i dijagnostički testovi osoba). U fizici čestica, teška voda se koristi za detekciju neutrina; Tako najveći solarni detektor neutrina SNO (Kanada) sadrži 1000 tona teške vode.
Deuterij je nuklearno gorivo za energiju budućnosti, temeljeno na kontroliranoj termonuklearnoj fuziji. U prvim energetskim reaktorima ovog tipa on bi trebao provoditi reakciju D + T → 4 He + n + 17,6 MeV .
U nekim zemljama (na primjer, u Australiji) komercijalna cirkulacija teške vode stavljena je pod državna ograničenja, što je povezano s teoretskom mogućnošću korištenja za stvaranje "neovlaštenih" reaktora prirodnog urana prikladnih za proizvodnju plutonija za oružje.
Druge vrste teške vode
poluteška voda
Postoji i poluteška voda (poznata i kao deuterijska voda, monodeuterijska voda, deuterijev hidroksid), u kojem je samo jedan atom vodika zamijenjen deuterijem. Formula za takvu vodu je napisana na sljedeći način: DHO ili ²HHO. Treba napomenuti da će se voda formalnog sastava DHO, zbog reakcija izmjene izotopa, zapravo sastojati od smjese DHO, D 2 O i H 2 O molekula (u omjeru približno 2:1:1). Ova opaska također vrijedi za THO i TDO.
Super teška voda
Superteška voda sadrži tricij, čiji je poluživot veći od 12 godina. Prema svojim svojstvima, superteška voda ( T2O) još se osjetnije razlikuje od uobičajenog: vrije na 104 °C, smrzava se na +9 °C i ima gustoću od 1,21 g/cm³. Poznato je svih devet varijanti superteške vode (odnosno dobivenih u obliku više ili manje čistih makroskopskih uzoraka): THO, TDO i T 2 O sa svakim od tri stabilna izotopa kisika (16 O, 17 O i 18 O) . Ponekad se superteška voda jednostavno naziva teškom vodom, osim ako to može izazvati zabunu. Superteška voda ima visoku radiotoksičnost.
Modifikacije vode teškim izotopom kisika
Termin teška voda također se koriste u odnosu na tešku kisikovu vodu, u kojoj je uobičajeni laki kisik 16 O zamijenjen jednim od teških stabilnih izotopa 17 O ili 18 O. Teški izotopi kisika postoje u prirodnoj smjesi, stoga u prirodnoj vodi uvijek postoji primjesa obiju teških modifikacija kisika. Njihovo fizička svojstva također nešto drugačiji od svojstava obične vode; tako da je ledište 1 H 2 18 O +0,28 ° C.
Voda s teškim kisikom, osobito 1 H 2 18 O, koristi se u dijagnostici onkološke bolesti(Iz njega se na ciklotronu dobiva izotop fluor-18 koji se koristi za sintezu lijekova za dijagnostiku onkoloških bolesti, posebice 18-fdg).
Ukupan broj izotopskih modifikacija vode
Ako računamo sve moguće neradioaktivan spojevi opće formule H 2 O, zatim ukupno Postoji samo devet mogućih izotopskih modifikacija vode (budući da postoje dva stabilna izotopa vodika i tri kisika):
- H 2 16 O - laka voda, ili samo voda
- H 2 17 O
- H 2 18 O - teška kisikova voda
- HD 16 O - poluteška voda
- HD 17 O
- HD 18O
- D 2 16 O - teška voda
- D217O
- D218O
S tricijem se njihov broj povećava na 18:
- T 2 16 O - ekstra teška voda
- T 2 17O
- T 2 18 O
- DT 16O
- DT 17O
- DT 18O
- HT 16O
- HT 17O
- HT 18O
Tako, osim običan, najčešći u prirodi "laka" voda 1 H 2 16 O, postoji ukupno 8 neradioaktivnih (stabilnih) i 9 radioaktivnih "teških voda".
