(המרה רחוב)
(ב-20 מעלות צלזיוס)
71% מהשטח הם מים
למים יש חשיבות מרכזית ביצירה ותחזוקה של חיים על פני כדור הארץ, במבנה הכימי של יצורים חיים, ביצירת אקלים ומזג אוויר.
תכונות פיזיקליות וכימיות
תכונות גשמיות
למים יש מספר תכונות יוצאות דופן:
כל התכונות הללו קשורות לנוכחות של קשרי מימן. בשל ההבדל הגדול באלקטרושליליות של אטומי מימן וחמצן, ענני אלקטרונים מוזזים מאוד לעבר חמצן. בגלל זה, כמו גם העובדה שליון המימן אין שכבות אלקטרוניות פנימיות ויש לו ממדים קטנים, הוא יכול לחדור לתוך מעטפת האלקטרונים של אטום מקוטב שלילי של מולקולה שכנה. בשל כך, כל אטום חמצן נמשך לאטומי המימן של מולקולות אחרות ולהיפך. כל מולקולת מים יכולה להשתתף בארבעה קשרי מימן לכל היותר: 2 אטומי מימן - כל אחד באחד, ואטום חמצן - בשניים; במצב זה, המולקולות נמצאות בגביש קרח. כאשר קרח נמס, חלק מהקשרים נשברים, מה שמאפשר לארוז את מולקולות המים בצפיפות רבה יותר; כאשר המים מחוממים, הקשרים ממשיכים להישבר, וצפיפותם עולה, אך בטמפרטורות מעל 4 מעלות צלזיוס, השפעה זו הופכת חלשה יותר מהתפשטות תרמית. אידוי מפרק את כל הקשרים הנותרים. שבירת הקשרים דורשת אנרגיה רבה, ומכאן הטמפרטורה הגבוהה והחום הספציפי של התכה והרתחה ויכולת חום גבוהה. צמיגות המים נובעת מכך שקשרי מימן מונעים ממולקולות מים לנוע במהירויות שונות.
טיפה פוגעת על פני המים
מסיבות דומות, מים הם ממס טוב לחומרים קוטביים. כל מולקולת מומס מוקפת במולקולות מים, והחלקים הטעונים בחיוב של מולקולת המומס מושכים אטומי חמצן, והחלקים הטעונים שלילי מושכים אטומי מימן. מכיוון שמולקולת המים קטנה, מולקולות מים רבות יכולות להקיף כל מולקולה מומסת.
תכונה זו של מים משמשת יצורים חיים. בתא חי ובמרחב הבין-תאי, פתרונות מקיימים אינטראקציה חומרים שוניםבמים. מים נחוצים לחייהם של כל היצורים החיים החד-תאיים והרב-תאיים על פני כדור הארץ ללא יוצא מן הכלל.
מים טהורים (ללא זיהומים) הם מבודד טוב. בתנאים רגילים, המים מתפרקים בצורה חלשה וריכוז הפרוטונים (ליתר דיוק, יוני הידרוניום 3+) ויוני הידרוקסיד - הוא 0.1 מיקרומול/ליטר. אבל מכיוון שמים הם ממס טוב, מלחים מסוימים מומסים בהם כמעט תמיד, כלומר, יונים חיוביים ושליליים נמצאים במים. כתוצאה מכך, מים מוליכים חשמל. ניתן להשתמש במוליכות החשמלית של המים כדי לקבוע את טוהרם.
מדינות מצטברות
תכונות כימיות
מים הם הממס הנפוץ ביותר על פני כדור הארץ, וקובעים במידה רבה את טבעה של כימיה יבשתית כמדע. רוב הכימיה, בתחילת דרכה כמדע, התחילה בדיוק ככימיה של תמיסות מימיות של חומרים. לפעמים הוא נחשב לאמפוליט - גם חומצה וגם בסיס בו זמנית (קטיון H + אניון OH-). בהיעדר חומרים זרים במים, ריכוז יוני הידרוקסיד ויוני המימן (או יוני הידרוניום) זהה, pK a ≈ בקירוב. 16.
המים עצמם אינרטיים יחסית בתנאים רגילים, אך המולקולות הקוטביות ביותר שלהם ממיסות יונים ומולקולות, יוצרות הידרטים והידרטים גבישיים. סולבוליזה, ובפרט הידרוליזה, מתרחשת ביצורים חיים ושאינם חיים, ונמצאת בשימוש נרחב בתעשייה הכימית.
מים בטבע
מחקר מים
הידרולוגיה
הידרולוגיה מחולקת לאוקיאנולוגיה, הידרולוגיה יבשתית והידרוגיאולוגיה.
אוקיינוסולוגיה מחולקת לביולוגיה של האוקיינוסים, כימיה של האוקיינוסים, גיאולוגיה של האוקיינוסים, אוקיינוסולוגיה פיזיקלית ואינטראקציות של אוקיינוס-אטמוספירה.
הידרולוגיה יבשתית מחולקת להידרולוגיה של נהר ( הידרולוגיה של נהר, פוטמולוגיה), מדעי האגמים (לימנולוגיה), מדעי הביצות, קרחונים.
תפקיד ביולוגי
מים ממלאים תפקיד ייחודי כחומר הקובע את אפשרות הקיום ואת עצם החיים של כל היצורים על פני כדור הארץ. הוא פועל כממס אוניברסלי שבו מתרחשים התהליכים הביוכימיים העיקריים של אורגניזמים חיים. הייחוד של המים טמון בכך שהם ממיסים גם אורגניים וגם חומרים אנאורגניים, מתן שיעור גבוה של תגובות כימיות ובו זמנית - מורכבות מספקת של התרכובות המורכבות המתקבלות. הודות ל
וכו'), הקיים באדמה, נדרש. מרכיב של כל היצורים החיים.
הרכב איזוטופי.ישנם 9 זנים איזוטופים יציבים של מים. התוכן שלהם במים מתוקים הוא בממוצע הבא (מול.%): 1 H 2 16 O - 99.13; 1 H 2 18 O - 0.2; 1 H 2 17 0-0.04; 1 H 2 O 16 O-0.03; חמשת הזנים האיזוטופים הנותרים נמצאים במים בכמויות זניחות. בנוסף לזנים איזוטופים יציבים, מים מכילים כמות קטנה של 3 H 2 רדיואקטיבי (או T 2 O). הרכב איזוטופי של מים טבעיים מוצא שונהכַּמָה משתנה. היחס 1 H / 2 H אינו יציב במיוחד: ב מים מתוקיםאה - ממוצע של 6900, במי ים -5500, ב - 5500-9000. לפי הפיזי המאפיינים של D 2 O שונים באופן ניכר מ מים רגילים(ס"מ. ). מים המכילים 18 O קרובים יותר למים עם 16 O.
פיזי. תכונות המים אינן תקינות. בכספומט. מלווה בירידה בנפח של 9%. מקדם טמפרטורה התפשטות נפח ומים נוזליים שליליים ב-t-pax resp. מתחת ל-210°C ו-3.98°C. C° בכמעט כפול ובטווח של 0-100°C כמעט בלתי תלוי ב-t-ry (יש מינימום ב-35°C). מינימום איזו-תרמית (44.9*10 -11 Pa -1), שנצפה ב-46°C, ברור למדי. בטמפרטורות נמוכות ובטמפרטורות של עד 30 מעלות צלזיוס, המים יורדים עם הצמיחה. דיאלקטרי גבוה. החדירות ומומנט הדיפול של המים קובעים את כוח ההמסה הטוב שלהם ביחס לחומרים קוטביים ויונוגנים. הודות ל ערכים גבוהים C °, ומים הם מווסת אקלים חשוב. התנאים על פני כדור הארץ, מייצבים t-ru על פני השטח שלו. בנוסף, קרבה זווית H-O-H to tetrahedral (109 ° 28 ") גורם לשבירות של מבנים ומים נוזליים, וכתוצאה מכך, תלות חריגה של צפיפות ב-t-ry. לכן, מאגרים גדולים אינם קופאים לתחתית, מה שמאפשר חיים בהם.
כרטיסייה. 1 - מאפיינים של מים ומים ממוקמים ב 
אבל צפיפות השינויים II-VI נמוכה בהרבה מזו שיכולה להיות לקרח ב. רק בשינויים VII ו- VIII מספיק צפיפות גבוההאריזות: במבנה שלהן מוחדרות אחת לתוך השנייה שתי רשתות רגילות הבנויות מטטרהדרה (בדומה לאלו הקיימות ב-ICC בטמפרטורה נמוכה מעוקבת, איזו-סטרוקטורלית); במקרה זה, המערכת של קואורדינטות ישר וקואורדינטות נשמרת. המספר מכפיל את עצמו ומגיע ל-8. המיקום ב-VII ו-VIII דומה למיקום ב ורבים אחרים. ברגיל (Ih) ובקובי (Ic), כמו גם ב-HI, V-VII, הכיוון אינו מוגדר: שניהם הכי קרובים לצורת O איתו, שיכולה להיות. מופנה לכל שניים מארבעת השכנים בקודקודי הטטרהדרון. דיאלקטרי החדירות של שינויים אלה גבוהה (גבוהה מזו של מים נוזליים). השינויים II, VIII ו-IX מסודרים מבחינה אוריינטציונית; הדיאלקטרי שלהם. החדירות נמוכה (כ-3). VIII היא הגרסה מסודרת של VII, ו-IX היא III. הצפיפויות של השינויים המסודרים מבחינה אוריינטציונית (VIII, IX) קרובים לצפיפות של השינויים הלא מסודרים המקבילים (VII, III).
כמו מים. מים מתמוססים היטב. קוטבי ומתנתק ל-in-va. בדרך כלל, ערך p עולה עם עליית הטמפרטורה, אך לפעמים התלות בטמפרטורה מורכבת יותר. אז, r-rarity pl. , ועם עלייה t-ry יורד או קודם עולה, ולאחר מכן עובר דרך מקסימום. ערך ה-p של in-in עם קוטביות נמוכה (כולל אלו הכלולים ב) במים נמוך ועם עלייה ב-t-ry הוא בדרך כלל יורד קודם כל ואז עובר דרך מינימום. עם עליות ערך p, עוברים דרך מקסימום בערכים גבוהים. חומרים רבים מתמוססים במים ומגיבים איתם. לדוגמה, NH 4 עשוי להיות קיים בתמיסות NH 3 (ראה גם). בין אלה המומסים במים,
ואילו, סביר להניח שאתה זוכר שלכל שאר החומרים, השלב המוצק שלהם כבד יותר מהשלב הנוזלי.
בהתאם לכך, טוב שהקרח קל יותר ממים – וזו גם תכונתם העיקרית של המים, שבזכותה מתאפשרים חיים בצורתם הנוכחית.
ובכן, אם המאפיין הזה של המים לא היה קיים, היינו צריכים לפתח על בסיס, למשל, אמוניה. זה יותר כיף 🙂
עכשיו בואו נתמקד בעובדה שמים יכולים להתאדות בעת רתיחה. אבל זה לא התכונה העיקרית של המים - שכן כמעט כל חומר מתאדה בזמן הרתיחה, ואין בזה שום דבר מביש. הדבר החשוב הוא שהמים מתאדים ופשוט נכנסים מצב נוזלי, ואפילו ממשטח הקרח. מדוע תכונה זו חשובה יותר מאידוי רותח? הנה למה.
העובדה שמים יכולים להתאדות לא רק בעת רתיחה היא המאפיין העיקרי של מים, כי זה אפשרי מחזור המים בטבע. וזה בהחלט טוב, שכן מים לא מצטברים במקום אחד, אלא מתפצלים פחות או יותר באופן שווה על פני כדור הארץ. כלומר, באופן גס, במדבר סהרה לא חם ויבש כפי שיכול להיות, כי באנטארקטיקה מים מתאדים מפני הקרחונים. ובכן, האוקיינוסים ממלאים תפקיד חשוב בכך.
בהתאם לכך, ללא מחזור המים בטבע, החיים היו יושבים ליד כמה נווה מדבר, ושאר המקומות יהיו מדבר צחיח, שאין בו טיפת לחות.
ולכן תכונתם של מים להתאדות היא תכונתם העיקרית של המים.
באופן טבעי, לא רק מים יכולים להתאדות ללא רתיחה. רוב התרכובות הארומטיות (אלכוהולים, אתרים, כלורופורם וכו') אינן מתאדות בעת הרתחה. אבל למים יש יתרון אחד חשוב, עוד נכס עיקרי אחד - מים אינם רעילים לאורגניזמים חיים. ואילו אלכוהול ואתרים הם רעילים. אגב, עוד על רעילות (ואיך להתמודד איתה) אלכוהול אתילי, כלומר וודקה, במאמר "מאפיינים חיוביים של וודקה מובנית".
כמובן, ב תנאים מודרנייםומים יכולים להיות רעילים. אבל זה מטופל בשביל המים וזה לא כך בעיה גדולהלא להיות מסוגל להתמודד עם זה.
אז, תכונה עיקרית נוספת של מים היא שהם אינם רעילים.
אחרת, שוב היינו שונים 🙂
ולבסוף, המאפיין העיקרי של המים, שחשוב לא רק לחיים, אלא גם לתעשייה: המים מתחממים לאט למדי ומתקררים לאט (כלומר, יכול לספוג חום רב). נכס זה מגן על אנשים וחיות אחרות ועל כדור הארץ מפני התחממות יתר. והיפותרמיה. לכן אורגניזמים חיים יכולים לשרוד ב-50 מעלות צלזיוס וב-+50 מעלות. אם היינו בנויים על בסיס חומר אחר, טווח טמפרטורות כזה לא היה בהישג ידנו.
בנוסף, יש לקחת זאת בחשבון חם ו מים קריםבעלי משקל שונהמים חמים קלים יותר, מים קרים כבדים יותר. בהתאם, ריבוד מים מתרחש באוקיינוס - הן במליחות והן בטמפרטורה. ובאוקיינוס חיים כאלה שהם מאורגנים כעת אפשריים. ובכן, מכיוון שכולנו יצאנו מהאוקיינוס, אלמלא התכונה הזו של מים, אז גם היינו שונים לגמרי.
ולבסוף, התכונה של מים לספוג חום ולהיות על פני השטח במצב מחומם מאפשרת קיומם של דברים כמו זרמים חמים- ובפרט, זרם הגולף. מה שמחמם את כל אירופה, ובלעדיו במקום אירופה תהיה טונדרה עם טייגה, ולא כרמים.
אולי אתה יכול למנות כמה תכונות בסיסיות אחרות של מים, אבל אלה המפורטים לעיל, לדעתי, הם באמת בסיסיים, שכן קיומם של חיים על הפלנטה תלוי בהם בצורה שבה חיים קיימים. אני מקווה שהמידע הזה יהיה שימושי עבורך כשתצטרך לענות על שאלות של ילדים סקרנים 🙂
והנה המצגת המובטחת בנושא "מאפיינים בסיסיים של מים" להורדה: http://festival.1september.ru/articles/513123/
אז, התכונות העיקריות של המים הן התכונות שבזכותן כולנו חיים!
ויש לנו את המראה והצורה שיש לנו 🙂
חומרים אחרים אינם מסיסים לחלוטין במים
מים הם אחד החומרים הנפוצים ביותר בטבע (ההידרוספרה תופסת 71% משטח כדור הארץ). מים ממלאים תפקיד חשוב בגיאולוגיה ובהיסטוריה של כדור הארץ. יצורים חיים אינם יכולים להתקיים ללא מים. העובדה היא שגוף האדם הוא כמעט 63% - 68% מים. כמעט הכל ביו תגובה כימיתבכל תא חי - אלו הן תגובות פנימה תמיסות מימיות... בתמיסות (מימיות בעיקר), רוב ה תהליכים טכנולוגייםבמפעלים תעשייה כימית, בהפקה תרופותו מוצרי מזון. ובמטאלורגיה, המים חשובים ביותר, ולא רק לקירור. לא במקרה ההידרופטלורגיה - הפקת מתכות מעפרות ותרכיזים באמצעות תמיסות של ריאגנטים שונים - הפכה לתעשייה חשובה.
מים, אין לך צבע, אין טעם, אין ריח,
אי אפשר לתאר אותך, אתה נהנה,
בלי לדעת מה אתה. לא יכול להגיד
מה שנחוץ לחיים: אתה החיים עצמם.
אתה ממלא אותנו בשמחה
שלא ניתן להסביר על ידי הרגשות שלנו.
איתך, הכוח חוזר אלינו,
שכבר נפרדנו ממנו.
בחסדך, אנחנו מתחילים מחדש
להרתיח את הבארות היבשות של ליבנו.
(A. de Saint-Exupery. Planet of people)
כתבתי חיבור בנושא "מים הם החומר הכי מדהים בעולם". בחרתי בנושא הזה כי הוא הכי נושא בפועל, שכן מים הם החומר החשוב ביותר על פני כדור הארץ שבלעדיו לא יכול להתקיים אורגניזם חי ולא יכולים להתרחש תגובות ביולוגיות, כימיות ותהליכים טכנולוגיים.
מים הם החומר המדהים ביותר על פני כדור הארץ
מים הם חומר מוכר ויוצא דופן. המדען הסובייטי הידוע האקדמיאי I. V. Petryanov כינה את ספרו המדע הפופולרי על מים "החומר יוצא הדופן ביותר בעולם". ו"פיזיולוגיה מבדרת", שנכתב על ידי דוקטור למדעי הביולוגיה ב.פ. סרגייב, מתחיל בפרק על מים - "החומר שיצר את כוכב הלכת שלנו".
המדענים צודקים לחלוטין: אין חומר על פני כדור הארץ שחשוב לנו יותר ממים רגילים, ויחד עם זאת אין עוד חומר כזה, שבתכונותיו יהיו סתירות וחריגות כמו בתכונותיו.
כמעט 3/4 משטח כדור הארץ שלנו תפוסים על ידי אוקיינוסים וימים. מים מוצקים - שלג וקרח - מכסים 20% מהאדמה. האקלים של כדור הארץ תלוי במים. גיאופיזיקאים אומרים שכדור הארץ היה מתקרר מזמן והופך לפיסת אבן חסרת חיים, אלמלא המים. יש לה יכולת חום גבוהה מאוד. כאשר מחומם, הוא סופג חום; מתקרר, נותן את זה. מים יבשתיים גם סופגים וגם מחזירים הרבה חום וכך "מפלסים" את האקלים. וכדור הארץ מוגן מפני קור קוסמי על ידי אותן מולקולות מים שמפוזרות באטמוספירה - בעננים ובצורת אדים... אי אפשר בלי מים - זה החומר הכי חשוב בכדור הארץ.
מבנה מולקולת המים
התנהגות המים היא "לא הגיונית". מסתבר שהמעברים של מים ממצב מוצק למצב נוזלי וגזי מתרחשים בטמפרטורות גבוהות בהרבה ממה שצריך. נמצא הסבר לחריגות אלו. מולקולת המים H 2 O בנויה בצורה של משולש: הזווית בין שני קשרי החמצן-מימן היא 104 מעלות. אבל מכיוון ששני אטומי המימן נמצאים באותו צד של חמצן, מטענים חשמלייםמרוכזים בו. מולקולת המים היא קוטבית, וזו הסיבה לאינטראקציה המיוחדת בין המולקולות השונות שלה. אטומי המימן במולקולת H 2 O, בעלי מטען חיובי חלקי, מתקשרים עם האלקטרונים של אטומי החמצן של מולקולות שכנות. קשר כימי כזה נקרא קשר מימן. הוא משלב מולקולות H 2 O לפולימרים מרחביים ייחודיים; המישור שבו נמצאים קשרי המימן מאונך למישור האטומים של אותה מולקולת H 2 O. האינטראקציה בין מולקולות מים מסבירה בעיקר את הטמפרטורות הגבוהות הלא סדיר של ההמסה והרתיחה שלה. יש צורך באנרגיה נוספת כדי להתרופף ולאחר מכן לשבור את קשרי המימן. והאנרגיה הזו מאוד משמעותית. לכן, אגב, יכולת החום של המים כל כך גבוהה.
אילו קשרים יש ל-H 2 O?
למולקולת המים יש שני קשרים קוולנטיים H-O קוטביים.
הם נוצרים עקב חפיפה של שני אלקטרון אחד p - עננים של אטום חמצן ואלקטרון אחד S - עננים של שני אטומי מימן.
לאטום החמצן במולקולת המים יש ארבעה זוגות אלקטרונים. שניים מהם מעורבים ביצירת קשרים קוולנטיים, כלומר. מחייבים. שניים אחרים זוגות אלקטרוניםאינם מחייבים.
ישנם ארבעה קטבים של מטענים במולקולה: שניים חיוביים ושניים שליליים. מטענים חיוביים מרוכזים באטומי מימן, מכיוון שהחמצן הוא אלקטרושלילי יותר ממימן. שני קטבים שליליים נופלים על שני זוגות אלקטרונים שאינם מתחברים של חמצן.
רעיון כזה של מבנה המולקולה מאפשר להסביר תכונות רבות של מים, בפרט את מבנה הקרח. בסריג הקריסטל של הקרח, כל אחת מהמולקולות מוקפת בארבע אחרות. בתמונה מישורית, ניתן לייצג זאת באופן הבא:
 |  |
התרשים מראה שהחיבור בין מולקולות מתבצע דרך אטום מימן:
אטום המימן הטעון חיובי של מולקולת מים אחת נמשך לאטום החמצן הטעון שלילי של מולקולת מים אחרת. קשר כזה נקרא קשר מימן (הוא מסומן בנקודות). מבחינת חוזק, קשר מימן חלש בערך פי 15-20 מקשר קוולנטי. לכן, קשר המימן נשבר בקלות, אשר נצפה, למשל, במהלך אידוי המים.
המבנה של מים נוזליים דומה לזה של קרח. במים נוזליים המולקולות מחוברות זו לזו גם באמצעות קשרי מימן, אך מבנה המים "נוקשה" פחות מזה של הקרח. בשל התנועה התרמית של מולקולות במים, חלק מקשרי מימן נשברים, אחרים נוצרים.
תכונות פיזיקליות של H 2 O
מים, H 2 O, חסר ריח, חסר טעם, נוזל חסר צבע (כחלחל בשכבות עבות); צפיפות 1 גרם / ס"מ 3 (ב-3.98 מעלות), t pl \u003d 0 מעלות, t kip \u003d 100 מעלות.
ישנם סוגים שונים של מים: נוזלי, מוצק וגזי.
מים הם החומר היחיד בטבע שקיים בתנאים יבשתיים בכל שלושת מצבי הצבירה:
מים נוזלים
מוצק - קרח
גזי - קיטור
המדען הסובייטי V.I. Vernadsky כתב: "מים נפרדים בהיסטוריה של הפלנטה שלנו. אין גוף טבעי שניתן להשוות אליו מבחינת השפעתו על מהלך התהליכים הגיאולוגיים העיקריים והגרנדיוזיים ביותר. אין שום גוף יבשתי. חומר - מינרל סלע, גוף חי, שלא יכיל אותו.כל החומר הארצי מחלחל ומחובק בו.
תכונות כימיות של H 2 O
מ תכונות כימיותשל מים, היכולת של המולקולות שלהם להתנתק (להתפרק) ליונים ויכולת המים להמיס חומרים בעלי אופי כימי שונה חשובים במיוחד. תפקידם של המים כממס הראשי והאוניברסלי נקבע בעיקר על ידי הקוטביות של המולקולות שלהם (העקירה של מרכזים חיוביים ו מטענים שליליים) וכתוצאה מכך, הקבוע הדיאלקטרי הגבוה ביותר שלו. מטענים חשמליים מנוגדים, ובפרט יונים, נמשכים זה לזה במים חלשים פי 80 ממה שהם היו נמשכים באוויר. גם כוחות המשיכה ההדדית בין המולקולות או האטומים של גוף השקוע במים חלשים יותר מאשר באוויר. במקרה זה, קל יותר לתנועה תרמית להפריד בין המולקולות. לכן מתרחשת התמוססות, כולל הרבה חומרים בקושי מסיסים: טיפה שוחקת אבן ...
פירוק (פירוק) של מולקולות מים ליונים:
H 2 O → H + + OH, או 2H 2 O → H 3 O (יון הידרוקסיל) + OH
בתנאים רגילים הוא חסר חשיבות ביותר; בממוצע, מולקולה אחת מתוך 500,000,000 מתנתקת. יש לזכור שהמשוואות הראשונה שלעיל היא מותנית בלבד: פרוטון H נטול מעטפת אלקטרונים אינו יכול להתקיים בתווך מימי. הוא מתחבר מיד עם מולקולת מים, יצירת יון הידרוקסיד H 3 O. קחו בחשבון שאפילו השותפים של מולקולות המים מתפרקים ליונים הרבה יותר כבדים, כמו למשל,
8H 2 O → HgO 4 + H 7 O 4 , והתגובה H 2 O → H + +OH - היא רק סכימה פשוטה מאוד של התהליך האמיתי.
תגובתיות המים נמוכה יחסית. נכון, כמה מתכות פעילות מסוגלות לעקור ממנו מימן:
2Na+2H 2 O → 2NaOH+H 2,
ובאטמוספירה של פלואור חופשי, מים יכולים לשרוף:
2F 2 +2H 2 O → 4HF+O 2 .
גבישים מורכבים גם משותפים מולקולריים דומים של תרכובות של מולקולות. קרח רגיל. "אריזה" של אטומים בגביש כזה אינה יונית, וקרח אינו מוליך חום טוב. הצפיפות של מים נוזליים בטמפרטורה קרובה לאפס גדולה מזו של קרח. ב-0°C, 1 גרם של קרח תופס נפח של 1.0905 ס"מ 3, ו-1 גרם של מים נוזליים - 1.0001 ס"מ 3. והקרח צף, זו הסיבה שהמאגרים לא קופאים דרכם, אלא מכוסים רק בכיסוי קרח. זוהי עוד אנומליה של מים: לאחר ההמסה, הם תחילה מתכווצים, ורק לאחר מכן, בסיבוב של 4 מעלות, עם תהליך נוסף, הם מתחילים להתרחב. בְּ לחצים גבוהיםניתן להפוך קרח רגיל למה שנקרא קרח - 1, קרח - 2, קרח - 3 וכו' - צורות גבישיות כבדות וצפופות יותר של חומר זה. הקשה, הצפוף והעמיד ביותר עד כה הוא קרח - 7 - המתקבל בלחץ של 3 קילו פא. הוא נמס ב-190 מעלות.
מחזור המים בטבע
גוף האדם חדור במיליוני כלי דם. עורקים וורידים גדולים מחברים את האיברים העיקריים של הגוף זה עם זה, קטנים יותר קולעים אותם מכל הצדדים, הנימים הדקים ביותר מגיעים כמעט לכל תא בודד. בין אם אתה חופר בור, יושב בשיעור או ישן באושר, הדם זורם ברציפות דרכם, מחייב מערכת בודדת גוף האדםהמוח והקיבה, הכליות והכבד, העיניים והשרירים. בשביל מה הדם?
דם נושא חמצן לכל תא בגופך מהריאות שלך ו חומרים מזיניםמהבטן. הדם אוסף חומרי פסולת מכל, אפילו מהפינות המבודדות ביותר של הגוף, ומשחרר אותו מפחמן דו חמצני ומיותרים אחרים, כולל חומרים מסוכנים. הדם נושא בכל הגוף חומרים מיוחדים - הורמונים המווסתים ומתאמים את העבודה איברים שונים. במילים אחרות, דם מחבר חלקים שונים בגוף למערכת אחת, לאורגניזם מתואם ויעיל.
לכוכב שלנו יש גם מערכת זרימת דם. דם הארץ הוא מים, ו כלי דם- נהרות, פלגים, נחלים ואגמים. וזו לא רק השוואה, מטאפורה אמנותית. המים על פני כדור הארץ ממלאים את אותו תפקיד כמו הדם בגוף האדם, וכפי שמדענים שמו לב לאחרונה, מבנה רשת הנהרות דומה מאוד למבנה מערכת דםאדם. "מרכבת הטבע" - כך קרא ליאונרדו דה וינצ'י הגדול מים, הוא זה שעובר מאדמה לצמחים, מצמחים לאטמוספירה, זורמים לאורך נהרות מהיבשות אל האוקיינוסים וחוזר בחזרה עם זרמי אוויר , מחברים ביניהם מרכיבים שונים של הטבע, והופכים אותם למערכת גיאוגרפית אחת. מים לא עוברים רק ממרכיב טבעי אחד למשנהו. כמו דם, הוא נושא עמו כמות עצומה של כימיקלים, מייצא אותם מהאדמה לצמחים, מהיבשה לאגמים ואוקיינוסים, מהאטמוספרה לכדור הארץ. כל הצמחים יכולים לצרוך את חומרי ההזנה הכלולים באדמה רק עם מים, כאשר הם נמצאים במצב מומס. אלמלא זרימת המים מהאדמה אל הצמחים, כל עשבי התיבול, גם אלה הגדלים על הקרקעות העשירות ביותר, היו מתים "מרעב", כמו סוחר שגווע ברעב על שידת זהב. מים מספקים חומרים מזינים לתושבי נהרות, אגמים וימים. נחלים הזורמים בעליצות משדות וכרי דשא במהלך הפשרת שלגים באביב או לאחר גשמי קיץ נאספים לאורך הדרך המאוחסנים באדמה חומרים כימייםולהעביר אותם לתושבי המאגרים והים, ובכך לחבר את אזורי היבשה והמים של הפלנטה שלנו. ה"שולחן" העשיר ביותר נוצר באותם מקומות שבהם נהרות נושאי חומרים מזינים זורמים לאגמים ולימים. לכן, קטעים כאלה של החופים - שפכים - נבדלים על ידי מהומה של חיים מתחת למים. ומי מפנה את הפסולת הנוצרת מהמערכות הגיאוגרפיות השונות? שוב, מים, וכמאיץ, זה עובד הרבה יותר טוב ממערכת הדם האנושית, שמבצעת את הפונקציה הזו באופן חלקי בלבד. תפקיד הניקוי של המים חשוב במיוחד כעת, כאשר אדם מרעיל את הסביבה בפסולת מערים, מפעלי תעשייה וחקלאות. גופו של מבוגר מכיל כ-5-6 ק"ג. דָם, רובשמסתובב ברציפות חלקים שוניםהגוף שלו. וכמה מים משרתים את חיי העולם שלנו?
כל המים על פני כדור הארץ שאינם חלק מהסלעים מאוחדים במושג "הידרוספרה". משקלו כל כך גדול עד שהוא נמדד בדרך כלל לא בקילוגרמים או בטון, אלא בקילומטרים מעוקבים. קילומטר מעוקב אחד הוא קובייה שגודלה של כל קצה הוא 1 ק"מ, שתפוסה כל הזמן במים. משקלם של 1 ק"מ 3 של מים שווה למיליארד טון. כדור הארץ כולו מכיל 1.5 מיליארד ק"מ 3 של מים, שהם בערך 15000000000000000000000 טון במשקל! לכל אדם יש 1.4 ק"מ 3 של מים, או 250 מיליון טון. שתה, אני לא רוצה!
אבל למרבה הצער, הכל לא כל כך פשוט. העובדה היא ש-94% מנפח זה הם מי האוקיינוסים, שאינם מתאימים לרוב המטרות הכלכליות. רק 6% הם מים יבשתיים, מתוכם רק 1/3 טריים, כלומר. רק 2% מהנפח הכולל של ההידרוספירה. עיקר המים המתוקים הללו מרוכז בקרחונים. פחות משמעותית מהם נמצאים מתחת לפני כדור הארץ (בתת-קרקע רדודה, אופקי מים, באגמים תת-קרקעיים, בקרקעות, וכן באדי אטמוספירה. מעטים מאוד נופלים על חלקם של נהרות, שמהם נוטלים בעיקר מים - 1.2 אלף ק"מ 3. נפח המים הכולל הכלולים באורגניזמים חיים בכל פעם הוא זניח לחלוטין. אז אין כל כך הרבה מים על הפלנטה שלנו שניתן לצרוך על ידי בני אדם ואורגניזמים חיים אחרים. אבל למה זה לא נגמר? אחרי הכל, אנשים ובעלי חיים הם כל הזמן שותים מים, צמחים מאדים אותם לאטמוספירה, ונהרות נושאים אותם לאוקיינוס.
מדוע לא נגמרים המים לכדור הארץ?
מערכת הדם האנושית היא מעגל סגור שדרכו זורם הדם ברציפות, נושא חמצן ו פחמן דו חמצני, חומרים מזינים ומוצרי פסולת. הזרם הזה לא נגמר לעולם, כי הוא מעגל או טבעת, וכידוע, "אין לטבעת סוף". רשת המים של הפלנטה שלנו מסודרת על פי אותו עיקרון. המים על פני כדור הארץ נמצאים במחזוריות מתמדת, ואובדנם בחוליה אחת מתחדש מיד עקב הזרימה מאחרת. הכוח המניע מאחורי מחזור המים הוא אנרגיה סולאריתוכוח המשיכה. בשל מחזור המים, כל חלקי ההידרוספירה מאוחדים באופן הדוק ומחברים ביניהם מרכיבים אחרים של הטבע. ממש השקפה כלליתמחזור המים על הפלנטה שלנו הוא כדלקמן. בהשפעת אור השמש, מים מתאדים מפני השטח של האוקיינוס והיבשה וחודרים לאטמוספירה, והתאיידות מפני הקרקע מתבצעת הן על ידי נהרות ומאגרים, והן על ידי אדמה וצמחים. חלק מהמים חוזרים מיד עם גשם בחזרה לאוקיינוס, וחלקם נישא על ידי רוחות ליבשה, שם הוא יורד בצורת גשם ושלג. כשהם נכנסים לאדמה, המים נספגים לתוכה חלקית, ממלאים את עתודות הלחות הקרקע ומי התהום, זורמים חלקית על פני השטח אל נהרות ומאגרים, לחות הקרקע עוברת חלקית לצמחים שמאדים אותה לאטמוספירה וחלקה זורמת לנהרות. , רק במהירות נמוכה יותר. נהרות, המוזנים על ידי מים מנחלים עיליים ומי תהום, נושאים מים אל האוקיינוס העולמי, ומשלימים את אובדן. מים מתאדים מפני השטח שלהם, נכנסים שוב לאטמוספירה והמחזור נסגר. אותה תנועה של מים בין כל מרכיבי הטבע וכל האזורים פני כדור הארץמתרחש ברציפות וברציפות במשך מיליוני שנים רבות.
יש לומר שמחזור המים אינו סגור לחלוטין. חלק ממנו, נכנס לשכבות העליונות של האטמוספירה, מתפרק תחת פעולת אור השמש ונכנס לחלל. אבל הפסדים חסרי משמעות אלה מתחדשים ללא הרף עקב זרימת המים מהשכבות העמוקות של כדור הארץ במהלך התפרצויות געשיות. בשל כך, נפח ההידרוספירה גדל בהדרגה. לפי חישובים מסוימים, לפני 4 מיליארד שנים, נפחו היה 20 מיליון ק"מ 3, כלומר. היה קטן פי שבעת אלפים מהמודרני. בעתיד, ככל הנראה, גם כמות המים על פני כדור הארץ תגדל, בהתחשב בכך שנפח המים במעטפת כדור הארץ מוערך ב-20 מיליארד ק"מ 3 - זה פי 15 מהנפח הנוכחי של ההידרוספירה. בהשוואת נפח המים בחלקים נפרדים של ההידרוספירה עם זרימת המים אליהם וקישורים שכנים של המחזור, ניתן לקבוע את פעילות חילופי המים, כלומר. הזמן שבו ניתן לחדש לחלוטין את נפח המים באוקיינוס העולמי, באטמוספרה או באדמה. ההתחדשות האיטית ביותר של המים היא בקרחוני הקוטב (אחת ל-8,000 שנה). והמהירים ביותר הם מי הנהר, שבכל הנהרות על פני כדור הארץ משתנים לחלוטין תוך 11 ימים.
רעב המים של כדור הארץ
"כדור הארץ הוא כוכב של כחול מדהים"! - דיווחו בהתלהבות שחזרו מהחלל החיצון לאחר נחיתה על הירח, אסטרונאוטים אמריקאים. ואיך כוכב הלכת שלנו יכול להיראות אחרת אם יותר מ-2/3 משטחו תפוסים על ידי ימים ואוקיינוסים, קרחונים ואגמים, נהרות, בריכות ומאגרים. אבל אז, מה המשמעות של התופעה ששמה נמצא בכותרות? איזה סוג של "רעב" יכול להיות אם יש שפע כזה של גופי מים על פני כדור הארץ? כן, יש יותר ממספיק מים על פני כדור הארץ. אבל אסור לנו לשכוח שהחיים על כדור הארץ, על פי מדענים, הופיעו לראשונה במים, ורק אז הגיעו ליבשה. אורגניזמים שמרו על תלותם במים במהלך האבולוציה במשך מיליוני שנים רבות. מים הם "חומר הבניין" העיקרי שממנו מורכב גופם. ניתן לאמת זאת בקלות על ידי ניתוח המספרים בטבלאות הבאות:
המספר האחרון של טבלה זו מציין כי באדם השוקל 70 ק"ג. מכיל 50 ק"ג. מים! אבל עוד יותר מזה נמצא בעובר האדם: בתקופה של שלושה ימים - 97%, בתקופה של שלושה חודשים - 91%, בתקופה של שמונה חודשים - 81%.
הבעיה של "רעב למים" היא הצורך לבצע בריחת שתן בכמות מסוימת של מים בגוף, שכן יש איבוד מתמיד של לחות במהלך שונות תהליכים פיזיולוגיים. לקיום תקין באקלים ממוזג, אדם צריך לקבל כ-3.5 ליטר מים ביום עם אוכל ושתייה, במדבר קצב זה עולה ל-7.5 ליטר לפחות. ללא מזון, אדם יכול להתקיים כארבעים יום, וללא מים, הרבה פחות - 8 ימים. על פי ניסויים רפואיים מיוחדים, עם אובדן לחות בכמות של 6-8% ממשקל הגוף, אדם נופל לתוך מצב התעלפות, עם אובדן של 10% - הזיות מתחילות, עם 12% אדם לא יכול יותר להחלים בלי מיוחד טיפול רפואי, ועם אובדן של 20%, מתרחש מוות בלתי נמנע. בעלי חיים רבים מסתגלים היטב לחוסר לחות. הכי מפורסמים ו דוגמה מובהקתזו "ספינת המדבר", הגמל. הוא יכול לחיות זמן רב מאוד במדבר לוהט, מבלי לצרוך מי שתייה ולאבד עד 30% ממשקלו המקורי מבלי לפגוע בביצועיו. אז, באחד הבדיקות המיוחדות, גמל עבד תחת שמש הקיץ הקופחת במשך 8 ימים, והורד 100 ק"ג. מ-450 ק"ג. המשקל ההתחלתי שלו. וכשהביאו אותו למים, הוא שתה 103 ליטר וחזר למשקלו. נקבע שגמל יכול לקבל עד 40 ליטר לחות על ידי המרת השומן שנצבר בגיבנתו. ממש לא בשימוש מי שתייהחיות מדבריות כמו ג'רבואה וחולדות קנגורו - יש להן מספיק לחות שהם מקבלים מהמזון, והמים שנוצרו בגופם במהלך חמצון השומן של עצמם, ממש כמו גמלים. יותר יותר מיםצמחים צורכים לצמיחתם והתפתחותם. ראש כרוב "שותה" יותר מליטר מים ביום, עץ אחד בממוצע - יותר מ-200 ליטר מים. כמובן, זה נתון די גס - גזעים שוניםעצים בתנאים טבעיים שונים צורכים כמויות מאוד מאוד שונות של לחות. אז הסקסאול הגדל במדבר מוציא כמות מינימלית של לחות, והאקליפטוס, שבמקומות מסוימים מכונה "עץ המשאבה", מעביר דרכו כמות עצומה של מים, ומסיבה זו משמשים מטעיו לניקוז ביצות . כך, אדמות המלריה הביצות של שפלת קולכיס הפכו לטריטוריה משגשגת.
כבר כיום, כ-10% מאוכלוסיית העולם חסרים מים נקיים. ואם ניקח בחשבון של-800 מיליון משקי בית באזורים כפריים, שבהם חיים כ-25% מכל האנושות, אין מים זורמים, אז הבעיה של "רעב למים" הופכת לגלובלית באמת. היא חריפה במיוחד במדינות מתפתחות, שבהן כ-90% מהאוכלוסייה משתמשת במים גרועים. המחסור במים נקיים הופך לאחד מהגורמים גורמים קריטייםמגביל את ההתפתחות המתקדמת של האנושות.
שאלות על חיסכון במים לרכישה
משתמשים במים בכל התחומים פעילות כלכליתאדם. כמעט בלתי אפשרי לנקוב בשמות תהליך ייצורשלא משתמש במים. בשל ההתפתחות המהירה של התעשייה, גידול אוכלוסיית הערים, צריכת המים הולכת וגוברת. חשיבות עליונה הם נושאי ההגנה על משאבי המים והמקורות מפני דלדול, כמו גם מפני זיהום בביוב. כולם יודעים את הנזק מי שפכיםשוכני מים. אפילו יותר נורא עבור אדם וכל החיים על פני כדור הארץ היא הופעת חומרי הדברה שנשטפו מהשדות במימי הנהר. כך שהנוכחות במים של 2.1 חלקים של חומר ההדברה (אנדרין) למיליארד חלקי מים מספיקה כדי להרוג את כל הדגים שבהם. איום עצום על האנושות הוא מי השפכים הבלתי מטופלים המוזרמים לנהרות. הסדרים. בעיה זו נפתרת על ידי הבנת תהליכים טכנולוגיים כאלה שבהם שפכים אינם מוזרמים למאגרים, אלא לאחר הניקוי הם חוזרים שוב לתהליך הטכנולוגי.
נכון לעכשיו, מוקדשת תשומת לב רבה להגנה סביבהובעיקר מקווי מים טבעיים. לאור חשיבותה של בעיה זו, בארצנו לא מאמצים חוק על הגנה ו שימוש רציונלימשאבים טבעיים. החוקה אומרת: "אזרחי רוסיה מחויבים להגן על הטבע, להגן על עושרו".
סוגי מים
מי ברום -תמיסה רוויה של Br 2 במים (3.5% לפי משקל של Br 2). מי ברום הם חומר מחמצן, חומר ברום בכימיה אנליטית.
מי אמוניה -הוא נוצר כאשר גז תנור קוק גולמי בא במגע עם מים, אשר מרוכזים עקב קירור הגז או מוזרק אליו במיוחד כדי לשטוף את NH3. בשני המקרים מתקבלים מי אמוניה כביכול חלשים, או קרצוף. על ידי זיקוק של מי אמוניה אלו באדי מים ולאחר מכן ריפלוקס ועיבוי, מתקבלים מי אמוניה מרוכזים (18 - 20% NH 3 במסה), המשמשים לייצור סודה, כדשן נוזלי וכו'.
| # 7732 · 15-11-2018 בשעה 17:18 שעון מוסקבה · כתובת ה-IP נרשמה · · | |
תודה, על הדיווח יעבור) | |
נוסחה מבנית
נוסחה אמיתית, אמפירית או גסה: H2O
הרכב כימי של מים
משקל מולקולרי: 18.015
מים (תחמוצת מימן) - בינארי תרכובת אנאורגניתעם נוסחה כימית H2O. מולקולת המים מורכבת משני אטומי מימן וחמצן אחד, המחוברים ביניהם בקשר קוולנטי. בתנאים רגילים, זה כן נוזל שקוף, אין לו צבע (בנפח קטן), ריח וטעם. במצב מוצק זה נקרא קרח (גבישי קרח יכולים ליצור שלג או כפור), ובמצב גזי זה נקרא אדי מים. מים יכולים להתקיים גם כגבישים נוזליים (על משטחים הידרופיליים). זה בערך 0.05% ממסת כדור הארץ.
זהו ממס טוב מאוד קוטבי. בתנאים טבעיים, הוא תמיד מכיל חומרים מומסים (מלחים, גזים).
מים בתנאים רגילים נמצאים במצב נוזלי, בעוד תרכובות מימן דומות של יסודות אחרים הם גזים (H 2 S, CH 4, HF). אטומי המימן מחוברים לאטום החמצן ויוצרים זווית של 104.45° (104°27'). בשל ההבדל הגדול באלקטרושליליות של אטומי מימן וחמצן, ענני אלקטרונים מוזזים מאוד לעבר חמצן. מסיבה זו, למולקולת המים יש מומנט דיפול גדול (p = 1.84 D, שני רק לחומצה הידרוציאנית). כל מולקולת מים יוצרת עד ארבעה קשרי מימן - שניים מהם יוצרים אטום חמצן ושניים - אטומי מימן. מספר קשרי המימן והמבנה המסועף שלהם קובעים טמפרטורה גבוההנקודת הרתיחה של המים וחום האידוי הספציפי שלהם. אם לא היו קשרי מימן, מים, בהתבסס על מקומו של החמצן בטבלה המחזורית ונקודות הרתיחה של הידרידים של יסודות הדומים לחמצן (גופרית, סלניום, טלוריום), היו רותחים ב-80 מעלות צלזיוס וקופאים ב- 100 מעלות צלזיוס.
עם המעבר למצב מוצק, מולקולות מים מסודרות, בעוד נפחי החללים בין מולקולות גדלים, והצפיפות הכוללת של המים יורדת, מה שמסביר את הצפיפות הנמוכה יותר (נפח גדול יותר) של המים בשלב הקרח. לעומת זאת באידוי כל קשרי המימן נשברים. שבירת קשרים דורשת אנרגיה רבה, וזו הסיבה למים יש את קיבולת החום הסגולית הגבוהה ביותר מבין שאר הנוזלים והנוזלים מוצקים. נדרשים 4.1868 קילו-ג'יי אנרגיה כדי לחמם ליטר אחד של מים במעלה אחת. בשל תכונה זו, מים משמשים לעתים קרובות כנוזל קירור. בנוסף ליכולת החום הסגולית הגבוהה שלו, יש למים גם ערכים גדוליםחום ספציפי של התכה (333.55 קילו ג'יי/ק"ג ב-0 מעלות צלזיוס) ואידוי (2250 קילו ג'יי/ק"ג).
