Чем определяются уникальные физико химические свойства воды: С чем связаны уникальные физико-химические свойства воды? Перечислите те их них, которые наиболее важны для организмов.

2. Вода и её роль в жизнедеятельности клетки

Вода (h3O) — важнейшее неорганическое вещество клетки. В клетке в количественном отношении вода занимает первое место среди других химических соединений. Вода выполняет различные функции: сохранение объёма, упругости клетки, участие во всех химических реакциях. Все биохимические реакции происходят в водных растворах. Чем выше интенсивность обмена веществ в той или иной клетке, тем больше в ней содержится воды.

Обрати внимание!

Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной.

Свободная вода находится в межклеточных пространствах, сосудах, вакуолях, полостях органов. Она служит для переноса веществ из окружающей среды в клетку и наоборот.
Связанная вода входит в состав некоторых клеточных структур, находясь между молекулами белка, мембранами, волокнами, и соединена с некоторыми белками.
Вода обладает рядом свойств, имеющих исключительное значение для живых организмов.

Структура молекулы воды

Уникальные свойства воды определяются структурой её молекулы.

Между отдельными молекулами воды образуются водородные связи, определяющие физические и химические свойства воды.
Характерное расположение электронов в молекуле воды придаёт ей электрическую асимметрию. Более электроотрицательный атом кислорода притягивает электроны атомов водорода сильнее, в результате молекула воды является диполем (обладает полярностью). Каждый из двух атомов водорода обладает частично положительным зарядом, а атом кислорода несёт частично отрицательный заряд.
 

Частично отрицательный заряд атома кислорода одной молекулы воды притягивается частично положительными атомами водорода других молекул. Таким образом, каждая молекула воды стремится связаться водородной связью с четырьмя  соседними молекулами воды.
 

 

Свойства воды

Так как молекулы воды полярны, то вода обладает свойством растворять полярные молекулы других веществ.

Вещества, растворимые в воде, называются гидрофильными (соли, сахара, простые спирты, аминокислоты, неорганические кислоты). Когда вещество переходит в раствор, его молекулы или ионы могут двигаться более свободно и, следовательно, реакционная способность вещества возрастает.

Вещества, нерастворимые в воде, называются гидрофобными (жиры, нуклеиновые кислоты, некоторые белки). Такие вещества могут образовывать с водой поверхности раздела, на которых протекают многие химические реакции. Следовательно, тот факт, что вода не растворяет некоторые вещества, для живых организмов также очень важен.

Вода обладает высокой удельной теплоёмкостью, т. е. способностью поглощать тепловую энергию при минимальном повышении собственной температуры. Чтобы разорвать многочисленные водородные связи, имеющиеся между молекулами воды, требуется поглотить большое количество энергии. Это свойство воды обеспечивает поддержание теплового баланса в организме. Большая теплоёмкость воды защищает ткани организма от быстрого и сильного повышения температуры.

Для испарения воды необходима довольно большая энергия. Использование значительного количества энергии на разрыв водородных связей при испарении способствует его охлаждению. Это свойство воды предохраняет организм от перегрева.

Пример:

примерами этого могут являться транспирация у растений и потоотделение у животных.

Вода обладает также высокой теплопроводностью, обеспечивая равномерное распределение тепла по всему организму.

Обрати внимание!

Высокая удельная теплоёмкость и высокая теплопроводность делает воду идеальной жидкостью для поддержания теплового равновесия клетки и организма.

Вода практически не сжимается, создавая тургорное давление, определяя объём и упругость клеток и тканей.

Пример:

гидростатический скелет поддерживает форму у круглых червей, медуз и других организмов.

Благодаря силам сцепления молекул на поверхности воды создаётся плёнка, обладающая такой характеристикой, как поверхностное натяжение.

Пример:

благодаря силе поверхностного натяжения происходит капиллярный кровоток, восходящий и нисходящий токи растворов в растениях.

К числу важных в физиологическом отношении свойств воды относится её способность растворять газы (O2, CO2 и др.).

Вода является также источником кислорода и водорода, выделяемых при фотолизе в световую фазу фотосинтеза.

Биологические функции воды

• Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почву и к водоёмам.
• Вода — активный участник реакций обмена веществ.
• Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме (эти жидкости находятся в суставах позвоночных животных, в плевральной полости, в околосердечной сумке).
• Вода входит в состав слизей, которые облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей. Водную основу имеют и секреты, выделяемые некоторыми железами и органами: слюна, слёзы, желчь, сперма и т. д..

Источники:

https://infourok.ru/prezentaciya_po_biologii_na_temu_mineralnye_veschestva_i_voda-409343.htm

https://otvet.mail.ru/question/182353364

http://www.studfiles.ru/html/2706/741/html_fBK8q_mH0r.UWHS/htmlconvd-PYhDG9_html_1c3325a2.png

Дистрибьютор компании Коралловый Клуб в Волгограде

Компания Международный Коралловый клуб (Coral Club International) — это единомышленники, стремящиеся нести людям технологии восстановления и сохранения здоровья, красоты и молодости.

Коралловый Клуб (

Coral Club) предлагает Вам очень простую, эффективную и зарекомендовавшую себя систему сохранения здоровья и активного долголетия, используя все самое лучшее, что было создано природой и наукой, что появились благодаря многим знаменитым ученым и Нобелевским лауреатам.

Мы бесплатно распространяем методики сохранения и восстановления здоровья, активного долголетия человека. Наши методики оздоровительных программ содержат исключительно природные и натуральные продукты. А использование новейших нанокластерных технологий позволяет говорить об исключительности продукции Кораллового клуба, так как она сохраняет и передает организму все то ценное, что создано самой природой.

Ассортимент многочисленной продукции «Международного Кораллового клуба» составляют:

  Приборы и натуральные продукты, которые улучшают качество и все основные свойства воды, превращают любую воду в чистую, живую, структурированную, биологически доступную на клеточном уровне. Такая вода обладает идеальными свойствами для усвоения организмом.

  Оздоровительные программы, которые помогают сохранить здоровье, жизненный тонус и прекрасное самочувствие в любых ситуациях: восстановление и улучшение работы всех систем организма, избавление от хронической усталости; повышение иммунитета организма; программы очищения организма, избавление от паразитов и токсинов.

  Микрогидрин — самый мощный антиоксидант, который просто не имеет аналогов в мире. Его создатель, Патрик Фланаган, за его изобретение был номинирован на Нобелевскую премию.

  Уникальные продукты для людей, которые ведут активный образ жизни, для спортсменов, для тех, кто хочет похудеть или наоборот, набрать мышечную массу — комплексы витаминов, аминокислот (Противити, Биошейп), которые производятся по запатентованным технологиям.

  Косметические товары самого высокого качества, позволяющие идеально ухаживать за кожей лица и тела. Они производятся с учетом самых последних достижений в области косметологии и фармацевтики. Из названий этих наук зародилось новое понятие — Космоцевтика. В производстве косметических средств применяются нанокластерные технологии.

  А также множество других продуктов, улучшающих качество нашей жизни, которые позволяют каждому из нас почувствовать себя энергичным, здоровым и красивым независимо от возраста.

Почему же люди отдают предпочтение именно Коралловому Клубу?

Всё дело в философии нашей компании: помощь каждому, кто хочет заботиться о своём здоровье, научить всех желающих Концепции здоровья — методике его восстановления и сохранения.

В Коралловом клубе люди получают подробную, пошаговую систему восстановления здоровья, бесплатное обучение и всестороннюю информационную поддержку от своих наставников, которые предоставляются абсолютно каждому члену Кораллового клуба.

Чтобы было полностью понятно почему все же люди выбирают именно Коралловый клуб, представьте что Вы обладаете уникальной продукцией и знанием концепции здоровья, которой бесплатно обучают в Коралловом клубе

. Применяя их осознанно и совместно, Вы будете красивы и здоровы всегда! Разве есть что-то ценнее здоровья и здоровья своих близких?

Будьте здоровы, красивы и счастливы !!!

Неорганические вещества: вода, соли

Вопрос 1. Какие вещества называют неорганическими?

Неорганические вещества — простые вещества и соединения, не являющиеся органическими, т. е. не содержащие углерода, а также некоторые углеродосодержащие соединения (карбиды, цианиды, карбонаты, оксиды углерода и некоторые другие вещества, которые традиционно относят к неорганическим).

Вопрос 2. Какие известные вам организмы содержат много воды?

Алоэ, кактусы, водоросли, медуза, в плодах огурцов и др.

Вопрос 3. Какие неорганические вещества мы употребляем в пищу? Почему?

Воду, минеральные вещества (кальций, магний, йод, фосфор, медь и др.). Они способствуют проникновению веществ в клетки организма, протекание ферментативных и пластических процессов, участвуют в формировании и построении тканей, поддерживают осмотическое давление крови, активируют проведение возбуждения и импульсов, способствуют свертыванию крови и т. д.

Вопрос 4. Какие неорганические вещества содержатся в живых организмах?

Вода, соли минеральных кислот и соответствующие катионы и анионы.

Вопрос 5. Что определяет уникальные физические и химические свойства воды, столь важные для существования живой материи?

Уникальные физические и химические свойства воды определяются особенностями структуры её молекулы, которые возникают в результате специфического расположения электронов в атомах кислорода и водорода.

Вопрос 6. Какие химические связи называют водородными?

Водородные связи — это такие связи, которые возникают между положительно заряженным атомом водорода одной молекулы и отрицательно заряженным атомом другой молекулы.

Вопрос 7. Какие физико — химические свойства воды наиболее важны для обеспечения жизнедеятельности клеток и многоклеточных организмов в разных условиях?

Высокая теплоёмкость (способность поглощать тепло при незначительном изменении собственной температуры) воды предохраняет клетку от резких температурных колебаний, а высокая теплопроводность обеспечивает возможность равномерного распределения теплоты между отдельными частями организма. Высокая теплота испарения используется живыми организмами для предохранения от перегрева: испарение жидкости растениями и животными охлаждает организм и является защитной реакцией на повышение температуры. Вода практически несжимаема, благодаря чему клетки поддерживают свою форму и обладают упругостью. Очень важно, что лёд легче воды, так как вода имеет максимальную плотность при +4°С, поэтому пресные водоёмы не промерзают до дна.

Для живых организмов весьма важно ещё и то, что молекулы воды являются диполями. Дипольный характер молекулы воды определяет её способность ориентироваться в электрическом поле. Именно это свойство воды определяет её уникальность как растворителя.

Вопрос 8. В каких растворителях могут растворяться гидрофобные вещества, а в каких — гидрофильные? Какие растворители вам известны?

Гидрофильные вещества легко разрушается в воде, гидрофобные — в бензине или в бензоле.

Вопрос 9. Используя интернет — ресурсы и другие источники информации, найдите сведения о значении для организма следующих элементов: В, Р, S, Са, Мn, Fe, Со, Zn, Сu. Ответ оформите в виде таблицы.

Вопрос 10. Прочитайте статью «Сахар против льда» и на основе анализа полученной информации предложите свои способы борьбы с гололёдом на дорогах.

При повышении безопасности дорожного движения в снежное время года, мы не должны забывать об экологической обстановке.

Сахар — это интересно, экологично, но скорее всего дорого.

Учитывая все недостатки при использовании соли и солевых растворов, связанных с их негативным воздействием на окружающую среду, наиболее целесообразным является способ предупреждения образования гололеда за счет создания покрытий автомобильных дорог, обладающих противо — гололедными свойствами, что делает возможным механическое удаление снежно — ледяных отложений снегоуборочной техникой и исключения отрицательного воздействия химических реагентов на окружающую среду.

1. К одному из способов образования антигололедных покрытий, разработанному в Словакии, относится «Соленый бетон». Антигололедная добавка с рабочим названием «Соленый бетон» представляет собой обработанные кристаллы против гололедного вещества (NaCl), введенные в минеральную часть асфальтобетона. Минеральная оболочка соли (NaCl) формируется из цемента, мелкозернистого известнякового порошка и дробленого песка. Введение добавки в количестве около 10 % по массе минерального материала является достаточным для достижения желаемого эффекта. При температуре около — 4°С небольшое количество соли (приблизительно 1 %) расплавляет тонкие слои снега. При температуре более низкой (ниже — 4°С) плотность льда нарушается; лед ломается и удаляется с поверхности дороги под действием колес транспортных средств. Если температура особенно низкая ( — 10°С), эффект «Соленого бетона» снижается, но сохраняется возможность достаточно простой очистки поверхности дороги с использованием дорожной щетки и отвала.

2. В Уральском государственном лесотехническом университете (УГЛТУ) для повышения противогололедных свойств асфальтобетона разработан кремнийорганический модификатор МПА — 130, не содержащий хлоридов. Устройство верхнего антигололедного слоя дорожного покрытия на основе гидрофобизирующего модификатора, не содержащего хлоридов, на автомобильных дорогах позволит вести активную борьбу с гололедом, благодаря чему повысится коэффициент сцепления колес автомобилей с дорожным покрытием и будет обеспечена нормальная работа транспорта. Кроме того, применение таких покрытий позволит улучшить экологическую обстановку придорожной полосы за счет отказа от применения хлоридов.

Вопрос 11. Уникальные свойства воды определяются в том числе существованием между её молекулами водородных связей. Возможно ли существование таких связей между молекулами других веществ?

Механизм возникновения водородной связи — частично электростатический и частично донорно — акцепторный.

Характерной чертой водородной связи является расстояние между атомом водорода и другим атомом, её образующим. Оно должно быть меньше, чем сумма радиусов этих атомов.

Межмолекулярная водородная связь образуется между молекулами веществ, в состав которых входят водород и сильно электроотрицательный элемент — фтор, кислород, азот, хлор, сера. Сильно смещенная общая электронная пара от водорода к атому отрицательно заряженного элемента, при этом положительный заряд водорода сконцентрирован в малом объеме, приводит взаимодействие протона с неподеленной электронной парой другого атома или иона, обобществляя её.

Водородную связь обозначают точками, указывая, что она намного слабее ковалентной связи (примерно в 15 — 20 раз).

Межмолекулярная водородная связь: две молекулы воды и две молекулы уксусной кислоты с образованием циклической структуры

Вопрос 12. Что произойдёт с клеткой, если концентрации ионов К+, Na+ и Са2+ выровняются и будут одинаковыми как вне, так и внутри её?

От концентрации солей внутри и снаружи клетки зависят буферные свойства цитоплазмы клетки. Буферностью называют способность клетки сохранять определенную концентрацию водородных ионов (рН). В клетке поддерживается слабощелочная реакция (рН 7,2). Пока клетка жива, эти различия в концентрации К+ и Na+ между клеткой и межклеточной средой стойко удерживаются. Если концентрации ионов К+, Na+ и Са2+ выровняются и будут одинаковыми как вне, так и внутри её, клетка просто умрет.

Вопрос 13. Используя доступные информационные источники, уточните, какие условия проведения эксперимента в естественных науках (давление, температура и др.) считаются нормальными. Обсудите с учителем и одноклассниками, почему при нормальных условиях вода (Н20) — это жидкость, а сероводород (h3S) — газ.

Нормальные условия — стандартные физические условия, с которыми обычно соотносят свойства веществ (при нормальных условиях, при н. у., англ. Standard temperature and pressure, STP). Нормальные условия определены IUPAC (Международным союзом чистой и прикладной химии) следующим образом:

Атмосферное давление 101325 Па = 760 мм рт. ст.

Температура воздуха 273,15 K = 0° C.

При нормальных условиях объём 1 моля идеального газа составляет 22,413 996(39) дм³ (молярный объём идеального газа), а количество молекул в 1 см³ составляет 2,686 7774(47)×1019 (постоянная Лошмидта).

Также в справочниках в качестве стандартных условий может указываться температура 298 K, либо +25 °С (298,15 К). Однако такая температура не установлена IUPAC в качестве стандартной, поэтому при использовании справочных данных всякий раз необходимо уточнять, при каких значениях приводятся величины.

Например, Национальный институт стандартов и технологий США (англ. National Institute of Standards and Technology, NIST) использует температуру +20 °C (293,15 K) и давление 101 325 Па (1 атм).

Вода (Н20) — это жидкость, а сероводород (h3S) — газ. Электроотрицательность кислорода выше, чем серы, электронная плотность в молекуле воды более смещена от водорода к кислороду, чем от водорода к сере, в молекуле сероводорода. Молекулы воды образуют между собой прочные водородные связи. В сероводороде водородные связи очень слабые. Поэтому вода при комнатной температуре жидкость, а сероводород — газ.

Или такой ответ, сформулированный иначе: кислород более электроотрицательный элемент, чем сера. Поэтому между молекулами воды возникают более прочные водородные связи, чем между молекулами сероводорода, разрыв этих связей, необходимый для перехода воды в газообразное состояние, требует значительной затраты энергии, что и приводит к аномальному повышению температуры кипения воды.

Физические свойства воды

Физические свойства воды

---

(по К.С. Лосеву)

Если кому-то из нас задать вопрос, что такое вода, то первой реакцией будет удивление, а второй — скорее всего формула Н₂О. Потом, наверное, последует разъяснение о том, что вода — это широко распространенное вещество и к тому же крайне полезное, но в целом в нем нет ничего особенного. Действительно, что может быть проще Н₂О? Два атома водорода соединены с одним атомом кислорода. Трудно поверить в необыкновенность, а тем более таинственность такого, казалось бы, обыкновенного соединения. Но, оказывается, воде свойственны и необыкновенность, и таинственность.

Анализ обыкновенной воды показывает, что на самом деле это смесь нескольких разновидностей воды с общей формулой Н₂О, представляющих собой соединения изотопов кислорода и водорода. Кроме обычного водорода в природе встречается водород с массой 2, называемый дейтерий (D), и еще более тяжелый водород с массой 3, называемый тритий (Т). У кислорода выявлены, кроме обычного с атомным весом 16, еще два более тяжелых изотопа: с атомными весами 17 и 18.

Теоретически может существовать 42 разнообразных изотопных разновидностей воды, из которых только 7 устойчивы, т. е. не радиоактивны. Однако пока обнаружены далеко не все разновидности воды. Вот их-то смесь и образует реальную гидросферу. 99,73% гидросферы состоит из обычной воды с молекулярным составом H₂О¹⁶. Еще 0,04% — это тяжелокислородная вода с составом Н₂О¹⁷ и 0,02% — вода с составом Н₂О¹⁸. Доля тяжелой воды с составом DO₂ в природных водах составляет в среднем 1/6800, или примерно 0,15 мл на 1 л природной воды.

Разница в изотопном составе сказывается на физических свойствах воды. Так, тяжелая вода имеет плотность 1,104 г/см³, кипит при 101,43°С, а лед из тяжелой воды плавится при 3,813 °С. Тяжелая вода испаряется медленнее, чем обыкновенная, и, может быть, поэтому в некоторых замкнутых водоемах происходит обогащение тяжелой водой. Эксперименты показывают, что она угнетает растения, а в больших дозах даже вызывает их гибель. В общей массе природной воды влияние изотопных разновидностей на физические свойства неощутимо или пока достаточно не выяснено.

При О °С вода состоит из мономеров Н₂О только частично, большая же ее часть при этой температуре состоит из тримеров (Н₂О)₃, в то время как при температуре 4 С основную массу воды составляют димеры (Н₂О)₂. Как бы ни было велико число изотопов, казалось бы, что изучение любой жидкости (а их много) тем труднее, чем сложнее ее химический состав. С этой точки зрения, вода, имеющая простой состав, должна быть познана гораздо лучше любой другой жидкости более сложного состава. Однако именно в отношении воды это оказалось не так.

Во второй половине прошлого века Д. И. Менделеев, демонстрируя возможности созданной им системы химических элементов, предсказал существование еще не известных науке элементов, а также свойств этих элементов и их соединений, в соответствии со сформулированным им законом: «свойства химических элементов в образуемых ими простых и сложных соединениях находятся в периодической зависимости от величины молекулярной массы».

Аномалия точек кипения и замерзания воды в сравнении с другими соединениями водорода, обладающими похожей молекулярной структурой. Справа налево прослеживается плавный ход кривых, соединяющих точки кипения и замерзания соединений водорода с теллуром, селеном и серой. Дальше кривые круто взлетают вверх, так как температура замерзания воды вместо ожидаемой -90°С составляет 0°С, а температура кипения вместо ожидаемой -70°С равна +100°С.

Аналогом кислорода по таблице Менделеева служит ряд: сера (S), селен (Se), теллур (Те). Их соединения с водородом, подобные воде, называют гидратами: H₂S, H₂Se и Н₂Те. Заряд ядра определяет физические свойства веществ этого ряда. Действительно, если Н₂Те — вещество с самым тяжелым молекулярным весом этого ряда — кипит при -4 °С, а замерзает при -51 °С, то два других, более легких, соединения (H₂Se и H₂S) кипят и замерзают при более низкой температуре, прямо пропорциональной их молекулярным весам. Но самое легкое из этого ряда соединений — вода — не признает никаких закономерностей: она должна была бы замерзать при -90°С, а она замерзает при 0°С, кипеть при -70°С, а она кипит при 100°С. Как выяснилось, воды, отвечающей законам, которым подчиняются все вещества такого же ряда, не существует. Окружающая нас вода — это вещество с Уникальными свойствами, которые не только еще полностью не объяснены, но наверняка далеко не все известны. Вспомним хотя бы дискуссии об омагниченной воде или опыты с талой водой.

Не будем ставить под сомнение закон. Вода — редчайшее, а может быть уникальное, исключение из правил. Пожалуй, нет вещества более удивительного и загадочного, чем обыкновенная вода. Но объяснить до конца причины этого пока не удается, хотя понятно, что загадки воды спрятаны в строении ее молекулы и межмолекулярной структуре.

Может быть, все особенности воды определяются теми химическими элементами, которые ее образуют, — кислородом и водородом. Элементы эти простые, но весьма распространенные на Земле и в космосе. Отличает их от многих других элементов большое своеобразие. Прежде всего это можно сказать о водороде — элементе, который не имеет даже одной заполненной, а потому устойчивой, электронной оболочки. Чтобы она была устойчива, ему нужен еще один электрон. Простота его строения — один протон и один электрон — обеспечивает ему особые свойства. Хотя положительный заряд его ядра равен отрицательному заряду электрона, один атом водорода тем не менее проявляет способность притягивать некоторые другие атомы. Иными словами, соединившись с другим атомом, например кислорода, с помощью своего единственного электрона, он получает еще некоторую дополнительную способность притяжения, возможность создания так называемых водородных связей. Эта особенность определяется именно незаполненностью электронной оболочки.

Кислород — не менее замечательный элемент, так как он не досчитывает двух периферических электронов для заполнения своей второй электронной оболочки: его первая оболочка содержит два электрона, а вторая вместо восьми всего шесть. Чтобы она была устойчива, ему нужно еще два электрона. Отсюда у кислорода резко выраженный электроположительный характер, он атакует все атомы, отдающие электроны, и поэтому оказывается одним из наиболее активных элементов в природе.

Греческий философ Фалес из Милета рассматривал воду как основу всего земного. До конца XVIII в. никто не высказывал сомнения, что вода — единое неделимое вещество. Только в 1781 г. Генри Кавендиш в Англии доказал, что вода состоит из двух элементов, а Антуан Лавуазье во Франции назвал эти два элемента кислородом и водородом, т. е. рождающим воду.

Охотно соединяясь, иногда даже со взрывом (известный гремучий газ — это два объема водорода и один кислорода), водород и кислород при соединении обеспечивают создание устойчивой молекулы, в которой электроны «находят себя», так как оба элемента живут как бы при дефиците электронов. Атомы и электроны особым образом располагаются в микропространстве, их внешние (у кислорода) электроны объединяются. В результате молекуле воды оказывается свойственна дисимметрия: кислородная часть молекулы имеет отрицательный заряд, а водородная — положительный. Они смещены относительно друг друга, поэтому такая молекула похожа на маленький электромагнит. Когда молекулу воды пытаются нарисовать (хотя строение молекулы Н2О еще до конца не выяснено), то она оказывается похожей на Чебурашку, уши которого — это два атома водорода, а тело — атом кислорода. Более реальная, но и более абстрактная пространственная схема — это представление о молекуле воды, как о тетраэдре или четырехлопастном винте с двумя положительными и двумя отрицательными зарядами на вершинах тетраэдра или концах лопастей винта. В центре таких фигур будет находиться ядро атома кислорода, на двух соседних вершинах или лопастях — положительно заряженные атомы водорода, а на двух других — отрицательно заряженные электроны.

Схематические варианты строения молекулы воды.

Молекулы воды оказываются чрезвычайно устойчивыми, поскольку атомы кислорода и водорода связаны друг с другом посредством образования электронных пар. Это так называемая ковалентная связь. Такую молекулу очень трудно разрушить, поэтому вода способна существовать в условиях разнообразных и очень сильных воздействий, например, в космосе и в мантии Земли.

Сконструированные наподобие магнитов молекулы воды и взаимодействуют как настоящие магниты, создавая пространственные структуры, так как каждая вершина тетраэдра или лопасти может притянуть по одной молекуле воды, а всего — четыре молекулы. Электрические взаимодействия между водородом одной молекулы и сравнительно свободными парами электронов другой образуют так называемую водородную связь. Такие связи и возникающие пространственные структуры молекул определяют межмолекулярную структуру воды, которая служит одной из причин ее уникальности.

Межмолекулярной структурой воды занимались многие выдающиеся ученые: Дж. Бернал, Л. Полинг, Р. Хорн и другие. Выдвинуто множество гипотез, число которых продолжает расти. Но простая формула Н₂О — вещества, считающегося наиболее исследованным на Земле, — скрывает чрезвычайно сложную систему, о которой американский геохимик Р. Хорн писал: «Невозможность определить структуру воды с помощью эффективных современных методов исследований, позволивших разобраться в структуре таких чрезвычайно сложных биомолекул, как ДНК и миоглобин, должным образом предупреждает нас о том, что мы имеем дело с необычайно сложной системой». Американский журнал «Science» в 1969 г. писал: «Никакая модель не может объяснить все свойства воды». В то же время фундаментально различные модели воды часто одинаково хорошо описывают ее термодинамические свойства.

То, что обычная вода представляет собой еще весьма плохо изученное вещество, объясняется не только сложностью и неопределенностью ее структуры, но и тем, что это жидкое вещество. Значительно легче, нежели жидкое, исследовать твердое вещество или газ, так как в первом молекулы четко упорядочены, а во втором — они слабо взаимодействуют и обладают большой свободой передвижения. Ответа на вопрос: почему существуют две формы конденсированного из газа состояния вещества — жидкое и твердое, — близкие по плотности и энергии межмолекулярного взаимодействия и колоссально отличающиеся по кинетике межмолекулярного взаимодействия, пока еще нет. Не создано теорий, которые адекватно описывали бы жидкое состояние. Не разработана также теория плавления — перехода от порядка к беспорядку в системах с близкими плотностями и энергиями межмолекулярного взаимодействия. Поэтому, например, лед изучен лучше, чем вода.

Попытки выявления структуры воды не прекращаются и по сей день. Одну из самых плодотворных идей на этот счет высказал в середине нашего века советский ученый О. Я. Самойлов. Он предположил, что во льду все молекулы воды связаны между собой и образуют ажурную решетку. В этой решетке расстояния между атомами кислорода больше размера одиночной молекулы, т. е. она пронизана «дырами» или «пустотами». При таянии и последующем повышении температуры такая «льдистая» структура постепенно разрушается и, наряду с частично сохранившимся каркасом, появляются неупорядоченные молекулы воды, которые могут заполнять «дыры». Гипотеза О. А. Самойлова хорошо объясняет аномалию льда — его меньшую плотность по сравнению с жидкой водой, а потому способность в ней плавать. Между тем другие жидкости при затвердевании образуют вещество всегда большей плотности, чем плотность первоначальной жидкости, и тонущее в ней. Вода, уменьшаясь в объеме при охлаждении и увеличивая при этом плотность, ведет себя как все прочие жидкости, но, достигнув наибольшей плотности при температуре 4 °С, при дальнейшем ее понижении начинает расширяться и особенно сильно (почти на 11%) увеличивает свой объем при превращении в лед. По предлагаемой О. Я. Самойловым гипотезе при падении температуры ниже 4 °С что-то заставляет одиночные молекулы «вылезать» из своих «нор» и становиться кирпичиками упорядоченной льдистой структуры, наращивая объем и уменьшая плотность льда. Не очень ясно, что заставляет вылезать их из межатомных нор. Например, давно известно, что чистая вода «не любит» замерзать. В лабораториях дистиллированную воду удавалось охлаждать до 70 °С ниже нуля, и она не замерзала. Но стоило в такую воду бросить кристаллик льда, песчинку или ввести пузырек воздуха, как происходило мгновенное замерзание и повышение температуры воды до О °С. Включения, заставляющие замерзать переохлажденную воду, называют центрами кристаллизации. Неясно только, почему центрами кристаллизации не могут быть сами льдистые структуры.

Советский океанолог Н. Н. Зубов вспоминал случай из своей молодости, когда в начале зимы, но уже при достаточно ощутимом морозе он на телеге доехал до небольшого неглубокого озёра, через которое надо было перебраться. Как только лошадь ступила в воду, вокруг ее ног начал образовываться ледок и буквально на глазах все озерко быстро покрылось льдом. Вода в озерке была очень чистая, а дни стояли тихие, безветренные.

Сейчас выяснено, что замерзание переохлажденной воды происходит и при воздействии ультразвуковых колебаний. Почему — также неясно.

Если бы вода не обладала способностью уменьшать свою плотность при затвердевании (льдообразовании) за счет увеличения объема, то формирующийся в водоемах лед осел бы на дно и вся гидросфера очень быстро могла бы превратиться в огромную глыбу льда. Это привело бы к необратимым изменениям на Земле, которая, полностью обледенев, уже не смогла бы выйти из этого состояния. Характер изменения плотности воды создает условия для расслоения (стратификации) воды по плотности подо льдом таким образом, что зимой в пресных водоемах с глубиной вода становится теплее. Ее температура от нижней поверхности льда до дна повышается от О °С до 4 °С, т. е. температуры наибольшей плотности.

Способность чистой воды к переохлаждению приводит к таким явлениям на пресноводных водоемах, как образование внутриводного льда, который нередко забивает решетки водоприемных устройств в зимний период.

Гипотеза льдистой структуры предполагает, что она разрушается не сразу после таяния, а сохраняется в виде фрагментов очень долго, вплоть до температуры кипения, даже водяной пар при преобладании одиночных молекул содержит сростки молекул воды в количестве до 10%. Но если это так и жесткая льдистая структура сохраняется в жидкой воде, и на первых этапах, особенно сразу после таяния, вода остается сильно структурированной, то тогда почему она жидкая и течет? Чтобы как-то объяснить это, выдвигают разные гипотезы, строят другие модели структуризации молекул воды. Например, предполагается существование двух-, четырех- и восьмичленных структур, при этом каждой температуре соответствует свой набор таких ассоциаций и просто одиночных молекул. Двух- и четырехчленные ассоциации представлены цепочками, а восьмичленные имеют форму замкнутых треугольных призм. Высказано также предположение о кластерной структуре воды, т. е. существовании связных «сгустков», в которые соединены по 12-150 молекул со свободным пространством между ними. Такие сгустки быстро создаются и быстро распадаются, и поэтому их называют «мерцающими» кластерами. В последнее время выдвигается мнение о недооценке в большинстве моделей воды структуры самой молекулы Н2О и возможной динамики ее изменения в процессе молекулярного взаимодействия. Эта молекула уникальна: она представляет собой так называемый двойной симметричный донор и акцептор протонов, т. е. одинаково охотно отдает и забирает протоны, причем переходы протонов осуществляются как в самой молекуле, так и между молекулами в зависимости от давления и температуры в больших объемах. Поэтому водородные связи в воде определяют межмолекулярные взаимодействия и ее свойства.

Подобные гипотезы позволяют воде быть структурированной и в то же время жидкой и текучей и пытаются объяснить такое свойство, отличающее ее от других жидкостей, как уменьшение вязкости при увеличении давления (у других жидкостей все происходит «нормально» — с увеличением давления вязкость растет). Такое уникальное свойство воды обеспечивает ее большую подвижность глубоко в недрах планеты, где давление достигает огромных значений.

На поверхности Земли при существующих условиях вода стремится остаться преимущественно в жидком состоянии. Чтобы перевести ее из жидкого состояния в парообразное или из твердого в жидкое, надо затратить большое количество энергии, которое требуется, как это следует из гипотез, для разрушения ее межмолекулярной структуры. Обычно такие затраты энергии называют скрытой теплотой испарения или таяния). Чтобы превратить лед в воду, надо затратить 332,43 Дж на 1 г, а для превращения такого же количества воды в пар требуется 2258,5 Дж. При обратных переходах — превращении пара в воду и воды в лед — из каждого грамма воды выделяется эквивалентное количество тепла.

При испарении воды разрываются все межмолекулярные связи. Превращение льда в воду (таяние) требует много меньше затрат энергии, чем испарение, что может свидетельствовать о разрыве только части межмолекулярных связей — не более 20% (судя по соотношению цифр, 332 и 2258) — при ее переходе из твердого в жидкое состояние. Следовательно, в талой воде с температурой около О °С в основном сохраняется льдоподобная структура, но даже сравнительно небольших ее нарушений оказывается достаточно для перехода воды из твердого в жидкое состояние. Скрытая теплота плавления воды — наиболее высокая среди всех веществ за исключением аммиака и водорода, а скрытая теплота испарения — наиболее высокая из всех веществ, т. е. и по этим свойствам вода выступает как уникальная субстанция. Итак, чтобы испарить воду, надо затратить огромное количество тепла. Уже известно, что основная часть солнечной энергии, поглощаемая гидросферой, затрачивается на испарение.

Рис. 5.3. Скрытая теплота плавления и испарения воды. В точке плавления 1 г воды поглощает 333,7 Дж (79,7 кал) без повышения температуры, а в точке испарения 2258,5 Дж (539,4 кал), также без повышения температуры.

Каждую минуту на испарение с поверхности океана уходит 2*10¹⁸ Дж солнечной энергии. Но это тепло не потеряно для планеты. При конденсации пара в верхней части тропосферы тепло, затраченное на испарение, вновь выделяется. Водяной пар выступает как теплоноситель, перемещающий тепло Солнца, для излучения которого атмосфера прозрачна, от поверхности океана и увлажненной поверхности суши к уровню конденсации в атмосфере. Мощные импульсы тепла, возникающие при конденсации, служат одним из двигателей циркуляции атмосферы и, возможно, источниками энергии тропических ураганов. Пары воды в атмосфере играют и другую, не менее важную роль: они перехватывают и поглощают тепловое (инфракрасное) излучение Земли, создавая парниковый эффект. Роль водяного пара в парниковом эффекте, как уже говорилось, значительно существеннее, чем роль углекислого газа. Атмосферную влагу можно сравнить с теплым одеялом, окутывающим нашу Землю.

Весну и осень умеренных широт можно рассматривать как время перестройки структуры воды в первом случае от льдистой к квазильдистой и во втором — наоборот. Для подобной перестройки весной необходимо много тепла и времени, так как приток тепла нарастает сравнительно медленно, а запасы снега на поверхности земли бывают велики. Осенью, наоборот, выделяющаяся скрытая теплота замерзания тормозит процесс установления зимы. Потому и существуют эти сезоны в умеренных широтах. Наглядное представление о выделяемых количествах тепла дает такое сравнение — 1 м³ воды при замерзании выделяет примерно столько же тепла, сколько его получается при сжигании 10 кг угля. В течение весеннего и осеннего сезонов за счет скрытой теплоты плавления (замерзания) происходит обмен таким количеством тепла, которое эквивалентно 2*10¹¹ т сожженного угля, что намного превышает годовую добычу его во всем мире.

Чтобы изменить температуру воды на 1 °С, нужно затратить (добавить при нагревании) 4,19 Дж тепла. Эта величина называется удельной теплоемкостью. У воды она одна из самых высоких, значительно больше, чем у любого другого вещества, за исключением жидкого аммиака и водорода, и примерно в 10 раз больше, чем у пород, слагающих земную кору.

Тепловые характеристики воды имеют огромное значение для климата Земли, в системе которого вода выступает хранителем и переносчиком тепла, а также тепловым тормозом и стабилизатором. Гидросфера гасит теплые и холодные импульсы через изменение интенсивности испарения или путем смены соотношения между массами таких своих составляющих, как твердая (ледники) и жидкая (в основном океан). Вода через океаническую составляющую гидросферы уменьшает различия в температуре между низкими (экваториальными) и высокими (полярными) широтами, так как мощные течения несут к полюсам огромные массы нагретой в тропиках воды, а от полюсов — холодные воды к тропикам. Теплые и холодные океанические течения настолько сильно воздействуют на омываемые ими участки континентов, что существенно меняют широтную географическую зональность. Наконец, вода на суше уменьшает разницу между дневными и ночными температурами, когда при образовании росы, изморози или тумана в приземном слое воздуха выделяется скрытая теплота.

За счет огромной теплоемкости воды морские течения и крупные реки долго сохраняют свои свойства, изменяя прилегающие к ним участки. Например, течение Гольфстрим делает Мурманск незамерзающим портом, тогда как Архангельск, расположенный на 500 км южнее, надолго закрывается в период ледостава. Сибирские реки, текущие с юга на север, отепляют прилегающие к ним территории, по их долинам тайга вклинивается далеко в тундру. Разница в теплоемкости океана и суши создает системы бри зовых и муссонных ветров. Наконец, увлажнение поверхности суши после осадков резко меняет физические свойства этой поверхности.

Молекулы, находящиеся внутри массы воды, испытывают притяжение соседних молекул-магнитиков во всех направлениях. Если же молекула расположена на поверхности, то такое притяжение возможно только в нижней полусфере вокруг молекулы. Она как бы втягивается внутрь водной массы. Этим самым создается пленка поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение воды больше, чем у любой другой жидкости за исключением ртути, но внесение даже минимального количества разных добавок к воде резко уменьшает ее поверхностное натяжение. Предполагается, что у абсолютно чистой воды поверхностное натяжение таково, что по поверхности такой воды можно кататься на коньках. Есть насекомые, которые используют поверхностное натяжение для передвижения по акваториям. Может быть, библейская легенда о «хождении по водам» отражает когда-то существовавшее умение с помощью каких-то добавок приближать поверхностное натяжение воды к идеальному?

В естественной воде много разнообразных включений, которые обычно снижают поверхностное натяжение, и поэтому оно не препятствует возникновению волн и ряби даже при небольшом ветре. Волнение и рябь увеличивают площадь водной поверхности, так как она сморщивается. Для океана, например, это увеличение может достигать 50% — гигантской величины. А увеличение поверхности означает и рост испарения.

Вода обладает высокой способностью смачивать твердые тела, т. е. прилипать к ним при соприкосновении. При смачивании тонким слоем за счет поверхностного натяжения она может прочно удерживаться на поверхности твердых частиц. Смачивание и поверхностное натяжение позволяют воде передвигаться по тонким порам и трещинам вопреки силе тяжести, так как на границе со смоченной породой край водной поверхности за счет смачивания и прилипания ползет вверх, образуя в малой поре, канале или трещине вогнутую поверхность. А вогнутую поверхность натяжение стремится выровнять, за счет этого и происходит движение воды. Эта способность создает в почве и верхних слоях подпочвенного грунта так называемую подвешенную воду, которая, удерживаясь поверхностным натяжением, не стекает в более глубокие горизонты, обеспечивая растения влагой. Поверхностное натяжение и смачивание позволяет воде вопреки силе тяжести подниматься по тонким порам-капиллярам на 10-12 м.

Замечательным и важным свойством воды надо считать ее способность растворять разнообразные вещества. Это самый сильный природный растворитель: в воде растворяются в той или иной мере почти все вещества. Сильный разнос центров положительных и отрицательных зарядов в молекуле воды приводит к тому, что молекулы ориентируются в электрическом поле, стремясь нейтрализовать его. Иными словами, обладают высоким дипольным моментом, что обеспечивает уникально большую диэлектрическую постоянную воды, наиболее высокую среди всех жидкостей. В результате любые заряды в воде отталкиваются или притягиваются с силой, в 80 раз большей, чем в вакууме. Это обеспечивает высокую растворимость веществ в воде, так как молекулы воды «растаскивают» частицы или ионы веществ, сила притяжения между которыми ослаблена. Это же обеспечивает прилипание и высокую способность к смачиванию.

Все элементы таблицы Менделеева в том или ином количестве можно обнаружить в водах гидросферы. Растворенные вещества тоже влияют на структуру воды, а следовательно, на ее свойства. Сам процесс растворения нередко сопровождается выделением тепла, при этом чем лучше вещество растворяется, тем больше выделяется тепла. Однако с водой бывают всякие неожиданности. Так, например, плохо растворяющийся в воде метан при растворении отбирает из воды слишком много тепла, температура воды падает, а на границе раздела крупной молекулы метана и небольшой молекулы воды, где происходят наибольшие потери тепла, вода может принять льдистую структуру, т. е. замерзнуть.

В телах растений вода соседствует с белком, молекулы которого обычно намного больше молекул воды. Такие молекулы ведут себя подобно молекулам метана, расталкивая молекулы воды, разрывая их связи и создавая вокруг себя оболочку из водных молекул. При разрывах связей вода теряет тепло, а на границе белковой и водной молекул возникает тенденция к кристаллизации воды. Это явление вызывает повреждение растений при температуре значительно выше 0 °С. При растворении происходят и другие интересные процессы. Если в дистиллированной воде растворить обычную поваренную соль (NaCl) с таким расчетом, чтобы получился 1 кг морской воды, то понижение температуры воды бу дет соответствовать потере примерно 2514 Дж. Кроме того, объем раствора окажется меньше суммы первоначальных объемов воды и соли. Раствор как бы сожмется. Это явление называется электрострикцией. Каждый ион в растворе обволакивают молекулы воды — гидратируют его. Уплотнение достигает нескольких десятых процента от объема. Поэтому, например, когда смешиваются две естественные массы воды разной солености и температуры, но одинаковой плотности, происходит уплотнение смешанного раствора. Это явление имеет существенное значение для динамики гидросферы.

Таким образом, одни ионы и частицы уплотняют воду, а другие могут делать ее более рыхлой. Одни ионы приближают ее к структуре льда, а другие могут удалять от нее. В примере с поваренной солью уплотнение соответствовало давлению в 100 атм. К разуплотняющим воду веществам, которые снижают давление внутри нее, относятся ионы калия, рубидия, цезия, брома, йода. Может быть, некоторые морские животные, умеющие погружаться на большие глубины, обладают способностью выделять вещества, разуплотняющие воду и снижающие давление? Вопрос этот пока лежит в сфере научной фантастики. Вода — это инертный растворитель, который обычно не вступает в реакцию с растворенным веществом. Это свойство исключительно важно для жизни, так как в живых системах вода служит инертным носителем разнообразных жизненно важных веществ.

На Земле нет абсолютно чистой воды, и получить ее не так просто. Даже так называемая дистиллированная вода, которую покупают в аптеках, содержит небольшие дозы растворенных веществ из стенок стеклянных бутылок, в которых она хранится. Каждый раз, выпивая стакан горячего чая, мы вместе с ним выпиваем примерно 0,0001 г растворенного стекла (обычно силикат натрия). Легко подсчитать, что в течение жизни вместе с чаем в наш организм поступает 0,1 г стекла. Чтобы полностью растворить стакан при чаепитии, понадобится много поколений людей. Вероятность разбить стакан за этот период неизмеримо выше.

Природные растворы в одних случаях бывают насыщенными и даже перенасыщенными, а в других случаях — слабыми; иногда они равновесные, а иногда — неравновесные. Чем быстрее жидкая вода движется по поверхности суши, тем дальше она от насыщения растворенными веществами. Но большая часть гидросферы малоподвижна, а потому она соленая и близка к равновесию.

Растворенные в воде вещества, изменяя ее структуру, меняют и свойства. Так, электропроводность растворов обычно возрастает в десятки тысяч раз, что объясняется появлением в воде большого количества ионов, переносящих электрические заряды. Падает температура замерзания воды. Например, морская вода замерзает при температуре -1,9 °С, но лед из морской воды образуется пресный, хотя первоначально возникающий лед содержит в себе карманы с соленой водой. Рассол из таких карманов постепенно стекает, и старый морской лед обычно пресен. В прошлом веке это даже породило уверенность, что морская вода не замерзает. Считалось, что ледяной покров Северного Ледовитого океана — это скопление вынесенного реками речного льда. Такой точки зрения придерживался и М. В. Ломоносов. В то время еще не был открыт Антарктический материк и мореплаватели, наблюдая за гигантскими айсбергами, строили предположения о грандиозных реках на южнополярном материке, выносящих такие гигантские льдины. Сейчас это свойство самовымораживания солей из сильно минерализованной воды используется в засушливых и в то же время холодных районах для получения пресной воды из соленых подземных вод. Рассолы некоторых озер замерзают при -21 °С, а вот в Антарктиде в иные годы — и при -50 °С, что обусловлено высокой минерализацией и хлоридно-кальциевым составом воды здешних озер.

Температура замерзания воды понижается и при повышении давления, что, как сказано выше, как бы соответствует растворению в ней солей. Так, на ложе Антарктического ледника температура ее замерзания -2,4 °С. Если все время наращивать давление до очень больших величин, то образующийся в таких условиях лед становится тяжелым и тонет в воде. При дальнейшем повышении давления он снова становится легче воды, но температура его плавления повышается до 80 °С. Существуют и такие модификации льда высокого давления, которые плавятся при температуре 175 °С, т. е. лед может стать горячим. Если в воду попадают тонкодисперсные частицы, не растворяющиеся в ней, то молекулы воды, вступая в контакт с адсорбирующей поверхностью, теряют свою подвижность, связываются с этой поверхностью, выделяя при этом внутреннюю кинетическую энергию, которую называют теплотой смачивания. Количество энергии зависит от размеров и минерального состава частиц. По оценкам, при выпадении на поверхность воды 1 г тонкоразмолотых частиц некоторых минералов выделяется до 3352 Дж тепла. В океанах есть зоны, где выпадение мельчайших частиц отмечается как сравнительно постоянное явление. Наиболее интенсивно оно идет в Атлантическом океане к западу от берегов Африки, где над океаном протягивается шлейф эоловых частиц из Сахары — пылевые туманы. Глобальная масса минеральных эоловых частиц, ежегодно поступающая в океан, оценивается в (2,2-6,6)*10¹⁵ г. Это может дать (0,75-21,8)*10¹⁹ Дж дополнительного тепла, что примерно в 10 раз больше солнечного тепла, затрачиваемого ежесуточно на испарение воды со всей поверхности Мирового океана. Техногенные пылевые выбросы дают в 10 раз меньше естественных выбросов. Учитывая то, что как раз в Атлантике, у западного побережья Африки, зарождаются тропические ураганы и именно там находится крупнейшая область поступления тонкодисперсных эоловых частиц, можно поставить вопрос: не вносит ли выделяющаяся теплота смачивания свой вклад в формирование этих ураганов? Может быть, стоит сопоставить частоту пылевых туманов с частотой возникновения ураганов? ^{Физические свойства воды резко меняются и тогда, когда она попадает в дисперсные среды, например в микропоры глины, оказывается физически связанной или рассредоточена в очень малых объемах. Очень сильно меняются ее подвижность, плотность, температура замерзания, поверхностное натяжение и многие другие свойства. Уникальные свойства воды становятся аномальными — не правда ли, это звучит как парадокс?}

Несмотря на уникальность свойств, а может быть, и благодаря им, а также в связи с устойчивостью и распространенностью на Земле вода была выбрана в качестве вещества, некоторые физические характеристики которого стали единицами измерений температуры, тепла и массы. Температуру замерзания воды в условиях нормального атмосферного давления приняли за нуль, а температуру кипения — за 100° в широко принятой шкале Цельсия. Количество тепла, необходимого для нагревания 1 г воды от 15 до 16 °С, назвали калорией и использовали эту единицу для измерения количества тепла. Масса 1 см³ дистиллированной воды при температуре ее наибольшей плотности названа граммом и используется для определения массы.

Та вода, с которой каждый человек встречается ежедневно, на самом деле мало похожа на идеально чистую воду, а последняя попросту не должна существовать, так как она никак не укладывается в предписанные ей природой законы, нисколько не считаясь со свойствами соединений того же ряда. Но мы должны быть благодарны этому простому и в то же время очень сложному веществу за то, что оно далеко от идеала, иначе жизнь была бы невозможна и вообще неясно — смогла ли бы в идеальной воде возникнуть жизнь. Например, если бы поверхностное натяжение воды на нашей планете соответствовало таковому идеально чистой воды, то вряд ли смог бы существовать круговорот воды.

Открытое образование — Простые молекулы в нашей жизни

About

Курс рассказывает о веществах, которые состоят из очень простых молекул, но играют огромную роль в жизни человека и общества. Эти вещества участвуют в биохимических процессах в организме человека, определяют свойства окружающей его природной среды и служат источником многих материалов, которые приносят пользу человеку и делают его жизнь более комфортной. К таким веществам относятся, в первую очередь, вода, газы – компоненты атмосферы (кислород, азот, углекислый газ, озон), а также газы и жидкости, используемые в крупных промышленных процессах (водород, хлор, аммиак, угарный газ, этилен, бензол).
Курс состоит из 12 лекций. Каждая лекция посвящена одной молекуле. Рассмотрены строение молекулы, ее необычные свойства (они есть у любой молекулы), интересные факты, связанные с веществом, состоящим из этих молекул, практическое значение вещества, его роль в организме человека и в экосистемах. В курсе активно используются связи с другими науками – биологией, геологией, астрофизикой, историей, экономикой.
Курс имеет популярный характер, он предназначен для широкого круга слушателей. Специальная химическая подготовка не требуется, достаточно школьного курса химии, пусть даже и слегка подзабытого.

Цели изучения курса

1. Развитие представлений об атомно-молекулярной картине мира.
2. Анализ молекулярного строения и свойств веществ, определяющих особенности окружающего мира.
3. Изучение прикладных возможностей химии, ее роли в жизни общества и повседневной жизни людей.

Задачи курса:

1. Рассказать о наиболее важных в жизни человека веществах молекулярного строения.
2. На конкретных примерах объяснить, как строение молекул и связи между ними влияют на физические и химические свойства вещества.
3. Рассмотреть историю открытия важнейших газов, обсудить роль «пневмохимии» в развитии науки.
4. Раскрыть суть фазовых переходов и показать зависимость строения и свойств вещества в разных агрегатных состояниях от температуры и давления.
5. Описать лабораторные и промышленные способы получения изучаемых веществ.
6. Дать представление о круговороте азота, углерода и воды в природе.
7. Рассмотреть роль и значение различных компонентов атмосферы, обсудить антропогенные изменения атмосферы и их влияние на жизнь на Земле.
8. Дать представление о химическом составе Солнечной системы и распространенности различных молекул в космическом пространстве.
9. Описать важнейшие превращения изучаемых веществ в живых системах.
10. Рассмотреть практическое значение изучаемых веществ и описать основные области их применения в промышленности и в повседневной жизни.
11. Дать достоверную информацию об антропогенном воздействии на окружающую среду и глобальных экологических проблемах, стоящих перед человечеством.

 

 

Format

Форма обучения заочная (дистанционная)

Еженедельные занятия будут включать просмотр тематических видео-лекций и выполнение тестовых заданий с автоматизированной проверкой результатов и творческих заданий с последующим обсуждением в форумах.

Requirements

Курс является общеобразовательным, не требует специальной подготовки и рассчитан на широкую аудиторию слушателей, в первую очередь – студентов нехимических вузов и факультетов и людей, уже получивших высшее образование, но желающих больше узнать об окружающем мире и повысить свой общенаучный уровень. Он будет полезен учителям, желающим повысить свою квалификацию, а также различным категориям слушателей, не связанных с наукой и образованием.
Рабочий язык курса: русский.

Course program

Курс состоит из 12 лекций.

Часть I. Молекулы простых веществ

Лекция 1. Молекулярный водород

1. Что такое молекула? Вещества молекулярного строения. Молекула h3
2. Уникальные свойства водорода: распространенность в природе, физические свойства
3. История открытия
4. Получение и химические свойства водорода
5. Водород как источник энергии
6. Цепные реакции с водородом

Лекция 2. Кислород – молекула, которая изменила мир

1. Молекула кислорода
2. Свойства кислорода
3. История открытия кислорода. Получение и химические свойства кислорода
4. Кислород в организме. Дыхание
5. Фотосинтез и «кислородная катастрофа»
6. Кислород в промышленности

Лекция 3. Озон – молекула, которая защищает нас от Солнца

1. Молекула озона
2. Свойства и способы получения озона
3. Озон защищает нас от Солнца
4. Озон в воздухе и в воде

Лекция 4. Азот – самая инертная молекула

1. Молекула N2
2. Физические свойства азота. Жидкий азот
3. Способы получения и химические свойства азота
4. Проблема связывания азота. Круговорот азота в природе

Лекция 5. Хлор – цветной, ядовитый, полезный

1. Молекула Cl2
2. История открытия. Физические свойства
3. Способы получения и химические свойства хлора
4. Полезные и вредные применения хлора

Часть II. Молекулы сложных веществ

Лекция 6. Вода – молекула жизни

1. Молекула h3O
2. Вода в жидком, твердом и газообразном состоянии
3. Вода во Вселенной
4. Обычные и необычные свойства воды
5. Вода в нашей жизни
6. Мифы и заблуждения о воде

Лекция 7. Аммиак – азотсодержащий аналог воды

1. Молекула Nh4
2. История открытия. Физические свойства
3. Жидкий аммиак как растворитель
4. Способы получения и химические свойства аммиака
5. Роль аммиака в жизни человека и общества

Лекция 8. Углекислый газ – продукт дыхания и горения

1. Молекула CO2
2. История открытия. Физические свойства
3. Способы получения, химические свойства и применение CO2
4. Углекислый газ в организме
5. Углекислый газ в атмосфере. Парниковый эффект

Лекция 9. Угарный газ – самая прочная молекула

1. Молекула CO
2. История открытия. Физические свойства и способы получения CO
3. Химические свойства CO
4. CO во Вселенной и вокруг нас

Лекция 10. Метан – самая легкая органическая молекула

1. Молекула Ch5
2. История открытия. Физические свойства
3. Получение и химические свойства метана
4. Метан в природе
5. Метан в энергетике

Лекция 11. Этилен – молекула, которая соединяется сама с собой

1. Молекула C2h5
2. История открытия. Физические свойства
3. Получение и химические свойства этилена
4. Полимеры на основе этилена
5. Этилен в органическом синтезе

Лекция 12. Бензол – молекула с особыми химическими связями

1. Молекула бензола. Резонансные структуры
2. История открытия бензола
3. Ароматичность в органической химии
4. Физические и химические свойства бензола
5. Бензол в органическом синтезе

Education results

По итогам обучения слушатели курсов должны:

знать/понимать
• физические и химические свойства важнейших веществ молекулярного строения;
• геометрическое строение простейших молекул;
• связь между строением молекул и свойствами вещества;
• влияние водородных связей на физические свойства вещества;
• историю открытия важнейших газов – водорода, кислорода, азота, аммиака, углекислого газа;
• лабораторные и промышленные способы получения изучаемых веществ;
• важнейшие химические и физические процессы, определяющие круговорот азота, углерода и воды в природе;
• состав атмосферы Земли, важнейшие химические и физические процессы, происходящие в ней;
• распространенность различных молекул в Солнечной системе и в космическом пространстве;
• процессы, происходящие с участием кислорода и углекислого газа в живых организмах;
• важнейшие области применения изучаемых веществ в промышленности и в повседневной жизни.

уметь
• характеризовать геометрическое строение молекул;
• объяснять зависимость свойств веществ от их состава, строения и природы межмолекулярных связей;
• анализировать фазовые диаграммы и объяснять зависимость свойств вещества от температуры и давления;

использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для:
• объяснения химических явлений, происходящих в природе и в повседневной жизни;
• объяснения химических явлений в живых организмах;
• экологически грамотного поведения в окружающей среде;
• оценки влияния состава атмосферы и воды на организм человека и другие живые организмы;
• реального представления о глобальных экологических, сырьевых и энергетических проблемах, стоящих перед человечеством;
• критической оценки достоверности химической информации, поступающей из разных источников.

Свойства воды — презентация онлайн

Презентация по физике ученика
лицея № 142 9 / 1 класса
Сухоцкого Сергея
ВОДА — Н О (оксид водорода) — простейшее
2
устойчивое соединение водорода с кислородом.
Количество ВОДЫ на поверхности Земли оценивается в
1,39×1018 т.
ПРЕСНЫХ ВОД в реках, озерах, болотах и
водохранилищах составляет 2×104 т.
Масса ледников Антарктики, Антарктиды и
высокогорных районов 2,4×1016т, примерно столько же
имеется ПОДЗЕМНЫХ ВОД, причем только небольшая
их часть — пресные.
В атмосфере находится примерно 1,3×1013 т ВОДЫ.
ВОДА входит в состав минералов и горных пород,
присутствует в почве.
ВОДА является обязательным компонентом всех живых
организмов.
ВОДА — самое распространенное вещество на
Земле. Молекулы воды обнаружены в
межзвездном пространстве.
ВОДА входит в состав комет,
большинства планет солнечной
системы и их спутников.
3/4 поверхности земного шара
покрыты водой в виде океанов,
морей, рек и озер.
Вода — это древний универсальный символ
чистоты, плодородия и источник самой
жизни
ВОДА имеет очень большое значение в жизни
растений, животных и человека.
Происхождение жизни на Земле обязано ВОДЕ.
СВОЙСТВА
это совокупность
биохимических,
органолептических,
физико-химических,
физических,
химических
и других свойств воды
ВОДЫ
Вода очень необычная по своим
физико-химическим свойствам.
Многие свойства воды аномальны.
ВОДА не имеет запаха, цвета и вкуса.
ВОДУ очень трудно окислить, сжечь или
разложить на составные части.
ВОДА — химически стойкое вещество.
ВОДА — универсальный растворитель.
Она растворяет больше солей и прочих веществ,
чем любое другое вещество. Она окисляет почти все
металлы и разрушает даже самые твердые горные породы.
ВОДА — единственное известное нам
вещество, которое встречается в
естественных условиях на
поверхности Земли в твердом, жидком
и газообразном состояниях.
Расположение молекул
Стройными рядами
Тесновато
Простор
Среди существующих в природе жидкостей
ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ ВОДЫ
уступает только ртути.
ВОДА имеет большое сродство к самой
себе, самое большое из всех жидкостей.
Поэтому вода существует в форме
сферических капель — сфера имеет
наименьшую поверхность
при заданном объеме.
С поверхностным натяжением воды связано
ее сильное смачивающее действие (способность
«прилипать» к поверхности многих твердых тел).
ВОДА имеет аномально высокие температуры
замерзания (0°С) и кипения (+100°С).
(Морская вода замерзает при более низкой
температуре: — 1,9° при солености 35%)
Вода плохо проводит электрический
ток, но становится хорошим
проводником, если в ней растворены
даже небольшие количества ионных
веществ.
Теплота испарения ВОДЫ выше
теплоты испарения любых других
жидкостей, а теплота кристаллизации
уступает лишь аммиаку.
Вода имеет аномальную плотность. Она двоякая.
Во-первых, после плавления льда при
атмосферном давлении сопровождается
уменьшением объема на 9%.
ПРОВЕДЕМ ЭКСПЕРЕМЕНТ:
Для определения разницы объема при переходе из твердого
состояния воды в жидкое был взят лед в форме цилиндра
радиусом R=4 см, высотой H=5 см.
После таяния льда радиус водного столба 4 см, высота 4,55 см
Объем цилиндра вычисляется по формуле: V=πR²H
Объем льда: Vл=251,2 (см³)
Объем воды: Vв=228.592 (см³)
Результат: Vв
Во-вторых, ПЛОТНОСТЬ ВОДЫ при переходе ее из
твердого состояния в жидкое не уменьшается, как у
других веществ, а возрастает.
Плотность льда — 916,7 кг/м³
воды — 999,8 кг/м³
В жидком состоянии при 4°С ее плотность
максимальна и больше плотности льда.
Поэтому лед плавает на поверхности воды.
Это свойство воды очень ценно для жизни.
При понижении температуры охлажденный слой,
обладающий меньшей плотностью,
остается на поверхности,
замерзает и тем самым защищает
лежащие ниже слои от дальнейшего
охлаждения и замерзания.
ВОДА обладает аномально высокой
ТЕПЛОЕМКОСТЬЮ
[4,18 Дж/Кг].
Поэтому, в ночное время, а также при
переходе от лета к зиме вода остывает
медленно, а днем или при переходе от
зимы к лету так же медленно
нагревается, являясь, таким образом,
РЕГУЛЯТОРОМ ТЕМПЕРАТУРЫ НА
ЗЕМНОМ ШАРЕ.
Аномальные свойства воды вызваны
особенностями строения ее молекулы.
Молекула воды (h316O) состоит из двух атомов водорода (H)
и одного атома кислорода (16O). Все многообразие свойств
воды и необычность их проявления определяется
физической природой этих атомов, способом их
объединения в молекулу и группировкой образовавшихся
молекул.
Аномальные свойства воды объясняются
существованием в ней водородных связей,
которые связывают между собой молекулы как
в жидком, так и в твердом состоянии.
Особая группа свойств воды —
ПАМЯТЬ ВОДЫ
Особенности физических свойств воды и
многочисленные короткоживущие водородные связи
между соседними атомами водорода и кислорода в
молекуле воды создают благоприятные возможности
для образования особых структур-ассоциатов
(кластеров), воспринимающих, хранящих и
передающих самую различную информацию.
В О Д А – хранитель и
передатчик информации
ВОДА, состоящая из множества кластеров различных
типов, образует иерархическую пространственную
жидкокристаллическую структуру, которая может
воспринимать и хранить огромные объемы информации.
Исследования показали, что чувствительность
информационной системы воды оказалась настолько
высокой, что она способна ощущать влияние не только
тех или иных полевых воздействий, но и форм
окружающих предметов, воздействия человеческих
эмоций и мыслей.
Кристалл дистиллированной
воды, не подвергнутый
никакому воздействию
Кристалл
ключевой воды
Кристалл
антарктического льда
Кристалл воды,
прослушавший
«Пастораль» Бетховена
Вода, прослушавшая
тяжёлый рок
Вода после
приказа:
«Сделать это»
Вода получала
электромагнитные
излучения любви и
благодарности от
телевизора
Слова:
«Ты меня достал»
Слово
«Адольф Гитлер»
Вода, взятая из озера
Fujiwara, до молитвы
Кристалл той же воды
после молитвы
буддистского
первосвященника Като
Фонтан в Лувре,
Франция
Слова «Любовь и
благодарность»,
произнесенные на
английском языке
. . . на японском
языке
. . . на немецком
языке
ВОДА
– самое загадочное вещество в природе после ДНК.
Она обладает уникальными свойствами,
ещё полностью не объяснены и не все известны.
Чем дольше ее изучают, тем больше находят
новых аномалий и загадок в ней.
Большинство из этих аномалий
обеспечивают жизнь на Земле.
Нам и всему живому на Земле обязательно
необходима чистая и добрая ВОДА.

Свойства воды как растворителя — Справочник химика 21

    А. Структурные свойства воды как растворителя [c.106]

    Вода растворяет большинство комплексных соединений, и понятно, что в большинстве кинетических исследований комплексов в качестве растворителя использовали воду. Однако интерпретация полученных при этом кинетических данных усложнена из-за особых свойств воды как растворителя. Эти свойства по своей природе могут быть или структурными, или кинетическими. [c.106]

    Кислотные свойства в наибольшей степени выражены у оксидов хлора, так как разность электроотрицательностей хлора и кислорода наименьшая (разд. 35.2.1). В соответствии с общими закономерностями С /) дает наиболее сильную кислоту (табл. В.26). Следует учитывать также свойства воды как растворителя. В таблице В.26 указаны продукты, образующиеся при взаимодействии оксидов галогенов с водой. Свойство оксидов, а следовательно, и кислородных кислот образовывать соединения полимерного типа в соответствии с общими правилами (разд. 35.2.1) наиболее типично для иода. Перечень извест- [c.503]

    СВОЙСТВА ВОДЫ КАК РАСТВОРИТЕЛЯ [c.11]

    Если растворенные газы не вступают в химические реакции с содержащимися в воде солями, то последние влияют на растворимость газов чисто физически, изменяя свойства воды как растворители (эффект Сеченова). Этот эффект приводит в большинстве случаев к уменьшению растворимости (высаливание) и редко к увеличению растворимости (всаливание). [c.129]

    Ниже приведены физико-химические свойства воды как растворителя  [c.223]

    Объясните, почему свойства воды как растворителя обычно ухудшаются при понижении температуры от 90 до 35°С. [c.74]

    Все это многообразие влияния органических веществ на белковые молекулы определяется, в основном, тремя факторами концентрацией органических молекул, длиной цепи их неполярной части и природой гидрофильной группы, причем осуществляться это действие может как путем непосредственного связывания (взаимодействия) дифильных молекул с молекулами белка, так и в результате изменения свойств воды как растворителя в присутствии органических молекул. При низких концентрациях органического вещества, когда его влияние на структуру воды невелико, преобладает эффект связывания. Связывание в таких условиях не вызывает конформационных изменений белковых молекул (либо [c.28]

    Вода — бесспорно, наиболее распространенный в косметике растворитель, причем сильный растворитель, который может растворять соли, кислоты, щелочи, а также большое количество органических веществ. Вода служит основным компонентом в лосьонах для лица, в косметическом молочке и легких кремах, а также во многих шампунях. Во всех этих косметических средствах в воде растворены всевозможные вещества. Если то или иное вещество не растворяется в ней в достаточной степени, то свойства воды как растворителя можно улучшить, добавив в нее небольшие количества обычного спирта или глицерина. [c.124]

    В связи с особыми физико-химическими свойствами воды как растворителя было интересно исследовать кинетику окислительно-восстановительной реакции в замороженных водных растворах. Тетраметил-4-оксипиперидин-1-оксил хорошо растворим в воде, гидразобензол в воде не растворяется. Поэтому в качестве второго реагента была выбрана аскорбиновая кислота. [c.209]

    Прежде чем обсуждать свойства воды как растворителя, следует коротко рассмотреть теорию кислот и оснований. В химии водных растворов кислотой можно назвать любое вещество, которое является донором ионов водорода, а основанием — вещество, которое служит донором ионов гидроксила. Процесс нейтрализации заключается в образовании молекул растворителя — воды [c.320]

    Свойства водно-дисперсных систем и их поведение в тех или иных процессах обусловлено в первую очередь свойствами воды как растворителя. [c.31]

    В этот раздел вошли задачи, связанные, помимо традиционно рассматриваемых химических свойств названных соединений, со свойствами воды как растворителя. Сюда относятся задачи на физико-химическую сущность процесса растворения, на реакции гидролиза сложных веществ в водном растворе, разложение некоторых веществ водой. [c.83]

    Вода как растворитель. Уникальные свойства воды как растворителя определяются малыми размерами, полярностью ее молекул и наличием у них двух неподеленных электронных пар. Диполи молекул воды активно взаимодействуют с ионами, находящимися в кристаллических решетках ионных кристаллов и с полярными молекулами, образующими молекулярные кристаллы. В тех случаях, когда энергия гидратации ионов или полярных молекул превышает энергии кристаллических решеток, происходит растворение кристаллических веществ в воде (см. гл. 7). [c.256]

    Образование некоторыми веществами гомогенных систем в природных водах определяется в основном специфическими свойствами воды как растворителя. Последние обусловлены структурой электронного облака ее молекулы. Особенность воды как полярного растворителя создает условия для возникновения однофазных систем молекулярных и ионных [c.50]

    Особенности формирования покрытий из водных растворов пленкообразователей связаны со специфическими свойствами воды как растворителя ее низкой температурой кипения и одновременно низким давлением паров (2,38 кПа при 20 °С), большим поверхностным натяжением (72,7 мДж/м ) и высокой теплотой парообразования (2,47 МДж/кг). Водные краски характеризуются резким нарастанием вязкости по мере испарения воды. Это затрудняет ее диффузию из внутренних слоев и замедляет пленкообразование. Оптимальным является ступенчатый режим формирования таких покрытий удаление большей части воды при температурах до 100 °С и окончательное обезвоживание и отверждение при более высоких температурах. [c.44]

    Свойства воды как растворителя [c.48]

    Сравнительно полно обсуждены термодинамические свойства предельно разбавленных растворов для систем, в которых растворителем является вода. Для водных систем имеется специальный обзор [101, в котором содержатся сведения об энергиях Гиббса, энтальпиях, теплоемкостях, энтропиях, объемных эффектах растворения большого числа органических соединений в воде. В обзоре специальное внимание уделено специфическим свойствам воды как растворителя, подчеркнуто особенно значительное для водных систем влияние температуры на свойства разбавленных растворов. [c.31]

    Изменение свойств воды как растворителя в широком диапазоне параметров, в основном характерных для условий работы теплосиловых установок, связано с изменением ее плотности от 1000 до 0,6 кг/м и температуры от 20 до 600 °С. Это вызывает изменение диэлектрической постоянной воды от 84 до 1,1 Ф/м и изменение степени ассоциации молекул воды от значительной до практически нулевой. [c.116]

    Для гидратации белка наибольшее значение имеют пептидные связи, за счет которых притягивается примерно /3 всей гидрата-ционной воды. В общем частицы гидрофильных коллоидов связывают значительные количества воды так, 1 г сухого крахмала при растворении связывает 0,18 г воды, 1 г яичного альбумина (белка) — 0,35 г воды, 1 г карбоксигемоглобина — 0,353 г воды. Связанная полярными группами вода приобретает новые качества, приближающие ее к твердому веществу ее молекулы имеют уплотненное расположение, свойства воды как растворителя понижены, она не замерзает при низких температурах и т. п. В свою очередь, гидратированное вещество также приобретает иные свойства повышается его устойчивость в растворе, уменьшается скорость диффузии и др. Вязкость и скорость образования внутренних структур в этих растворах значительно выше, чем в коллоидных. [c.174]

    Уникальные свойства воды как растворителя объясняют сочетанием в ее молекуле трех свойств высокой полярность] водородными связями с растворимыми веществами и донорнь свойствами. Она часто является лигандом в комплексных соеди ниях и кристаллогидратах. [c.32]

    Взаимодействие белков с неполярными молекулами обусловлено гидрофобными взаимодействиями, возникновение которых определяется особыми структурными свойствами воды как растворителя. Структура и свойства воды являются в настоящее время предметом многочисленных физико-химических исследований. Современные структурные лтодели воды в основном базируются на классических представлениях Франка и Эванса [25 и Франка и Вэна [26]. Результаты выполненных в последние годы исследований обобщены в ряде обзоров [27—32]. Состояние воды в биологических системах специально рассмотрено в ряде работ [15, 33-36]. [c.8]

    Закономерности, подобные приведенным на рис. 1, следует рассматривать не более как вариации второго метода сравнительного расчета М.Х. Ка-рапетьянца применительно к растворимости [46]. Они могут быть с успехом использованы для пpибJшжeннoгo расчета растворимости газов в неполярных и малополярных жидкостях. Однако следует отметить, что даже в этом случае специфические свойства воды как растворителя находят свое отражение. Корреляционный график для НтО явно выпадает из группы прямых для других растворителей, отличаясь от них наклоном и местом, занимаемым на рисунке. [c.110]

    Полученные результаты показьшают, что изотопные эффекты гадратации катионов являются не только количественным отражением большей структурированности тяжелой воды за счет упрочнения водородных связей при замене атомов протия на атомы дейтерия. Они свидетельствуют также о наличии у воды развитой трехмерной структуры, определяюшей специфичность свойств воды как растворителя. В качестве подтверждения этого тезиса можно привести данные Кришнана и Фридмана [86] по измерению энтальпийных характеристик изотопных эффектов сольватации ионов в протонированном и дейтерированном метаноле СНзОО. Найдено, что АЯ°н о в метаноле значительно меньше, чем в воде. Эю свидетельствует о качественно иной природе действия ионов на воду по сравнению со спиртами. В частности, делается вьшод, что эффекты разрушения присущи только водным растворам. К этому следует, по-видимому, добавить, что поскольку в метаноле не происходит дестабилизации структуры, то, следовательно, в этом (и, очевидно, подобных ему) растворителе не может иметь место явление отрицательной сольватации (по крайней мере при [c.143]

    Укажем на то обстоятельство, что ряд набухания одновалентных анионов в точности повторяет такой же ряд адсорбируемости (стр. 105) и обращенный ряд коагуляции лиофобных золей (стр. 135). Внешне эта закономерность очевидно связана с размерами (радиусом) ионов, а внутренне—со степенью ионной сольватации (гидратации). Недавно автор настоящего руководства показал, что в подобном же закономерном порядке идет воздействие ионов (не только анионов, но и катионов) на объемные] теплоемкостные свойства воды как растворителя. На основании этого им было высказано соображение, по которому влияние лиотропных рядов ионов на все важнейшие свойства гидрофильных дисперсных систем лежит не в воздействии их на вещество дисперсной фазы, а в воздействии на структуру воды—растворителя (в разрыхлении ее одними ионами и в уплотнении другими). [c.185]

    Кислотные свойства воды как растворителя [20, 21] обусловлены образованием гидроксониевого катиона Н3О+ (ситуацию упрощают и говорят об образовании иона водорода). Сольватация протонов в воде не завершается ионом Н3О+. Это более сложный процесс так, обнаружен достаточно устойчивый катион Н904  [c.56]

    Особенности формирования покрытий из водных растворов определяются свойствами воды как растворителя и структурой водных растворов. Вода характеризуется высоким поверхностным натяжением, способностью гидратировать как низкомолекулярные, так и полимерные соединения, сильной гидролизующей способностью, достаточно выраженной амфотерностью и т. д. [7]. В зависимости от сродства воды к пленкообразо-вателю (т. е. в зависимости от гидрофильности пленкообразователя и его молекулярной массы) их взаимодействие приводит к образованию либо мицеллярных растворов, либо лио-фильных дисперсий. В зависимости от этого вода может быть термодинамически хорошим или плохим растворителем. Для снижения поверхностного натяжения и улучщения термодинамического качества растворителя в водную пленкообразующую систему вводят спирты — низкомолекулярные типа изопропилового и высококипящие, такие как целлозольвы. Введение высококипящего спирта обеспечивает неограниченное смещение в процессе пленкообразоваиия, особенно при термоотверждении, и создает такие условия испарения растворителя, при которых сводится к минимуму изменение конформации и взаимного расположения макромолекул пленкообразователя при прохождении раствором всего концентрационного интервала от исходного состояния до пленкообразователя, свободного от растворителя [7, 164]. [c.102]

    Специфические свойства воды как растворителя частично обусловлены влиянием растворенного вещества на структуру растворителя. Выше уже обсуждалась тенденция к образованию айсбергов при введении неполярных веществ в воду, что приводит не только к выделению тепла, но и к большому отрицательному изменению энтропии (раздел А-6). Эти эффекты нередко проявляются в уменьшении растворяющей способности воды с повышением температуры, например при растворении полиметакри-ловой кислоты [131]. Иногда водные растворы полимеров осаждаются при нагревании. Это наблюдалось для сополимеров винилового спирта и ацетатов [132], метилцеллюлозы [133, 134] и других водорастворимых полимеров. Однако растворяющая способность воды не всегда снижается при повып1ении температуры. Например, при исследовании полиакриламида Зильберберг и др. [131] обнаружили, что вода становится термодинамически лучшим растворителем по мере повышения температуры. Во всяком случае следует помнить, что взаимодействие молекул воды с макромолеку-лярным растворенным веществом сильно локализовано на отдельных участках, и поэтому следует ожидать, что параметр взаимодействия между растворителем и растворенным веществом может изменяться в широких пределах в зависимости от состава системы. Приведем наглядный пример найлон имеет чрезвычайно большое сродство к воде при очень малой ее концентрации [135]. Однако растворимость воды в этом полимере довольно ограничена, а растворимость найлона в воде слишком мала, чтобы ее можно было обнаружить. Очевидно, что в таких случаях следует рассматривать отдельно взаимодействие воды с сильно полярными амидными группами и с неполярными участками полимерного растворенного вещества. [c.70]

    Вода является рабочим веществом в паровых машинах и турбинах она служит для поднятия давления в нефтеносных пластах, для передачи работы в гидравлических прессах, размыва грунтов и т. д. Особенно велико значение воды в химической, и родственных ей отраслях промышленности. Здесь нет почти ни одного процесса, который пе требовал бы регулирования температурного режима, подвода или отвода тепла. Достаточно вспомнить роль водяного охлаждения в производстве серной и азотной кислот, аммиака при выплавке чугуна, производстве каменноугольного кокса. В производстве широко используются свойства воды как растворителя, для промывания исходных и промежуточных материалов и продуктов. Например, при получении водорода из геиераторгюго или природного газа громадные количества двуокиси углерода удаляются из газовых смесей путем растворения ее в воде. Для разделения сильвинита его обрабатывают водой. [c.103]

    Распределение гидрофильных и гидрофобных остатков на поверхности белковой молекулы является признаком, определяющим растворимость белка в различных растворителях. Хотя гидрофобные группы стремятся сконцентрироваться внутри белковой молекулы, значительная их часть располагается на поверхности и контактирует с растворителем (рис. 3.1). Гидрофобным группам на поверхности молекул наряду с заряженными и другими полярными группами принадлежит важная роль в определении поведения белков. Основным компонентом растворителей всегда является вода, хотя есть основания предполагать, что, например, интегральные мембранные белки можно было бы выделять, используя неводные растворители. Для изменения растворимости белка можно манипулировать свойствами воды как растворителя, изменяя ионную силу, pH, количество добавляемых, смешивающихся с 50Д0Й, органических растворителей и других инертных веществ или полимеров, а также комбинируя эти изменения с изменениями- температуры. Чаще всего для селективного осаждения белков используют нейтральные соли. Это и будет предметом обсуждения двух следующих разделов. [c.57]

    Участие органического вещества в формировании химического состава подземных вод проявляется а) в образовании различных форм связей с химическими элементами (органокомплексы и элементорганические соединения) б) в микробиологических процессах в) в окис-лительно-восстановительных процессах, протекающих химическим путем г) в изменениях физико-химических свойств воды как растворителя. [c.230]

---

Физические свойства воды — обзор

Алюминий	Естественным образом встречается в некоторых породах и дренажных водах из шахт.	Может выпадать в осадок из воды после обработки, вызывая повышенную мутность или обесцвечивание воды.
Сурьма	Попадает в окружающую среду в результате естественного выветривания, промышленного производства, удаления городских отходов и производства антипиренов, керамики, стекла, батарей, фейерверков и взрывчатых веществ.	Снижает продолжительность жизни, изменяет уровни глюкозы и холестерина в крови у лабораторных животных, подвергшихся воздействию высоких уровней в течение их жизни.
Мышьяк	Попадает в окружающую среду в результате естественных процессов, промышленной деятельности, пестицидов и промышленных отходов, плавки медной, свинцовой и цинковой руды.	Вызывает острую и хроническую токсичность, поражение печени и почек; снижает гемоглобин в крови. Канцероген.
Барий	В природе встречается в некоторых известняках, песчаниках и почвах на востоке США.	Может вызывать различные сердечные, желудочно-кишечные и нервно-мышечные эффекты.Связан с гипертонией и кардиотоксичностью у животных.
Бериллий	Естественно встречается в почвах, грунтовых и поверхностных водах. Часто используется в оборудовании и компонентах электротехнической промышленности, атомной энергетики и космической промышленности. Попадает в окружающую среду в результате горных работ, перерабатывающих предприятий и неправильной утилизации отходов. Обнаруживается в низких концентрациях в горных породах, угле и нефти, проникает в землю и	Вызывает острую и хроническую токсичность; может вызвать повреждение легких и костей.Возможный канцероген.
Кадмий	Обнаружен в низких концентрациях в горных породах, угле и нефти и попадает в грунтовые и поверхностные воды при растворении в кислых водах. Может попадать в окружающую среду из промышленных стоков, отходов горнодобывающей промышленности, металлических покрытий, водопроводных труб, аккумуляторов, красок и пигментов, пластиковых стабилизаторов и сточных вод со свалок.	Биохимически заменяет цинк в организме и вызывает высокое кровяное давление, повреждение печени и почек и анемию. Разрушает ткань яичек и эритроциты.Токсично для водной биоты.
Хлорид	Может быть связан с присутствием натрия в питьевой воде в высоких концентрациях. Часто из-за проникновения соленой воды, растворения минералов, промышленных и бытовых отходов.	Выносит из строя водопроводное, водонагревательное и муниципальное водопроводное оборудование. Выше вторичного максимального уровня загрязнения становится заметным вкус.
Хром	Попадает в окружающую среду в результате стоков старых горных работ и выщелачивания в грунтовые воды, сжигания ископаемого топлива, выбросов цементных заводов, выщелачивания полезных ископаемых и сжигания отходов.Используется в металлизации и в качестве добавки к воде для градирен.	Хром III является важным элементом питания. Хром VI гораздо более токсичен, чем хром III, и в высоких концентрациях вызывает повреждение печени и почек, внутреннее кровотечение, повреждение органов дыхания, дерматит и язвы на коже.
Медь	Попадает в окружающую среду из металлических покрытий, промышленных и бытовых отходов, горнодобывающей промышленности и выщелачивания минералов.	В высоких дозах может вызвать расстройство желудка и кишечника, повреждение печени и почек, анемию.Придает неприятный привкус и значительные пятна на одежде и сантехнике. Незаменимый микроэлемент, но в умеренных количествах токсичен для растений и водорослей.
Цианид	Часто используется в гальванике, обработке стали, пластиках, синтетических тканях и производстве удобрений; также от неправильной утилизации отходов.	Отравление является результатом поражения селезенки, мозга и печени.
Растворенные твердые вещества	Возникают естественным образом, но также попадают в окружающую среду из искусственных источников, таких как фильтрат со свалок, откормочные площадки или сточные воды.Мера растворенных в воде «солей» или минералов. Также может содержать некоторые растворенные органические соединения.	Может повлиять на водонепроницаемость в целом. Может указывать на наличие чрезмерных концентраций определенных веществ, не включенных в Закон о безопасной питьевой воде, что может сделать воду неприемлемой. Высокая концентрация растворенных твердых частиц сокращает срок службы водонагревателей.
Фторид	Встречается в природе или в качестве добавки к городскому водоснабжению; широко используется в промышленности.	Уменьшает частоту разрушения зубов, но высокий уровень может вызвать окрашивание или появление пятен на зубах. Вызывает очень сильное повреждение костей (кальциноз костей и суставов).
Жесткость	Результат растворения ионов металлов в воде; сообщается как концентрация карбоната кальция. Карбонат кальция получают из растворенного известняка или сбросов действующих или заброшенных шахт.	Уменьшает пенообразование мыла и увеличивает образование накипи в водонагревателях и котлах низкого давления на высоких уровнях.
Железо	Встречается в естественных условиях в виде минерала из отложений и горных пород или из горнодобывающих, промышленных отходов и коррозионных металлов.	Придает воде терпкий горький вкус и коричневатый цвет выстиранной одежде и сантехнике.
Свинец	Попадает в окружающую среду из промышленности, горнодобывающей промышленности, водопровода, бензина, угля и в качестве добавки к воде.	Влияет на химию красных кровяных телец; задерживает нормальное физическое и умственное развитие младенцев и детей младшего возраста.Вызывает незначительное нарушение концентрации внимания, слуха и обучения у детей. Может вызвать небольшое повышение артериального давления у некоторых взрослых. Вероятный канцероген.
Марганец	Встречается в естественных условиях в виде минерала из отложений и горных пород или из горнодобывающих и промышленных отходов.	Вызывает эстетический и экономический ущерб и оставляет на белье коричневатые пятна. Влияет на вкус воды, вызывает появление темно-коричневых или черных пятен на сантехнике. Относительно нетоксичен для животных, но токсичен для растений в больших количествах.
Ртуть	Встречается в виде неорганической соли и органических соединений ртути. В окружающую среду попадают промышленные отходы, горнодобывающая промышленность, пестициды, уголь, электрическое оборудование (батареи, лампы, выключатели), плавка и сжигание ископаемого топлива.	Вызывает острую и хроническую токсичность. Нацелен на почки и может вызвать расстройства нервной системы.
Никель	Естественно встречается в почвах, грунтовых и поверхностных водах. Часто используется в гальванике, производстве изделий из нержавеющей стали и сплавов, горнодобывающей промышленности и рафинировании.	Поражает сердце и печень лабораторных животных, подвергаясь воздействию больших количеств в течение их жизни.
Нитраты (в виде азота)	Естественно встречается в месторождениях полезных ископаемых, почвах, морской воде, пресноводных системах, атмосфере и биоте. Более устойчивая форма связанного азота в насыщенной кислородом воде. Встречается на самых высоких уровнях в подземных водах в широко освоенных районах. Попадает в окружающую среду из удобрений, откормочных площадок и сточных вод.	Токсичность возникает в результате естественного разложения нитратов в организме до нитритов.Вызывает «болезнь синего ребенка» или метгемоглобинемию, которая угрожает способности крови переносить кислород.
Нитрит (комбинированный нитрат / нитрит)	Попадает в окружающую среду из удобрений, сточных вод и отходов жизнедеятельности человека или сельскохозяйственных животных.	Токсичность возникает в результате естественного разложения нитратов в организме до нитритов. Вызывает «болезнь голубого ребенка» или метгемоглобинемию, которая угрожает способности крови переносить кислород.
Селен	Попадает в окружающую среду из природных геологических источников, серы и угля.	Вызывает острые и хронические токсические эффекты у животных — «слепые шатания» у крупного рогатого скота. Важный с точки зрения питания элемент в низких дозах, но токсичный в высоких дозах.
Серебро	Попадает в окружающую среду при добыче и переработке руды, производстве продукции и утилизации. Часто используется в фотографии, электрическом и электронном оборудовании, производстве чистых и гальванических покрытий, сплавах и припоях. Из-за большой экономической ценности серебра для минимизации потерь обычно используются методы извлечения.	Может вызывать аргирию, сине-серое окрашивание кожи, слизистых оболочек, глаз и органов у людей и животных при хроническом воздействии.
Натрий	Получено геологически в результате выщелачивания поверхностных и подземных отложений солей и разложения различных минералов. Человеческая деятельность способствует защите от обледенения и моющих средств.	Может быть фактором риска для здоровья людей, соблюдающих диету с низким содержанием натрия.
Сульфат	Повышенные концентрации могут быть результатом проникновения соленой воды, растворения минералов и бытовых или промышленных отходов.	Образует твердую накипь на котлах и теплообменниках; может изменить вкус воды, а в больших дозах оказывает слабительное действие.
Таллий	Попадает в окружающую среду из почв; используется в электронике, фармацевтике, производстве стекла и сплавов.	Повреждает почки, печень, мозг и кишечник лабораторных животных при введении в высоких дозах в течение их жизни.
Цинк	Встречается в природе в воде, чаще всего в районах его добычи.Попадает в окружающую среду из промышленных отходов, металлических покрытий и водопровода, а также является основным компонентом ила.	Помогает при заживлении ран. Не вызывает вредных воздействий на здоровье, за исключением очень высоких доз. Придает воде нежелательный привкус. Токсично для растений при высоком уровне.

Структура и свойства воды

Цель обучения

• Опишите структуру и свойства воды.

---

Ключевые моменты

• Вода — это жидкость при стандартной температуре и давлении (25 градусов Цельсия и 1 атм для жидкостей).
• Вода без вкуса и запаха.
• Вода прозрачна в видимой части электромагнитного спектра.
• Вода может действовать как кислота или основание.
• Вода — универсальный растворитель, растворяющий многие вещества, встречающиеся в природе.

---

Условия

• фазовая диаграмма График, показывающий фазу, которую имеет образец вещества при различных условиях температуры и давления.
• равновесие Состояние реакции, в котором скорости прямой и обратной реакций равны.
• диполь: Любая молекула или радикал, имеющий делокализованный положительный и отрицательный заряды.
• амфотерная молекула, которая может действовать как кислота или основание в зависимости от своего химического окружения. Например, вода (H ₂ O) амфотерная.

---

Свойства воды

Вода — это самый распространенный компонент на поверхности Земли. В природе вода существует в жидком, твердом и газообразном состояниях. Он находится в динамическом равновесии между жидкостью и газом при 0 градусах Цельсия и давлении 1 атм.При комнатной температуре (примерно 25 градусов Цельсия) это жидкость без вкуса, запаха и цвета. Многие вещества растворяются в воде, и его обычно называют универсальным растворителем.

Свойства воды Таблица некоторых химических и физических свойств воды.

Фазы воды

Как и многие другие вещества, вода может принимать различные формы. Его жидкая фаза, самая распространенная фаза воды на Земле, обычно обозначается словом «вода».”

Твердая фаза (лед)

Твердая фаза воды, известная как лед, обычно имеет структуру твердых амальгамированных кристаллов, таких как кубики льда, или рыхлых гранулированных кристаллов, таких как снег. В отличие от большинства других веществ, твердая форма воды (лед) на меньше, чем ее жидкая форма, на плотностей в результате природы ее гексагональной упаковки внутри ее кристаллической структуры. Эта решетка содержит больше места, чем когда молекулы находятся в жидком состоянии.

Гексагональная структура льда В качестве природного кристаллического неорганического твердого вещества с упорядоченной структурой лед считается минералом. Он обладает регулярной кристаллической структурой, основанной на молекулярной структуре воды, которая состоит из одного атома кислорода, ковалентно связанного с двумя атомами водорода: H-O-H.

Тот факт, что плотность льда меньше плотности жидкой воды, имеет важное последствие — лед плавает.

Плотность льда и воды как функция температуры Твердая форма большинства веществ более плотная, чем жидкая фаза; следовательно, блок данного твердого вещества обычно тонет в соответствующей жидкости.Однако ледяная глыба плавает в жидкой воде, потому что лед менее плотен, чем жидкая вода. На вставке более подробно показана кривая в диапазоне 0-10 градусов Цельсия. Жидкая вода наиболее плотная при 4 градусах Цельсия.

Жидкая фаза (вода)

Вода в основном является жидкостью при стандартных условиях (25 градусов Цельсия и давление 1 атм). Эту характеристику нельзя было предсказать по ее взаимосвязи с другими газообразными гидридами семейства кислорода в периодической таблице, такими как сероводород.Элементы, окружающие кислород в периодической таблице, — азот, фтор, фосфор, сера и хлор — все соединяются с водородом с образованием газов в стандартных условиях. Вода образует жидкость вместо газа, потому что кислород более электроотрицателен, чем окружающие элементы, за исключением фтора. Кислород притягивает электроны намного сильнее, чем водород, что приводит к частичному положительному заряду на атомах водорода и частичному отрицательному заряду на атоме кислорода. Наличие такого заряда на каждом из этих атомов дает молекуле воды чистый дипольный момент.

Электрическое притяжение между молекулами воды, вызванное этим диполем, сближает отдельные молекулы, затрудняя разделение молекул и, следовательно, повышая температуру кипения. Этот тип притяжения известен как водородная связь. Молекулы воды постоянно движутся относительно друг друга, а водородные связи непрерывно разрываются и реформируются с интервалами короче 200 фемтосекунд (200 x 10 ^-15 секунд). — (aq) [/ латекс]

Газовая фаза (водяной пар)

Газообразная фаза воды известна как водяной пар (или пар) и характеризуется прозрачным облаком.Вода также существует в редком четвертом состоянии, называемом сверхкритической жидкостью, которое встречается только в крайне непригодных для жизни условиях. Когда вода достигает определенной критической температуры и определенного критического давления (647 K и 22,064 МПа), жидкая и газовая фазы сливаются в одну гомогенную жидкую фазу, которая имеет общие свойства как газа, так и жидкости.

Фазовая диаграмма воды

Вода замерзает, образуя лед, лед тает, образуя жидкую воду, и вода и лед могут переходить в парообразное состояние.Фазовые диаграммы помогают описать, как вода меняет состояние в зависимости от давления и температуры.

Фазовая диаграмма воды Три фазы воды — жидкая, твердая и паровая — показаны в пространстве температура-давление.

Обратите внимание на следующие ключевые точки на фазовой диаграмме:

• Критическая точка (КТ), выше которой существуют только сверхкритические жидкости.
• Тройная точка (TP), четко определенная координата в месте пересечения кривых, в которой три состояния вещества (твердое, жидкое, газовое) находятся в равновесии друг с другом.
• Четко определенные границы между твердым телом и жидкостью, твердым телом и газом, жидкостью и газом. Во время фазового перехода между двумя фазами (то есть вдоль этих границ) фазы находятся в равновесии друг с другом.

Полярность воды

Полярная природа воды — особенно важная особенность, которая способствует уникальности этого вещества. Молекула воды образует угол с атомом кислорода на вершине и атомами водорода на концах. Поскольку кислород имеет более высокую электроотрицательность, чем водород, сторона молекулы с атомом кислорода имеет частичный отрицательный заряд.Объект с такой разностью зарядов называется диполем (что означает «два полюса»). Кислородный конец частично отрицательный, а водородный частично положительный; из-за этого направление дипольного момента указывает от кислорода к центральному положению между двумя атомами водорода. Эта разница зарядов заставляет молекулы воды притягиваться друг к другу (относительно положительные области притягиваются к относительно отрицательным областям), а также к другим полярным молекулам. Это притяжение способствует образованию водородных связей и объясняет многие свойства воды (включая ее способность действовать как растворитель для многих веществ).

Полярность молекулы воды Из-за разницы в электроотрицательности между атомами водорода (H) и кислорода (O) и изогнутой формы молекулы H ₂ O существует суммарный дипольный момент. Цифра указывает частичные заряды, которыми обладают атомы.

Молекула воды может образовывать максимум четыре водородные связи, принимая два атома водорода и отдавая два атома водорода. Хотя водородная связь является относительно слабым притяжением по сравнению с ковалентными связями внутри самой молекулы воды (внутримолекулярные связи), она отвечает за ряд физических свойств воды.Одно из таких свойств — относительно высокие температуры плавления и кипения; требуется больше энергии, чтобы разорвать водородные связи между молекулами, чтобы перейти в фазу с более высокой энергией.

Показать источники

Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета. Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

Свойства воды

---

УЗНАТЬ О СВОЙСТВАХ ВОДЫ

Структура молекулы воды создает слабое притяжение между кислородным концом. одной молекулы и водородные концы других молекул воды.Хотя эти «Полярные» связи относительно слабы и постоянно рвутся и реформируются, их существование приводит к многим особым свойствам воды по сравнению с другими веществами на земле. Эти свойства воды во многом определяют жизнь на Земле.

Ниже приведены природные свойства воды, на которые может существенно повлиять человек. деятельность: химическая, физическая и биологическая.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Природные воды всегда содержат растворенные соли, микроэлементы, некоторые металлы и газы. На самом деле в воде растворяется так много веществ, что это иногда (ошибочно) называют как «Универсальный растворитель». Хотя большинство этих веществ важны для здоровья водные экосистемы, по мере увеличения концентраций, они могут иметь негативные последствия и мы думаем о них как о загрязнителях.

---

---

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

---

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Растения

Водные растения — фотосинтезирующие организмы, приспособленные к жизни в воде.Наземные растения в основном «сосудистые» растения, имеющие корни, которые впитывают и переносят воду и питательные вещества. к листьям, где происходит фотосинтез. Многие водные растения имеют более простую структуру. Этим «макрофитам» не нужно транспортировать воду, поскольку они живут в воде, и они обычно могут получать питательные вещества прямо из воды. Тип и форма, которые водные растения принимают в зависимости от глубины воды и от того, течет ли вода (реки и ручей) или неподвижные (озера, пруды или водно-болотные угодья).)

Бактерии

С точки зрения качества воды нас больше всего беспокоит роль бактерий в развитии болезней.Бактерии и родственные одноклеточные организмы все более широко признаются за их важность в разложении органических материалов, переработке минералы и питательные вещества, а в некоторых случаях преобразование углекислого газа в новый растительный материал.

---

ДРУГИЕ УДАРЫ

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

5 уникальных свойств воды

Вода — один из важнейших источников жизни для нас, и она не только полезна для здоровья, но и является уникальным веществом с некоторыми интересными свойствами.

• Когда вода начинает испаряться с поверхности, она создает охлаждающий эффект.
• Более низкая плотность льда позволяет замораживать только вершины озер.
• Вода является чрезвычайно сильнодействующим растворителем из-за ее высокой полярности.

Вообразить жизнь без воды буквально невозможно.Это один из важнейших источников жизни для нас, и он не только полезен для здоровья, но и является уникальным веществом с некоторыми интересными свойствами. В этой статье мы рассмотрим их и попытаемся показать вам более интересную сторону этого вещества, которое мы в большинстве случаев считаем само собой разумеющимся.

Пять основных свойств, которые будут обсуждаться в этой статье, — это его притяжение к полярным молекулам, его высокая удельная теплоемкость, высокая теплота испарения, более низкая плотность льда и его высокая полярность.Итак, приступим!

5. Притяжение к другим полярным молекулам

Свойство когезии позволяет жидкой воде не иметь натяжения на поверхности.

Сплоченность — это то, что мы называем способностью воды притягивать другие молекулы воды. Это одно из самых важных его свойств. Вода имеет высокую полярность, и это дает ей способность притягиваться к другим молекулам воды. Эти молекулы удерживаются вместе водородными связями в воде.

Свойство сцепления позволяет некоторым насекомым ходить по воде.Кроме того, благодаря когезии вода может оставаться жидкой при умеренных температурах и не превращаться в газ. Также существует способность воды связываться с молекулами различных веществ. Это называется адгезией. Благодаря этому свойству вода может быть адгезивной к любой другой молекуле, с которой она может образовывать водородную связь.

4.Высокая удельная теплоемкость

Вода может оставаться жидкой благодаря двум своим свойствам: высокой удельной теплоемкости и высокой теплоте испарения. Подробнее о последнем в следующем абзаце, но здесь мы сосредоточимся на первом. Высокая удельная теплоемкость означает количество энергии, которое поглощается или теряется одним граммом определенного вещества для изменения температуры на 1 градус Цельсия.

Поскольку молекулы воды образуют водородные связи друг с другом, для разрыва этих связей требуется много энергии.Нарушая их, мы позволяем молекулам свободно перемещаться, и они имеют более высокую температуру. Более простой способ описать это — сказать, что когда вокруг плавает множество отдельных молекул воды, создается большее трение, которое создает больше тепла и более высоких температур. Водородные связи поглощают это тепло. Вот почему вода нагревается дольше и дольше сохраняет свою температуру.

3.Высокая теплота испарения

Когда вода начинает испаряться с поверхности, создается эффект охлаждения.

Это еще одно уникальное свойство, позволяющее воде поддерживать свою температуру. Высокая теплота испарения относится к количеству тепловой энергии, которая нам нужна, чтобы превратить один грамм воды в газ. Для разрыва водородных связей между молекулами воды требуется много энергии.

Когда вода начинает испаряться с поверхности, создается эффект охлаждения.Это похоже на человеческое потоотделение. Когда нам становится жарко, химические связи в наших телах начинают разрушаться, и мы начинаем потеть в качестве охлаждающего эффекта для наших тел. Это то же самое, что испарение воды и охлаждение ею поверхности.

2.Нижняя плотность льда

Причина, по которой айсберги плавают на поверхности моря, заключается в их более низкой плотности.

Водородные связи между молекулами воды начинают превращаться в кристаллы льда при более высоких температурах. Как только они достигают этого состояния, эти связи становятся еще более стабильными и сохраняют форму льда, пока температура не меняется. Лед — это плотная форма воды, и его плотность ниже, чем у воды.Причина этого заключается в том, что водородные связи становятся более разнесенными в форме льда. Они дальше друг от друга, чем в жидкой форме.

Причина, по которой айсберги плавают на поверхности моря, заключается в их более низкой плотности.Кроме того, он позволяет замораживать только вершины озер, о чем не многие знают. Хотя большинству людей известно, что айсберги плавают из-за более низкой плотности, не многие знают, почему замерзают только верхушки озер.

1.Высокая полярность

Отличным примером высокой полярности воды может служить тот факт, что соль растворяется в воде.

Вода — полярная молекула, что означает, что она может притягивать другие полярные молекулы. Уровень полярности в воде необычайно высок. Он может образовывать водородные связи с другими элементами. Это делает воду чрезвычайно сильным растворителем. Молекулы, которые больше всего притягивают молекулы воды, — это те, которые имеют полный заряд, например, ион.

Отличным примером высокой полярности воды может служить тот факт, что соль растворяется в воде.Молекулы соли окружаются молекулами воды, и это отделяет натрий от хлорида. Вода образует вокруг этих ионов специальные гидратные оболочки.

Антония Чирьяк 11 мая 2020 in Наука

1. Дом
2. Наука
3. 5 уникальных свойств воды

Физические и химические свойства воды

Эксперты

Element оценивают физические и химические свойства качества воды, чтобы помочь консультантам по экологическим вопросам убедиться, что вода соответствует нормативным требованиям и безопасна для людей и окружающей среды.

Физические характеристики воды зависят от температуры, цвета, вкуса и запаха пробы воды. Химические свойства воды включают такие параметры, как pH и растворенный кислород. Мониторинг этих характеристик помогает определить, соответствует ли вода государственным постановлениям и является ли она безопасной для потребления человеком и окружающей среды.

Физические характеристики качества воды

Очень важно контролировать физические аспекты качества воды, чтобы определить, загрязнена ли вода или нет.Физические характеристики можно определить по:

• Цвет — чистая вода бесцветна; цветная вода может указывать на загрязнение. Цвет также может отображать органические вещества. Максимально допустимый уровень цвета питьевой воды — 15 TCU (единица истинного цвета).
• Мутность — чистая вода прозрачная и не поглощает свет. Если в воде появляется помутнение, это может указывать на загрязнение воды.
• Вкус и запах — чистая вода всегда без вкуса и запаха. Если присутствует какой-либо вкус и запах, это может указывать на загрязнение воды.
• Температура — температура не используется напрямую для оценки пригодности воды для питья. Однако в естественных водных системах, таких как озера и реки, температура является важным физическим фактором, определяющим качество воды.
• Твердые вещества — Если вода фильтруется для удаления взвешенных твердых частиц, оставшееся твердое вещество в воде указывает на общее количество растворенных твердых веществ. Если содержание растворенных твердых веществ в воде превышает 300 мг / л, это отрицательно сказывается на живых организмах, а также на промышленных продуктах.

Химические свойства воды

Химические свойства воды включают оценку таких параметров, как pH и растворенный кислород:

• pH — pH воды измеряется в диапазоне от 0 до 14, чтобы определить, насколько она кислая или щелочная. Измерение проводится по логарифмической шкале.
• Растворенный кислород — это уровень свободного, несоставного кислорода, присутствующего в воде или других жидкостях. Это важный параметр при оценке качества воды из-за его влияния на организмы, живущие в водоеме.

Услуги экспертов по испытанию и анализу воды

Привлеченные эксперты

Element могут оценить как физические, так и химические свойства качества воды, чтобы определить, является ли вода безопасной и пригодной для использования.

В море нормативных требований эксперты Element готовы помочь вам пройти путь к соблюдению нормативных требований, а также обсудить и разработать индивидуальные программы мониторинга и анализа воды, которые точно соответствуют вашим потребностям. Мы активно помогаем со сбором и анализом данных, отбираем пробы и предоставляем экологическую отчетность.

Наши ученые обладают опытом в различных аналитических лабораторных услугах. Они умеют применять передовые технологии для получения точных и надежных результатов, которые помогут вам соблюдать все соответствующие нормативные требования для вашей отрасли.

Чтобы узнать больше о наших услугах по анализу воды или поговорить с одним из наших экспертов, свяжитесь с нами сегодня.

Физико-химические свойства воды

Резюме

Эксперименты с водой как компонентом суспензий, растворов и теплопроводностью, способствующие употреблению пищи, а также здоровью и благополучию людей.

Фон для учителей

Химически вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Благодаря молекулярной структуре атомов кислорода и водорода они способны ковалентно делить две пары выборов.

Два атома водорода соединены с кислородом под углом 105 градусов, что делает один конец молекулы воды немного более отрицательно или положительно заряженным, чем другой.Это важное свойство воды, которое заставляет ее притягивать другие вещества, несущие положительный или отрицательный заряд. Притяжение эффективно как с другими молекулами воды, так и с другими веществами.

Это притяжение между отрицательным полюсом одной молекулы воды и положительным полюсом другой молекулы обусловлено связью, называемой СВЯЗЬЮ ВОДОРОДА. (См. Прозрачность над головой.)

Этот тип связи не такой прочный, как КОВАЛЕНТНАЯ СВЯЗЬ, которая удерживает кислород на связи с водородом внутри одной молекулы воды.

Водородные (H) связи, образованные между положительным и отрицательным полюсами молекул воды, вызывают поверхностное натяжение и увеличивают связи, которые должны быть разорваны, прежде чем вода сможет выйти в виде пара при кипении.

НАПРЯЖЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ — Водородные связи на поверхности не так окружены, как в середине стакана с водой. Таким образом, молекулы втягиваются в середину, и на поверхности образуется округлый, похожий на кожу эффект. Взаимосвязь между водородными связями (полярностью) и поверхностным натяжением иллюстрируется прозрачностью ПОВЕРХНОСТНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ в разделе Ресурсы.Явление капель дождя, падающих на лист или окрашенную поверхность, также иллюстрирует поверхностное натяжение. Эта характеристика воды позволяет образовывать эмульсии и пены при приготовлении пищи.

ВЫСОКАЯ ТОЧКА КИПЕНИЯ И ЗАМЕРЗАНИЯ — Вода имеет высокую температуру замерзания и кипения, потому что молекулы должны разорвать водородную связь и атмосферное давление, прежде чем они смогут перейти из жидкого состояния в лед или пар.

Материя состоит из маленьких частиц, называемых атомами, ионами и молекулами.Эти частицы находятся в постоянном движении, поэтому материя обладает своего рода энергией, называемой кинетической. Другими словами, средняя кинетическая энергия группы частиц определяет температуру группы. Если к объекту добавляется тепло, кинетическая энергия его частиц увеличивается. Чем больше средняя кинетическая энергия, тем выше температура материала.

Предполагаемые результаты обучения

Уникальные физические и химические характеристики воды позволяют ей функционировать так, как это важно для человека и других жизненных процессов.

Инструкционные процедуры

См. Приложения ниже:

Студенты примут участие в ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКЕ, чтобы получить доступ к своим знаниям о воде, экспериментируя с поверхностным натяжением, когезией / адгезией и температурными свойствами воды.
Пока учитель обсуждает СВОЙСТВА ВОДЫ, ученики заполняют рабочий лист.
Чтобы помочь учащимся понять свойства воды с газами, например, смеси углекислого газа, учитель рассмотрит информацию о ПРИГОТОВЛЕНИИ НАПИТКОВ НА ГАЗЕ. (См. Накладную прозрачность SODA POP).

Учащиеся проведут эксперимент, чтобы определить количество углекислого газа в бутылке газированного напитка, используя указания, данные в разделе ДИОКСИД УГЛЕРОДА В ГЛАДКИХ НАПИТКАХ. Они запишут свои наблюдения в рабочий лист ДИОКСИД УГЛЕРОДА В БЕЗЛАВНЫХ НАПИТКАХ.
Учитель проведет простую демонстрацию, показывающую, ЧТО ПРОИСХОДИТ ПРИ НАГРЕВАНИИ ВОДЫ? Студенты могут выполнять это задание в качестве эксперимента, однако учитель должен знать, что здесь есть некоторая опасность. Существует вероятность того, что колба взорвется, поэтому будьте осторожны и поместите защитный экран между колбой и учениками. Обязательно наденьте защитные очки и перчатки. Соблюдайте все меры предосторожности при использовании кипятка.
Учащиеся приготовят газ из жидкого раствора по выбранным рецептам.Учитель и ученики согласовывают используемые рецепты. Эти рецепты могут включать любой фруктовый напиток, в котором газированный раствор, такой как Sprite, 7-UP, имбирный эль, газированная вода, вода или другие подобные растворы, помогают усилить эффект. Этот напиток можно подавать отдельно или с каким-либо освежающим напитком, или в сочетании с другими напитками в качестве напитка. Студенты примут участие в экспериментах, которые покажут ПОЛЯРНОСТЬ ВОДЫ и ПОВЕРХНОСТНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ воды.
Учитель обсудит явление осмоса, используя прозрачность OSMOSIS.Чтобы проиллюстрировать осмос, учитель выполнит три ДЕМОНСТРАЦИИ ОСМОСА.
Учитель или ученики будут использовать сковороду для приготовления овощного рагу из говядины в качестве иллюстрации ДАВЛЕНИЯ И ТОЧКИ КИПЕНИЯ ВОДЫ, используемой при приготовлении пищи.
Студенты будут выполнять ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА ЖЕСТКОЙ И МЯГКОЙ ВОДЕ, которые выявят физические и химические свойства жесткой и мягкой воды.
Студенты выполнят СУММАТИВНУЮ ОЦЕНКУ СВОЙСТВА ВОДЫ.