Значения и свойства воды: Вода и ее свойства физические и химические. Структура воды :: SYL.ru – Уникальные свойства воды: кратко. Интересно и познавательно

Вода и ее свойства физические и химические. Структура воды :: SYL.ru

Самое важное, уникальное по свойствам и составу вещество нашей планеты — это, конечно, вода. Ведь именно благодаря ей на Земле жизнь есть, в то время как на других известных сегодня объектах Солнечной системы ее нет. Твердая, жидкая, в виде пара — она нужна и важна любая. Вода и ее свойства составляют предмет изучения целой научной дисциплины — гидрологии.

Количество воды на планете

Если рассматривать показатель количества данного оксида во всех агрегатных состояниях, то его на планете около 75% от общей массы. При этом следует учитывать связанную воду в органических соединениях, живых существах, минералах и прочих элементах.

Если учитывать только жидкое и твердое состояние воды, показатель падет до 70,8%. Рассмотрим, как распределяются эти проценты, где содержится рассматриваемое вещество.

1. Соленой воды в океанах и морях, солончаковых озерах на Земле 360 млн км².
2. Пресная вода распределена неравномерно: ее в ледниках Гренландии, Арктики, Антарктиды заковано во льды 16,3 млн км².
3. В пресных реках, болотах и озерах сосредоточено 5,3 млн км² оксида водорода.
4. Подземные воды составляют 100 млн м³.

Именно поэтому космонавтам из далекого космического пространства видно Землю в форме шара голубого цвета с редкими вкраплениями суши. Вода и ее свойства, знание особенностей строения являются важными элементами науки. К тому же, в последнее время человечество начинает испытывать явную нехватку пресной воды. Может быть, такие знания помогут в решении данной проблемы.

Состав воды и строение молекулы

Если рассмотреть эти показатели, то сразу станут понятны и свойства, которые проявляет это удивительное вещество. Так, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, поэтому имеет эмпирическую формулу Н₂О. Кроме того, при построении самой молекулы большую роль играют электроны обоих элементов. Посмотрим, что собой представляют структура воды и ее свойства.

Очевидно, что каждая молекула ориентирована вокруг другой, и все вместе они формируют общую кристаллическую решетку. Интересно то, что оксид построен в форме тетраэдра — атом кислорода в центре, а две пары электронов его и два атома водорода вокруг асимметрично. Если провести через центры ядер атомов линии и соединить их, то получится именно тетраэдрическая геометрическая форма.

Угол между центром атома кислорода и ядрами водородов составляет 104,5 ⁰С. Длина связи О-Н = 0,0957 нм. Наличие электронных пар кислорода, а также его большее в сравнении с водородами сродство к электрону обеспечивают формирование в молекуле отрицательно заряженного поля. В противовес ему ядра водородов образуют положительно заряженную часть соединения. Таким образом, выходит, что молекула воды — диполь. Это определяет то, какой может быть вода, и ее физические свойства также зависят от строения молекулы. Для живых существ эти особенности играют жизненно важную роль.

Основные физические свойства

К таковым принято относить кристаллическую решетку, температуры кипения и плавления, особенные индивидуальные характеристики. Все их и рассмотрим.

1. Строение кристаллической решетки оксида водорода зависит от агрегатного состояния. Оно может быть твердым — лед, жидким — основная вода при обычных условиях, газообразным — пар при повышении температуры воды свыше 100 ⁰С. Красивые узорные кристаллы формирует лед. Решетка в целом рыхлая, но соединение очень прочное, плотность низкая. Видеть ее можно на примере снежинок или морозных узоров на стеклах. У обычной воды решетка не имеет постоянной формы, она изменяется и переходит из одного состояния в другое.
2. Молекула воды в космическом пространстве имеет правильную форму шара. Однако под действием земной силы тяжести она искажается и в жидком состоянии принимает форму сосуда.
3. То, что по структуре оксид водорода — диполь, обуславливает следующие свойства: высокая теплопроводность и теплоемкость, которая прослеживается в быстром нагревании и долгом остывании вещества, способность ориентировать вокруг себя как ионы, так и отдельные электроны, соединения. Это делает воду универсальным растворителем (как полярным, так и нейтральным).
4. Состав воды и строение молекулы объясняют способность этого соединения образовывать множественные водородные связи, в том числе с другими соединениями, имеющими неподеленные электронные пары (аммиак, спирт и прочие).
5. Температура кипения жидкой воды — 100⁰С, кристаллизация наступает при +4⁰С. Ниже этого показателя — лед. Если же увеличивать давление, то температура кипения воды резко возрастет. Так, при высоких атмосферах в ней можно растопить свинец, но она при этом даже не закипит (свыше 300⁰С).
6. Свойства воды весьма значимы для живых существ. Например, одно из самых важных — поверхностное натяжение. Это формирование тончайшей защитной пленки на поверхности оксида водорода. Речь идет о воде в жидком состоянии. Эту пленку разорвать механическим воздействием очень сложно. Учеными установлено, что понадобится сила, равная весу в 100 тонн. Как ее заметить? Пленка очевидна, когда вода капает из крана медленно. Видно, что она словно в какой-то оболочке, которая растягивается до определенного предела и веса и отрывается в виде круглой капельки, слегка искаженной силой тяжести. Благодаря поверхностному натяжению многие предметы могут находиться на поверхности воды. Насекомые, имеющие особые приспособления, могут свободно передвигаться по ней.
7. Вода и ее свойства аномальны и уникальны. По органолептическим показателям данное соединение — бесцветная жидкость без вкуса и запаха. То, что мы называем вкусом воды, — это растворенные в ней минералы и другие компоненты.
8. Электропроводность оксида водорода в жидком состоянии зависит от того, сколько и каких солей в нем растворены. Дистиллированная вода, не содержащая никаких примесей, электрический ток не проводит.

Лед — это особое состояние воды. В структуре этого ее состояния молекулы связаны друг с другом водородными связями и формируют красивую кристаллическую решетку. Но она достаточно неустойчива и легко может расколоться, растаять, то есть деформироваться. Между молекулами сохраняется множество пустот, размеры которых превышают размеры самих частиц. Благодаря этому плотность льда меньше, чем жидкого оксида водорода.

Это имеет большое значение для рек, озер и прочих пресных водоемов. Ведь в зимний период вода в них не замерзает полностью, а лишь покрывается плотной коркой более легкого льда, всплывающего наверх. Если бы данное свойство не было характерно для твердого состояния оксида водорода, то водоемы промерзали бы насквозь. Жизнь под водой была бы невозможна.

Кроме того, твердое состояние воды имеет большое значение как источник огромного количества питьевых пресных запасов. Это ледники.

Особенным свойством воды можно назвать явление тройной точки. Это такое состояние, при котором лед, пар и жидкость могут существовать одновременно. Для этого требуются такие условия, как:

• высокое давление — 610 Па;
• температура 0,01⁰С.

Показатель прозрачности воды варьируется в зависимости от посторонних примесей. Жидкость может быть полностью прозрачной, опалесцентной, мутной. Поглощаются волны желтого и красного цветов, глубоко проникают лучи фиолетовые.

Химические свойства

Вода и ее свойства — важный инструмент в понимании многих процессов жизнедеятельности. Поэтому они изучены очень хорошо. Так, гидрохимию интересуют вода и ее химические свойства. Среди них можно назвать следующие:

1. Жесткость. Это такое свойство, которое объясняется наличием солей кальция и магния, их ионов в растворе. Подразделяется на постоянную (соли названных металлов: хлоридов, сульфатов, сульфитов, нитратов), временную (гидрокарбонаты), которая устраняется кипячением. В России воду перед использованием смягчают химическим путем для лучшего качества.
2. Минерализация. Свойство, основанное на дипольном моменте оксида водорода. Благодаря его наличию молекулы способны присоединять к себе множество других веществ, ионов и удерживать их. Так формируются ассоциаты, клатраты и прочие объединения.
3. Окислительно-восстановительные свойства. Как универсальный растворитель, катализатор, ассоциат, вода способна взаимодействовать с множеством простых и сложных соединений. С одними она выступает в роли окислителя, с другими — наоборот. Как восстановитель реагирует с галогенами, солями, некоторыми менее активными металлами, с многими органическими веществами. Последние превращения изучает органическая химия. Вода и ее свойства, в частности, химические, показывают, насколько она универсальна и уникальна. Как окислитель она вступает в реакции с активными металлами, некоторыми бинарными солями, многими органическими соединениями, углеродом, метаном. Вообще химические реакции с участием данного вещества нуждаются в подборе определенных условий. Именно от них и будет зависеть исход реакции.
4. Биохимические свойства. Вода является неотъемлемой частью всех биохимических процессов организма, являясь растворителем, катализатором и средой.
5. Взаимодействие с газами с образованием клатратов. Обычная жидкая вода может поглощать даже неактивные химически газы и располагать их внутри полостей между молекулами внутренней структуры. Такие соединения принято называть клатратами.
6. Со многими металлами оксид водорода формирует кристаллогидраты, в которые он включен в неизменном виде. Например, медный купорос (CuSO₄*5H₂O), а также обычные гидраты (NaOH*H₂O и другие).
7. Для воды характерны реакции соединения, при которых происходит образование новых классов веществ (кислот, щелочей, оснований). Они не являются окислительно-восстановительными.
8. Электролиз. Под действием электрического тока молекула разлагается на составные газы — водород и кислород. Один из способов получения их в лаборатории и промышленности.

С точки зрения теории Льюиса вода — это слабая кислота и слабое основание одновременно (амфолит). То есть можно сказать о некоей амфотерности в химических свойствах.

Вода и ее полезные свойства для живых существ

Сложно переоценить то значение, которое имеет оксид водорода для всего живого. Ведь вода и есть сам источник жизни. Известно, что без нее человек не смог бы прожить и недели. Вода, ее свойства и значение просто колоссальны.

1. Это универсальный, то есть способный растворять и органические, и неорганические соединения, растворитель, действующий в живых системах. Именно поэтому вода — источник и среда для протекания всех каталитических биохимических преобразований, с формированием сложных жизненно важных комплексных соединений.
2. Способность образовывать водородные связи делает данное вещество универсальным в выдерживании температур без изменения агрегатного состояния. Если бы это было не так, то при малейшем снижении градусов она превращалась бы в лед внутри живых существ, вызывая гибель клеток.
3. Для человека вода — источник всех основных бытовых благ и нужд: приготовление пищи, стирка, уборка, принятие ванны, купание и плавание и прочее.
4. Промышленные заводы (химические, текстильные, машиностроительные, пищевые, нефтеперерабатывающие и другие) не сумели бы осуществлять свою работу без участия оксида водорода.
5. Издревле считалось, что вода — это источник здоровья. Она применялась и применяется сегодня как лечебное вещество.
6. Растения используют ее как основной источник питания, за счет чего они продуцируют кислород — газ, благодаря которому существует жизнь на нашей планете.

Можно назвать еще десятки причин того, почему вода — это самое широко распространенное, важное и необходимое вещество для всех живых и искусственно созданных человеком объектов. Мы привели только самые очевидные, главные.

Гидрологический цикл воды

Иными словами, это ее круговорот в природе. Очень важный процесс, позволяющий постоянно пополнять исчезающие запасы воды. Как он происходит?

Основных участников трое: подземные (или грунтовые) воды, поверхностные воды и Мировой океан. Важна также и атмосфера, конденсирующая и выдающая осадки. Также активными участниками процесса являются растения (в основном деревья), способные поглощать огромное количество воды в сутки.

Итак, процесс происходит следующим образом. Грунтовые воды заполняют подземные капилляры и стекаются к поверхности и Мировому океану. Затем поверхностные воды поглощаются растениями и транспирируются в окружающую среду. Также происходит испарение с огромных площадей океанов, морей, рек, озер и прочих водоемов. Попав в атмосферу, вода что делает? Конденсируется и проливается обратно в виде осадков (дождь, снег, град).

Если бы не происходили эти процессы, то запасы воды, особенно пресной, давно бы уже закончились. Именно поэтому охране и нормальному гидрологическому циклу уделяется людьми большое внимание.

Понятие о тяжелой воде

В природе оксид водорода существует в виде смеси изотопологов. Это связано с тем, что водород формирует три вида изотопа: протий ¹Н, дейтерий ²Н, тритий ³Н. Кислород, в свою очередь, также не отстает и образует три устойчивые формы: ¹⁶О, ¹⁷О, ¹⁸О. Именно благодаря этому существует не просто обычная протиевая вода состава Н₂О (¹Н и ¹⁶О), но еще и дейтериевая, и тритиевая.

При этом устойчива по структуре и форме именно дейтериевая (²Н), которая включается в состав практически всех природных вод, но в малом количестве. Именно ее называют тяжелой. Она несколько отличается от обычной или легкой по всем показателям.

Тяжелая вода и ее свойства характеризуются несколькими пунктами.

1. Кристаллизуется при температуре 3,82 ⁰С.
2. Кипение наблюдается при 101,42 ⁰С.
3. Плотность составляет 1,1059 г/см³.
4. Как растворитель в несколько раз хуже легкой воды.
5. Имеет химическую формулу D₂O.

При проведении опытов, показывающих влияние подобной воды на живые системы, было установлено, что жить в ней способны лишь некоторые виды бактерий. Для приспособления и акклиматизации колониям потребовалось время. Но, приспособившись, они полностью восстановили все жизненно важные функции (размножение, питание). Кроме того, стали очень устойчивы к воздействию радиоактивного излучения. Опыты на лягушках и рыбах положительного результата не дали.

Современные области применения дейтерия и образованной им тяжелой воды — атомная и ядерная энергетика. Получить в лабораторных условиях такую воду можно при помощи электролиза обычной — она образуется как побочный продукт. Сам дейтерий формируется при многократных перегонках водорода в специальных устройствах. Применение его основано на способности замедлять нейтронные синтезы и протонные реакции. Именно тяжелая вода и изотопы водорода — основа для создания ядерной и водородной бомбы.

Опыты на применении дейтериевой воды людьми в небольших количествах показали, что задерживается она недолго — полный вывод наблюдается через две недели. Употреблять ее в качестве источника влаги для жизни нельзя, однако техническое значение просто огромно.

Талая вода и ее применение

Свойства такой воды издревле были определены людьми как целебные. Давно было замечено, что при таянии снега животные стараются напиться водой из образовавшихся лужиц. Позже были тщательно исследованы ее структура и биологическое воздействие на организм человека.

Талая вода, ее признаки и свойства находятся посередине между обычной легкой и льдом. Изнутри она образована не просто молекулами, а набором кластеров, сформированных кристаллами и газом. То есть внутри пустот между структурными частями кристалла находятся водород и кислород. По общему виду строение талой воды сходно со строением льда — сохраняется структурность. Физические свойства такого оксида водорода незначительно меняются в сравнении с обычным. Однако биологическое воздействие на организм отличное.

При замораживании воды первой фракцией превращается в лед более тяжелая часть — это дейтериевые изотопы, соли и примеси. Поэтому эту сердцевину следует удалять. А вот остальная часть — чистая, структурированная и полезная вода. Каково воздействие на организм? Учеными Донецкого НИИ были названы следующие виды улучшений:

1. Ускорение восстановительных процессов.
2. Укрепление иммунитета.
3. У детей после ингаляций такой водой происходит восстановление и излечение простудных заболеваний, проходит кашель, насморк и прочее.
4. Улучшается дыхание, состояние гортани и слизистых оболочек.
5. Общее самочувствие человека, активность повышаются.

Сегодня существует ряд сторонников лечения именно талой водой, которые пишут свои положительные отзывы. Однако есть ученые, в том числе медики, которые эти взгляды не поддерживают. Они считают, что вреда от такой воды не будет, но и пользы мало.

Энергетика

Почему свойства воды могут изменяться и восстанавливаться при переходе в разные агрегатные состояния? Ответ на этот вопрос следующий: у данного соединения существует своя информационная память, которая записывает все изменения и приводит к восстановлению структуры и свойств в нужное время. Биоэнергетическое поле, через которое проходит часть воды (та, что поступает из космоса), несет в себе мощный заряд энергии. Эту закономерность часто используют при лечении. Однако с медицинской точки зрения не каждая вода способна оказать благоприятный эффект, в том числе и информационный.

Структурированная вода — что это?

Это такая вода, которая имеет несколько иное строение молекул, расположение кристаллических решеток (такое, которое наблюдается у льда), но это все же жидкость (талая также относится к этому типу). В этом случае состав воды и ее свойства с научной точки зрения не отличаются от тех, что характерны для обычного оксида водорода. Поэтому структурированная вода не может иметь такого широкого лечебного эффекта, который ей приписывают эзотерики и сторонники нетрадиционной медицины.

Вода в жизни природы и человека

Вода, у тебя нет цвета, нет вкуса, нет запаха,
тебя невозможно описать, люди тобою наслаждаются,
при этом не ведая, что ты есть такое..
Нельзя сказать, что ты необходима для жизни —
ты есть сама жизнь.
(Антуан де Сент-Экзюпери)

Все ли мы знаем о таком привычном для нас веществе, которое всегда и в природе, и в быту сопровождает нас?

Вода — самое распространенное на Земле вещество, она занимает более 70% площади поверхности земли, и только около 30% приходится на долю суши. Вода придает Земле тот неповторимый вид, который отличает ее от других планет Солнечной системы.

С древности люди поклонялись воде и обожествляли, об этом можно посмотреть  в фильме «Великая тайна воды». Видео 22.

В философии древних греков отражалось глубокое понимание значения воды во всех явлениях природы и в жизни человека.  Так, Фалес Милетский, великий древнегреческий философ и математик, живший в 6-7 в.в. до н.э., высказал гениальную догадку, что вода — первооснова всего на Земле. Современная наука, в том числе экология, полностью подтвердила это. Вода — непременная составная часть всего живого, она играет первостепенную роль в жизни всех живых существ, в том числе человека.Как утверждают ученые, жизнь на Земле впервые появилась в воде, а лишь потом распространилась на сушу/ Свою зависимость от воды наземные организмы сохранили в ходе эволюции в течение многих миллионов лет.

Как Вы думаете, сколько времени может прожить человек без пищи, а сколько — без воды?

Вода обеспечивает доставку питательных веществ и кислорода ко всем клеткам тела, защиту и буферизацию жизненно важных органов, регуляцию температуры тела, помогает в преобразовании пищи в энергию, усвоении питательных веществ органами, вывод шлаков и отходов в процессе жизнедеятельности и выполнение целого ряда других функций. Видео 23.

Попробуйте подышать на холодное стекло. Что Вы увидите? Пары воды, которую Вы выдохнули, сконденсировались на холодном стекле, превратились в жидкую воду. Откуда эта вода взялась в нашем организме?

Не будем забывать, что вода — среда обитания огромного числа живых организмов, отличающихся друг от друга и определяющих  различные свойства вод океанов, морей, озер, рек и болот.

Благодаря воде в природе происходитперенос веществ из почвы в растения, с суши в реки, озера и океаны, из атмосферы на сушу, питание живых организмов  этих систем и вынос отходов их жизнедеятельности. Значение воды в природе иногда сравнивают с той ролью, какую выполняет кровь в живом организме.

Почему воду справедливо называют чудом природы?
Что знает о воде современная наука?

Несмотря на широкую распространенность и доступность вода все еще остается непознанным до конца веществом. Ежегодно публикуются новые работы по исследованию свойств воды, и она не перестает удивлять ученых. Без преувеличения можно сказать, что среди необозримого множества природных веществ вода является одним из самых необыкновенных. Она обладает целым рядом физических и химических свойств, которые называют уникальными или аномальными. Эти свойства воды обеспечивают протекание многих природных процессов и существование жизни на Земле в целом. Видео 24.

Необычными свойства воды кажутся по сравнению с жидкостями. Но ученые установили, что жидкая вода имеет структуру, так как ее молекулы способны сцепляться, образовывая межмолекулярные связи, которые очень легко разрываются. То есть можно сказать, что жидкая вода является полимером! Связями между молекулами воды объясняются многие ее необычные свойства. Например, для кипячения воды необходимо затратить много энергии, которая тратится на разрыв этих связей.«Аномальные» температуры кипения, а также замерзания воды обусловливают способность воды находиться в природе в трех агрегатных состояниях (жидком, твердом и газообразном). На планете нет другого вещества, которое находились бы в трех агрегатных состояниях.

Приходилось ли Вам видеть воду в природе одновременно в двух или даже в трех агрегатных состояниях? Где?

Это приводит к тому, что водная оболочка Земли (гидросфера) и, соответственно, жизнь на планете практически не прерывается на поверхности планеты, все ее компоненты объединяются в единое целое благодаря воде. Если представить, что вода обладала бы «нормальной» температурой кипения, то она бы закипала при температуре минут 70 градусов.

В каком состоянии она находилась бы в условиях существующего на Земле температурного режима? И где бы в таком фантастическом мире могли бы возникать водоемы?

Для жизни на Земле также чрезвычайно важным является такое свойство воды, как ее  высокая теплоемкость, Теплоемкость - количество теплоты, поглощаемой телом при нагревании на 1 градус.    она определяет стабильность температурного режима на планете. Для того чтобы нагреть какую-то массу воды на 1 градус, требуется гораздо больше тепла, чем для того, чтобы произвести нагревание на 1 градус такой же массы любого другого вещества. Благодаря исключительно высокой термической инертности воды Мировой океан, а также многочисленные водоемы суши как нельзя лучше выполняют роль гигантского планетарного терморегулятора, сглаживающего суточные и сезонные перепады температуры. В дневное время, а также летом, водные массы медленно нагреваются, поглощая при этом много тепла, что не позволяет воздуху разогреваться очень сильно. По ночам и в зимние периоды, наоборот, водные массы медленно остывают, выделяя накопленное ранее тепло, что не позволяет воздуху чрезмерно остывать.

Как Вы думаете, какой был бы климат на Земле, если бы вода не обладала такой высокой теплоемкостью?

Еще одним замечательным свойством воды является ее исключительно высокая растворяющая способность, она — универсальный растворитель огромного количества химических веществ, среда, в которой протекают все процессы жизнедеятельности.

Существуют и другие важные для природы «аномальные» свойства воды, такие какочень большая способность к  капиллярному движению, Под капиллярным движением воды в грунтах понимается их способность поднимать воду по капиллярным порам снизу вверх или в стороны вследствие воздействия капиллярных сил, которые возникают на границах раздела различных компонент грунта. В их основе лежат силы взаимодействия воды и воздуха с твердыми частицами грунта, проявляющиеся в смачивании последних и в других явлениях.    высокое  

поверхностное натяжение См.: http://theoryandpractice.ru/posts/1012-chto-takoe-poverkhnostnoe-natyazhenie-i-pochemu-vodomerki-ne-tonut   .

Поверхностная пленка воды является для многих водных организмов опорой для движения

А какое колоссальное значение имеет«необычное» увеличение плотности воды при нагревании в диапазоне температур от 0 до 4 градусов! Плотность практически всех веществ уменьшается при нагревании во всем диапазоне температур. Однако плотность воды при нагревании от 0 градусов до 4 градусов возрастает. Это связано с тем, что, как мы уж говорили, вода является структурированной жидкостью, и в этом интервале  имеющиеся в структуре льда полости заполняются молекулами воды. Далее от 4 градусов до 100 градусов вода ведет себя «нормально» — т.е. ее плотность при нагревании уменьшается. Видео 25.

Как Вы думаете, как это свойство воды сказывается на жизни водоемов в холодное время года? Почему в них возможна жизнь зимой?

Если бы любое из названных свойств воды каким-то невероятным способом стало «нормальным», то это имело бы самые серьезные последствия для всего происходящего на поверхности планеты. О жизни капли воды со времени ее образования на Земле и до наших дней можно написать самую удивительную и увлекательную повесть. Вместе с миллионами других капель эта капля точила и растворяла горы, в виде кристаллов льда она тысячи лет хранилась в высокогорных ледниках, совершила не одно кругосветное путешествие вместе с морскими течениями, затопляла села и города во время наводнений, плавала в облаках над океанами и морями, разбивала корабли о прибрежные скалы, насыщала влагой травы, кусты и деревья; каплей росы она сверкала в душистых лепестках розы, взращивала посевы, излечивала больного человека и несла жизнь в пустыне утомленному путнику. Посмотрите фильм «Приключения капельки воды», из него Вы узнаете много увлекательных фактов про воду. Какими путями движется вода на Земле? Как осуществляется ее круговорот?

Земля представляет собой шар, окутанный водяными парами и хотя неравномерно, но щедро смоченный и пропитанный водой. Энергия Солнца поднимает воду в виде водяных паров вверх, охлаждается, конденсируется, затем сила тяжести увлекает ее вниз. Благодаря этим двум силам вода на Земле находится в непрерывном движении. Остановить движение воды — это значит превратить Землю в безжизненное космическое тело. Видео 26.

Полная смена воды в атмосфере происходит очень быстро, приблизительно через каждые 9 дней, речная вода меняется в среднем 20 раз в году, а для полной смены подземных вод  требуется по меньшей мере 8 тыс. лет.

  

За последнее время в естественный круговорот воды на Земле вторгся человек. Использование человеком воды достигло таких размеров, что стало оказывать заметное влияние на скорость круговорота и количество воды в его отдельных звеньях. То есть безответственная деятельность человека на планете оказывает влияние даже на такой глобальный природный процесс, как круговорот воды на планете.

Сделаем вывод. Вода благодаря своим поистине уникальным свойствам является одним из важнейших факторов жизнеобеспечения на Планете. Наша жизнь полностью зависит от воды.

Сколько нужно воды человеку и насколько важна ее экономия? Об этом мы поговорим в следующей теме.

Основные свойства воды — Всё самое интересное!

Продолжаем раздел «Вода» и подраздел «Теоретические основы» статьёй Основные свойства воды. Где рассмотрим основополагающие, можно сказать, краеугольные, качества воды. Кстати, в конце статьи есть ссылочка, по которой можно скачать презентацию для школы по данной теме.

Основные свойства воды — это интересная тема, которая изучается ещё в школе, на уроках природоведения. Однако, чаще всего она изучается в школе весьма запутанным способом, с нарушением всех правил обучения. И в результате детям приходится лишь недоумённо спрашивать у взрослых перед, скажем, контрольной работой, на эту тему: «О, мама (папа, дядя…) — какие основные свойства воды? А то у нас был урок, а завтра контрольная… А запомнилось только что-то про температуру, про солёность и про то, что в воде есть золото. Этих основных свойств то ли 3, то ли 5… Помогите!»

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

Естественно, просто перечислить свойства воды, конечно, может любой, даже тот же школьник, не слушавший урок. Но вот выделить среди них основные… Вот задачка так задачка. И мы постараемся справиться с ней в данной статье. А для начала разберёмся со слововм «основные». Потому что, не зная, что такое «основные», выбрать основные свойства воды сложно.

Итак, согласно толковому словарю, основной — это «наиболее важный, главный, самый существенный».

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

Ну, вообще-то, важность свойства определяется по тому, насколько это свойство может помочь решить какую-либо проблему. Но мы не будем углубляться в дебри, а останемся на поверхности, на уровне обычного пятого-шестого класса. И попробуем определиться с тем, что же считается основными свойствами воды в целом, для всех.

И когда мы так ставим вопрос, то тема немножко проясняется.

Получается, что когда нужно перечислить основные свойства воды, имеются в виду те свойства, которые важны для всех живых существ.

Можно сказать, для жизни в целом. Вот из этого мы и будем исходить в дальнейшем. Итак, возвращаемся к свойствам воды. Обычно среди свойств воды называются такие, как

• прозрачная,
• бесцветная,
• текучая,
• без запаха,
• принимает любую форму, в которую её налить,
• растворяет вещества,
• может замерзать,
• может испаряться,
• вода расширяется и сжимается.

Возможно, кто-то вспомнит институтский курс и назовёт ещё парочку свойств, типа «молекула воды биполярна» или «вода состоит из 20 % водорода и 80 % кислорода, что-то около того», или «угол между двумя атомами водорода в молекуле воды равен 120 градусов» или ещё какие-нибудь похожие подробности.

Но обратите внимание, что эти подробности касаются строения воды. Тогда как вопрос детей (и наша с вами тема статьи) касается СВОЙСТВ воды. Естественно, свойства воды зависят от её структуры. Но когда спрашивают про свойства, нужно отвечать про свойства — иначе это не будет ответом на вопрос. Между прочим, отсутствие ответа на свой вопрос дети презирают 🙂

Итак, мы вспомнили, что у воды много свойств. И мы знаем, какие свойства воды нужно выбирать в категорию «основные свойства воды». Давайте разберёмся, какие из перечисленных и неперечисленных свойств воды действительно являются основными.

Начнём с того, что в воде хорошо растворяются разнообразные вещества — и поэтому в воде бывает много солей, в том числе, золото, серебро, платина (говорят, одна тонна морской воды содержит примерно грамм золота). Соответственно, чем больше солей, тем больше солёность воды. Чем меньше солей, тем меньше солёность воды.

Далее, нужно учитывать, что чем больше солей в воде, тем более вода тяжёлая. Чем вода тяжелее, тем быстрее она опускается на дно. Это позволяет организмам в океане жить именно в таких условиях, каких они живут. Если бы такого свойства воды не было, эволюция пошла бы по-другому. И мы с вами имели бы совершенно другой облик.

Далее, то, что в воде могут растворяться разнообразные вещества, очень большой плюс — иначе мы бы с вами не обладали кровеносной системой на основе воды. И, опять же, выглядели бы совершенно иначе. Если бы вообще возникли 🙂

Естественно, другая сторона медали — это то, что другие вещества в воде СОВЕРШЕННО не растворяются. И, возможно, это даже более основополагающее свойство, так как только благодаря нерастворению в воде жиров могут существовать клеточные мембраны — и жизнь.

Итак, то, что в воде хорошо / плохо растворяются разнообразные вещества, это очень основное свойство воды, потому что от него зависит жизнь в нынешней форме.

И если вода внезапно потеряет эти свойства, то будет очень и очень печально 🙂

Далее, мы все знаем, что когда вода замерзает, то она превращается в лёд. Но это не основополагающее свойство воды. По сути, что угодно жидкое при замерзании превращается в лёд. Намного важнее другое свойство воды: лёд оказывается ЛЕГЧЕ воды.

Благодаря этому основному свойству воды мы все живы — потому что иначе, если бы лёд был тяжелее воды, то он во время зимы опускался на дно рек и озёр, образовывался новый лёд, снова опускался на дно — и так далее, пока водоёмы не промёрзли бы до самого дна. Естественно, рыба и прочие живые существа в в таких условиях жить бы не смогли. Подробнее этот пункт освещается в уже опубликованной статье «Почему мы все живы?..»

Тогда как, вполне вероятно, вы помните, что у всех остальных веществ их твёрдая фаза тяжелее жидкой фазы.

Соответственно, хорошо, что лёд легче воды — и это также основное свойство воды, благодаря которому возможна жизнь в её нынешней форме.

Ну а если бы этого свойства воды не было, пришлось бы нам развиваться на основе, например, аммиака. То ещё удовольствие 🙂

Теперь остановим своё внимание на том, что вода может испаряться при кипении. Но это не основное свойство воды — так как практически любые вещества при кипении испаряются, и в этом нет ничего зазорного. Важно то, что вода испаряется и просто в жидком состоянии, и даже с поверхности льда. Почему это свойство более важно, чем испарение при кипении? А вот почему.

То, что вода может испаряться не только при кипении — это основное свойство воды, поскольку из-за этого возможен круговорот воды в природе. Что однозначно хорошо, так как вода не накапливается в одном месте, а более менее равномерно расходится по всей планете. То есть, грубо говоря, в пустыне Сахара не так жарко и сухо, как могло бы быть, потому, что в Антарктиде вода испаряется с поверхности ледников. Ну и океаны в этом играют немаловажную роль.

Соответственно, без круговорота воды в природе жизнь бы сидела возле пары оазисов, а остальные места были бы засушливой пустыней, где нет ни капли влаги.

И поэтому свойство воды испаряться — это основное свойство воды.

Естественно, не только вода может испаряться не при кипении. Большинство ароматических соединений (спирты, эфиры, хлороформ и т.д.) испаряются не при кипении. Но у воды есть один немаловажный плюс, ещё одно основное свойство — вода не токсична для живых организмов. Тогда как спирты и эфиры токсичны. Кстати, подробнее про токсичность (и как с ней справиться) этилового спирта, то есть, водки, в статье «Положительные свойства структурированной водки«.

Конечно, в современных условиях и вода может стать токсичной. Но с этим справляются фильтры для воды, и это не настолько большая проблема, чтобы с ней нельзя было справиться.

Итак, ещё одно основное свойство воды — это то, что она не токсична.

Иначе мы бы, опять же, были иными 🙂

И, наконец, основное свойство воды, которое важно не только для жизни, но и для промышленности: вода достаточно медленно нагревается и медленно остывает (то есть, может поглотить много тепла). Это свойство защищает людей и остальных животных, да и Землю, от перегрева. И переохлаждения. Именно поэтому живые организмы могут выживать при -50 градусах по Цельсию и при + 50 градусах. Если бы мы были устроены на основе другого вещества, такой диапазон температур нам был бы не по плечу.

Кроме того, нужно учитывать, что тёплая и холодная вода имеют разный вес — тёплая вода легче, холодная вода тяжелее. Соответственно, в океане происходит расслоение воды — как по солёности, так и по температуре. И в океане возможна именно такая жизнь, как она сейчас организована. Ну а поскольку мы все вышли из океана, то если бы не это свойство воды, то мы бы также были совершенно другими.

Ну и, наконец, свойство воды поглощать тепло и находиться на поверхности в нагретом состоянии позволяет существовать таким штукам, как тёплые течения — и в частности, Гольфстриму. Который обогревает всю Европу, и без которого на месте Европы была бы тундра с тайгой, а не виноградники.

Возможно, вы назовёте какие-то другие основные свойства воды, но перечисленные выше, на мой взгляд, по-настоящему основополагающие, так как от них зависит существование жизни на планете именно в той форме, в которой существует жизнь.  Надеюсь, эта информация вам пригодится, когда нужно будет отвечать на вопросы любопытных детей 🙂

А вот и обещанная презентация на тему «Основные свойства воды » для скачивания:  http://festival.1september.ru/articles/513123/

Итак, основные свойства воды — это свойства, благодаря которым мы все живы!

И имеем тот вид и форму, которые имеем 🙂

По материалам http://festival.1september.ru/articles/513123/

другие вещества в воде СОВЕРШЕННО не растворяютсяp

определение, образование, свойства и применение

Вода — это необыкновенная субстанция, которая не перестает нас удивлять. Она основной компонент планеты, вода необходима для жизни всего живого. Люди могут выдержать без воды только несколько дней. Если не восстановить вовремя ее потери в организме, это верная смерть. Поэтому важно научиться разумно, тратить ее и знать, что же такое вода.

Химические названия

Почему же воду назвали водой? Слово «вода» происходит от древнегерманского «мокрый, текучий». В химии могут встречаться разные названия этого соединения. Самые распространенные – гидроксид водорода и окись водорода. Также в химической литературе ее называют:

• монооксид дигидрофосфата;
• гидроксильная кислота;
• дигидромонооксид
• оксидан

Образование воды

Многих интересует, какая вода находится в реках, морях, под землей. Образовавшаяся миллиарды лет назад вода сконцентрировалась в океанах. Из океанов она испаряется и поднимается, где образуются облака. После долгого путешествия она возвращается на землю в виде осадков. Вода собирается и возвращается через реки обратно в море. Часть просачивается в почву и попадает в грунтовые воды. Там формируются новые источники, которые текут в море.

В более холодном климате вода остается на ледниках, которые очень медленно, стекают к более низким высотам, где и тают. В полярных регионах этот механизм скольжения настолько медленный, что в ледниках можно найти воду, попавшую на поверхность Земли десятки тысяч лет назад. Вот откуда берется в природе вода.

Свойства

Влияние воды на жизнь на земле огромное. Это среда обитания для многих организмов. Она является хорошим растворителем не только для солей, но и для многих других веществ. Например, питательные соли присутствуют в почве в виде ионов, то есть в растворенном виде. Только в таком виде растения могут поглощать их через корни. Поэтому не случайно вода— это источник жизни на земле.

Вода является важным источником химических и биохимических реакций, например, для фотосинтеза. Это заметно, когда растение увядает из-за потери воды, а листья и цветы опадают. Не зря говорят, что вода—это главный источник жизни.

Физические свойства

Что мы все знаем о воде? То, что она состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, знают все, а вот о том что они притягиваются, друг к другу водородной мостиковой связью знают не все. Эта связь объясняет ее основные свойства.

• Н2О имеет высокое поверхностное натяжение, то есть тенденцию принимать сферический объем.
• Другим свойством является капиллярность. Молекула h3O способна перемещаться в очень узких пространствах.
• Удельная теплоемкость у нее примерно в 4 раза больше, чем у воздуха. Это определяет устойчивость к изменениям температуры.
• Плотность воды увеличивается с понижением температуры, примерно до 4 С. Ниже этого порога плотность уменьшается.
• Она обладает минимальной вязкостью при высоких давлениях. Поэтому, чем больше давление, тем легче ей проникать.

Агрегатные состояния

В нормальных условиях вода, является жидкостью. Это единственное известное вещество, которое существует в природе во всех трех классических состояниях материи: жидком, твердом, газообразном.

Кстати, термин вода используется для жидкого агрегатного состояния. В твердом, то есть в замороженном состоянии, она называется льдом, в газообразном состоянии— водяным паром или просто паром. Существует порог, где при определенных температурах и равновесного давления три состояния могут сосуществовать одновременно.

Оптические свойства

Когда свет пересекает границу раздела вода-воздух, полное отражение происходит под углом 49 град. Это означает, что световые лучи, попадающие на граничную поверхность, не излучаются из воды, а отражаются.

Преломление света приводит к оптическим иллюзиям. Поэтому под водой объекты видятся не в том месте, где они находятся на самом деле. То же самое происходит если смотреть через воду на воздух. Светопропускная ценность воды обеспечивает присутствие в ней водорослей и растений, которым необходим свет для жизни. Длинноволновый (красный) свет поглощается сильнее, чем коротковолновый (синий) свет.

Изотопные модификации

Молекулы воды состоят из разных изотопов кислорода и водорода, каждый из которых встречается в разных концентрациях. В определенных процессах, таких как образование осадков и фазовые переходы, происходит фракционирование изотопов, то есть Н2О меняет свой изотопный состав. В зависимости от условий окружающей среды и исходного состава это приводит к определенным изотопным сигналам, которые могут выступать в качестве своего рода отпечатка пальца для различных процессов и областей происхождения. Эта методология используется в гидрогеологии и палеоклиматологии.

Химические свойства

Вода амфотерна, в зависимости от окружающей среды, может действовать как кислота и основание. В водных растворах сильные кислоты и сильные основания полностью диссоциируют на ионы H 3 O + и O H. Это называется выравнивающим эффектом воды. Чтобы иметь возможность различать очень сильные кислоты по кислотности, константы равновесия определяют в неводных растворах, и переносят в растворитель воду.

Многих интересует, вода является органическим веществом или неорганическим. С точки зрения химии, она относится к неорганическим веществам. Поскольку, в органики должен присутствовать углерод, а в воде его нет.

Волновая функция основного состояния воды

Под водой скорость звука в 4,4 раза выше, чем у поверхности, и составляет 1483 м /с при температуре 20 С. Поэтому пространственное восприятие звука под водой сильно затруднено, мозг просто не успевает обработать информацию. Важно знать, что звук под водой не только проходит быстрее, но также в большей степени чем в воздухе зависит от частоты. Поэтому глубокие частоты, такие как звуки больших морских двигателей, часто могут быть услышаны драйверами на расстоянии нескольких километров.

В природе

Вода в природе везде. Реки и океаны, облака на небе, к этому добавляются грунтовые воды и те, которые постоянно хранятся в почве и обеспечивает основу для ее плодородия. Вода в природе — это жизнь, без воды все ничто. Она— основа плодородия, без нее не было бы ни растений, ни пищи.

Атмосферные осадки

Вода в природе находится в круговороте. Испаряясь, она поднимается как водяной пар в атмосферу. За тем крошечные капельки собираются и образуют облака. Когда облака попадают в холодный воздух, маленькие капли воды конденсируются и образуют дождь, снег или град.

Вода за пределами земли

Вода за пределами Земли на одних небесных телах находится в твердом состоянии (лед), а на других как водяной пар. В виде льда, она была обнаружена в кометах («грязные снежки»), на Марсе и на некоторых других внешних планетах. Только кольца Сатурна содержат примерно в 20-30 раз больше воды, чем Земля. Доказательства присутствия льда в метеоритных кратерах вблизи полюсов можно найти даже на Меркурии, планете, ближайшей к Солнцу.

Биологическая роль

Вода является источником здоровой жизни и очень важна для организма. Как часть крови, она снабжает нас кислородом и питательными веществами. В то же время токсины транспортируются через кровоток в почки, удаляются из организма. Вода регулирует температуру тела. Если температура воздуха высокая, человек потеет, и тело охлаждается. Однако, если пот не выделяется, то поднимается температура и самочувствие ухудшается.

Многие витамины, молекулы сахара могут использоваться организмом только через воду. Органические вещества расщепляются в воде и транспортируются к нужным органам. Кроме того, она является важным компонентом клеток и тканей. Например, мозг на 90 % состоит из жидкости.

Применение

Вода используется во всех сферах жизни. Люди пьют ее, готовят пищу, поливают растения. На гидроэлектростанциях вода используется, как источник энергии. Она также необходима на фабриках, например, для производства и переработки бумаги. Кстати, для производства одного листа бумаги требуется 10 литров воды! При тушении пожаров без нее не обойтись. Сельское хозяйство было бы невозможно без Н2О.

Многие используют ее в качестве лекарства от разных болезней. Особенно много целебных свойств, приписывают органической воде.

Исследования

Вода существует миллиарды лет, и, казалось бы, что о ней знают все, но она все равно остается тайной. Создаются целые институты, которые пытаются узнать, как сделать аналог воды, откуда она появилась на Земле и в космосе. Они изучают ее влияние на жизнь, ландшафт, природу.

Происхождение воды на планете

Многих интересует, откуда все-таки взялась вода. Она родилась четыре с половиной миллиарда лет назад в глубинах вселенной. Земля, еще не полностью сформированная, состояла в основном из вулканов. Газы, богатые водяным паром, выделялись в атмосферу, там образовывались облака. За тысячелетия земля остыла, и пары, сгущаясь, падали обратно на земную кору в виде дождя. Также формированию этого очень важного источника жизни, способствовали падающие кометы, состоящие в основном изо льда и фрагментов породы. Это явление способствовало образованию рек, озер и океанов, где миллионы лет спустя появились бы первые формы жизни.

Гидрология

Понять, как вода взаимодействует с атмосферой, как влияет на жизнедеятельность, помогает наука гидрология. Она изучает, какая вода находится в водной оболочке Земли. Гидрология помогает понять, как рационально управлять водными объектами. Она составляет прогнозы состояния водных ресурсов, и дает им оценку.

Гидрогеология

Наука, которая изучает подземные воды, гидрогеохимию называется гидрогеология. Гидрогеологи занимаются поиском новых подземных водных источников, изучают, как сделать воду из подземных источников полезной для мелиорации, водоснабжения, природного ландшафта. Данные полученные учеными помогают снизить негативные влияния деятельности людей, на подземные водные источники.

Теперь вы знаете всю правду о воде, и понимаете, насколько важно бережно к ней относится. Ведь если пропадет вода, то не станет и нас.

основа жизни. Свойства воды, ее значение в формировании жизни на Земле и потребность для человека

Вода – основа жизни на планете. Об этом с детства знает каждый человек, а в школьном возрасте может даже перечислить все основные свойства этого уникального вещества. Но все это не дает никакого представления о том, почему воду называют основой жизни на Земле. Несмотря на то что ее беспрестанно изучают, начиная с самых древних времен, вода может преподнести нам немало сюрпризов. Это вовсе не кажется странным, если учесть, что она входит в число самых распространенных во Вселенной веществ. К тому же не так давно было выяснено, что наша планета обязана своим образованием, чему бы вы думали? Конечно же, воде.

Поэтому древние философы превозносили ее превыше всех существующих жидкостей и посвящали ей целые поэмы. Да и сегодня это вещество интересует не только ученых, но и людей искусства. К примеру, документальный фильм «Жизнь: вода – основа жизни» (2012 года) произвел настоящий фурор в мире. Лента, снятая немецким кинорежиссером, повествует о том, насколько взаимосвязаны между собой все процессы, происходящие на планете, и о роли воды, представленной в фильме единым организмом.

Значение воды в жизни всего живого на Земле сложно переоценить, но вот многие люди его все же недооценивают. Достаточно посмотреть, как неразумно мы, люди, относимся к водным ресурсам, разбазаривая и загрязняя их повсеместно. В статье будет рассказано, почему воду называют основой жизни и как она влияет на жизнедеятельность всех организмов на планете, включая человека. Итак, знакомьтесь – Ее Величество Вода.

Краткая характеристика воды

Люди считают себя венцом творения природы и подчас забывают о том, что являются частью всего живого и взаимосвязаны с любыми процессами, происходящими на планете. Ученые утверждают, что это происходит из-за большого объема жидкости в нашем организме. Если рассматривать усредненные показатели, то можно уверенно говорить о том, что человек на 70, а то и 80 % состоит из чистой воды. В некоторых человеческих органах и тканях ее концентрация доходит до 90 %. В таком же количестве она содержится и в растениях, а также других организмах. Уже одно это подсказывает ответ на вопрос, почему воду называют основой жизни. Ведь природа отличается невероятной мудростью и, создав все живое, неспроста определила именно такой состав и соотношение жидкости относительно других веществ.

Не стоит забывать и о том, что вода содержится на нашей планете в огромном количестве, и это тоже является важным фактором, обеспечившим когда-то возникновение, а затем и сохранение жизни на Земле. Если взять наш земной шар и покрутить его со всех сторон, внимательно рассматривая, то обнаружится, что приблизительно 80 его процентов покрыто водой. При этом в расчет идут только океаны. А ведь на планете есть еще реки, озера, моря, ледники и подземные воды. Все они составляют гидросферу – одну из оболочек нашей Земли. Благодаря тому что она достаточно обширна, происходит бесконечный круговорот воды в природе, обеспечивающий регулярное взаимодействие этого вещества в разных своих формах существования.

Интересно, что, несмотря на обилие воды на земном шаре, большая ее часть является непригодной для питья. А потому не может обеспечить человеческие потребности в восполнении жидкости. Питьевой воды на планете не более трех процентов, причем всего лишь менее одной трети от этого числа находится в озерах и реках. Зная эту информацию, становится не по себе от того, насколько плачевной может стать судьба человечества при исчезновении этих и так незначительных запасов.

Вода – основа жизни на Земле. Этот факт сложно подвергнуть сомнению, тем более что она имеет массу уникальных свойств, которые не приводятся в школьных учебниках. О них ученые заговорили не так давно и до сих пор проводят массу исследований, выясняя все новые факты. Кроме этого, в любую школьную программу входит изучение химических и физических свойств воды, которые раскрывают некоторые ее особенности как вещества, чрезвычайно важного для обеспечения жизнедеятельности всех организмов на земном шаре.

Свойства воды

Проводя параллель между словами «вода» и «основа жизни», мы не можем не рассказать о свойствах этой уникальной во всех смыслах жидкости.

Интересно, что вода не имеет вкуса, запаха и цвета. Но в таком виде ее чрезвычайно сложно встретить в природе, ведь она по своей сути является растворителем и зачастую содержит в себе массу примесей, влияющих на ее органолептические показатели.

Не так давно ученые открыли еще одно свойство воды, о котором ранее могли только подозревать. Как оказалось, она способна проникать абсолютно во все тела на планете. Это вещество содержится даже в составе камней, что полностью раскрывает, почему вода – основа жизни.

Молекулы воды могут распадаться на ионы, также они образуют очень нестабильные и кратковременные водородные связи. Существуют они на протяжении доли секунд. Стоит помнить и о том, что в своем нормальном состоянии вода не может образовывать долговременные структуры, представляя собой однородную среду.

Физики утверждают, что вода – это единственное на планете вещество, которое в своем нормальном состоянии имеет текучую форму. К тому же она может быть представлена в разных состояниях: жидкое, газообразное и твердое. Ни одно вещество, известное ученым, больше не обладает подобными свойствами.

Вода способна вступать в химические реакции с другими веществами и может быть радиоактивной. Она обладает плотностью, теплопроводностью и электропроводностью. Эти свойства лучше всего проиллюстрируют следующие примеры.

Практически у всех веществ на планете в процессе перехода из жидкого состояния в твердое меняется и их плотность. Если бы вода вела себя точно так же, то в водоемах при снижении температуры до нуля градусов по Цельсию происходили бы следующие реакции:

• охлажденные верхние слои опускались бы на одно водоемов и выталкивали наверх более теплые;
• они, в свою очередь, вновь бы охлаждались, и так процесс шел бы до полного охлаждения всей массы воды;
• после этого водоем начал бы промерзать;
• слои льда вновь опускались бы на одно до полного замерзания всей воды;
• в итоге жизнь во многих морях и озерах на планете просто не смогла бы существовать.

Однако в реальности процессы протекают совсем иначе, ведь уже при четырех градусах выше нуля вода достигает своей наивысшей плотности, и процесс перемешивания слоев завершается. Промерзает только верхний слой водоема, что способствует развитию различных организмов в толще воды.

Важное значение вода в жизни играет посредством формирования климата. Это происходит за счет ее большой теплоемкости – она медленно нагревается и остывает. Именно этот факт является определяющим при установлении погоды в разных районах планеты.

Многие ученые утверждают, что вода – основа жизни, потому что без нее и перечисленных нами свойств ничто живое не смогло бы существовать на земном шаре.

Роль воды

Почему вода — основа жизни на Земле? Этим вопросом наши современники задаются не так уж и часто. Но если все же углубиться в его изучение, то выяснятся очень интересные подробности об этом кажущемся таким знакомым веществе.

Вода в природе и жизни человека играет незаменимую роль. Достаточно знать о том, что она активно участвует в формировании рельефа и его изменении на земном шаре. Интересно, что если полностью сгладить весь рельеф, то вода покроет всю планету слоем в три километра. Это кажется просто невероятным, но очень точно описывает одну из основных ролей, которые выполняет это вещество.

Кроме этого она является настоящим творцом климата, распределяет и аккумулирует энергию, а главное – представляет собой основу для всего живого на нашей планете. Ученые полагают, что основой зарождения жизни на любой из планет во Вселенной является одно правило: живой организм, включая все внутренние органы и структуры жизнеобеспечения, должен состоять из веществ, которые находятся в свободном доступе. Очень важно, чтобы их недостаток можно было восполнить. А значит, они должны быть:

• доступны;
• обеспечивать комфортное существование;
• в полной мере выполнять свои функции по обеспечению жизнедеятельности.

Все перечисленные факторы науке хорошо известны и изложены ею в виде многочисленных теорий о зарождении жизни. Исходя из обилия воды на нашей планете, именно она должна являться тем материалом, который соответствует всем вышеперечисленным пунктам и раскрывает суть, почему воду называют основой жизни на Земле.

Доступность

Выше было рассказано о том, что вода на земном шаре находится в избыточном количестве, поэтому в ее доступности сомневаться не приходится. В этом она может соперничать только с воздухом, образующим оболочку, называемую атмосферой.

Так как вода всегда находилась в легком доступе, то практически все живые организмы использовали ее достоинства в полной мере. Если внимательно изучить их строение, то станет понятно, что большинство организмов состоит из воды более чем наполовину. Существуют и такие, в которых ее до 90 %. Все эти факты выступают доказательством того, что именно вода была главным строительным материалом при зарождении жизни на планете. Да и сама жизнь впервые возникла в глубине океанов, и только распространившись там, вышла на сушу. Ученые считают, что разнообразие живых организмов в воде гораздо больше, чем на суше. До сегодняшнего дня воду можно считать основным строительным материалом, без которого жизнь погибает буквально за несколько дней.

Интересно, что доступностью воды обусловлена и одна из ее функций – нахождение в организмах в динамичном состоянии. Ученые называют это вещество своеобразным транспортом, который доставляет в организм минералы, витамины и микроэлементы, обеспечивающие его нормальное функционирование, а также выводит из него продукты жизнедеятельности, чтобы избежать интоксикации клеток. В процессе транспортировки вода не реагирует с веществами, что делает ее поистине уникальной. Ведь другие вещества при соприкосновении вступают в активную реакцию между собой и не могут выполнять роль транспорта для клеток. Для того чтобы этот процесс происходил бесперебойно, живые организмы должны постоянно пополнять запасы воды. Благодаря ее доступности сделать это довольно легко. Также следует добавить, что в природе не существует иного вещества, которое могло бы находиться в таком количестве на земном шаре.

Если вам все еще требуются доказательства того, что вода – основа жизни на Земле, то следующий раздел статьи будет однозначно интересен.

Создание комфортных условий для жизнедеятельности организма

Когда речь идет о комфортных условиях, то следует понимать, что имеются в виду факторы, при которых организм может функционировать в полной мере, так как это заложено природой. Подобные условия являются для организма нормальными, и именно в них вода находится в текучем состоянии. Это обеспечивает всему живому комфортное существование.

Ученые особо выделяют уникальность воды, когда обсуждают вопросы жизнедеятельности организма. Дело в том, что им не известно ни одного вещества, которое в своем нормальном состоянии имело бы жидкую форму и было бы готово к употреблению, а также отвечало запросам относительно ее количества.

Нельзя не упомянуть в данном разделе о нейтральности воды. Ни один живой организм, контактируя с этим веществом, не повредится. Оно имеет нейтральный уровень кислотности и не повреждает их оболочку. Внутри организма вода практически не вступает ни в какие химические реакции, однако обеспечивает подходящую среду для них. Для обеспечения комфортного существования организмов необходимо осуществление большого количества биохимических реакций. А они, как известно из школьных уроков, могут происходить в растворах и газах. Поэтому вода так необходима всему живому на планете. Попадая в любой организм, она дает ему возможность вести нормальную жизнедеятельность и становится средой для биохимических реакций.

Обеспечение жизнедеятельности организмов: подробности

Ни для кого не секрет, что живые организмы, особенно человек, представляют собой единую, но очень сложную систему. Внутри нее существует взаимосвязь между всеми органами, каждый из которых в отдельности нуждается в особых условиях для нормального функционирования. Для того чтобы биохимические процессы происходили правильно, к органам должен быть организован доступ всех необходимых веществ. После необходимо вывести из организма продукты его жизнедеятельности, а здесь понадобится особая система, дающая доступ ко всем органам и клеткам. И вот тут природа в полной мере использовала все свойства воды.

Только задумайтесь: доступ кислорода, без которого клетки не могут существовать, доставляется к ним водным раствором крови, а выводится наружу посредством мочи, лимфы и пота. Они, в свою очередь, являются тоже водой, в которой растворены продукты жизнедеятельности различных органов.

Все биохимические процессы в живых организмах могут протекать только при условии соблюдения температурного режима. Для человека верхней границей являются 37 °С, а низшим пределом – 36 °С. Любые отклонения от этой нормы вызывают сбои в работе внутренних органов, поэтому организм вынужден поддерживать нужную температуру постоянно. В этом ему помогает все та же вода, которая обладает высокой теплоемкостью. По данным ученых, она выше, чем у других веществ в 5-30 раз. Сравниться с ней не может ни одно вещество на планете.

Еще одна роль воды в жизни человека и животных заключается в ее защитных функциях для внутренних органов. И это еще раз подтверждает уникальность данного вещества. У людей и животных внутренние органы всегда находятся в подвешенном состоянии. Печень, сердце и легкие имеют немалую массу и являются довольно хрупкими. Так как живой организм находится в постоянном движении, то органы испытывают огромные перегрузки и очень легко могут повредиться. Однако природа оказалась очень мудрой и при создании жизни заполнила внутреннее пространство жидкостью. В ней все органы находятся в состоянии минимального веса и надежно защищены от внешнего воздействия.

Вода и человек

После всего вышеперечисленного наверняка можно убедиться в том, что вода – основа жизни всего существующего на нашей планете. Но даже уже приведенные данные не раскрывают той роли, которую выполняет это уникальное вещество для человека. А ведь люди нуждаются в воде не только для того, чтобы обеспечить себе хорошее самочувствие. Мы используем ее и в бытовых целях, порой расходуя в несоизмеримо больших количествах. Специалисты часто обсуждают нормы водопотребления, но обычный человек не всегда понимает, что подразумевается под данным термином. Обычно водопотребление выстраивается из двух составляющих:

• количества жидкости, требуемого организму для восполнения потерь;
• воды, необходимой для обеспечения комфортных бытовых условий.

Первый пункт будет рассмотрен в следующем разделе, а сейчас узнаем, каков расход воды на человека в сутки, определяемый санитарными службами тех или иных городов. Сразу стоит оговориться, что общемировых стандартов не существует. В каждой стране специальные контролирующие органы устанавливают правила водопотребления, исходя из того, сколько человек может потратить, ведя обычную жизнь. Ведь мы с трудом представляем себя сегодня без водопровода: из него мы берем воду для приготовления пищи, чашки чая, стирки или мытья посуды. А вечером многие предпочитают налить ароматную ванную и расслабиться после тяжелого трудового дня. Кажется, что эти повседневные манипуляции не наносят природе никакого вреда, однако экологи считают их губительными для гидросферы. Понять это можно, изучив нормы водопотребления. Они формируются, исходя из нескольких факторов:

• при проведенном водопроводе, но отсутствии ванны норма составляет от 125 до 160 литров в сутки на одного человека;
• если у вас есть в наличии и водопровод, и ванна, то расход воды на человека возрастает до 250 л;
• в домах, где ко всему вышеперечисленному можно добавить и наличие горячей воды, норма составляет уже 350 л;
• самое низкое водопотребление наблюдается у тех, кто пользуется колонками, – от 30 до 50 литров в сутки на человека.

Эти цифры являются весьма усредненными, но, исходя из них, специалисты определяют, что водозабор на душу населения составляет около 450 литров. Такое количество воды жители современных городов расходуют ежедневно. Но для каждого населенного пункта существуют свои нормы, которые могут отличаться от средних в ту или иную сторону. К примеру, Москва выделяется самым высоким уровнем водопотребления на душу населения – 700 литров, а в Париже эти параметры снижены до 160 литров. Среди европейских городов самыми бережливыми считаются жители Брюсселя. Они потребляют 85 литров в сутки на человека.

Экологи утверждают, что при таком отношении к воде вскоре мы можем столкнуться с серьезной проблемой – недостатком чистой воды. А это может привести к настоящему кризису. Поэтому нам ни в коем случае не стоит забывать о том, что вода – основа жизни на всей планете и без нее мы просто не сможем существовать.

Значение воды в процессах жизнедеятельности человека

Вода – это жизнь. Еще древние греки и римляне этой фразой пытались отразить уникальные свойства этого вещества, без которого невозможно представить себе существование человечества как вида. В любом школьном учебнике написано, что человек на 60-70 % состоит из воды, а значит, постоянно нуждается в ней для восполнения потерь. А они в среднем составляют до четырех литров.

Большинство людей понимают, что жидкость мы теряем в основном через почки и кожные покровы посредством работы потовых желез. Однако это не единственные пути потери воды. На самом деле мы теряем ее даже в процессе дыхания. Да-да. Один кубический метр выдыхаемого нами воздуха может содержать до девяти граммов воды. Из всего этого и складываются те самые четыре литра, которые человек должен обязательно пополнить. Но что будет, если живительная влага в организм не поступит?

Любой ученый может пояснить, что вода является основой жизни, так как при 20-процентной ее потере в организме произойдут необратимые изменения, выражающиеся нарушением работы большинства жизненно важных органов. Подобные процессы вполне могут привести к смерти. Если же недостаток воды исчисляется всего десятью процентами, то человек будет ощущать слабость и недомогание. Это происходит из-за того, что все процессы, связанные с водообменом в организме, регулирует центральная нервная система через пищевые центры и центры жажды. Как только в организме снижается уровень жидкости, мгновенно меняется состав крови, что приводит к возбуждению центральной нервной системы. Как следствие, человек начинает испытывать чувство жажды. В подобном состоянии можно находиться не более трех суток. За это время обезвоживание приводит к серьезным проблемам, и человек умирает. Для сравнения можно сказать, что без пищи люди могут прожить около месяца.

Сколько воды нужно человеку?

Нормы жидкости, необходимой для нормальной жизнедеятельности человека, зависят от многих факторов:

• от качества воды;
• наличия определенных заболеваний;
• климата и сезонных изменений погоды;
• классификации трудовой деятельности.

К примеру, горожанину, занимающемуся умственным трудом, в среднем требуется два литра чистой воды в сутки. В жаркое время года это количество может увеличиться до четырех литров. Люди, работающие физически, испытывают большую потребность в жидкости. В среднем мужчина, занятый на тяжелом производстве, должен выпивать до четырех литров воды. Летом данный показатель повышается до пяти-шести литров.

Не менее важна жидкость и для детей. Вода – источник жизни для младенцев, так как способствует быстрому налаживанию пищеварения и нормализует все процессы жизнедеятельности. Месячный малыш нуждается приблизительно в одном стакане чистой воды ежедневно. Ее недостаток губительно сказывается на его здоровье и может стать причиной серьезных проблем в будущем.

О качестве воды

Вода – основа жизни растений, людей, животных и других организмов, к сожалению, в современном мире не всегда может порадовать качеством. А ведь от этого напрямую зависит самочувствие человека. Чистая вода – источник здоровой жизни, долголетия и красоты. Но вот что именно нужно понимать под словосочетанием «чистая вода»?

В первую очередь специалисты советуют ориентироваться на органолептические свойства воды. Они характеризуются цветом, запахом, вкусом, наличием осадка, прозрачностью и другими подобными факторами. В идеале вода должна быть прозрачной, без вкуса и запаха, но встретить такую в городах невозможно. В любой воде, текущей из-под крана, находится масса примесей. Часть из них – это растворенные химические элементы из почвы, еще одна часть – примеси из водопроводных труб, также нельзя не упомянуть и об элементах, которые используются при очистке воды (во многих городах, к примеру, применяется хлор). Поэтому в разных районах так сильно отличается вкус воды и ее качество. Хотя в любом городе нашей страны она пригодна для питья.

Также нужно упомянуть и о загрязнениях, влияющих на качество воды. Они могут быть вызваны деятельностью человека и стать причиной настоящей эпидемии. Через воду человек может заразиться гепатитом, гриппом, сальмонеллой, кишечными вирусами и приобрести еще массу проблем. В странах, где за качеством воды следят не так пристально, несколько раз в год вспыхивают эпидемии, вызванные ее загрязнением. При подобных обстоятельствах люди гибнут тысячами, и исправить ситуацию довольно сложно.

Подводим итоги

В наши дни человечество еще не испытывает особых проблем с питьевой водой и водой в целом. Однако в некоторых местах на земном шаре о них уже знают не понаслышке, а значит, людям пора серьезно задуматься о том, как они относятся к воде, дарующей им возможность нормально существовать. Ведь именно об этом древние философы писали свои многочисленные сочинения. Вода – основа жизни. Стоит человечеству забыть эту аксиому, как оно потеряет все шансы на свое счастливое будущее.

Особенности физических свойств воды — урок. Химия, 8–9 класс.

При обычных условиях вода — прозрачная жидкость без вкуса и запаха. В тонком слое она бесцветна, а при толщине более \(2\) м имеет голубой оттенок.

 

Плотность жидкой воды максимальна при \(4\) °С и равна \(1\) г/см³ (\(1000\) г/дм³). В отличие от других веществ твёрдая вода (лёд) легче жидкой. Плотность льда при \(0\) °С составляет \(0,92\) г/см³. Поэтому айсберги плавают по поверхности океанов, а пресноводные водоёмы зимой не промерзают до дна, и обитающие в них организмы выживают во время сильных морозов.

 

 

Температура плавления воды равна \(0\) °С, а температура кипения — \(100\) °С. Это аномально высокие значения для вещества с такой низкой молекулярной массой.

 

Эта и другие особенности свойств воды обусловлены образованием агрегатов из полярных молекул воды за счёт межмолекулярных водородных связей.

Водородная связь — это взаимодействие между положительно заряженными атомами водорода одной молекулы и отрицательно заряженными атомами кислорода, фтора или азота другой молекулы.

Эта связь слабее ковалентной. Но благодаря ей значительно повышаются температуры плавления и кипения веществ.

 

Водородными связями объясняется также способность воды образовывать при замерзании снежинки разной формы.

 

 

Из всех жидких и твёрдых веществ у воды самая высокая теплоёмкость. Она медленно нагревается и так же медленно остывает. Благодаря такому свойству вода влияет на климат Земли, сглаживая колебания температуры. Моря и океаны накапливают тепло в тёплое время, а в холодное — его освобождают.

 

У воды высокие значения теплоты плавления и теплоты парообразования. Поэтому процессы таяния льда и снега, испарения воды происходят постепенно и приводят к медленной смене сезонов года: зима — весна — лето — осень.

 

Ещё одна особенность воды — высокое поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение обуславливает капиллярные явления, собирает воду в капли, создаёт поверхностную плёнку и позволяет некоторым насекомым перемещаться по ней.

 

 

 

Высокая полярность молекул обуславливает способность воды растворять вещества с ионной или ковалентной полярной связью. Такие вещества часто называют гидрофильными. К ним относятся соли, щёлочи, некоторые кислоты и другие. Неполярные вещества в воде не растворяются. Их называют гидрофобными.

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:

Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. 9 класс // ДРОФА.
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10–11 класс // ДРОФА.

Лернер Г. И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель.

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