Библиотека школьника

твой помощник в обучении




Свойства и структура воды

Вода в природе

Самое важное для жизни - вода.
Вода имеет первостепенное значение при большинстве химических реакций, в частности и биохимических Древнее положение алхимиков - «тела не действуют, пока не растворены» - в Значительной степь пени справедливо.
Человеческий Зародыш содержит воды,%: трехдневный - 97, трехмесячный - 91, восьмимесячный - 81 В взрослого человека судьба воды в организме составляет 65%.
Человек и животные могут в своем организме синтезировать первичную (\"ювенильную\") воду, образовывать ее при сгорания пищевых продуктов и самих тканей У верблюда, например, жир содержащийся в в горбу, может путем окисления дать 40 л воды.
Связь между водой и жизнью столь велика, что даже позволила В И Вернадскому «рассматривать жизнь, как особую коллоидальную водную систему как особое царство природных вод».
Количество воды, содержащейся в живых существа составляет в каждый данный момент громадную величину Силами жизни в течение одного года перемещаются десятый доли процента всего океана, а в немногие сотни лет через живое вещество проходят массы воды, превышающие массу Мирового океана.
геохимических состав океанической воды близок к составу крови животных и человека.
Вода - весьма распространенное в природе вещество 71% поверхности земного шара покрыта водой, образующей океаны, моря, реки и озера Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы О бщие запасы воды на Земле составляют 1454300000 км3 (из них менее 2% относится к пресным водам, а доступны для использования 0,3%0,3%).
Природная вода не бывает совершенно чистой Наиболее чистой является Дождевая вода, но и она содержит незначительные количества РАЗЛИчНЫХ примесей, Которые захватывает из воздуха.
Количество примесей в пресных водах обычно лежит в пределах от 0,01 до 0,1% (масс) Морская вода содержит 3,5% (масс) растворенных веществ, главную массу которых составляет хлорид натрия (поваренная нная сольль).
Вода, содержащая значительное количество солей кальция и магния, называется жесткой в ??отличие от мягкой воды, например дождевое Жесткая вода дает мало пены с мылом, а на стенках котлов образа ует накипьь.
Чтобы освободить природную воду от взвешенных в ней частиц, ее фильтруют сквозь слой пористого вещества, например, угля, обожженной глины и т п.
фильтрования можно удалить из воды только нерастворимы примеси.
Растворенные вещества удаляют из нее путем перегонки (дистилляциы) или ионного обмена.
Вода имеет очень большое значение в жизни растений, животных и человека Во всяком организме вода представляет собой среду, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнед еятельность организма; кроме того, она сама принимает участие в целом ряде биохимических Реакций.
Вода - Обязательный компонент практически всех технологических процессов как промышленного, так и сельскохозяйственного производства.

Структура воды

Английский физик Генри Кавендиш обнаружил, что водород Н и кислород О образуют воду В 1785 г французскими химики Лавуазье и Менье было установлено, что вода состоит из двух весовых ча Астей водорода и шестнадцати весовых частей кислородда.
Однако нельзя думать, что это представление, выражающееся химической формулой Н2О, строго говоря, верно Атомы водорода и кислорода, из которых состоит природная вода, или, точнее, окись водорода, м могут иметь различные Атомный вес и значительно отличаться друг от друга по своим физическим и химическим свойствам, хотя и занимают в периодической системе элементов одно и то же место.
Это так называемые изотопы Известны пять РАЗЛИчНЫХ водородов с атомнымы весами 1, 2, 3, 4, 5 и три РАЗЛИчНЫХ кислорода с атомнымы весами 16, 17 и 18 в естественных кислороде на 3150 атомов изото отопления О16 приходится 5 атомов изотопа кислорода О17 и 1 атом изотопа кислорода О18 в естественных газообразном водорода на 5,5 тыс. атомов легкого водорода Н (протия) приходится 1 атом Н2 (дейтерий я) Что касается Н3 (трития), а также Н4 и Н5, то их в природной воде на Земле ничтожно мало, но участие их в космических процессах при низких температурах в межпланетном пространстве, в телах ко целей и т п весьма вероятнороятно.
Ядра атомов изотопов содержат одинаковое число протонов, но разное число нейтронов Атомные массы изотопов различны.
Вокруг ядра атома водорода вращается один единственный электрон, поэтому Атомный номер водорода равен единице Этот электрон вращается по круговым орбитам, в совокупности образующим сферу орбите ит множество, и в зависимости от нахождения электрона на или иной круговой орбите у атома водорода может существовать множество энергетических состояний электрона, то он может быть в спо Койном или более или менее возбужденном состоянияниях.
У атома кислорода 8 электронов (Атомный номер 8), 6 из которых движутся по наружным орбитам, представляющим форму восьмерки или гантели, и 2 по внутренней круговой орбите В соответствии с колич чеством электронов в ядре атома кислорода 8 протонов, таким образом, сам атом в целом нейтральн.
Наиболее устойчивой наружной орбитой атома является состоящая из 8 электронов, а в кислорода их 6, т, е, не хватает 2 электронов В то же время водород, как и кислород, существует в молекулах, с содержащих 2 атома (Н2), связанных между собой двумя электронами, Которые легко замещают вакансию двух электронов наружной орбиты атома кислорода, образуя в совокупности молекулу во ды, с полной устойчивой восьмиэлектронной наружной орбитеой.
Можно привести много РАЗЛИчНЫХ схем образования молекулы воды, основанных на представлениях разных физиков По существу в ними нет Никаких противоречий и принципиальных различий Ведь в действо ельносты ни строения атомов, ни строения молекулы никто не видел, поэтому гипотетические схемы строятся Лишь на основе косвенных наблюдаемых приборами признаков, позволяющих предположить ка к поведение, так и свойства атомов и молекулыул.
Размеры атомов РАЗЛИчНЫХ элементов колеблются примерно от 0,6 до 2,6 А, а величины длины световой волны - в несколько тысяч раз больше (4,5-7,7) * 10-5 см К тому же и атомы, етких границ, чем и объясняется существующий разнобое вычисленных радиусв.
При нормальных условиях следовало бы ожидать, что связи атома кислорода с обоим водороднымы атомами в молекуле Н2О образуют у центрального атома кислорода очень тупой угол, близкий к 180 (Однако совершенно неожиданно Этот угол равен НЕ 180 (, а всего Лишь 104 (31'.
Вследствие этого внутримолекулярные силы компенсируются не полностью и их избыток проявляется вне молекулы На рис 2 показаны основные размеры молекулы воды.
В молекуле воды положительные и отрицательные заряды распределены неравномерно, асимметрическая Такое расположение зарядов создает Полярность молекулы Хотя молекула воды нейтральная, но в силу своей оей полярности она ориентируется в пространстве с учетом тяготения своего отрицательно заряженного полюса к положительно заряда и положительно заряженного полюса к отрицательно зар ядду.
Внутри молекулы воды это разделение зарядов по сравнении с разделением зарядов у других веществ очень велико Это явление называют дипольным моментом Эти свойства молекул воды (н называемые также диэлектрической проницаемостью, которая в Н2О очень велика) Имеют очень большое значение, например в процессах растворения РАЗЛИчНЫХ вещесттв.
Способность воды растворить твердые тела определяется ее диэлектрической проницаемостью (, которая в воды при 0 (С равна 87,7, при 50 (С - 69,9, при 100 (С - 55,7 При комнатной температуре е диэлектрическая проницаемость равна 80 Это значит, что два противоположных электрических заряда взаимно притягиваются в воде, с силой, равной 1/80 силы их взаимодействия в воздухе Таким образом, отделение ионов от кристалла какой-либо соли в воде в 80 раз легче, чем в воздухухе.
Но вода состоит не только из одних молекул Дело в том, что молекула воды может диссоциировать (расщепляться) на заряженный положительно ион водорода Н и на заряженный отрицательно гидроксильный ион ОН-В обычных условиях чистая вода диссоциирован очень слабо: только одна молекула из 10 млн молекул воды распадается на ион водорода и ион гидроксила Однако с повышением температуры и изме нением второго условий диссоциация может быть значительно большеьшей.
Хотя вода в целом в химическом отношении инертна, наличие ионов Н и ОН-делает ее Чрезвычайно активной.
В воде могут находиться и отрицательно заряженные ионы кислорода (О-) Более того, в природе могут встречаться и другие соединения водорода с кислородом К таким соединениям в первую очередь п принадлежит широко распространенный отрицательно заряженный гидрооксоний Н3О Он встречается в растворах галита (NaСl) при высоких температурах и давленияиях.
Гидрооксоний находится в узлах решетки льда (вместе с гидроксильным ином ОН-) в количестве (при 0 (С) 0,27 * 10-9 частей, а также в связанном состоянии во многих минералах.
Н3О и ОН-в глубоких недрах являются переносчиками многих соединений (особенно в процессе гранитизации) к другу соединениям водорода с кислородом относятся перекись водорода (Н2О2), пе еригидроксил (НО2), гидроксил-моногидрат (Н3О2) и т п Все они неустойчивый в условиях земной поверхности, однако при Некоторых темература и давления могут находиться в природе длительное время а главное - превращаться в молекулу воды, о чем будет сказано ниже Н3О2-обнаружен в облаках ионосферы на высоте более 100 км над уровнем морморя.
Как уже было отмечено выше, молекула воды, как правило, нейтральная.
Однако при вырываниы из нее электрона бета-лучами (Быстрыми электронами) может образоваться заряженная «молекула» воды - положительный ион H2O.
При взаимодействии воды с этим ионом возникает радикал ОН-по схеме:

H2O H2O = Н3О ОН-.

При рекомбинацией гидрооксония Н3О с электронами выделяется энергия, равная 196 ккал / моль, достаточная для расщепления Н2О на Н и ОН Свободные радикалы играют весьма важную роль в астрофизики и в физике земной атмосферы На Солнце Был обнаружен радикал ОН, причем в пятнах в повышенном количестве Он же обнаружен в звездах и в головной части комемет.
Итак, Рассматривая воду только как вещество, состоящее из атомов, молекул и ионов водорода и кислорода, и не Принимая во внимание все другие элементы периодической системы и их неорганическом кие и органические соединения, которые могут находиться воде в виде растворов, взвесей, эмульсий и примесей, газообразном, жидком и твердом состояниях, можно выделить 36 соединений - разновидностей водорода и кислорода, входящих в состав вод.

по теме:

  • Жесткость воды и ее устранение

  • категория: рефераты / рефераты по химии / Свойства и структура воды