Все свойства воды

Почти вся поверхность планеты занята морями и океанами. Снегом и льдом – покрыто 20% суши. Из общего количества воды на Земле, равного 1 млрд. 386 млн. кубических километров, 1 млрд. 338 млн. кубических километров приходится на долю солёных вод Мирового океана, и только 35 млн. кубических километров приходится на долю пресных вод. Всего количества океанической воды хватило бы на то, чтобы покрыть ею земной шар слоем более 2,5 километров. На каждого жителя Земли приблизительно приходится 0,33 кубических километров морской воды и 0,008 кубических километров пресной воды. Но трудность в том, что подавляющая часть пресной воды на Земле находится в таком состоянии, которое делает её труднодоступной для человека. Почти 70% пресных вод заключено в ледниковых покровах полярных стран и в горных ледниках, 30% — в водоносных слоях под землёй, а в руслах всех рек содержатся одновременно всего лишь 0,006% пресных вод. Молекулы воды были обнаружены даже в межзвёздном пространстве. Вода входит в состав комет, большинства планет солнечной системы и их спутников.

Вода — уникальное химическое вещество. Молекула воды состоит из двух атомов водорода (Н) и одного атома кислорода (О). Молекула Н2О имеет угловое строение, угол между связями

Вода химически не изменяется под действиям соединений, которые она растворяет, и не изменяет их. Это характеризует ее инертным растворителем, что важно для живых организмов на нашей планете, поскольку необходимые их тканям питательные вещества поступают в водных растворах в сравнительно устойчивом виде. Как растворитель вода многократно используется, неся в своей структуре память о ранее растворенных в ней веществах. Молекулы в объеме воды сближаются противоположными зарядами, возникают межмолекулярные водородные связи между ядрами водорода и неподеленными электронами кислорода, насыщая электронную недостаточность водорода одной молекулы воды и фиксируя его по отношению к кислороду другой молекулы. Тетраэдрическая направленность водородного облака позволяет образовать четыре водородные связи для каждой водной молекулы, которая благодаря этому может ассоциировать с четырьмя соседними. В такой модели углы между каждой парой линий, соединяющих центр (атом О) с вершинами, равны 109,5 С .

Водородные связи в несколько раз слабее ковалентных связей, объединяющих атомы кислорода и водорода. Микромолекулярная структура воды с большим количеством полостей позволяет ей, разрывая водородные связи, присоединять молекулы или части молекул других веществ, способствуя их растворению.

Сравнивая воду — гидрид кислорода с гидридами элементов, входящих в одну с кислородом подгруппу периодической системы Д.И. Менделеева, следовало бы ожидать, что вода должна кипеть при — 70оС, а замерзать при — 90оС. Но в обычных условиях вода замерзает при 0оС. Такое резкое отклонение от установленной закономерности как раз и объясняется тем, что вода является ассоциированной жидкостью. Ассоциированность ее сказывается и на очень высокой теплоте парообразования. Так, для того чтобы испарить 1 г воды, нагретой до 100оС, требуется вшестеро больше тепла, чем для нагрева такого же количества воды от 0 до 80оС. Благодаря этому вода является мощнейшим энергоносителем на нашей планете. По сравнению с другими веществами, она способна воспринимать гораздо больше тепла, существенно не нагреваясь. Вода выступает как бы регулятором температуры, сглаживая благодаря своей большой теплоемкости резкие температурные колебания. В интервале от 0 до 37оС теплоемкость ее падает и только после 37оС начинает повышаться. Минимум теплоемкости воды соответствует температуре 36 — 39оС — нормальной температуре человеческого тела. Благодаря этому возможна жизнь теплокровных животных, в том числе и человека. 0оС и закипает при 100 оС.

Физические свойства воды.

Вода – жидкое прозрачное вещество без цвета, вкуса и запаха. Плотность жидкой воды имеет максимальное значение 1 г/cм3 при 40С. При более низких и более высоких температурах плотность воды уменьшается.

При 00С вода переходит из жидкого в твёрдое состояние (лёд). При 1000С вода кипит и переходит в газообразное состояние (водяной пар). Вода имеет аномально высокую температуру кипения по сравнению со своими аналогами. Это объясняется тем, что молекулы воды находятся в ассоциированном состоянии за счёт образования межмолекулярных водородных связей.

Исключительно высокой является теплоёмкость воды. С этим связаны важная роль природных водоёмов в качестве аккумуляторов теплоты, использование воды в охладительных системах различных двигателей.

Поддержание определенной температуры живых организмов при существенных изменениях температуры окружающей среды также в значительной степени обусловлено большой теплоёмкостью воды.

Вода – наиболее универсальный растворитель. Молекулы воды представляют собой диполи, поэтому вода является полярным растворителем. Она хорошо растворяет ионные соединения и вещества, состоящие из полярных молекул. Значительно хуже растворяются в воде вещества, состоящие из неполярных молекул.

Химические свойства воды.

  • Окислительно – восстановительные свойства.
  • Вода не обладает сколько – нибудь ярко выраженными окислительно – восстановительными свойствами. Окислительно – восстановительные реакции возможны при взаимодействии воды только с очень активными восстановителями или очень активными окислителями. При обычной температуре вода взаимодействует с такими сильнейшими восстановителями, как щелочные и щелочноземельные металлы. В роли окислителя вода выступает также при взаимодействии с гидридами щелочных и щелочноземельных металлов, являющихся очень сильными восстановителями. В роли восстановителя вода выступает при взаимодействии с таким сильнейшим окислителем, как фтор. При температуре 10000С водяной пар разлагается на водород и кислород. Происходит внутримолекулярный окислительно – восстановительный процесс.

    2Н+2О-2- 2Н02+О02

  • Кислотно – основные свойства.
  • Для жидкой воды характерна самоионизация. Её молекулы взаимно влияют друг на друга. Тепловое движение частиц вызывает ослабление и гетеролитический разрыв связей О – Н в отдельных молекулах воды. При этом протон присоединяется к атому кислорода соседней молекулы воды по доноро – акцепторному механизму:

    Н2О+Н2О=Н3О+ +ОН-

    Таким образом, при ионизации одновременно образуются ионы Н+ и НО-, т.е. вода является амфотерным электролитом. В разбавленных водных растворах электролитов, как и в воде, произведение концентрации ионов водорода Н+ и гидроксид – ионов ОН- — величина постоянная при данной температуре. Среду любого водного раствора можно охарактеризовать концентрацией ионов водорода Н+ или гидроксид – ионов ОН-. В водных растворах различают три типа сред: нейтральную, щелочную и кислую.

  • Нейтральная среда – среда, в которой концентрация ионов водорода равна концентрации гидроксид – ионов:
  • = = 10-7 моль/л

  • Щелочная среда – среда, в которой концентрация ионов водорода меньше концентрации гидроксид – ионов:

Для характеристики сред растворов используют водородный показатель.

Агрегатные состояния воды:

  • Твёрдое — лёд.
  • Жидкое — вода.
  • Газообразное — водяной пар.

При атмосферном давлении вода замерзает (превращается в лёд) при температуре в 0°C и кипит (превращается в водяной пар) при температуре 100°C.

При снижении давления температура плавления воды медленно растёт, а температура кипения — падает.

При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01°C. Такое давление и температура называются тройной точкой воды.

При более низком давлении вода не может находиться в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар. Температура возгонки льда падает со снижением давления.

При росте давления температура кипения воды растёт, плотность водяного пара в точке кипения тоже растёт, а жидкой воды — падает.

При температуре 374°C (647 K) и давлении 22,064 МПа (218 атм) вода проходит критическую точку. В этой точке плотность и другие свойства жидкой и газообразной воды совпадают.

При более высоком давлении нет разницы между жидкой водой и водяным паром, следовательно, нет и кипения или испарения.

Так же возможны метастабильные состояния — пересыщенный пар, перегретая жидкость, переохлаждённая жидкость.

Эти состояния могут существовать длительное время, однако они неустойчивы и при соприкосновении с более устойчивой фазой происходит переход. Например, нетрудно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0°C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд.

Вода обладает рядом необычных особенностей:

  • При таянии льда, его плотность увеличивается (с 0,9 до 1 г/куб.см). Почти у всех остальных веществ при плавлении плотность уменьшается.
  • При нагревании от 0°C до 4°C (точнее 3,98°C), вода сжимается. Благодаря этому могут жить рыбы в замерзающих водоёмах: когда температура падает ниже 4°C, более холодная вода, как менее плотная остаётся на поверхности и замерзает, а под льдом сохраняется положительная температура.
  • Высокая температура и удельная теплота плавления (0°C и 333,55 кДж/кг), температура кипения (100°C) и удельная теплота парообразования (2250 КДж/кг), по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом.
  • Высокая теплоёмкость жидкой воды.
  • Высокая вязкость.
  • Высокое поверхностное натяжение.
  • Отрицательный электрический потенциал поверхности воды.

Все эти особенности связаны с наличием водородных связей. Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По причине этого, а также того, что ион водорода не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома соседней молекулы. Благодаря этому, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот. Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях: 2 атома водорода — каждый в одной, а атом кислорода — в двух; в таком состоянии молекулы находятся в кристалле льда. При таянии льда часть связей рвётся, что позволяет уложить молекулы воды плотнее; при нагревании воды связи продолжают рваться, и плотность её растёт, но при температуре выше 4°С этот эффект становится слабее, чем тепловое расширение. При испарении рвутся все оставшиеся связи. Разрыв связей требует много энергии, отсюда высокая температура и удельная теплота плавления и кипения и высокая теплоёмкость. Вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.

По сходным причинам вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные — атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.

Это свойство воды используется живыми существами. В живой клетке и в межклеточном пространстве вступают во взаимодействие растворы различных веществ в воде. Вода необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле.

Чистая (не содержащая примесей) вода — хороший изолятор. При нормальных условиях вода слабо диссоциирована и концентрация протонов (точнее, ионов гидроксония H3O+) и гидроксильных ионов HO — составляет 0,1 мкмоль/л. Но поскольку вода — хороший растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные соли, то есть в воде присутствуют положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество. По электропроводности воды можно определить её чистоту.

Вода имеет показатель преломления n=1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60% парникового эффекта. Благодаря большому дипольному моменту молекул, вода также поглощает микроволновое излучение, на чём основан принцип действия микроволновой печи.


Понравилось? Поделись с друзьями!

Похожие главы из других работ:

Белки

Химические и физические свойства

Несмотря на внешнее несходство, различные представители белков обладают некоторыми общими свойствами. Так, поскольку все белки являются коллоидными частицами (размер молекул лежит в пределах 1 мкм до 1 нм)…

Вода известная и неизвестная. Память воды

4.2 Физические свойства воды

Вода обладает рядом аномальных физических свойств. · Вода единственное вещество на Земле, способное существовать одновременно трёх состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. · При таянии льда его плотность уменьшается…

Молибден

4. Физические и химические свойства

Физические свойства Молибден — светло-серый металл с кубической объёмноцентрированной решёткой типа б-Fe (a = 3,14 Е; z = 2;пространственная группа Im3m), парамагнитен, шкала Мооса определяет его твердость 4.5 баллами. Механические свойства…

Натрий и его соединения

Физические и химические свойства

При обычной температуре натрий кристаллизуется в кубической решётке, а=4,28. Атомный радиус 1,86, ионный радиус Na 0,92. Плотность 0,968 г/см (19,7С), t=97,83С, t=882,9С; удельная теплоёмкость (20С) 1,2310дж/(кгК) или 0,295 кал/(гград); коэффициент теплопроводности 1…

Никель и его соединения

Никель — ковкий и пластичный металл. Он обладает кубической гранецентрированной кристаллической решеткой Температура плавления 1455°C, температура кипения около 2900°C, плотность 8,90 кг/ дм3. Никель — ферромагнетик…

Одноатомные спирты и их применение в медицине

2.4 Физические и химические свойства

Полиацителен, его свойства и особенности

3. Свойства (физические и химические)

Плотность полиацетилена = 0,04-1,1 г/см, степень кристалличности 0-95%. Известны цис- и транс-формы полиацетилена; цис-форма при нагр. до 100-1500C переходит в транс-форму. Полиацетилен не растворим ни в одном из известных органических растворителей…

Получение фосфорнокислого цинка

1.2.4 Физические и химические свойства

Кристаллическая решётка кадмия гексагональная, а = 2,97311, с = 5,60694 (при 25 °C); атомный радиус 1,56, ионный радиус Cd2+ 1,03. Плотность 8,65 г/см3 (20 °C), tпл 320,9? С, tkип 767 °C, коэффициент термического расширения 29,8Ч10-6 (при 25 °C); теплопроводность (при 0 oC) 97…

Получение фосфорнокислого цинка

1.4.4 Физические и химические свойства

Ртуть — единственный металл, жидкий при комнатной температуре. Твёрдая ртуть кристаллизуется в ромбические сингонии, а = 3,463, с = 6,706; плотность твёрдой ртути 14,193 г/см3 (-38,9 °C), жидкой 13,52 г/см3 (20 °C), атомный радиус 1,57, ионный радиус Hg2+ 1,10; tпл — 38…

Серебро: свойства и сферы применения

1 Физические и химические свойства

Серебро — металл красивого белого цвета, обладает наивысшей среди металлов электро- и теплопроводностью, лучшей отражательной способностью, особенно в инфракрасном и видимом свете…

Фармацевтический анализ производных изохинолина (папаверина гидрохлорид)

Папаверина гидрохлорид представляет собой белый кристаллический порошок со слегка горьковатым вкусом, без запаха. Температура плавления — 225єС. Хорошо растворяется в воде, плохо — в этиловом спирте, хлороформе, диэтиловом эфире…

Фармацевтический анализ производных пиридина (никотиновая кислота)

Никотиновая кислота чистом виде представляет собой бесцветные кристаллы игольчатой формы, легко растворимые в воде и спирте. Она термостабильна и сохраняет свою биологическую активность при кипячении и автоклавировании…

Фармацевтический анализ производных фурана (фурагин)

Фурагин — бесцветный кристаллический порошок с температурой плавления 85 °C, температурой кипения 32 °C. Молекулярная масса (а.е.м): 68,07. Фуран проявляет ацидофобные свойства.

При действии концентрированной серной кислоты он полимеризуются…

Химия фуллеренов

5.1 Физические и химические свойства

Фуллерен С60 — мелкокристаллический порошок черного цвета, лишенный запаха. Плотность фуллерена С60 — 1,65 г/см3, что значительно меньше, чем у графита (2,3 г/см3) и алмаза (3,5 г/см3). Это связано с тем, что молекулы полые…

Щелочные металлы

1.3 Химические и физические свойства

Из-за высокой химической активности щелочных металлов по отношению к воде, кислороду, и иногда даже и азоту (Li, Cs) их хранят под слоем керосина. Чтобы провести реакцию со щелочным металлом…

Введение. 3

Физические свойства воды.5

Агрегатные состояния.7

Химические свойства воды.9

Виды воды.9

Мировые запасы воды.11

Заключение.20

Библиографический список:21

Введение

Вода́ (оксид водорода) — прозрачная жидкость, не имеющая цвета (в малом объёме), запаха и вкуса. Химическая формула: Н2O. В твёрдом состоянии называется льдом или снегом, а в газообразном — водяным паром. Около 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озёра, реки, лёд на полюсах).

Является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы). Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды.

Почти 70% поверхности нашей планеты занято океанами и морями. Твёрдой водой – снегом и льдом – покрыто 20% суши. Из общего количества воды на Земле, равного 1 млрд. 386 млн. кубических километров, 1 млрд. 338 млн. кубических километров приходится на долю солёных вод Мирового океана, и только 35 млн. кубических километров приходится на долю пресных вод. Всего количества океанической воды хватило бы на то, чтобы покрыть ею земной шар слоем более 2,5 километров. На каждого жителя Земли приблизительно приходится 0,33 кубических километров морской воды и 0,008 кубических километров пресной воды.

Но трудность в том, что подавляющая часть пресной воды на Земле находится в таком состоянии, которое делает её труднодоступной для человека. Почти 70% пресных вод заключено в ледниковых покровах полярных стран и в горных ледниках, 30% — в водоносных слоях под землёй, а в руслах всех рек содержатся одновременно всего лишь 0,006% пресных вод. Молекулы воды обнаружены в межзвёздном пространстве. Вода входит в состав комет, большинства планет солнечной системы и их спутников.

Состав воды (по массе): 11,19 % водорода и 88,81 % кислорода. Чистая вода прозрачна, не имеет запаха и вкуса. Наибольшую плотность она имеет при 0° С (1 г/см3). Плотность льда меньше плотности жидкой воды, поэтому лед всплывает на поверхность. Вода замерзает при 0° С и кипит при 100° С при давлении 101 325 Па. Она плохо проводит теплоту и очень плохо проводит электричество. Вода — хороший растворитель. Молекула воды имеет угловую форму атомы водорода по отношению к кислороду образуют угол, равный 104,5°. Поэтому молекула воды — диполь: та часть молекулы, где находится водород, заряжена положительно, а часть, где находится кислород, — отрицательно. Благодаря полярности молекул воды электролиты в ней диссоциируют на ионы.

В жидкой воде наряду с обычными молекулами Н20 содержатся ассоциированные молекулы, т. е. соединенные в более сложные агрегаты (Н2О)x благодаря образованию водородных связей. Наличием водородных связей между молекулами воды объясняются аномалии ее физических свойств: максимальная плотность при 4° С, высокая температура кипения (в ряду Н20—Н2S — Н2Sе) аномально высокая теплоемкость . С повышением температуры водородные связи разрываются, и полный разрыв наступает при переходе воды в пар.

Вода — весьма реакционноспособное вещество. При обычных условиях она взаимодействует со многими основными и кислотными оксидами, а также со щелочными и щелочно-земельными металлами. Вода образует многочисленные соединения — кристаллогидраты.

Очевидно, соединения, связывающие воду, могут служить в качестве осушителей. Из других осушающих веществ можно указать Р205, СаО, ВаО, металлический Ма (они тоже химически взаимодействуют с водой), а также силикагель. К важным химическим свойствам воды относится ее способность вступать в реакции гидролитического разложения.

Агрегатные состояния.

1. По состоянию различают:

2. Твёрдое — лёд

3. Жидкое — вода

4. Газообразное — водяной пар

Рис.1 «Типы снежинок»

При атмосферном давлении вода замерзает (превращается в лёд) при температуре в 0 °C и кипит (превращается в водяной пар) при температуре 100 °C. При снижении давления температура плавления воды медленно растёт, а температура кипения — падает. При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01 °C. Такое давление и температура называются тройной точкой воды. При более низком давлении вода не может находиться в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар. Температура возгонки льда падает со снижением давления.

При росте давления температура кипения воды растёт, плотность водяного пара в точке кипения тоже растёт, а жидкой воды — падает. При температуре 374 °C (647 K) и давлении 22,064 МПа (218 атм) вода проходит критическую точку. В этой точке плотность и другие свойства жидкой и газообразной воды совпадают. При более высоком давлении нет разницы между жидкой водой и водяным паром, следовательно, нет и кипения или испарения.

Так же возможны метастабильные состояния — пересыщенный пар, перегретая жидкость, переохлаждённая жидкость. Эти состояния могут существовать длительное время, однако они неустойчивы и при соприкосновении с более устойчивой фазой происходит переход. Например, нетрудно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0 °C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд.

Изотопные модификации воды.

И кислород, и водород имеют природные и искусственные изотопы. В зависимости от типа изотопов, входящих в молекулу, выделяют следующие виды воды:

1. Лёгкая вода (просто вода).

2. Тяжёлая вода (дейтериевая).

Сверхтяжёлая вода (тритиевая).

Вода является наиболее распространённым растворителем на Земле, во многом определяющим характер земной химии, как науки. Большая часть химии, при её зарождении как науки, начиналась именно как химия водных растворов веществ. Её иногда рассматривают, как амфолит — и кислоту и основание одновременно (катион H+ анион OH-). В отсутствие посторонних веществ в воде одинакова концентрация гидроксид-ионов и ионов водорода (или ионов гидроксония), pKa ≈ ок. 16.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вода (оксид водорода) — бинарное неорганическое соединение, химическая формула Н2O. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного — кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. При нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеет цвета (в малом объёме), запаха и вкуса. В твёрдом состоянии называется льдом, снегом или инеем, а в газообразном — водяным паром. Вода также может существовать в виде жидких кристаллов (на гидрофильных поверхностях). Около 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озёра, реки, льды) — 361,13 млн км2. На Земле примерно 96,5 % воды приходится на океаны, 1,7 % мировых запасов составляют грунтовые воды, ещё 1,7 % на ледники и ледяные шапки Антарктиды и Гренландии, небольшая часть в реках, озёрах и болотах, и 0,001 % в облаках (образуются из взвешенных в воздухе частиц льда и жидкой воды). Большая часть земной воды — солёная, и она непригодна для сельского хозяйства и питья. Доля пресной составляет около 2,5 %, причём 98,8 % этой воды находится в ледниках и грунтовых водах. Менее 0,3 % всей пресной воды содержится в реках, озёрах и атмосфере, и ещё меньшее количество (0,003 %) находится в живых организмах. Является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы). Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды. Является важнейшим веществом для всех живых существ на планете Земля.

Виды воды

Вода на Земле может существовать в трёх основных состояниях — жидком, газообразном и твёрдом и приобретать различные формы, которые могут одновременно соседствовать друг с другом: водяной пар и облака в небе, морская вода и айсберги, ледники и реки на поверхности земли, водоносные слои в земле. Вода способна растворять в себе множество органических и неорганических веществ.

По особенностям происхождения, состава или применения, выделяют, в числе прочего:

· Мягкая вода и жёсткая вода — по содержанию катионов кальция и магния

· По изотопам водорода в молекуле:

o Лёгкая вода (по составу почти соответствует обычной)

o Тяжёлая вода (дейтериевая)

o Сверхтяжёлая вода (тритиевая)

· Пресная вода

· Дождевая вода

· Морская вода

· Подземные воды

· Минеральная вода

· Солоноватая вода (en:Brackish water)

· Питьевая вода, Водопроводная вода

· Дистиллированная вода и деионизированная вода

· Сточные воды

· Ливневая вода или поверхностные воды

· Апирогенная вода

· Мёртвая вода и Живая вода — виды воды со сказочными свойствами

· Лёд-девять (вымышленный материал)

· Святая вода — особый вид воды с мистическими свойствами согласно религиозным учениям

· Поливода

· Структурированная вода — термин, применяемый в различных неакадемических теориях.

· Талая вода

Химические названия воды

С формальной точки зрения вода имеет несколько различных корректных химических названий:

v Оксид водорода: бинарное соединение водорода с атомом кислорода в степени окисления ?2

v Монооксид дигидрогена

v Гидроксид водорода: соединение гидроксильной группы OH- и катиона (H+)

v Гидроксильная кислота: воду можно рассматривать как соединение катиона H+, который может быть замещён металлом, и «кислотного остатка» OH-

v Оксидан

v Дигидромонооксид

Строение молекулы

Атомы водорода и кислорода в молекуле воды расположены в углах равнобедренного треугольника с длиной связи О—Н 0,0957 нм; валентный угол Н—О—Н 104,5°; дипольный момент 6,17*10-30 Кл*м; поляризуемость молекулы 1,45*10-3 нм3; средний квадрупольный момент — 1,87*10-41 Кл*м2, энергия ионизации 12,6 эВ, сродство к протону 7,1 эВ. При взаимодействии молекулы воды с другими атомами, молекулами и ионами, в том числе с другими молекулами воды в конденсированных фазах, эти параметры изменяются.

Физические свойства

Физические свойства воды аномальны. Плавление льда при атмосферном давлении сопровождается уменьшением объема на 9%. Температурный коэффициент объемного расширения льда и жидкой воды отрицателен при температурах ниже -210°С и 3,98 °С. Теплоемкость С° при плавлении возрастает почти вдвое и в интервале 0-100°С почти не зависит от температуры (имеется минимум при 35 °С). При низких давлениях и температурах до 30 °С вязкость воды с ростом давления падает. Высокие диэлектрическая проницаемость и дипольный момент воды определяют ее хорошую растворяющую способность по отношению к полярным и ионогенным веществам. Благодаря высоким значениям С°, и вода — важный регулятор климатических условий на земле, стабилизирующий температуру на ее поверхности. Кроме того, близость угла Н—О—Н к тетраэдрическому (109° 28′) обусловливает рыхлость структур льда и жидкой воды и, как следствие, аномальную зависимость плотности от температуры. Поэтому не промерзают до дна крупные водоемы, что делает возможным существование в них жизни. Вода обладает также высоким поверхностным натяжением среди жидкостей, уступая в этом только ртути. Относительно высокая вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями. Вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные — атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.

Агрегатные состояния

По состоянию различают:

· «Твёрдое» — лёд

· «Жидкое» — вода

· «Газообразное» — водяной пар

При нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст., 101 325 Па) вода переходит в твердое состояние при температуре в 0 °C и кипит (превращается в водяной пар). При температуре 100 °C (температура 0 °C и 100 °C были специально выбраны как температура таяния льда и кипения воды при создании температурной шкалы «по Цельсию»). При снижении давления температура таяния (плавления) льда медленно растёт, а температура кипения воды — падает. При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01 °C. Такие давление и температура называются тройной точкой воды. При более низком давлении вода не может находиться в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар. Температура возгонки (сублимации) льда падает со снижением давления. При высоком давлении существуют модификации льда с температурами плавления выше комнатной. С ростом давления температура кипения воды растёт. При росте давления плотность насыщенного водяного пара в точке кипения тоже растёт, а жидкой воды — падает. При температуре 374 °C (647 K) и давлении 22,064 МПа (218 атм) вода проходит критическую точку. В этой точке плотность и другие свойства жидкой и газообразной воды совпадают. При более высоком давлении и/или температуре исчезает разница между жидкой водой и водяным паром. Такое агрегатное состояние называют «сверхкритическая жидкость». Вода может находиться в метастабильных состояниях — пересыщенный пар, перегретая жидкость, переохлаждённая жидкость. Эти состояния могут существовать длительное время, однако они неустойчивы и при соприкосновении с более устойчивой фазой происходит переход. Например, можно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0 °C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд.

Изотопные модификации воды. Изотопный состав

вода модификация изотопный свойство

Существует 9 устойчивых изотопных разновидностей воды. Содержание их в пресной воде в среднем следующее (мол. %): 1Н216О — 99,13; 1Н218О — 0,2; 1Н2170-0,04; 1Н2О16О-0,03; остальные пять изотопных разновидностей присутствуют в воде в ничтожных количествах. Кроме стабильных изотопных разновидностей, в воде содержится небольшое количество радиоактивного 3Н2 (или Т2О). Изотопный состав природной воды разного происхождения несколько варьирует. Особенно непостоянно отношение 1Н/2Н: в пресных водах — в среднем 6900, в морской воде -5500, во льдах — 5500-9000. По физическим свойствам D2O заметно отличается от обычной воды. Вода, содержащая 18О, по свойствамвам ближе к воде с 16О. И кислород, и водород имеют природные и искусственные изотопы. В зависимости от типа изотопов водорода, входящих в молекулу, выделяют следующие виды воды:

· Лёгкая вода (основная составляющая привычной людям воды) .

· Тяжёлая вода (дейтериевая) .

· Сверхтяжёлая вода (тритиевая) .

· тритий-дейтериевая вода

· тритий-протиевая вода

· дейтерий-протиевая вода

· Вода и водяной пар горят в атмосфере фтора фиолетовым пламенем.

Смеси водяного пара со фтором в пределах взрывчатых концентраций взрывоопасны. В результате этой реакции образуются фтороводород и элементарный кислород.

Размещено на Allbest.ru

Значение воды для жизнедеятельности растения

Лекция 10. Водный обмен.

План

1. Значение воды для жизнедеятельности растений

2. Структура и свойства воды

3. Водный обмен в растительной клетке

3.1. Формы воды в растительных клетках

3.2. Водный потенциал. Осмос. Транспорт воды в растительной клетке

4. Осмотическое поглощение воды

5. Механизмы передвижения воды

6. Верхний и нижний концевые двигатели

7. Передвижение воды по сосудам

8. Влияние водного дефицита на физиологические процессы

9. Особенности водообмена разных экологических групп растений

В тканях растений вода составляет 70-95% строительной массы. Роль воды в целом организме многообразна. Рассмотрим функции воды в биологических объектах:

— водная среда объединяет все части организма в единое целое. В теле растения вода представляет собой непрерывную среду на всем протяжении, от воды, поглощаемой корнями, до листьев, испаряющих воду в атмосферу.

— вода – важнейший растворитель и среда для биохимических реакций;

— вода участвует в упорядочении структур в клетках, она входит в состав молекул белков, определяя их конформацию;

— вода – метаболтт и непосредственный участник биохимических реакций.

Например, при фотосинтезе вода – донор электронов, она необходима для гидролиза, для синтеза веществ.

— вода – главный компонент в транспортной системе растений;

— вода – терморегулирующий фактор, она зхащищает растения от резких колебаний температуры;

— вода – амортизатор при механических воздействиях;

— благодаря явлениям осмоса и тургора обеспечивает упругое состояние клеток (все растения по способности регулировать объем, содержащейся в них влаги делятся на пойкилогидротермные и гомеогидротермные. Пойкилогидротермные – не могут регулировать объем воды в организме , например, водоросли, водные растения и др. Гомеогидротермные растения могут регулировать объем воды в организме с помощью устьиц).

Вода может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. В каждом из этих состояний структура воды неодинакова. При мгновенном замораживании с помощью жидкого азота молекулы воды не успевают построиться в кристаллическую решетку и вода приобретает твердое стеклообразное состояние (состояние витрификации).

Это свойство воды позволяет замораживать живые организмы без повреждения. Для кристаллического состояния воды характерно большое разнообразие форм (например, снежинки).

2.1. Физические свойства воды.

1. Плотность.

При 4оС и давлении 1 атм. один см3 воды весит один грамм. Т.е. плотность воды равна 1. При замерзании объем воды увеличивается на 11%.


2. Точки кипения и замерзания.

При давлении 1 атм. температура кипения воды равна 100оС, температура замерзания 0оС. С увеличением давления температура замерзания снижается через каждые 130 атм. на 1оС, а температура кипения увеличивается.

3. Теплота плавления

Теплота плавления льда равна 0,335 кДж/ч. Лед при нормальном давлении может иметь температуру от -1 до -7оС. Теплота парообразования воды 2,3 кДж/ч.

4. Теплоемкость.

Величина теплоемкости воды в 5-30 раз выше, чем у других веществ. Теплоемкость – количество теплоты, необходимое для повышения температуры на 1оС. Эта особенность воды объясняется сцеплением молекул друг с другом (когезией) за счет водородных связей.

5. Поверхностное натяжение и прилипание.

На поверхности воды (из-за способности молекул к когезии) создается поверхностное натяжение. Вода обладает также свойством адгезии (прилипания), что необходимо при подъеме воды против гравитационных сил.

Добавить комментарий

Закрыть меню