Самое необыкновенное вещество – вода

Вода – весьма распространенное на Земле вещество. Почти ¾ поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки и озера.

ВНИМАНИЕ! Работа на этой странице представлена для Вашего ознакомления в текстовом (сокращенном) виде. Для того, чтобы получить полностью оформленную работу в формате Word, со всеми сносками, таблицами, рисунками (вместо pic), графиками, приложениями, списком литературы и т.д., необходимо скачать работу.

Содержание

1. Вода в природе 3
2. Физические свойства воды 4 -6
3. Химические свойства воды 6
4. Тяжелая вода 7
5. Диаграммы состояния воды 8 -9
6. Мифы о живой и мертвой воде 10 - 12
7. Список используемой литературы 13

Вода в природе
Вода – весьма распространенное на Земле вещество. Почти ¾ поверхности земного шара покрыты 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 круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли так же находится вода, пропитывающая почву и горные породы.
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 соль).
Вода, содержащая значительное количество солей калия и магния, называется жесткой в отличии от мягкой воды, например дождевой. Жесткая вода дает мало пены с мылом, а на стенках котлов образует накипь.
Чтобы освободить природную воду от взвешенных в ней частиц, ее фильтруют сквозь пористого вещества, например, угля, обожженной глиной и т.п. При фильтровании больших количеств воды пользуются фильтрами из песка и гравия. Фильтры задерживают большую часть бактерий. Кроме того, для обеззараживания питьевой воды ее хлорируют; для полной стерилизации воды требуется не более 0,7 г. хлора на 1 т. воды.
Фильтрованием можно удалить из воды только нерастворимые примеси. Растворимые вещества удаляют из нее путем перегонки (дистилляции) или иного обмена.
Вода имеет очень большое значение в жизни растений, животных и человека. Согласно современным представлениям, само происхождение жизни связывается с морем. Во всяком организме вода представляет собой среду, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельности организма; кроме того, она сама принимает участие в целом ряде биохимических реакций.

Физические свойства воды

Чистая вода представляет собой бесцветную прозрачную жидкость. Плотность воды при переходе ее из твердого состояния в жидкое не уменьшается, как почти у всех других веществ, а возрастает. При нагревании воды от 0 до 4 С плотность ее также увеличивается. При 4С вода имеет максимальную плотность, и лишь при дальнейшем нагревании ее плотность уменьшается.
Если бы при понижении температуры и при переходе из жидкого состояния в твердое плотность воды изменялась так же, как это происходит у подавляющего большинства веществ, то при приближении зимы поверхностные слои природных вод охлаждались бы до 0 С и опускались на дно, освобождая место более теплым слоям, и так продолжалось бы до тех пор, пока вся масса водоема не приобрела бы температуру 0 С. Далее вода начинала бы замерзать, образующиеся льдины погружались бы на дно и водоем промерзал бы на всю его глубину. При этом многие формы жизни в воде были не возможны. Но так как наибольшей плотности воды достигает при 4 С, то перемещение ее слоев, вызываемое охлаждением, заканчивается при достижении этой температуры. При дальнейшем положении температуры охлажденный слой, обладающей меньшей плотностью, остается на поверхности, замерзает и тем самым защищает лежащие ниже слои от дальнейшего охлаждения и замерзания.
Большое значение в жизни природы имеет и тот факт, что вода обладает высокой аномальной теплоемкостью (4,18 Дж/ (г* К) ). Поэтому в ночное время, а также при переходе от лета к зиме вода остывает медленно, а днем или при переходе от зимы к лету также медленно нагревается, являясь, таким образом, регулятором температуры на земном шаре.
В связи с тем , что при плавлении льда объем, занимаемый водой, уменьшается, давление понижает температуру плавления льда. Это вытекает из принципа Ле Шателье. Действительно, пусть лед и жидкая вода находится в равновесии при 0 С. При увеличении давления равновесие, согласно принципу Ле Шателье, сместится в сторону образования той фазы, которая при той же температуре занимает меньший объем. Этой фазой является в данном случаи жидкость. Таким образом, возрастание давления при 0 С вызывает превышение льда в жидкость, а это означает, что температура плавления льда снижается.
Молекула воды имеет угловое строение; входящие в ее состав ядра образуют равнобедренный треугольник , в основании которого находится два протона, а в вершине – ядро атома кислорода. Межъядерные расстояния О – Н составляют 96мп., расстояние между ядрами атомов водорода равна примерно 150мп.
Молекулярная масса парообразной воды равна 18 и отвечает ее простейшей формуле. Однако молекулярная масса жидкой воды, определяемая путем изучения ее растворов в других растворителях, оказывается более высокой. Это свидетельствует о том, что в жидкой воде происходит ассоциация молекул, т.е. соединение их в более сложные агрегаты. Такой вывод подтверждается и аномально высокими значениями температур плавления и кипения воды.
В твердой воде (лед) атом кислорода каждой молекулы участвует в образовании двух водородных связей с соседними молекулами воды. При плавлении льда его структура разрушается. Но и в каждой воде сохраняются водородные связи между молекулами: образуются ассоциаты – как бы структуры льда, - состоящие из большого или меньшего числа молекул воды.
По мере нагревания воды обломков структуры льда в ней становится все меньше, что приводит к дальнейшему повышению плотности воды. В интервале температур от 0 до 4 С этот эффект преобладает над тепловым расширением, так что плотность воды продолжает возрастать. Однако при нагревании выше 4 С преобладает влияние усиления теплового движения молекул и плотность воды уменьшается. Поэтому при 4 С вода обладает максимальной плотностью.
Водородные связи между молекулами воды полностью разрываются только при переходе воды в пар.

Химические свойства воды

Молекулы воды отличаются большей устойчивостью к нагреванию. Однако при температурах выше 1000 С водяной пар начинает разлагаться на водород и кислород:

2 Н2О 2Н2 + О2
Процесс разложения веществ в результате его нагревания называется термической диссоциацией. Термическая диссоциация воды протекает с поглощением теплоты. Поэтому, согласно принципу Ле Шателье, чем выше температура, тем в большей степени разлагается вода. Однако даже при 2000 С степень термической диссоциации воды не превышает 2%, т.е. равновесие между газообразной водой и продуктами ее диссоциации – водородом и кислородом – все еще остается сдвинутым в сторону воды. При охлаждении же ниже 1000 С равновесие практически полностью сдвигается в этом направлении.
Вода – весьма реакционноспособное вещество. Оксиды многих металлов и неметаллов соединяются с водой, образуя основания и кислоты. Вода является жестким донором электронов в химических реакциях с донорно-акцепторным взаимодействием реагентов и часто выступает активным реагентом в реакциях, контролируемых зарядов.
Вода обладает также каталитической способностью. В отсутствии следов влаги практически не протекают некоторые обычные реакции: например, хлор, не взаимодействует с металлами, фтороводород не разъедает стекло, натрий не окисляется в атмосфере воздуха.

Тяжелая вода

При электролизе обычной воды, содержащей наряду с молекулами Н2О также незначительное количество молекул D2O, образованных тяжелым изотопом водорода, разложению подвергаются преимущественно молекулы Н2О. Поэтому при длительном электролизе воды остаток постепенно обогащается молекулами D2O. Из этого остатка после многократного повторения электролиза можно выделить воду, состоящею почти на 100%
Из молекул D2O и получившей тяжелой воды.
По своим свойствам тяжелая вода заметно отличается от обычной воды (табл. 1.1). Реакции с тяжелой водой протекают медленнее, чем с обычной. Тяжелую воду применяют в качестве замедлителя нейтронов в ядерных реакторах.
Таблица 1.1. Некоторые константы обычной и тяжелой воды
КОНСТАНТА Н2О D2O
Молекулярная масса 18 20
Температура плавления, С 0 3,8
Температура кипения, С 100 101,4
Плотность при 25 С, г/см3 0,9971 1,1042
Температура максимальной плотности, С 4 11,6

Диаграмма состояния воды

Диаграмма состояния воды (или фазовая диаграмма ) представляет собой графическое изображение зависимости между величинами, характеризующими состояние системы, и фазовыми превращениями в системе (переход из твердого состояния в жидкое, из жидкого в газообразное и т.д.). Для однокомпонентных систем обычно используются диаграммы состояния, показывающие зависимость фазовых превращений от температуры и давления; они называются диаграммами состояния в координатах р – Т .
На рис. 1.2. приведена в схематической форме (без соблюдения масштаба) диаграмма состояния воды. Любой точке на диаграмме отвечают определенные значения температуры и давления.

Рис. 1.2. Диаграмма состояния воды
в области невысоких давлений.

Диаграмма показывает те состояния воды, которые термодинамически устойчивы при определенных значениях температуры и давления. Она состоит из трех кривых, разграничивающих все возможные температуры и давления на три области, отвечающие льду, жидкости, пару.
Рассмотрим каждую из кривых более подробно. Кривая ОА (рис 1.2.), отделяющей область пара от области жидкого состояния. Представим себе цилиндр, из которого удален воздух, после чего в него введено некоторое количество чистой, свободной от растворенных веществ, в том числе от газов, поршнем, который закреплен в некотором положении (рис 1.3.).
Через некоторое время часть воды испариться и над ее поверхностью будет находиться насыщенный пар. Можно измерить его давление и убедиться в том, что она не изменяется с течением времени и не зависит от положения поршня. Если увеличить температуру всей системы и вновь измерить давление насыщенного пара, то окажется, что оно возросло. Повторяя такие измерения при различных температурах, найдем зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры. Кривая ОА представляет собой график этой зависимости: точки кривой показывают те пары значений температуры и давления, при которых жидкая вода и водяной пар находятся в равновесии друг с другом – сосуществуют. Кривая ОА называется кривой равновесия жидкость – пар или кривой кипения.
Справа кривая кипения оканчивается в критической точке. При температуре, отвечающей этой точке, - критической температуре – величины, характеризующие физические свойства жидкости и пара, становятся одинаковыми, так что различие между жидким и парообразным состояниями (граница раздела фаз) исчезает.
При температурах, лежащих выше критической точке, вещество не может находиться в жидком состоянии (Менделеев, 1860 г.).
Критическая температура и давления для различных веществ различны. Так, для водорода -239,9 С, для хлора 144С, для воды 374,2С.

Мифы о живой и мертвой воде

Она бывает и живой и мертвой.
Живую настоящую воду нашли в Венесуэле российские ученые Санкт-Петербургского технического университета – привезли образцы из ручьев, текущих в районе горы Прорайма (на языке индейцев – «мать всех вод»). Исследовали их в лаборатории с помощью прибора, работающего на основе известного эффекта Кирлиан: объекты, помещенные в сильное электромагнитное поле, начинают испускать свет – ауру. Её интенсивность якобы свидетельствует о силе энергетики.
Оказалось, что энергетика «девственной» воды в 40 тысяч раз (!) больше той, что течет из водопроводного крана.
- Живая и мертвая вода это – это две разные субстанции. Первозданная жидкость способна оздоравливать и омолаживать, - заключает доктор технических наук, профессор Константин Коротков. – А та, что течет из наших кранов, медленно разрушает организм.

Омолаживать не может.
Для биологов вопрос «Может ли вода быть живой или мертвой?» - бессмысленный. Равно как и «Может ли быть живым газ или камень?».
Живое – то, что имеет обмен веществ, растет и размножается. У воды таких свойств нет. Если бы, как в сказках, вещество, от которого моментально заживают раны или омолаживается организм, существовало, это был бы сложный полимер, созданный с помощью высоких технологий.
Понятно, почему море между Израилем и Иорданией назвали мертвым: оно настолько соленое, что в нем не могут жить ни рыбы, ни бактерии. А поскольку без воды нет жизни на земле, ее можно условно назвать живой.

Полезна ли талая вода.
Если верить целителям, «польза талой воды заключается в том, что в ней в отличие от водопроводной нет дейтерия – тяжелого элемента, который наносит вред организму».
У скептиков иное мнение: во – первых, тяжелая вода, то есть вода D2O, в которой вместо водорода находится изотоп дейтерий, нестабильна и требует специальных условий для сохранения устойчивости. Для природной же воды эти условия не существенны. Человек не употребляет дейтерия из воды. Это первый обман.
Во – вторых, к активным биологическим веществам относятся ферменты, витамины и гормоны. У воды, ни какой биологической активности нет, и при нагревании она словно яичный белок, не сворачивается. Это второй обман.
На самом деле, если воду заморозить, а потом опять разморозить, некоторые соединения остаются в том куске льда, который еще не растаял. Кроме того, в талой воде меньше солей железа, которые в питьевую воду принесены трубами. Все это улучшает вкус. Но тот же эффект дают и современные фильтры.

Пресное золото
Вода источник всего живого, Первые земные организмы появились именно в воде. Но так же как чистая вода рождает жизнь, так грязная приноси гибель.
Порой целые государства исчезали из-за плохой воды. Вполне вероятно, что так произошло со знаменитой Римской Империей. Водопровод был гордостью римлян. Люди верили, что пьют чистую воду, а тем временем убивали себя. Часть труб водопроводной системы была создана из свинца, который вызывал раковые заболевания. Большинство римлян не доживали до 30 лет.
Сегодняшняя вода то же кажется абсолютно чистой. Мы смело пьем ее сами и даем пить своим детям, не подозревая, из чего на самом деле состоит наш «источник жизни».
В России одна из лучших систем водоочистки. Но проблема в том, что вода, прежде чем попасть в наши дома, проходит через многие километры труб и загрязняется снова. Представьте себе ржавые трубы, в которых идут химические процесс, размножаются микробы. Состав отложений – ржавчина, соли тяжелых металлов, бактерии. Неудивительно, что именно загрязненная вода становится причиной таких опасных заболеваний, как язва желудка и лейкемия.
Если раньше считалось, что вода помогает, организму очистится, то теперь впору задуматься: очищает водопроводная вода организм или засоряет его? Еще одна составляющая воды из водопровода – хлор. Хлорирование убивает бактерии, но при этом хлор вступает в реакции с имеющимися в воде органическими соединениями. В результате образуются хлорсодержащие вещества, способные накапливаться в организме. Это отрицательно сказывается на печени, нервной и кровеносной системе.

Список используемой литературы

1. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. – М.: 2002
2. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М, : 1981.
3. Зайцев О.С. Общая химия. М. : «Высшая школа» , 1983.


Скачиваний: 1
Просмотров: 0
Скачать реферат Заказать реферат