Woda i jej właściwości fizyczne i chemiczne. Struktura wody

Najważniejszą substancją naszej planety, unikalną pod względem jej właściwości i składu, jest oczywiście woda. W końcu to dzięki niej istnieje życie na Ziemi, a nie na innych obiektach Układu Słonecznego, znanych dzisiaj. Stały, płynny, w postaci pary - jest niezbędny i ważny dla każdego. Woda i jej właściwości są przedmiotem badań całej dyscypliny naukowej - hydrologii.

Ilość wody na planecie

Jeśli weźmiemy pod uwagę wskaźnik ilości tego tlenku we wszystkich stanach agregacji, to wynosi on około 75% całkowitej masy na planecie. Powinno to uwzględniać związaną wodę w związki organiczne żywe stworzenia, minerały i inne elementy.

Jeśli weźmiesz pod uwagę tylko płynny i stały stan wody, stawka spadnie do 70,8%. Zastanów się, jak rozkładają się te wartości procentowe, które zawierają daną substancję.

1. Słona woda w oceanach i morzach, słone jeziora na Ziemi 360 milionów km ² .
2. Świeża woda jest rozprowadzana nierównomiernie: w lodowcach Grenlandii, Arktyce, na Antarktydzie jest ona pokryta lodem 16,3 mln km ² .
3. 5,3 miliona km ² tlenku wodoru koncentruje się w świeżych rzekach, bagnach i jeziorach.
4. Wody podziemne to 100 milionów m ³ .

Dlatego astronauci z odległej przestrzeni kosmicznej widzą Ziemię w postaci niebieskiej kuli ze sporadycznymi plamami ziemi. Woda i jej właściwości, znajomość cech struktury są ważnymi elementami nauki. Ponadto, w ostatnim czasie ludzkość zaczyna odczuwać wyraźny niedobór słodkiej wody. Być może taka wiedza pomoże w rozwiązaniu tego problemu.

Skład wody i struktura cząsteczki

Jeśli weźmiemy pod uwagę te wskaźniki, natychmiast ujawnią się właściwości, które manifestuje ta niesamowita substancja. Tak więc cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu, a zatem ma wzór empiryczny H ₂ O. Ponadto elektrony obu tych pierwiastków odgrywają ważną rolę w konstrukcji samej cząsteczki. Zobaczmy, jaka jest struktura wody i jej właściwości.

Oczywiście, każda cząsteczka jest zorientowana wokół drugiej i razem tworzą wspólną sieć krystaliczną. Interesujące jest to, że tlenek zbudowany jest w kształcie czworościanu - atom tlenu w środku, a dwie pary jego elektronów i dwa atomy wodoru wokół są asymetrycznie. Jeśli narysujesz linię przez centra zarodków atomów atomów i połączysz je, otrzymasz dokładnie czworościenny geometryczny kształt.

Kąt pomiędzy środkiem atomu tlenu i atomami wodorów wynosi 104,5 ^° C. Wiązanie wynosi O - H = 0,0957 nm. Obecność par elektronowych tlenu, a także jego większe powinowactwo elektronowe w porównaniu z wodorem, zapewnia tworzenie ujemnie naładowanego pola w cząsteczce. W przeciwieństwie do niego, jądra wodorów tworzą dodatnio naładowaną część związku. Okazuje się, że cząsteczka wody jest dipolem. To określa, jaka może być woda, a jej właściwości fizyczne również zależą od struktury cząsteczki. Dla żywych istot funkcje te odgrywają istotną rolę.

Podstawowe właściwości fizyczne

Są one zwykle przypisywane sieci krystalicznej, temperaturze wrzenia i temperaturze topnienia, specjalne indywidualne cechy. Wszystkie i rozważ.

1. Struktura sieci krystalicznej tlenku wodoru zależy od stanu skupienia. Może być stały - lód, ciecz - główna woda w normalnych warunkach, gazowo - parowa, gdy temperatura wody wzrasta powyżej 100 ⁰ C. Lodowiec tworzy piękne wzorzyste kryształy. Grill jest ogólnie luźny, ale połączenie jest bardzo mocne, gęstość jest niska. Można to zobaczyć na przykładzie płatków śniegu lub wzorów mrozu na szkle. W zwykłej wodzie krata nie ma stałej formy, zmienia się i przechodzi z jednego stanu do drugiego.
2. Cząsteczka wody w przestrzeni kosmicznej ma prawidłowy kształt kuli. Jednak pod działaniem grawitacji ziemi jest on zniekształcony iw stanie ciekłym przyjmuje postać naczynia.
3. Fakt, że struktura tlenku wodoru jest dipolem determinuje następujące właściwości: wysokie przewodnictwo cieplne i pojemność cieplną, które można prześledzić w szybkim nagrzewaniu i długim chłodzeniu substancji, zdolność do orientowania wokół siebie zarówno jonów, jak i poszczególnych elektronów, związków. To sprawia, że ​​woda jest uniwersalnym rozpuszczalnikiem (zarówno polarnym, jak i neutralnym).
4. Skład wody i struktura cząsteczki wyjaśniają zdolność tego związku do tworzenia wielu wiązań wodorowych, w tym z innymi związkami, które mają pojedyncze pary elektronów (amoniak, alkohol i inne).
5. Temperatura wrzenia ciekłej wody wynosi 100 ^° C, krystalizacja następuje w temperaturze + 4 ^° C. Lód znajduje się poniżej tego wskaźnika. Jeśli zwiększysz ciśnienie, to temperatura wrzenia wody gwałtownie wzrosnąć. Tak więc, w wysokiej atmosferze, ołów może się w nim stopić, ale w tym samym czasie nawet się nie zagotuje (powyżej 300 ⁰ С).
6. Właściwości wody są bardzo istotne dla żywych istot. Na przykład jednym z najważniejszych jest napięcie powierzchniowe. Jest to tworzenie najcieńszej warstewki ochronnej na powierzchni tlenku wodoru. Chodzi o wodę w stanie ciekłym. Bardzo trudno jest przełamać ten film mechanicznie. Naukowcy ustalili, że potrzebna jest siła równa 100 ton. Jak ją zauważyć? Film jest widoczny, gdy woda kapie z kranu powoli. Można zauważyć, że jest to jakby w jakiejś skorupie, która rozciąga się do pewnej granicy i wagi, i wypada w postaci okrągłej kropli, nieco zniekształconej grawitacyjnie. Ze względu na napięcie powierzchniowe wiele elementów może znajdować się na powierzchni wody. Owady ze specjalnymi urządzeniami mogą swobodnie się na nim poruszać.
7. Woda i jej właściwości są nienormalne i niepowtarzalne. Charakterystyką organoleptyczną tego związku jest bezbarwna ciecz bez smaku i zapachu. To, co nazywamy smakiem wody, to rozpuszczone w niej minerały i inne składniki.
8. Przewodność tlenku wodoru w stanie ciekłym zależy od tego, ile i jakie sole w nim rozpuszczono. Woda destylowana niezawierające żadnych zanieczyszczeń prąd elektryczny nie trzyma się.

Lód jest szczególnym stanem wody. W strukturze tego stanu jego cząsteczki są połączone ze sobą wiązaniami wodorowymi i tworzą piękną sieć krystaliczną. Jest jednak dość niestabilny i łatwo pęka, topi się, to znaczy deformuje. Między cząsteczkami zachowało się wiele pustek, których wymiary przekraczają rozmiar samych cząstek. Z tego powodu gęstość lodu jest mniejsza niż w przypadku ciekłego tlenku wodoru.

Ma to ogromne znaczenie dla rzek, jezior i innych zbiorników słodkiej wody. Rzeczywiście, w okresie zimowym woda w nich nie zamarza całkowicie, ale tylko pokryta jest gęstą skorupą lżejszego lodu, który unosi się na wodzie. Gdyby ta właściwość nie była charakterystyczna dla stałego stanu tlenku wodoru, zbiorniki mogłyby się zamarznąć. Życie pod wodą byłoby niemożliwe.

Ponadto, stały stan wody ma ogromne znaczenie jako źródło ogromnej ilości świeżej wody pitnej. To są lodowce.

Szczególną właściwość wody można nazwać fenomenem potrójnego punktu. Jest to stan, w którym lód, para i ciecz mogą istnieć jednocześnie. Wymaga to warunków takich jak:

• wysokie ciśnienie - 610 Pa;
• temperatura 0,01 ⁰ C.

Wskaźnik przejrzystości wody zmienia się w zależności od zanieczyszczeń. Ciecz może być całkowicie przezroczysta, opalizująca, mętna. Fale żółto-czerwonych barw są pochłaniane, fioletowe promienie wnikają głęboko.

Właściwości chemiczne

Woda i jej właściwości są ważnym narzędziem w zrozumieniu wielu procesów życiowych. Dlatego są bardzo dobrze badane. Tak więc hydrochemia jest zainteresowana wodą i jej właściwościami chemicznymi. Wśród nich są następujące:

1. Sztywność Jest to właściwość, którą tłumaczy się obecnością soli wapniowych i magnezowych, ich jonów w roztworze. Jest on podzielony na stałą (sole metali o nazwach: chlorki, siarczany, siarczyny, azotany), tymczasowy (wodorowęglany), który jest eliminowany przez gotowanie. W Rosji woda jest zmiękczana przed użyciem za pomocą środków chemicznych dla lepszej jakości.
2. Mineralizacja. Właściwość oparta na momencie dipolowym tlenku wodoru. Dzięki swojej obecności cząsteczki mogą przywiązać do siebie wiele innych substancji, jonów i zatrzymywać je. Tak powstają wspólnicy, klatraty i inne stowarzyszenia.
3. Właściwości redox. Jako uniwersalny rozpuszczalnik, katalizator, asocjat, woda może wchodzić w interakcje z wieloma prostymi i złożonymi związkami. U niektórych działa jako środek utleniający, a inne - na odwrót. Jak reaguje środek redukujący z halogenami, solami, niektórymi mniej aktywnymi metalami, z wieloma materia organiczna. Najnowsze transformacje zajmują się chemią organiczną. Woda i jej właściwości, w szczególności chemiczne, pokazują, jak wszechstronny i niepowtarzalny jest. Jako czynnik utleniający reaguje z aktywnymi metalami, kilkoma solami binarnymi, wieloma związkami organicznymi, węglem, metanem. Ogólnie reakcje chemiczne z udziałem tej substancji wymagają wyboru określonych warunków. To od nich zależy wynik reakcji.
4. Właściwości biochemiczne. Woda jest integralną częścią wszystkich procesów biochemicznych organizmu, będąc rozpuszczalnikiem, katalizatorem i ośrodkiem.
5. Interakcje z gazami z tworzeniem klatratów. Zwykła woda w stanie ciekłym może absorbować nawet nieaktywne gazy chemiczne i umieszczać je we wnękach między cząsteczkami struktury wewnętrznej. Takie związki nazywane są klatratami.
6. W przypadku wielu metali tlenek wodoru tworzy krystaliczne hydraty, w których jest włączony w postaci niezmienionej. Na przykład siarczan miedzi (CuSO ₄ * 5H ₂ O), a także zwykłe hydraty (NaOH * H ₂ O i inne).
7. Dla wody reakcje charakterystyczne to związki, w których zachodzi tworzenie nowych klas substancji (kwasów, zasad, zasad). Nie są one redox.
8. Elektroliza. Pod wpływem prądu elektrycznego cząsteczka rozkłada się na złożone gazy - wodór i tlen. Jednym ze sposobów, aby je dostać w laboratorium i przemyśle.

Z punktu widzenia teorii Lewisa woda jest słabym kwasem i słabą zasadą w tym samym czasie (amfolity). Oznacza to, że możemy powiedzieć o jakimś rodzaju amfoterycznego w właściwościach chemicznych.

Woda i jej korzystne właściwości dla żywych istot

Trudno przecenić znaczenie tlenków wodoru dla wszystkich żywych istot. W końcu woda jest źródłem życia. Wiadomo, że bez niego osoba nie mogłaby mieszkać przez tydzień. Woda, jej właściwości i wartość są po prostu kolosalne.

1. Jest uniwersalny, to znaczy zdolny do rozpuszczania związków organicznych i nieorganicznych, rozpuszczalnika działającego w żywych układach. Dlatego woda jest źródłem i medium dla przepływu wszystkich katalitycznych przemian biochemicznych, z tworzeniem złożonych, ważnych związków kompleksowych.
2. Zdolność do tworzenia wiązań wodorowych czyni tę substancję uniwersalną w utrzymywaniu temperatury bez zmiany stanu skupienia. Gdyby tak nie było, to przy najmniejszym spadku stopnia zamieniłoby się w lód żywych istot, powodując śmierć komórki.
3. Dla ludzi woda jest źródłem wszystkich podstawowych artykułów gospodarstwa domowego i potrzeb: gotowania, mycia, czyszczenia, kąpieli, kąpieli i pływania, i tak dalej.
4. Zakłady przemysłowe (chemiczne, tekstylne, budowy maszyn, żywność, rafinacja ropy naftowej i inne) nie byłyby w stanie wykonywać swojej pracy bez udziału tlenku wodoru.
5. Od czasów starożytnych wierzono, że woda jest źródłem zdrowia. Został on użyty i jest dziś używany jako substancja terapeutyczna.
6. Rośliny wykorzystują je jako główne źródło pożywienia, dzięki czemu produkują tlen - gaz, który tworzy życie na naszej planecie.

Istnieje wiele innych powodów, dla których woda jest najbardziej rozpowszechnioną, ważną i niezbędną substancją dla wszystkich żywych i sztucznie tworzonych obiektów. Przynieśliśmy tylko te najbardziej oczywiste, najważniejsze.

Hydrologiczny obieg wody

Innymi słowy, jest to jej cyrkulacja w naturze. Bardzo ważny proces, który pozwala na ciągłe uzupełnianie zanikających zapasów wody. Jak idzie?

Głównymi uczestnikami są trzy: wody gruntowe (lub podziemne), wody powierzchniowe i oceany. Ważna jest także kondensacja atmosfery i nadzwyczajne opady. Aktywnymi uczestnikami procesu są również rośliny (głównie drzewa), które mogą wchłaniać ogromną ilość wody dziennie.

Tak więc proces wygląda następująco. Woda gruntowa wypełnia podziemne kapilary i stada na powierzchni i na Oceanie Światowym. Następnie woda powierzchniowa jest absorbowana przez rośliny i transportowana do środowiska. Odparowanie występuje również w rozległych obszarach oceanów, mórz, rzek, jezior i innych zbiorników wodnych. Co robi woda w atmosferze? Skondensowane i rozlane z powrotem jako opady (deszcz, śnieg, grad).

Gdyby te procesy nie miały miejsca, zasoby wody, zwłaszcza wody słodkiej, długo by się skończyły. Dlatego ludzie przywiązują wielką wagę do ochrony i normalnego cyklu hydrologicznego.

Pojęcie ciężkiej wody

Z natury tlenek wodoru istnieje jako mieszanina izotopologów. Wynika to z faktu, że wodór tworzy trzy rodzaje izotopów: prot ¹ N, deuter ² N, tryt ³ N. Tlen z kolei również nie pozostaje w tyle i tworzy trzy stabilne formy: ¹⁶ O, ¹⁷ O, ¹⁸ O. Jest to spowodowane jest to nie tylko zwykła woda propowa o składzie H20 ( ¹ H i ¹⁶ O), ale także deuter i tryt.

Jednocześnie, deuter ( ² N) ma stabilną strukturę i formę, która jest zawarta prawie we wszystkich naturalnych wodach, ale w małych ilościach. To się nazywa ciężkie. Jest nieco inny niż zwykłe lub łatwe dla wszystkich wskaźników.

Ciężka woda i jej właściwości charakteryzują się kilkoma punktami.

1. Krystalizuje w temperaturze 3,82 ^° C.
2. Wrzenie obserwuje się przy 101,42 ^° C.
3. Gęstość wynosi 1,10059 g / cm3.
4. Jako rozpuszczalnik kilka razy gorszy od wody lekkiej.
5. Ma wzór chemiczny D ₂ O.

Przeprowadzając eksperymenty pokazujące wpływ takiej wody na żywe organizmy, stwierdzono, że mogą w nim żyć tylko niektóre rodzaje bakterii. Trzeba było czasu, aby kolonie przystosowały się i zaaklimatyzowały. Ale po przystosowaniu całkowicie przywrócili wszystkie ważne funkcje (reprodukcja, odżywianie). Ponadto stal jest bardzo odporna na promieniowanie. Eksperymenty na żabach i rybach nie dały pozytywnego wyniku.

Współczesne dziedziny stosowania deuteru i ciężkiej wody przez nią uformowanej to energetyka atomowa i nuklearna. W warunkach laboratoryjnych taką wodę można uzyskać przez zwykłą elektrolizę - powstaje ona jako produkt uboczny. Sam deuter tworzy się przez powtarzane destylacje wodoru w specjalnych urządzeniach. Jego zastosowanie opiera się na zdolności do spowalniania syntez neutronów i reakcji protonów. To właśnie ciężka woda i izotopy wodoru są podstawą do stworzenia bomby atomowej i wodorowej.

Eksperymenty na temat stosowania wody deuterowej przez ludzi w niewielkich ilościach wykazały, że nie utrzymuje się długo - po dwóch tygodniach obserwuje się całkowity wniosek. Użyj go jako źródła wilgoci, bo życie jest niemożliwe, ale wartość techniczna jest po prostu ogromna.

Rozpuścić wodę i jej zastosowanie

Właściwości takiej wody od czasów starożytnych zostały określone przez ludzi jako uzdrawiające. Od dawna zaobserwowano, że gdy topi się śnieg, zwierzęta próbują pić wodę z uformowanych kałuż. Później zbadano jego strukturę i działanie biologiczne na organizm ludzki.

Woda w stopie, jej znaki i właściwości znajdują się w środku pomiędzy normalnym światłem i lodem. Od środka tworzą go nie tylko cząsteczki, ale także zestaw skupisk utworzonych przez kryształy i gaz. Oznacza to, że wodór i tlen znajdują się wewnątrz pustek między częściami strukturalnymi kryształu. Ogólnie rzecz biorąc, struktura wody w stanie stopionym jest podobna do struktury lodu - struktura jest zachowywana. Fizyczne właściwości takiego tlenku wodoru różnią się nieznacznie w porównaniu ze zwykłymi. Jednak biologiczny wpływ na organizm jest doskonały.

Kiedy woda zostaje zamrożona przez pierwszą frakcję, cięższa część zamienia się w lód - są to izotopy, sole i zanieczyszczenia deuteru. Dlatego ten rdzeń powinien zostać usunięty. Ale reszta to czysta, uporządkowana i zdrowa woda. Jaki jest wpływ na organizm? Następujące typy ulepszeń zostały nazwane przez naukowców z Donieckiego Instytutu Badawczego:

1. Przyspieszenie procesów odzyskiwania.
2. Wzmocnienie odporności.
3. U dzieci po inhalacji z taką wodą dochodzi do wyzdrowienia i wyleczenia przeziębienia, kaszlu, zapalenia błony śluzowej nosa i tak dalej.
4. Ulepszone oddychanie, krtań i błony śluzowe.
5. Ogólne samopoczucie osoby, wzrost aktywności.

Dzisiaj istnieje wielu zwolenników leczenia wodą stopioną, którzy piszą swoje pozytywne recenzje. Jednak są naukowcy, w tym lekarze, którzy nie popierają tych poglądów. Uważają, że nie będzie szkód z takiej wody, ale nie ma wiele korzyści.

Energetyka

Dlaczego właściwości wody mogą się zmieniać i odzyskiwać po przejściu do innego stanu agregacji? Odpowiedź na to pytanie jest następująca: to połączenie ma własną pamięć informacyjną, która rejestruje wszystkie zmiany i prowadzi do przywrócenia struktury i właściwości we właściwym czasie. Pole bioenergetyczne, przez które przechodzi część wody (ta, która pochodzi z kosmosu), przenosi potężny ładunek energii. Ten wzór jest często stosowany w leczeniu. Jednak z medycznego punktu widzenia nie każda woda może mieć korzystny wpływ, w tym informacyjny.

Strukturyzowana woda - co to jest?

Jest to taka woda, która ma nieco inną strukturę cząsteczek, lokalizację sieci krystalicznych (takich, jakie obserwuje się w lodzie), ale wciąż jest cieczą (rozmrażanie również odnosi się do tego typu). W tym przypadku skład wody i jej właściwości nie są naukowo odmienne od składu typowego dla zwykłego tlenku wodoru. W związku z tym woda ustrukturyzowana nie może mieć tak szerokiego działania terapeutycznego, co przypisuje się jej ezoterycznym i zwolennikom medycyny alternatywnej.