Вода и нейните физико-химични свойства. Водна структура

Най-важната съставка на нашата планета, уникална по свойства и състав, е, разбира се, вода. В края на краищата, благодарение на нея, на Земята има живот, а не на други познати днес слънчеви системи. Твърди, течни, под формата на пара - това е необходимо и важно за всеки. Водата и нейните свойства са предмет на изучаване на цяла научна дисциплина - хидрология.

Количество вода на планетата

Ако разгледаме индикатора за количеството на този оксид във всички агрегативни състояния, то той е около 75% от общата маса на планетата. Това трябва да вземе предвид обвързаната с вода вода органични съединения живи същества, минерали и други елементи.

Ако вземете под внимание само течното и твърдото състояние на водата, скоростта ще спадне до 70,8%. Обмислете как се разпределят тези проценти, които съдържат въпросното вещество.

1. Солена вода в океаните и моретата, солени езера на Земята 360 милиона km ² .
2. Пресната вода се разпределя неравномерно: в ледниците на Гренландия, Арктика и Антарктида тя е обградена с лед от 16,3 милиона км ² .
3. В пресни реки, блата и езера се концентрират 5,3 милиона км2 водороден оксид.
4. Подземните води са 100 милиона м ³ .

Ето защо астронавтите от далечното космическо пространство виждат Земята под формата на синя топка със случайни петна земя. Водата и нейните свойства, познаването на характеристиките на структурата са важни елементи на науката. Освен това, в последно време човечеството започва да изпитва ясен недостиг на прясна вода. Може би такива знания ще помогнат при решаването на този проблем.

Съставът на водата и структурата на молекулата

Ако вземем под внимание тези показатели, тогава свойствата, които проявява тази невероятна субстанция, веднага ще станат ясни. Така, водната молекула се състои от два водородни атома и един кислороден атом, следователно има емпирична формула H ₂ O. Освен това електроните на двата елемента играят важна роля в изграждането на самата молекула. Да видим каква е структурата на водата и нейните свойства.

Очевидно всяка молекула е ориентирана около другата и заедно образуват обща кристална решетка. Интересно е, че оксидът е изграден във формата на тетраедър - кислороден атом в центъра, а два чифта на неговите електрони и два водородни атома са асиметрични. Ако начертаете линия през центровете на ядрата на атомите на атомите и ги свържете, тогава ще получите точно тетраедричната геометрична форма.

Ъгълът между центъра на кислородния атом и ядрата на водородите е 104.5 ^° С. Връзката е О-Н = 0.0957 nm. Наличието на електронни двойки кислород, както и по-големият му електронен афинитет в сравнение с водорода, осигурява образуването на отрицателно заредено поле в молекулата. За разлика от него, ядрата на водородите образуват положително заредена част от съединението. Така се оказва, че водната молекула е дипол. Това определя какво може да бъде водата и нейните физически свойства също зависят от структурата на молекулата. За живите същества тези характеристики играят жизненоважна роля.

Основни физични свойства

Те обикновено се приписват на кристалната решетка, точката на кипене и точката на топене, специалните индивидуални характеристики. Всички те и помислете.

1. Структурата на кристалната решетка на водородния оксид зависи от агрегираното състояние. Тя може да бъде твърда - ледена, течна - основната вода при нормални условия, газообразна - пара, когато температурата на водата се повиши над 100 ^° С. Ледът образува красиви кристали с шарки. Решетката обикновено е разхлабена, но фугата е много силна, плътността е ниска. Можете да го видите на примера на снежинките или морозите на стъклото. В обикновената вода решетката няма постоянна форма, тя се променя и преминава от едно състояние в друго.
2. Водна молекула във външното пространство има правилната форма на топка. Въпреки това, под действието на гравитацията на земята, тя се изкривява и в течно състояние приема формата на съд.
3. Фактът, че структурата на водородния оксид е дипол, определя следните свойства: висока топлопроводимост и топлинен капацитет, които могат да бъдат проследени в бързото нагряване и продължителното охлаждане на веществото, способността да се ориентират около себе си както йони, така и отделни електрони, съединения. Това прави водата универсален разтворител (както полярен, така и неутрален).
4. Съставът на водата и структурата на молекулата обясняват способността на това съединение да образува множество водородни връзки, включително с други съединения, които имат самотни електронни двойки (амоняк, алкохол и др.).
5. Температурата на кипене на течната вода е 100 ^° С, кристализация се извършва при + 4 ^° С. Ледът е под този показател. Ако увеличите налягането, тогава точка на кипене на вода драстично. Така, при високи атмосферни условия, оловото може да се разтопи в него, но в същото време дори не вари (над 300 ⁰ С).
6. Водните свойства са много важни за живите същества. Например, едно от най-важните е повърхностното напрежение. Това е образуването на най-тънкия защитен филм на повърхността на водородния оксид. Става въпрос за вода в течно състояние. Много е трудно да се счупи този филм чрез механично действие. Учените са установили, че е необходима сила, равна на 100 тона. Как да я забележим? Филмът е очевиден, когато водата капе от чешмата бавно. Може да се види, че е като в някаква обвивка, която се простира до определена граница и тежест и излиза под формата на кръгла капчица, леко изкривена от гравитацията. Поради повърхностното напрежение, много елементи могат да бъдат на повърхността на водата. Насекомите със специални устройства могат свободно да се движат по него.
7. Водата и нейните свойства са необичайни и уникални. По органолептични характеристики на това съединение е безцветна течност без вкус и мирис. Това, което наричаме вкус на вода, са минерали, разтворени в него и други компоненти.
8. Проводимостта на водородния оксид в течно състояние зависи от това колко и какви соли се разтварят в него. Дестилирана вода не съдържащи никакви примеси електрически ток не задържа.

Ледът е специално състояние на водата. В структурата на това състояние молекулите му са свързани помежду си чрез водородни връзки и образуват красива кристална решетка. Но това е доста нестабилна и лесно може да се счупи, да се стопи, т.е. да се деформира. Между молекулите са запазени много кухини, чиито размери надвишават размера на самите частици. Поради това, плътността на леда е по-малка от тази на течния водороден оксид.

Това е от голямо значение за реки, езера и други сладки води. Всъщност, през зимата водата в тях не замръзва напълно, а само се покрива с гъста кора от по-лек лед, който се издига нагоре. Ако това свойство не беше характерно за твърдото състояние на водородния оксид, резервоарите щяха да замръзнат. Животът под водата би бил невъзможен.

В допълнение, твърдото състояние на водата е от голямо значение като източник на огромно количество прясна питейна вода. Това са ледници.

Специално свойство на водата може да се нарече феномен на тройната точка. Това е състояние, при което лед, пара и течност могат да съществуват едновременно. Това изисква условия като:

• високо налягане - 610 Ра;
• температура 0.01 ^° С.

Индексът на прозрачност на водата варира в зависимост от примесите. Течността може да бъде напълно прозрачна, опалесцираща, мътна. Вълни от жълти и червени цветове се абсорбират, виолетовите лъчи проникват дълбоко.

Химични свойства

Водата и нейните свойства са важен инструмент за разбирането на много жизнени процеси. Затова те се изучават много добре. Така хидрохимията се интересува от водата и нейните химични свойства. Сред тях са следните:

1. Твърдост. Това е свойство, което се обяснява с наличието на калциеви и магнезиеви соли, техните йони в разтвор. Разделя се на константа (соли на посочените метали: хлориди, сулфати, сулфити, нитрати), временни (бикарбонати), която се елиминира чрез кипене. В Русия водата се омекотява преди употреба с химически средства за по-добро качество.
2. Минерализация. Свойство въз основа на диполен момент от водороден оксид. Благодарение на присъствието си, молекулите могат да прикрепят към себе си много други вещества, йони и да ги задържат. Така се формират асоциации, клатрати и други асоциации.
3. Редокс свойства. Като универсален разтворител, катализатор, асоцииран, водата може да взаимодейства с много прости и сложни съединения. При някои, той действа като окислител, а при други - обратно. Как редуциращият агент реагира с халогени, соли, някои по-малко активни метали, с много органична материя. Последните трансформации изучават органичната химия. Водата и нейните свойства, по-специално химически, показват колко универсален и уникален е той. Като окислител той реагира с активни метали, някои бинарни соли, много органични съединения, въглерод, метан. Като цяло, химичните реакции, включващи това вещество, изискват избор на определени условия. От тях зависи изходът на реакцията.
4. Биохимични свойства. Водата е неразделна част от всички биохимични процеси на тялото, като разтворител, катализатор и среда.
5. Взаимодействие с газове с образуването на клатрати. Редовната течна вода може да абсорбира дори неактивни химически газове и да ги локализира в кухините между молекулите на вътрешната структура. Такива съединения се наричат ​​клатрати.
6. При много метали, водородният оксид образува кристални хидрати, в които той е включен непроменен. Например, меден сулфат (CuS04 * 5H20), както и обикновени хидрати (NaOH * Н20 и други).
7. За водата характерните реакции са съединения, в които се образуват нови класове вещества (киселини, основи, основи). Те не са редокс.
8. Електролиза. Под действието на електрически ток молекулата се разлага на съставни газове - водород и кислород. Един от начините да ги получите в лабораторията и индустрията.

От гледна точка на теорията на Люис, водата е слаба киселина и слаба основа едновременно (амфолит). Това означава, че можем да кажем за някакъв вид амфотерни по химични свойства.

Вода и нейните полезни свойства за живите същества

Трудно е да се надценява значението, което водородният оксид има за всички живи същества. В края на краищата, водата е самият източник на живот. Известно е, че без него човек не би могъл да живее една седмица. Водата, нейните свойства и стойност са просто колосални.

1. Тя е универсална, т.е. способна да разтвори както органични, така и неорганични съединения, разтворител, действащ в живите системи. Ето защо водата е източник и среда за протичането на всички каталитични биохимични трансформации, с образуването на комплексни жизненоважни комплексни съединения.
2. Способността за образуване на водородни връзки прави това вещество универсално в поддържането на температури, без да се променя агрегатното състояние. Ако това не беше така, то при най-малкото понижение на градусите това щеше да се превърне в лед в живите същества, причинявайки клетъчна смърт.
3. За хората водата е източник на всички основни битови стоки и нужди: готвене, измиване, почистване, къпане, къпане и плуване и т.н.
4. Промишлените предприятия (химически, текстилни, машиностроителни, хранителни, нефтопреработвателни и други) не биха могли да осъществят работата си без участието на водороден оксид.
5. От древни времена се смяташе, че водата е източник на здраве. Използван е и се използва днес като терапевтично вещество.
6. Растенията я използват като основен източник на хранене, поради което произвеждат кислород - газ, който прави живота на нашата планета.

Има още десетки причини, поради които водата е най-разпространеното, важно и необходимо вещество за всички живи и изкуствено създадени обекти. Донесохме само най-очевидните, основните.

Хидрологичен воден цикъл

С други думи, това е неговото разпространение в природата. Много важен процес, който ви позволява постоянно да попълвате изчезващите запаси от вода. Как върви?

Основните участници са три: подземни води (или подземни води), повърхностни води и океани. Важно е също кондензирането на атмосферата и изключителните валежи. Активни участници в процеса са и растенията (предимно дървета), които могат да абсорбират огромно количество вода на ден.

Така че, процесът е както следва. Подземните води запълват подземни капиляри и ята на повърхността и Световния океан. След това повърхностните води се абсорбират от растенията и се транспортират до околната среда. Изпаряването се наблюдава и от обширни райони на океани, морета, реки, езера и други водни обекти. Какво прави водата в атмосферата? Кондензирали се и се разсипали като валежи (дъжд, сняг, градушка).

Ако тези процеси не са настъпили, запасите от вода, особено прясна вода, биха изтекли дълго. Ето защо хората обръщат голямо внимание на защитата и нормалния хидрологичен цикъл.

Понятие за тежка вода

В природата водородният оксид съществува като смес от изотополози. Това се дължи на факта, че водородът образува три вида изотоп: протий ¹ N, деутерий 2N, тритий ³ N. Кислородът от своя страна също не изостава и формира три стабилни форми: ¹⁶ O, ¹⁷ O, ¹⁸ O. това не е само обичайната пропиева вода със състав H ₂ O ( ¹ H и ¹⁶ O), но също и деутерий и тритий.

В същото време деутерият ( ² N) е стабилен по структура и форма, който е включен в почти всички естествени води, но в малки количества. Това се нарича тежък. Тя е малко по-различна от обичайната или лесна за всички показатели.

Тежката вода и нейните свойства се характеризират с няколко точки.

1. Кристализира при температура 3.82 ^° С.
2. Кипенето се наблюдава при 101.42 ^° С.
3. Плътността е 1,1059 g / стз.
4. Като разтворител няколко пъти по-лошо от леката вода.
5. Той има химическа формула D ₂ O.

При провеждане на експерименти, показващи ефекта на такава вода върху живите системи, е установено, че в него могат да живеят само определени видове бактерии. Колониите се нуждаеха от време да се адаптират и аклиматизират. Но, адаптирайки се, те напълно възстановиха всички жизнени функции (възпроизвеждане, хранене). Освен това стоманата е много устойчива на радиация. Експериментите върху жаби и риби не дадоха положителен резултат.

Съвременните области на приложение на деутерий и образуваната от него тежка вода са атомна и ядрена енергетика. В лабораторни условия такава вода може да се получи чрез обикновена електролиза - тя се образува като страничен продукт. Самият деутерий се образува чрез многократни дестилации на водород в специални устройства. Прилагането му се основава на способността за забавяне на неутронния синтез и протонните реакции. Именно изотопите на тежка вода и водород са в основата на създаването на ядрена и водородна бомба.

Експериментите за използване на деутериева вода от хора в малки количества показват, че тя не се задържа дълго - пълен извод се наблюдава след две седмици. Използвайте го като източник на влага за живота е невъзможно, но техническата стойност е просто огромна.

Разтопете водата и нейното приложение

Свойствата на такава вода от древни времена се определят от хората като лечебни. Отдавна е наблюдавано, че когато се топи сняг, животните се опитват да пият вода от образуваните локви. По-късно неговата структура и биологични ефекти върху човешкото тяло бяха подробно изследвани.

Разтопете водата, нейните знаци и свойства са в средата между нормална светлина и лед. Отвътре тя се формира не само от молекули, но и от набор от групи, образувани от кристали и газ. Това означава, че водородът и кислородът са вътре в кухините между структурните части на кристала. Като цяло структурата на стопилката вода е подобна на структурата на леда - структурата е запазена. Физическите свойства на такъв оксид на водорода се различават леко в сравнение с обичайните. Въпреки това, биологичните ефекти върху тялото са отлични.

Когато водата е замразена от първата фракция, по-тежката част се превръща в лед - това са деутериеви изотопи, соли и примеси. Следователно, това ядро ​​трябва да бъде премахнато. Останалото е чиста, структурирана и здравословна вода. Какъв е ефектът върху тялото? Следните видове подобрения бяха определени от учени от Донецкия изследователски институт:

1. Ускоряване на процесите на възстановяване.
2. Укрепване на имунитета.
3. При деца след вдишване с такава вода се получава възстановяване и излекуване на настинки, кашлица, ринит и т.н.
4. Подобрено дишане, ларинкса и лигавиците.
5. Общото благосъстояние на човека, активността се увеличава.

Днес има редица поддръжници на лечението с топяща се вода, които пишат своите положителни отзиви. Въпреки това, има учени, включително лекари, които не подкрепят тези възгледи. Те вярват, че няма да има вреда от такава вода, но има малка полза.

Електроенергетика

Защо свойствата на водата могат да се променят и възстановяват при преминаване към различно агрегирано състояние? Отговорът на този въпрос е следният: тази връзка има своя собствена информационна памет, която записва всички промени и води до възстановяване на структурата и свойствата в точното време. Биоенергийното поле, през което преминава част от водата (това, което идва от космоса), носи мощен заряд на енергия. Този модел често се използва при лечението. От медицинска гледна точка, обаче, не всяка вода може да има благоприятен ефект, включително и информационен.

Структурирана вода - какво е това?

Това е такава вода, която има малко по-различна структура на молекулите, местоположението на кристалните решетки (както се наблюдава в леда), но все още е течност (размразяването също се отнася до този тип). В този случай съставът на водата и неговите свойства не са научно различни от тези, които са типични за обикновения водороден оксид. Следователно, структурираната вода не може да има такъв широк терапевтичен ефект, който се приписва на нейните езотерици и защитници на алтернативната медицина.