Вода (Свойства Образование)

Вода это источник жизни на земле, она является универсальным естественным катализатором в химических реакциях, неотъемлемой частью жизнедеятельности любого организма.

Рассматривается как гидроксид водорода и гидроксильная кислота.

Вода покрывает более 71 % всей поверхности земли, при этом проявляя свойства растворителя других химических неорганических и органических веществ.

Доказано, что вода имеет (память), под воздействием звука изменяется рисунок замершего кристалла воды.

Так установлено если полностью удалить воду в ходе реакции между натрием и кислородом то реакция между ними не протекает, так как вода здесь проявляет свойства катализатора.

Вода

Все про воду

Или оксид водорода H2O , H-O-H , считается бинарным неорганическим соединением и состоит из одной молекулы кислорода и двух водорода.

В нормальных условиях бесцветная прозрачная жидкость не имеющая запах и вкус.

Для воды характерно существование в трёх состояниях : твёрдом , жидком и газообразном.

В твёрдом состоянии встречается в виде льда, снега и инея, что характерно для твёрдого состояния воды образовываться при температуре от 0°С с погрешностью пару градусов в минус если к ней добавлено небольшое количество хлорида натрия NaCl (поваренная соль), этим же объясняется почему вода быстрее закипает при нагревании.

В газообразном состоянии встречается в виде водяного пара при испарении из жидкого состояния , причём если нагревается вода в виде твёрдого состояния она переходит сначала в жидкое, а затем в газообразное.

Также известно состояние воды в виде жидких кристаллов , долгое время их относили к коллоидными растворами то водным эмульсиям.

Но в 1904 году профессор Отто Леманном после многолетних опытов доказал , что жидкие кристаллы это новая разновидность состояния воды.

Сколько воды

По последним подсчётам около 71% всей поверхности Земли покрыто водой , это океаны , озёра , реки , подземные реки , ледники , льды и взвешенное в газообразном состоянии (пар , вода , частички льда) , а также входит в состав некоторых минералов и составляет — 361,13 млн.км2.

Основная часть приходиться на все мировые океаны , моря , что составляет примерно 96,5% от всех его запасов.

Большой недостаток её в том , что вода находиться в солёном состоянии и неприменима в сельском хозяйстве или в качестве питьевой воды.

Все остальные 3,5% приходятся на грунтовые воды , небольшие реки , ледники , озёра , болота и вода находящееся в газообразном состоянии . 

Вода в природе

Большая доля , что составляет 98,8% приходится на солёную воду в которой растворены множество растворимых природных солей,  но в основном это хлорид  натрия.

Также  в состав солёной воды входят растворённые в ней некоторые металлы такие как золотоплатинасеребро и некоторые другие .

Пресная вода (вода питьевая) составляет всего около 2,5% , в основном её нахождение в ледниках и грунтовых водах , а примерно 0,3% её находится в реках , в пресных водоёмах , в атмосфере , а также в живых организмах .

Так как вода является очень хорошим растворителем , то она в природных условия всегда содержит какие либо вещества , а именно газы и соли.

Теоретически и практически доказано , что H2O принимает непосредственное участие практически во всех химических реакциях и биологических.

Так к примеру если из чистого натрия и кислорода воздуха убрать 100 % влаги ( воду ) то реакции окислением воздухом не проходит.

Добавление приводит к началу реакции , то есть она участвует как катализатор в неорганических и органических реакциях.

Для всех живых организмов вода имеет важнейшее значение , участвуя практически во всех биологических процессах (обмен веществ, дыхание и т.д. ), а также в химическом строении живых организмов.

Для Земли в участии непосредственно климатических условий и погоды.

Вода за пределами Земли

Вода один из самых распространенных веществ не только на Земле но и в космосе, из за высокого внутри-жидкостного давления и низкой температуры вакуума космоса вода встречается только в виде льда и пара.

Она очень широко распространена в солнечной системе и за ее пределами, в основном это лед.

Вода присутствует в составе всех комет и многих астероидов.

Вода в виде паров встречается не только на Земле но и атмосфере Солнца, Луны, Меркурия, Юпитера и т. д.

Ученые полагают, что в жидком состоянии она находиться на некоторых планетах, или под толстым слоем льда, а также планет приближенных к Земным условиям.

Как очистить воду

Как очистить воду

Природный источник воды не всегда удовлетворяет своим качеством, так как в ней всегда растворены множество солей, таких как хлорид натрия, нитраты и другие.

Для этого питьевая вода поступает на водоочистные сооружения, где проходит неоднократную фильтрацию и очистку.

Для этого она сначала вода проходит через металлические фильтры для удаления механических примесей, далее вода поступает в систему отстойников, где осаждаются мелкие частицы.

Для ускорения осаждения из воды добавляют  коагулянт — вещество, заставляющее взвеси и коллоидные частицы коагулировать и оседать быстрее в основном это хлорид алюминия AlCl3 или сульфат алюминия Al2(SO4)3.

После того как вода отстоится в отстойниках ее пропускают через фильтры, это может быть песок, древесная зола, тканевые фильтры и другие, после фильтрования получается почти чистая вода в состав которой входят соли и микроорганизмы, некоторые из них могут быть болезнетворные.

Для этого подготовленную воду хлорируют и она поступает в большие резервуары где некоторое время отстаивается теряя тем самым хлор и далее поступает по трубам к потребителю.

В сельской местности где нет очистительных станций, люди берут воду из колодцев, скважин и родников, но в случае попадания в землю болезнетворных организмов люди употребляя воду могу заболеть.

Для этого всю воду в обязательном порядке нужно кипятить для удаления микробов, а также удаления излишка кальция в виде накипи на стенках которая также может отрицательно влиять на организм при длительном его употреблении.

Дистиллированная вода

Прибор для перегонки водыПринцип работы дисцилятора очень прост, емкость нагревается внешним источником в нашем случае газовая горелка, далее пар поступает в специальную колбу.

Где внутри ее идет стеклянная спираль пустая внутри, а к колбе подключен источник охлаждения в виде проточной воды см. рисунок, пар по спиральной трубочке охлаждается и уже чистая от примесей стекает в емкость, а все соли и вещества остаются в первой колбе.

Получение дистиллированной воды на производстве

В производственных масштабах дистиллированную воду получают аналогично лабораторным, разница заключается в том, что резервуары для нагрева воды, дистиллятор сделаны не из стекла, а из металла покрытые керамическими материалами.

Эту очищенную воду применяют уже в химической промышленности для растворения солей и растворов.

Все состояния воды

Вода в нормальных условиях может находиться в 3 состояниях, жидкое, твердое, газообразное.

Существует предпосылки к появлению 4 состоянию, а именно если пар или жидкую воду мгновенно охладить то не образуются твердого кристаллического образования как при медленном замерзании.

Состояние воды напрямую зависит от температуры окружающей среды, от 0° до 100° это жидкость, от 100° и выше газообразное состояние воды, от 0° и ниже твердое, но это при нормальных условиях.

Если же изменить давление, поднявшись высоко в горы температура закипания будет на много ниже.

Из этого следует, что состояние воды не только зависит от температуры, а и давления окружающей среды, а также входящие в нее соли.

Химические свойства и название воды

Основное химическое название оксид водорода , где соединение двух атомов ( бинарное ) водорода с одним атомом кислорода в степени его окисления -2.

Так же у неё существуют ещё несколько названий которые применяются в некоторых названиях в зависимости от применения , так к примеру гидроксид водорода : соединение гидроксильной группы OH¯ и катиона (H⁺) можно использовать в объяснении химической реакции взаимодействия натрия Na с водой H2O.

Также вода может рассматриваться как гидроксильная кислота , где его катион Н⁺ может быть заменен металлом , а также его ( воды ) кислотного остатка ОН¯.

Существуют и другие названия как дигидромонооксид , монооксид дигидрогена , оксидан .

Физические свойства

Вода при нормальных условиях сохраняется в виде жидкости с температурой кипения 100°С и замерзанием 0°С . Но если изменить условия , к примеру нагревать высоко в горах то температура закипания будет намного ниже обычной.

Молекулы воды в момент температурного перехода от жидкого до твёрдого упорядочиваются , в результате чего образуются ( пустоты ) между ними.

Это обуславливает больший объём льда и меньшей плотности , поэтому он плавает на поверхности воды . Но при нагревании все эти связи разрываются и образуется вода в жидком состоянии.

Так — же известно , что на момент разрыва этих связей используется много энергии , так для того чтобы нагреть литр воды на один градус потребуется примерно 4,1868 кДж.

Это свойство воды ( теплоноситель )используется для обогрева помещений и т.д.

Так же имеет большое значение теплота плавления (при 0 °C — 333,55 кДж/кг) для подсчёта количества затраченной энергии для разогрева на один литр воды и парообразования (2250 кДж/кг).

По своим физическим свойствам одна молекула воды может образовать до четырёх водородных связей , так как две образует водород , а две кислород.

Именно поэтому у воды очень разветвлённая структура связей обеспечивающая высокую температуру кипения и удельную теплоту парообразования.

Чистая вода

Считается в состав которой не входят какие либо соли или другие вещества которые имеют положительные или отрицательные ионы.

В нормальных условиях она очень слабо диссоциирована и концентрация протонов (ионов гидроксония H3O⁺) и гидроксильных ионов HO¯ составляет 10-7 моль/л , поэтому она хороший изолятор.

Но так как она легко впитывает с окружающей среды ( газы , соли ) практически всегда загрязнена ими , то есть проводит электрический ток , по электропроводности воды можно судить о её чистоте.

Свойство воды имеет большое значение для живых организмов , так как для питания клеток нужны полезные вещества и соли, которые переносятся водой.

Это проявляется тем , что молекулы воды очень малы в размерах и как бы ( смачивают , обволакивают ) с каждой стороны различные вещества.

В органических в-вах( животные , растения ) это свойство проявляется в виде межклеточной жидкости. В неорганической химии проявляет роль растворителя , растворимых в воде солей и веществ.

Вода проявляет большой степенью поверхностного натяжения , проигрывая только ртути . Это свойство связано с тем , что молекулы двигаются с разными скоростями и могут удерживать на поверхности какие либо предметы ( водомерок , иглу ).

Одним из самых главных свойств является преломление , что составляет n=1,33 в оптическом диапазоне. Но из за того , что она ( водяной пар ) интенсивно поглощает инфракрасные излучения является естественным парниковым газом , которая составляет более чем 60% от всего парникового эффекта.

Вода также интенсивно поглощает микроволновые излучения ( разогревая как бы изнутри ) проявляя дипольный момент молекул, по этому радиосвязь не работает под водой.

Изотопное состояние воды

Так как в природе и искусственные изотопы водорода и кислорода бывают радиоактивные , то и их изотопы входящих в состав молекулы воды бывают несколько их видов :

Так всем известная всем людям вода называется ( лёгкая вода ) имеет простую формулу H2O , а тяжёлая вода ( дейтериевая ) имеет вид D2O , сверхтяжёлая вода ( тритиевая ) T2O и по некоторым подсчётам , что могут существовать  тритий-дейтериевая вода TDO ,  тритий-протиевая вода THO ,  дейтерий-протиевая вода DHO.

По последним исследованиям тяжелая вода ранее считаемой ( мёртвой водой ) может быть населена некоторыми микроорганизмами , которые в результате ( селекции , приучению ) были получены искусственным путём.

В зависимости стабильности изотопа кислорода , в природе существуют три разновидности молекул воды , свою очередь по своему изотопному составу их насчитывается 18 разновидностей молекул воды , но на самом деле вода может одновременно содержать все разновидности молекул.

Так к примеру любая вода содержит все изотопы (лёгкая, тяжёлая, дейтериевая и тритиевая), но концентрация последних трёх настолько малы , что они не влияют не на какие жизненные формы.

Как получить воду

Воду можно получить в ходе химической реакции водорода и кислорода реакция идёт при поджигании со взрывом :

2H2 + O2 = 2H2O

Разложением пероксида водорода :

2H2O2 = 2H2O + O2

Реакцией гидрокарбоната натрия с уксусной кислотой :

NaHCO3 + CH3COOH = CH3COONa + H2O + CO2

В ходе нейтрализации некоторых кислот гидроксидами:

H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O

HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2O

CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O

Восстановлением металлов из их оксидов водородом :

CuO + H2 = Cu + H2O

При воздействии высоких температур, электротока, а также некоторых катализаторов и ионизирующего излучения , вода распадается на простые элементы молекулярный кислород и молекулярный водород :

2H2O → 2H2 + O2

Получение воды из воздуха

Получение воды из воздуха основан на том, что нагретый воздух который всегда содержит влагу, при пропускании его через более холодную среду может конденсироваться на этой поверхности.

Так например если теплом помещении набрать из колодца в бочку воду, то на стенках его образуются капельки воды.

Немного по другому образуется вода на стенках, потолках подвалах; здесь более теплый воздух (летом) осаждается в виде капель, причина этого разность температур и излишек влаги в воздухе.

Химические свойства воды

Очень часто в технике и в быту употребляются такие термины , как ( раствор , растворение ), например , всегда говорят о хорошей растворимости сахара в воде , о растворе поваренной соли , растворах кислот и т. д.

Иногда её сравнивают как амфолит — кислота и основание.

Так как вода — химически активное вещество , сильно полярные молекулы воды сольванируют молекулы и ионы, образуя кристаллогидраты и гидраты , отсюда и названия например кристаллогидрат гипса CaSO4·2H2O и т. д.

Реакция с активными металлами ( натрий , калий и т.д ) протекает иногда с воспламенением :

2H2O + 2Na = 2NaOH + H2

Со фтором реакция протекает с образованием фтороводорода и кислорода :

2H2O + 2F2 → 4HF + O2

Реакция с солями слабых кислот приводит к полному гидролизу :

Al2S3 + 6H2O → 2Al( OH ) + 3H2S↑

Вода реагирует при нагревании с металлами , особенно магнием и воспламенённым порошкообразным алюминием :

4H2O + 3Fe → Fe3O4 + 4H2

2H2O + Mg → Mg(OH)2+H2

2Al + 6H2O =3H2 + 2Al(OH)3

Вода реагирует с углеродом при нагревании с образованием угарного газа но реакция не стабильна поэтому обратима :

H2O + C ↔ CO + H2

Статья на тему вода.

Понравилась статья поделись ей

Leave a Comment