Вода
 
 


Электронные учебные материалы по экологии

Физические свойства воды:

Под свойствами воды понимают совокупность биохимических, органолептических, физико-химических, физических, химических и других свойств воды. Многие свойства воды аномальны, это вызвано особенностями строения молекулы воды. Вода (Н2О) – это окись водорода, она является наиболее важным и распространенным веществом, в природе не существует чистой воды, в ней обязательно содержатся какие-либо примеси, чистая вода не имеет вкуса и запаха, прозрачна, ее получают в процессе перегонки, после этого она называется дистиллированной. При переходе воды из твердого состояния в жидкое ее плотность не уменьшается, а возрастает, также плотность воды увеличивается при ее нагреве от 0 до 4°С, максимальную плотность вода имеет при 4°С, и только при последующем ее нагревании плотность уменьшается.fiz

Еще одним свойством воды является то, что она обладает высокой теплоемкостью (4,1868 кДж/кг), это объясняет, почему в ночное время и при переходе от лета к зиме вода остывает медленно, а днем или во время перехода от зимы к лету так же медленно нагревается, благодаря этому свойству вода является регулятором температуре на Земле. Среди всех жидкостей вода имеет самое высокое поверхностное натяжение, исключение составляет только ртуть. Дистиллированная вода не проводит электрический ток, так как она слабый электролит и диссоциирует в малой степени. По массе в состав воды входит 88,81% кислорода и 11,19% водорода, а наибольшую плотность вода имеет при 0°С (1г/см3), она плохой проводник для электричества и теплоты, но хороший растворитель, вода кипит при температуре 100°С, а замерзает при 0°С.Тяжелой водой (D2О) называется та вода, в состав которой входит изотоп водорода дейтерий, химические реакции с такой водой протекают медленнее, чем с обычной.

Физические свойства
H2O
D2O
Температура кипения(°С)

100     

101,4

Температура кристалиллизации (°С)
0         
3,8
Плотность при 20°С (г/см3)
0,9982
1,1050
Молекулярная масса
18
20

Физические свойства воды аномальны, вода является единственным веществом на Земле, существующим в жидком, твердом и газообразном состояниях

 

Химические свойства воды:

Ещё в ХХ веке человечество считало воду простым химическим элементом и даже не подозревало о ее сложном составе.
В ХIХ веке была открыта химическая формула этого соединения Н2О, которая, как тогда казалось, дает полную информацию о воде, но в 1932 году открылся новый сенсационный факт – помимо обыкновенной воды, существует еще и понятие «тяжелая» вода, а на сегодняшний день уже известно до 135 изотопных разновидностей воды. Состав отдельно взятой капли воды, при условии полного ее очищения от примесей минеральных и органических веществ, всегда уникален, а ее свойства меняются в зависимости от физической природы составляющих ее атомов, способа формирования молекулы, и от объединения этих молекул в химическое соединение. Одним из самых замечательных и в то же время затрудняющим изучение воды свойством, является способность воды выступать в качестве универсального растворителя. Любое вещество, будь оно в твердом, жидком или газообразном состоянии, обязательно в какой-то степени растворяется в воде, поэтому вода всегда является раствором, имеющим очень сложный химический состав. И даже когда химический состав воды, взятой в различных местах, полностью идентичен, оказывается, что вода оказывает совершенно различное влияние на организм, так как условия формирования воды также определяют ее свойства. himia

Следует отметить, что в природе не существует абсолютно чистой воды, а наиболее близкой к этому понятию является дождевая вода, хотя даже она в своем составе имеет некоторое количество примесей, которые попадают в нее из воздуха. А наиболее характерным растворителем является морская вода, так как она может растворить практически любое вещество, а ее состав может включать до 70 элементов периодической системы Менделеева, начиная с хлора, магния, натрия, серы, кальция и калия, брома, углерода, стронция и бора, которые содержатся в морской воде в больших количествах, и заканчивая редчайшими радиоактивными элементами в очень небольших долях.

В зависимости от содержания в воде различных примесей ее можно разделить на несколько классов: пресную воду, соленую и рассолы. От этого зависит и цвет воды. На первый взгляд, любая вода – прозрачная бесцветная жидкость, не имеющая ни вкуса, ни запаха, однако глубокие воды моря или океана выглядят голубыми, а вода горных рек кажется зеленой, именно присутствие различных примесей в воде придает ей различный цвет.
Казалось бы, при современном оборудовании и технологиях на сегодняшний день мы знаем о воде все, но открываются новые и новые факты, которые показывают, что вода обладает нераскрытым потенциалом, который еще только предстоит узнать человечеству.
Оказывается, что вода не только с древнейших времен служит для удовлетворения бытовых и промышленных нужд человека, но и защищает Землю летом от перегревания, а зимой, отдавая ей свое тепло, от перемерзания. Избыток углекислого газа, вырабатываемый в процессе жизнедеятельности человека, мог бы привести к катастрофическим последствиям, если бы не был поглощен водами мирового океана. Вода обладает специфическими свойствами, которые не присущи не одному химическому соединению, так, к примеру, при переходе воды из жидкого состояния в твердое, она не увеличивает свою плотность, а увеличивает объем. Это связано с молекулярным строением льда: при замерзании молекулы располагаются на значительном расстоянии друг от друга, образуя рыхлую структуру льда, тем самым, увеличивая объем, но сохраняя массу, таким образом, вода в твердом состоянии (лед), легче, чем в жидком. Не обладай вода этим свойством, возникновение жизни на Земле не было бы возможно, так как возникший на поверхности водоема лед сразу же тонул и реки, моря и даже океаны промерзли бы до самого дна. himima2

Итак, одним из факторов, определяющих свойства воды, является ее молекулярный состав. Молекула воды представляет собой равнобедренный треугольник в основании, которого лежат атомы водорода, а вершиной является атом кислорода, валентный угол этого треугольника НОН составляет 104,31°, при этом атомы водорода настолько тесно прилегают к атому кислорода, что на первый взгляд, молекула имеет сферическую форму. Молекула воды имеет слабые водородные связи, что позволяет воде испаряться, то есть если поместить воду в открытый сосуд, то постепенно все молекулы воды переместятся в воздух. Если же сосуд закрыть, то вода будет испаряться до тех пор, пока не будет достигнуто некое равновесие, которое объясняется давлением, оказываемым молекулами водяного пара, скопившегося между крышкой сосуда и оставшейся водой. Испарение происходит даже в твердом состоянии воды, то есть с поверхности льда или снега. При этом вязкость воды напрямую зависит от ее температуры, чем выше температура, тем меньше вязкость, при достижении точки кипения воды вязкость уменьшается в 8 раз, нежели при ее точке замерзания. Воду практически невозможно сжать, а ее плотность максимальна при 4°С.
Давайте вспомним все уже известные нам реакции, в которых участвует вода. Для этого напишем уравнения и систематизируем их. Оказывается, вода – весьма активное в химическом отношении вещество.

1) Вода реагирует со многими металлами с выделением водорода:
2Na + 2H2O = H2 + 2NaOH (бурно)
2K + 2H2O = H2 + 2KOH (бурно)
3Fe + 4H2O = 4H2 + Fe3O4 (только при нагревании)


Не все, а только достаточно активные металлы могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях этого типа. Наиболее легко реагируют щелочные и щелочноземельные металлы I и II групп.
Из неметаллов с водой реагируют, например, углерод и его водородное соединение (метан). Эти вещества гораздо менее активны, чем металлы, но все же способны реагировать с водой при высокой температуре:
C + H2O = H2 + CO (при сильном нагревании)
CH4 + 2H2O = 4H2 + CO2 (при сильном нагревании)

2) Вода реагирует со многими оксидами неметаллов. В отличие от предыдущих, эти реакции не окислительно-восстановительные, а реакции соединения:
SO2 + H2O = H2SO3 (сернистая кислота)
SO3 + H2O = H2SO4 (серная кислота)
CO2 + H2O = H2CO3 (угольная кислота)

3) Некоторые оксиды металлов также могут вступать в реакции соединения с водой. Примеры таких реакций мы уже встречали:
CaO + H2O = Ca(OH)2 - гидроксид кальция (гашеная известь)

Не все оксиды металлов способны реагировать с водой. Часть из них практически не растворима в воде и поэтому с водой не реагирует. Мы уже встречались с такими оксидами. Это ZnO, TiO2, Cr2O3, из которых приготовляют, например, стойкие к воде краски. Оксиды железа также не растворимы в воде и не реагируют с ней. lod

4) Вода образует многочисленные соединения, в которых ее молекула полностью сохраняется. Это так называемые гидраты. Если гидрат кристаллический, то он называется кристаллогидратом. Например:
CuSO4 + 5 H2O = CuSO4.5H2O - вещество белого цвета (безводный сульфат меди)кристаллогидрат (медный купорос), синие кристаллы.
Приведем другие примеры образования гидратов:
H2SO4 + H2O = H2SO4.H2O (гидрат серной кислоты)
NaOH + H2O = NaOH.H2O (гидрат едкого натра)

Соединения, связывающие воду в гидраты и кристаллогидраты, используют в качестве осушителей. С их помощью, например, удаляют водяные пары из влажного атмосферного воздуха.

5) Особая реакция воды – синтез растениями крахмала (C6H10O5)n и других подобных соединений (углеводов), происходящая с выделением кислорода:
6n CO2 + 5n H2O = (C6H10O5)n + 6n O2 (при действии света)

Информационные свойства воды:

Достаточно часто встречаются упоминания о том, что вода может запоминать, хранить и передавать информацию о воздействиях. То есть, обладает памятью. Считается также, что, негативное воздействие (например, плохие мысли), записавшись в воде, передаются с водой человеку. Также и положительные мысли записываются и передаются человеку с водой. Особый ужас вызывает упоминание о том, что вода в городском водопроводе проходит по трубам под прямым углом и попадает в квартиры не только с искажённой структурой, но и полная негативной информации, которую несёт город.
Что можно сказать об этом?
Что из возможно правильных предпосылок сделаны неправильные выводы. Итак, каковы предпосылки: вода может «запоминать» информацию о воздействиях на неё. Почему слово «запоминать» помещено в кавычки? Потому что вода не обладает способностью запоминать в прямом значении этого слова. Прямое значение относится к людям и другим живым организмам, которые обладают нервной системой и памятью. Организмы, обладающие нервной системой, способны запомнить определённое воздействие и игнорировать другие воздействия, которые происходят одновременно. Это важное свойство предназначено для того, чтобы живые организмы могли запомнить атаку тигра и отличить её от простого шума ветра в траве. Если живые организмы не могут этого делать (не запоминают то, что надо), то они долго не живут. Или живут долго, но несчастливо — без лап и хвостов. За память живых организмов отвечает в частности нервная система. За «память» воды вроде как отвечает её структура. В зависимости от воздействия меняется структура воды и сохраняется некоторое время. Эта сохранившаяся структура и воздействует на человека. «Запоминание» воды устроено в точности наоборот по сравнению с памятью живых организмов. Представьте себе стакан воды на столе посреди кухни. Предположим, вода запоминает информацию. Что она запомнит за пять минут стояния?
Шумы улицы.nk,bhjpl
Ругань одних соседей.
Приятную беседу других соседей.
Тепло от холодильника и батареи.
Холод от окна.
Освещение в комнате.
Радиоволны всех диапазонов.
Излучение от телевизора в квартире и от телевизоров в соседних квартирах.
И многое, многое другое.
Все эти воздействия отражаются на структуре воды. Какова будет результирующая структура? Усреднённая. Воде нечем отличить один раздражитель от другого. Итог «запоминания» — каша и мешанина из тысяч одновременно действовавших потоков информации. Далее, интенсивность изменения структуры воды зависит от интенсивности информационного потока к ней на данный момент. То есть, если за пять минут стояния стакана воды более сильным был шум от ругани соседей, то структура воды в большей степени изменится под воздействием этого фактора, а не хороших мыслей испытателя. То есть, в короткий промежуток времени возможно доминирование структуры воды как результата более активного информационного потока. Но это доминирование накладывается на уже существовавшую структуру. Часть информации теряется. Какая именно — неизвестно. Что-то, возможно, взаимоуничтожится. Что-то — усилится. А на шестой минуте за окном проедет трактор и своей шумовой вибрацией уничтожит всю предыдущую структуру. Какие выводы можно сделать, если подумать о «памяти» воды? Когда люди заявляют, что они своими мыслями превратили воду в красивую снежинку, то они не указывают массу важных данных: ругался кто-нибудь в соседней комнате или нет? Шёл ли где-нибудь поблизости ремонт? Работал ли рядом телевизор или радиоприёмник? Иными словами, результаты замораживания воды для проверки её структуры являются неверными и неполными настолько, насколько не были исключены любые посторонние воздействия, включая микроволновые, длинноволновые, ультрафиолетовые, инфракрасные, шумовые, мысленные и т.д. и т.п. Только правильная, продуманная организация эксперимента позволяет получить корректные результаты, на которых можно делать правильные выводы.



 
Лицей 159, 2010