26. Охарактеризуйте физические и химические свойства воды, её роль в природе.

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. Молекула воды обладает угловым строением, ядра которого образуют равнобедренный треугольник. В основании этого треугольника находятся два протона, а вершиной является ядро атома кислорода.

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.

При +4°С градусах плотность воды превышает плотность льда, благодаря чему охлаждаясь сверху вода опускается на дно лишь до тех пор, пока ее температура не достигнет +4°С, вследствие чего лед остается на поверхности водоемов, что делает возможным жизнь под слоем льда водной флоры и фауны.

Данные свойства воды связаны с существующими в ней водородными связями, связывающими между собой молекулы, как в жидком, так и в твердом состоянии.

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 также медленно нагревается. Благодаря этому свойству вода является регулятором температуры на Земле.

Вода обладает большой удельной теплоемкостью и является хорошим теплоносителем.

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.

Однако вода способна стать хорошим проводником при условии растворения в ней даже малого количества ионных веществ.

По массе в состав воды входит 88,81% кислорода и 11,19% водорода, вода кипит при температуре +100°С, а замерзает при 0°С, она плохой проводник для электричества и теплоты, но хороший растворитель.

Вода является растворителем необходимым для протекания биохимических реакций, она хорошо растворяет ионные и многие ковалентные соединения. Своими способностями к растворению многих веществ вода обязана полярности своих молекул (при растворении ионных веществ молекулы воды ориентируются вокруг ионов).

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	Н2О	D2О
Температура кипения (°С)	100	101,4
Температура кристаллизации (°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.

Многие столетия люди не знали, что представляет собой вода, и как появилась она на планете. До XIX века люди не знали, что вода - химическое соединение. Ее считали обычным химическим элементом. После этого свыше ста лет все и всюду считали, что вода - соединение, описываемое единственно возможной формулой H₂O. В 1932 году мир облетела сенсация: кроме обычной воды, в природе существует еще и тяжелая вода. Сегодня известно, что изотопных разновидностей воды может быть 135. Состав воды, даже полностью освобожденной от минеральных и органических примесей, сложен и многообразен. Такое непростое это "простейшее соединение" - вода. Всё многообразие свойств воды и необычность их проявления определяется, в конечном счете, физической природой этих атомов, способом их объединения в молекулу и группировкой образовавшихся молекул. Постоянно соприкасаясь со всевозможными веществами, вода фактически всегда представляет собой раствор различного, зачастую очень сложного состава. Она проявляет себя, как универсальный растворитель. Ее растворяющему действию, в той или иной мере, подвластны и твердые тела, и жидкости, и газы. Около семидесяти элементов Периодической системы содержатся в ней в обнаруживаемых количествах. Даже редкие и радиоактивные элементы находятся в водах морей и океанов. В наибольшем количестве содержатся хлор, натрий, магний, сера, кальций, калий, бром, углерод, стронций, бор. Одного только золота растворено в водах океана по 3 кг на душу населения Земли. По содержанию растворенных в ней веществ вода делится на 3 класса: пресная, соленая и рассолы. Наибольшее значение в быту имеет пресная вода. Хотя вода покрывает три четверти поверхности Земли и запасы ее огромны и постоянно поддерживаются кругооборотом воды в природе, проблема обеспечения пресной водой во многих районах земного шара не решена и с развитием научно-технического прогресса обостряется. Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, которые захватывает из воздуха. Наличие в воде различных веществ свидетельствует о ее высокой растворяющей способности. Это основное свойство воды. Вся практическая деятельность человека, с самой глубокой древности, связана с использованием воды и водных растворов и для приготовления пищи и для других житейских надобностей. Роль воды в жизни нашей планеты удивительна и, как ни странно, раскрыта еще не до конца. Океаны, покрывающие Землю, являются единым огромным своеобразным термостатом, который летом не дает Земле перегреваться, а зимой постоянно снабжает континенты теплом. Водная поверхность планеты поглощает избыток углекислого газа в атмосфере, иначе Земля бы перегрелась из-за "парникового эффекта". Интересно и, оказывается, очень важно, что, в отличие от других веществ, вода при замерзании не уплотняется, а расширяется. Молекулы льдоподобной воды расположены таким образом, что между ними возникают большие пустоты, а поэтому лед рыхлообразный, то есть легче, чем жидкая вода, и поэтому не тонет.

Температура замерзания и таяния воды 0° С, а кипения - 100° С. Толстый слой воды имеет голубой цвет, что обусловливается не только ее физическими свойствами, но и присутствием взвешенных частиц примесей. Вода горных рек зеленоватая из-за содержащихся в ней взвешенных частиц карбоната кальция. Чистая вода - плохой проводник электричества. Сжимаемость воды очень мала. Плотность воды максимальна при 4° С. Это объясняется свойствами водородных связей ее молекул. Если оставить воду в открытой емкости, то она постепенно испарится - все ее молекулы перейдут в воздух. В то же время вода, находящаяся в плотно закупоренном сосуде испаряется лишь частично, т.е. при определенном давлении водяных паров между водой и воздухом, находящимся над ней, устанавливается равновесие. Давление паров в равновесии зависит от температуры и называется давлением насыщенного пара (или его упругостью). При обычном давлении 760 мм рт.ст. вода кипит при 100° С, а на высоте 2900 м над уровнем моря атмосферное давление падает до 525 мм рт.ст. и температура кипения оказывается равной 90° С. Испарение происходит даже с поверхности снега и льда, именно поэтому высыхает на морозе мокрое белье. Вязкость воды с ростом температуры быстро уменьшается и при 100° С оказывается в 8 раз меньше, чем при 0° С.