3. Роль воды в природе, обществе и жизни человека.

Вода - самое распространенное на нашей планете и самое загадочное вещество. Она существует в самых разных состояниях, обладая множеством жизненно важных свойств.

   Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды.

   Воде принадлежит огромная роль в природе. В самом деле, ведь именно море явилось первой ареной жизни на Земле. Растворенные в морской воде аммиак и углеводы в контакте с некоторыми минералами при достаточно высоком давлении и воздействии мощных электрических разрядов могли обеспечить образование белковых веществ, на основе которых в дальнейшем возникли простейшие организмы. По мнению К.Э. Циолковского, водная среда способствовала предохранению хрупких и несовершенных вначале организмов от механического повреждения. Суша и атмосфера стали впоследствии второй ареной жизни.

   Можно сказать, что все живое состоит из воды и органических веществ. Без воды человек, например, мог бы прожить не более 2...3 дней, без питательных же веществ он может жить несколько недель. Для обеспечения нормального существования человек должен вводить в организм воды примерно в 2 раза больше по весу, чем питательных веществ. Потеря организмом человека более 10% воды может привести к смерти. В среднем в организме растений и животных содержится более 50% воды, в теле медузы ее до 96, в водорослях 95...99, в спорах и семенах от 7 до 15%. В почве находится не менее 20% воды, в организме же человека вода составляет около 65% (в теле новорожденного до 75, у взрослого 60%). Разные части человеческого организма содержат неодинаковое количество воды: стекловидное тело глаза состоит из воды на 99%, в крови ее содержится 83, в жировой ткани 29, в скелете 22 и даже в зубной эмали 0,2%.

4. Строение молекулы воды. Ее физические и химические свойства.

Формула воды - Н₂О (предложена в 1805 г Гумбольдтом и Гей-Люсаком), т.е. состоит из 1 атома кислоро­да и 2-х атомов водорода.

1). Молекула воды асимметрична, образует равнобедренный тре­угольник. 2). Молекула воды обладает полярностью, поэтому является электри­ческим диполем. 3). Молекулярная структура воды: вода находится в трех состояниях и осуществляет фазовые переходы. Гидроль (пар) - состоит из одиночных молекул Н₂О, поэтому водо­родные связи не реализуются;(Н₂О) Дигидроль (жидкость) - строение как у льда, а пустоты заполнены одиночными молекулами;(2Н₂О) Тригидроль (лёд) - упорядоченное строение, гексагональная система с прочными водородными связями, имеет наибольший объем. (3Н₂О) 4) Водородные связи в 10 раз прочнее, чем связи межмолекулярного взаимодействия. 5) В 1932 г. Юри и Осборн открыли, что водород и кислород имеют природные изотопы, т.е. вода имеет переменный изотопный состав и атомы вещества с разной молекулярной массой. - Н=1 – Н₂0 - протий - «легкая, живая вода», талая вода; Н=2 - D₂O - дейтерий - «тяжелая, мертвая вода», содержащая соли тяжелых металлов; Н=3 - Т₂О - тритий - «сверхтяжелая вода», образующаяся при термо­ядерных реакциях.

Химически чистая вода состоит по весу из 11,19% водорода и 88,81 % кислорода.

Физические свойства воды

1). Молекулы воды осуществляют переходы из одного состояния в другое (фазовые переходы). Переходы со­провождаются выделением или поглощением энергии (скрытая теплота парообразования).

Испарение (Ж – П; поглощение); Конденсация (П – Ж; выделение);ЗамерзаниеЖ – Л; выделение); Таяние (Л – Ж; поглощение);Возгонка (Л – П; поглощение);Сублимация (П – Л; выделение).

2). При нормальном давлении температура плавления льда и замерзания воды равна 0°С. При повышении дав­ления лед плавится при отрицательных температурах.

3). С увеличением солености понижается температура замерзания воды. Следует помнить, что при увеличе­нии солености на 10%о температура замерзания воды понижается на 0,54°С.

4). Плотность воды в твердом состоянии меньше, чем в жидком. Следовательно, лед образуется на поверхности водоемов и не опускается на дно.

5). В диапазоне температуры воды от 0 до 4°С плотность воды не уменьшается, а увеличивается. Это аномаль­ное свойство воды, вследствие которого образуется лед и водоемы не промерзают, потому что при температуре воды менее 4°С пресная вода становится менее плотной.

6). Аномальное изменение плотности приводит к аномальному изменению объёма воды. С увеличением темпе­ратуры от 0 до 4°С объём химически чистой воды уменьшается; лишь при дальнейшем увеличении температу­ры объём увеличивается.

Объём льда всегда больше объема воды. Примеры в природе - морозное выветривание, образование наледей, бугров бучения и т.д.

7). Высокая удельная теплоемкость воды (с_р). с_р при 15°С = 4190 Дж/кгС⁰.

с_р минимальна при температуре равной 33°, увеличивается при увеличении и уменьшении температуры. Высо­кая с_р и очень высокая удельная температура плавления и испарения, что ведет к регулированию тепловых процессов на всей планете.

8). Очень малая теплопроводность. При понижении температуры и давления понижается и теплопроводность. С понижением температуры и понижением плотности уменьшается теплопроводность. Поэтому происходит медленный нагрев и охлаждение водной массы. Проявляется это свойство в том, что снег предохраняет почву от промерзания, а лед - водоемы от промерзания.

9). Вязкость воды невелика, поэтому вода подвижна. При увеличении температуры вязкость уменьшается, по­этому в холодное время года вязкость воды больше, чем в теплое.

10). Очень высокое поверхностное натяжение. Поэтому происходит:

• размыв фунтов водой;

• очень большая разрушительная деятельность дождевых капель;

• перемещение воды по порам и капиллярам в земной коре.

11). Свет частично поглощается и преломляется, поэтому проникает лишь на небольшую глубину. Именно здесь протекает фотосинтез.

12). Вода хорошо проводит звук (в 4-5 раз больше, чем в воздухе). Скорость звука увеличивается при повыше­нии температуры воды, солености и давления.

13). Низкая электропроводность, которая увеличивается при повышении минерализации количества ионов хло­ра и калия.

Химические свойства воды

1). Вода - слабый электролит.

2). Вода - универсальный растворитель. В зависимости от размера частиц образуются чистые и коллоидные

растворы.

Природные воды содержат 45 главных химических элементов. Все вещества, входящие в состав воды де­лятся на 6 групп:

• Растворимые газы (О₂, N₂, СО₂, ионы Н). Растворимость зависит от их природы, давления, темпе­ратуры и минерализации.

• Главнейшие ионы. Их восемь: четыре положительных (катионы) и четыре отрицательных (анио­ны).

Катионы - Na, Ca, Mg, К;

Анионы - С1 (хлорит), SO₄ (сульфат), СО₃ (карбонат), НСО₃ (гидрокарбонат).

• Биогенные вещества - N₂, P, Si;

• Микроэлементы - Вг, Си, В и т.д.; тяжелые металлы - Li, Ba, Fe, Ni, Zn, Co, Pb, Hg, Ra;

• Органические вещества - углеводороды, белки, липиды, гуминовые вещества идр.;

• Загрязнители - нефтепродукты, ядохимикаты, удобрения, ПАВ, Pb, Hg, Zn.

Совокупность проявления химических и некоторых физических свойств определяет качество воды.