Дати все про воду структура води. Лекція: склад, будова та властивості води як розчинника

Склад води можна з'ясувати за допомогою реакції розкладання електричним струмом. Утворюється два обсяги водню на один обсяг кисню (об'єм газу пропорційний кількості речовини):

2H 2 O = 2H 2 + O 2

Вода складається із молекул. Кожна молекула містить два атоми водню, з'єднані ковалентними зв'язками з одним атомом кисню. Кут між зв'язками близько 105°:
O - H
H

Оскільки кисень є електронегативним елементом (сильним окислювачем), загальна електронна пара ковалентного зв'язку зміщується до атома кисню, на ньому утворюється частковий негативний заряд δ−, на атомах водню - частковий позитивний δ+. Сусідні молекули притягуються одна до одної протилежними зарядами - це зумовлює порівняно високу температуру кипіння води.

Вода за кімнатної температури - безбарвна прозора рідина. Температура плавлення 0 ° C, температура кипіння при атмосферному тиску - 100 ° С. Чиста вода не проводить електричний струм.

Цікавою особливістю води є те, що вона має найбільшу густину 1 г/см 3 при температурі близько 4°. При подальшому зниженні температури густина води знижується. Тому з настанням зими верхні замерзаючі шари води стають легшими і не занурюються вниз. Лід утворюється на поверхні. Промерзання водойми до дна зазвичай не відбувається (до того ж крига теж має щільність менше води і плаває на поверхні).

Хімічні властивості:

До основних забруднювачів природної води відносяться стічні води промислових підприємств, що містять сполуки ртуті, миш'яку та інших токсичних елементів. Стоки тваринницьких комплексів, міст можуть містити відходи, що спричиняють бурхливий розвиток бактерій. Велику небезпеку для природних водойм становить неправильне зберігання (що не забезпечує захист від атмосферних опадів) або застосування добрив та отрутохімікатів, що змиваються у водойми. Транспорт, особливо водний, забруднює водоймища нафтопродуктами та побутовим сміттям, що викидається несумлінними людьми прямо у воду.

Для охорони вод необхідно запроваджувати замкнене водопостачання промислових підприємств, комплексну переробку сировини та відходів, будівництво очисних споруд, екологічне виховання населення.

* Для електролізу води використовуються розчини солей

2. Досвід. Розпізнавання солі вугільної кислоти серед запропонованих трьох солей.

Якісною реакцією на карбонати є взаємодія з кислотами, що супроводжується бурхливим виділенням вуглекислого газу:

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2

або, в іонному вигляді:

CO 3 2− + 2H + = H 2 O + CO 2

Довести, що виділяється саме оксид вуглецю (IV), можна пропускаючи його через розчин вапняної води, що викликає її помутніння:

CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O

Щоб розпізнати сіль вугільної кислоти, додаємо у всі три пробірки трохи кислоти (щоб не вилилася через край при «скипанні»). Де виділятиметься безбарвний газ без запаху, там знаходиться карбонат.

Кандидат хімічних наук Олександр Смирнов, професор МИРЕА.

Воді дана таємнича влада
Бути соком життя Землі.
Леонардо Да Вінчі

Мал. 1. Структура води за температури 20 ^проЗ розмір по горизонталі - 400 мкм. Білі плями – це емулони.

Мал. 2. Структура водних розчинів при 20 ^проЗ: А - дистильована вода; Б – дегазована мінеральна вода боржомі; В – спиртова настойка 70%.

Мал. 3. Емулони в бідистильованій воді при температурах 4 ^проЗ (А), 20 ^проЗ (Б), 80 ^проЗ (В). Розміри знімків 1,5×1,5 мм.

Мал. 4. Зміна амплітуди сигналів акустичної емісії та температури води у процесі танення льоду.

Мал. 5. Відносна зміна температури під час нагрівання води.

Подробиці для допитливих. Схема досвіду. За короткий час зі стаканчика з позитивним електродом (анодом) через «місток» вибігло 0,5 г води.

«Парний водяний місток» завдовжки близько 3 сантиметрів.

Наелектризована скляна паличка спотворює форму «містка» та розбиває його на цівки.

Так можуть виглядати емулони, що утворюють ниткоподібну структуру «містка».

Воду прийнято розглядати і як практично нейтральний розчинник, у якому протікають біохімічні реакції, і як субстанцію, що розносить тілом живих організмів різні речовини. Водночас вода - неодмінний учасник усіх фізико-хімічних процесів і, в силу своєї величезної важливості, найдосліджуваніша речовина. Вивчення властивостей води неодноразово призводило до несподіваних результатів. Здавалося б, які несподіванки може мати нескладна реакція окислення водню 2H 2 + O 2 → 2H 2 O? Але роботи академіка Н. Н. Семенова показали, що ця реакція - розгалужена, ланцюгова. Було це понад сімдесят років тому, і про ланцюгову реакцію поділу урану ще не знали. Вода у склянці, річці чи озері непросто величезні кількості окремих молекул, які об'єднання, надмолекулярные структури - кластери. Для опису структури води запропоновано ряд моделей, які більш менш правильно пояснюють лише деякі її властивості, а щодо інших суперечать експерименту.

теоретично кластери розраховують зазвичай лише кількох сотень молекул чи шарів поблизу межфазной кордону. Проте низка експериментальних фактів свідчить, що у воді можуть існувати гігантські, за молекулярними масштабами, структури (роботи члена-кореспондента РАН Є. Є. Фесенка).

У ретельно очищеній двічі дистильованій воді та деяких розчинах нам вдалося методом акустичної емісії виявити та за допомогою лазерної інтерферометрії візуалізувати структурні утворення, що складаються з п'яти фракцій розмірами від 1 до 100 мкм. Експерименти дозволили встановити, що кожен розчин має свою, властиву лише йому структуру (рис. 1, 2).

Надмолекулярні комплекси утворені сотнями тисяч молекул води, що згруповані навколо іонів водню та гідроксилу у вигляді іонних пар. Для цих надмолекулярних комплексів ми пропонуємо назву «емулон», щоб підкреслити їх схожість з частинками, що утворюють емульсію. Комплекси складаються з окремих фракцій розмірами від 1 до 100 мкм, причому фракцій, що мають розміри 30, 70 і 100 мкм, значно більші за інші.

Зміст окремих фракцій емулонів залежить від концентрації іонів водню, температури, концентрації розчину та передісторії зразка (рис. 3). У бідистильованій воді при 4оС комплекси щільно упаковані і утворюють текстуру, що нагадує паркет. Як відомо, вода за цієї температури має максимальну щільність. При підвищенні температури до 20 про З у структурі води відбуваються істотні зміни: кількість вільних емулонів стає найбільшою. При подальшому нагріванні вони поступово руйнуються, їх кількість зменшується, і цей процес в основному закінчується при 75 про С, коли швидкість звуку у воді досягає максимуму.

За рахунок дальнодії електростатичних сил емулони у воді утворюють досить стабільну надрешітку, яка, проте, чуйно реагує на електромагнітні, акустичні, теплові та інші зовнішні дії.

Виявлені надмолекулярні комплекси несуперечливо включають всі раніше отримані відомості про організацію води в нанооб'ємах і дозволяють пояснити багато експериментальних фактів, які не мали стрункого, логічного обґрунтування. До них відноситься, наприклад, освіта «паряного водяного містка», описаного в ряді робіт.

Суть експерименту полягає в тому, що якщо поставити поруч дві невеликі хімічні склянки з водою, опустити в них платинові електроди під постійною напругою 15-30 кВ, то між судинами утворюється водяна перемичка діаметром 3 мм і довжиною до 25 мм. "Мостик" ширяє тривалий час, має шарувату структуру, і по ньому відбувається перенесення води від анода до катода. Цей феномен і всі його властивості - наслідок наявності у воді емулонів, які, мабуть, мають дипольний момент. Можна передбачити і ще одну властивість явища: при температурі води вище 75 о С "місток" не виникне.

Легко пояснюються і аномальні властивості талої води. Як зазначалося в літературі, багато властивостей талої води - щільність, в'язкість, електропровідність, показник заломлення, здатність, що розчиняє, та інші - відрізняються від рівноважних параметрів. Зведення цих ефектів до видалення з води дейтерію в результаті фазового переходу (температура плавлення «важкого льоду» D 2 O 3,82 про С) неспроможна, оскільки концентрація дейтерію вкрай незначна - один атом дейтерію на 5-7 тис. атомів водню.

Вивчення плавлення льоду методом акустичної емісії дозволило вперше встановити, що після повного розплавлення льоду тала вода, яка перебуває у метастабільному стані, стає джерелом акустичних імпульсів, що є експериментальним підтвердженням утворення у воді надмолекулярних комплексів (рис. 4).

Експерименти показують, що тала вода протягом майже 17 годин може перебувати в активному метастабільному стані (після плавлення льоду його мікрокристаліки зберігаються лише частки секунди і зовсім не визначають властивості талої води). Це загадкове явище пояснюється тим, що при руйнуванні гексагональних кристалічних ґрат льоду різко змінюється структура речовини. Кристали льоду руйнуються швидше, ніж перебудовується у стійкий рівноважний стан утворилася з нього вода.

Унікальність фазового переходу льоду полягає в тому, що в талій воді концентрація іонів водню H + і гідроксилу OH - нетривалий час зберігається нерівноважною, якою вона була в льоду, тобто в тисячу разів меншою, ніж у звичайній воді. Через деякий час концентрація іонів H + та OH – у воді набуває свого рівноважного значення. Оскільки іони водню та гідроксилу відіграють вирішальну роль у формуванні надмолекулярних комплексів води (емулонів), вода на деякий час залишається у метастабільному стані. Реакція її дисоціації H 2 O → H + + OH – вимагає значної витрати енергії та протікає дуже повільно. Константа швидкості цієї реакції становить лише 2,5∙10 –5 c –1 при 20 про З. Тому час повернення талої води у рівноважний стан теоретично має становити 10-17 годин, як і спостерігається практично. Дослідження динаміки зміни концентрації іонів водню в талій воді підтверджують це. Незвичайні властивості талої води спричиняють розмови про «пам'ять» води. Але під «пам'яттю» води слід розуміти залежність її властивостей від передісторії і більше. Можна різними способами - заморожуванням, нагріванням, кип'ятінням, обробкою ультразвуком, впливом різних полів та ін. - Перевести воду в метастабільний стан, але воно буде нестійким, що недовго зберігає свої властивості. Оптичним методом виявили в талій воді присутність лише однієї фракції надмолекулярних утворень з розмірами 1-3 мкм. Можливо, що знижена в'язкість і більш рідкісна просторова сітка з емулонів у талій воді збільшують здатність, що розчиняє, і швидкість дифузії.

Реальність існування емулонів підтверджує класичний метод термічного аналізу (рис. 5). На графіці спостерігаються чітко виражені піки, що свідчать про структурні перебудови у воді. Найбільш значущі відповідають 36 про C - температурі мінімальної теплоємності, 63 про C - температурі мінімальної стисливості, і особливо характерний пік при 75 про C - температурі максимальної швидкості звуку у воді. Їх можна трактувати як своєрідні фазові переходи, пов'язані з руйнуванням емулонів. Це дозволяє зробити висновок: рідка вода - дуже своєрідна дисперсна система, що включає щонайменше п'ять структурних утворень з різними властивостями. Кожна структура існує у певному, характерному для неї температурному інтервалі. Перевищення температури над пороговим рівнем, критичним цієї структури, призводить до її розпаду.

Література

Зацепіна Г. Л. Фізичні властивості та структура води. - М: Вид-во Московського університету. – 1998. – 185 с.

Кузнєцов Д. М., Гапонов В. Л., Смирнов А. Н. Про можливість дослідження кінетики фазових переходів у рідкому середовищі методом акустичної емісії // Інженерна фізика, 2008 № 1, с. 16-20.

Кузнєцов Д. М., Смирнов А. Н., Сироїшкін А. В. Акустична емісія при фазових перетвореннях у водному середовищі // Російський хімічний журнал - М.: Ріс. хім. про-во їм. Д. І. Менделєєва, 2008, т. 52 № 1, с. 114-121.

Структура води: нові експериментальні дані. // Наука та технології у промисловості, 2010, № 4, с. 41-45.

Смирнов А. Н. Акустична емісія при перебігу хімічної реакції та фізико-хімічних процесів // Російський хімічний журнал. - М.: Ріс. хім. про-во їм. Д. І. Менделєєва, 2001, т. 45, с. 29-34.

Смірнов А. Н., Сироїшкін А. В. Супранадмолекулярні комплекси води // Російський хімічний журнал. - М.: Ріс. хім. про-во їм. Д. І. Менделєєва, 2004, т. 48 № 2, с. 125-135.

Подробиці для допитливих

Як виникає «місток»

Освіта «водяного містка» описана у роботах нідерландського фізика Елмара Фукса з колегами.

У дві невеликі ємності з водою, що стоять поруч, занурюють платинові електроди і подають на них постійну напругу 15-20 кВ. На фотографіях з виразно видно, що спочатку в анодній склянці, а потім і в катодному на поверхні води виникають піднесення, які зливаються, утворюючи між ємностями водяну перемичку круглого перерізу діаметром 2-4 мм. Після цього склянки можна відсунути один від одного на 20-25 мм. Перемичка існує досить довго, утворюючи «парячий водяний місток». Уздовж «містка» перетікає вода. Кінці «містка» різноіменно заряджені, тому вода в ємностях набуває різних значень рН: 9 і 4. «Мостик» складається з тонких струмків; при піднесенні до нього зарядженої скляної палички він розщеплюється на кілька рукавів. Висока техніка експерименту дозволила зареєструвати рух кулястих утворень по поверхні «водяного містка».

Вода - дуже складна та маловивчена система. Структура води динамічна. Слабкі водневі зв'язки поєднуються в ланцюги. У воді асоціати молекул легко утворюються, розпадаються та переходять один в одного. У цьому вони піддаються впливу багатьох чинників, які раніше взагалі враховувалися і вивчалися традиційної наукою.

Пам'ять води

Вода - це джерело слабкого та надслабкого електромагнітного випромінювання. Таке випромінювання структурованої води є найменш хаотичним, що іноді призводить до індукції певного електромагнітного поля. Поле впливає на структурно-інформаційні характеристики «живих» біологічних об'єктів, поширюючи заряд молекулярним ланцюжком диполів води.

У ролі переносників інформації можуть бути фізичні поля різної природи. Вчені встановили, що структура води здатна взаємодіяти на інформаційному рівні за допомогою акустичних, електромагнітних та інших полів з об'єктами, що мають різні природні властивості.

Структура води, яка зазнала впливу магнітного поля, покращується. Вона стає структурованішою. У рідині зростає кристалізуються розчинені речовини, процеси адсорбції стають інтенсивнішими, покращується випадання в осад домішок. Швидше за все, лікувальний біологічний вплив, який надає вода структурована на людський організм, пов'язана з тим, що насоси тканин і органів пропускають молекули «живої» води з вищою швидкістю, тому що структура води, в даному випадку, нагадує структуру клітинної мембрани, тобто. високоструктуровану органеллу.

Вода- неорганічна речовина, молекули якої складаються з двох атомів водню та одного атома кисню.Кількість води неоднакова у різних організмах. Найбільше води містить тіло медуз (95-98%), водорості (понад 80%), найменше її у комах (40-50%), слані лишайників (5-7%). У тілі ссавців загалом 75% води, зокрема в людини - 60-65% маси тіла. Кількість води неоднакова і в різних тканинах та органах одного й того ж організму. Наприклад, у людини вміст води у тканинах та органах такий: кров (83,0%), нирки (82,7%), серце (79,2%), легені (79,0%), м'язи (75 6%) , мозок (74,8%), шкіра (72,0%), скелет (22,0%), жирова тканина (10,0%).

Більша частина води (70% об'єму) знаходиться у клітинах тіла у вільному та зв'язаному вигляді, менша частина (30% об'єму) – переміщається у позаклітинному просторі організму та перебуває у вільному стані. Пов'язана вода(4 5%) буває осмотично пов'язаною (вода у зв'язках з іонами і низькомолекулярними сполуками), колоїдно зв'язаною (вода у зв'язках як з внутрішніми, так і з розташованими на поверхні хімічними групами високомолекулярних сполук) і структурно зв'язаною (вода в замкнутому просторі високомолекулярних біополімерів складної структури). Вільна вода(95-96%) є універсальним розчинником.

Значення води . Кількісно вода займає перше місце серед хімічних сполук будь-якої клітини. Наявність води є обов'язковою умовою життєдіяльності організмів. Які функції виконує в біосистемах ця найпоширеніша на Землі речовина?

Вода – універсальний розчинникдля іонних та багатьох ковалентних сполук, забезпечує протікання хімічних реакцій, транспорт речовин у клітину та з клітини.

Вода - реагент,за участю якого в клітинах відбуваються реакції гідролізу та гідратації, окислювально-відновні та кислотно-основні реакції.

Вода - теплорегулятор,підтримує оптимальний тепловий режим організмів та забезпечує рівномірний розподіл тепла в живих системах.

Вода - осморегулятора,що забезпечує форму клітин, транспортування неорганічних речовин.

Вода - опора,забезпечує пружний стан клітин (тургор), виступає амортизатором від механічних впливів на організм, виконує функцію гідроскелет у багатьох тварин.

Вода - засіб транспорту,здійснює зв'язок у клітинах, між клітинами, тканинами, органами та забезпечує гомеостаз та функціонування організму як єдиного цілого.

Вода - середовище проживаннядля водних організмів, у ньому здійснюються пасивний рух, зовнішнє запліднення, поширення насіння, гамет та личинкових стадій наземних організмів.

Вода - конформатор,має велике значення у створенні просторової структури (конформації) біополімерів.

Властивості води. Роль води у біосистемах визначається її фізико-хімічними властивостями.

■ Для чистої води характерна прозорість, відсутність смаку, кольору, запаху. Природна вода завжди містить різні домішки: розчинені речовини як іонів, нерозчинені речовини - як суспензії. Вода - єдина речовина на Землі, яка одночасно і у великій кількості зустрічається у рідкому, твердому та газоподібному станах.

■ Щільність води за температури 4°С є максимальною і становить 1 г/см3. Зі зниженням температури щільність зменшується, тому лід плаває на поверхні води.

■ Вода має аномально високу питому теплоємність (4,17 Дж/ГК), теплоту випаровування (при температурі 100°С – 2253 Дж/г), теплоту танення (при температурі 0°С – 333,98 Дж/г).

■ Воді властивий виключно великий поверхневий натяг за рахунок потужних сил зчеплення (когезії), пов'язаних з утворенням водневих зв'язків між молекулами.

■ Для води характерна властивість прилипання (адгезії), яка проявляється у разі підняття її проти гравітаційних сил.

■ Воді в рідкому стані властива текучись, нестискуваність, чим обумовлені явища осмосуі тургору.

■ Вода має амфотерні властивості, тобто виявляє властивості як кислоти так і основи та бере участь у кислотно-основних реакціях.

■ Вода здатна виступати як відновник, і як окислювач, здійснюючи біологічно важливі окислювально-відновні реакції обміну речовин.

■ Молекули води полярні, завдяки чому беруть участь у реакціях гідратації, забезпечуючи розчинення багатьох хімічних сполук.

■ Вода бере участь у біологічно важливих реакціях розкладання - реакціях гідролізу.

■ Молекули води здатні дисоціювати на іони: Н2О = Н++ВІН.

Особливості будови молекул води. Унікальні властивості води визначаються структурою молекул.

У молекулі води кожен атом водню міститься в атомі кисню ковалентним зв'язком,енергія якого майже 110 ккал/моль. Завдяки цьому вода є дуже стійкою хімічною сполукою. Водяна пара починає розкладатися на О, і Н, за температури, вище 1000°С.

У молекулі води дві пари електронів із чотирьох утворені ковалентним зв'язком і зміщені до однієї зі сторін молекули з формуванням двох позитивно заряджених полюсів. А дві інші пари залишаються нерозділеними та зміщені щодо ядра атома кисню до протилежної сторони, де утворюють два негативно заряджені полюси.

Отже, молекули води є полярними.

Завдяки полярності сусідні молекули води можуть взаємодіяти між собою та з молекулами полярних речовин з утворенням водневих зв'язків,що зумовлюють унікальні фізичні властивості та біологічні функції води. Енергія цього, порівняно з енергією ковалентного зв'язку, невелика. Вона складає всього 4,5 ккал/моль, і завдяки тепловому руху ці зв'язки між молекулами води постійно виникають та розриваються. Водневі зв'язки - це зв'язки між двома ковалентно зв'язаними атомами з великим значенням електронегативності (О, N, F) за допомогою атома водню Н. Зазвичай водневий зв'язок позначають трьома точками і цим відзначають , що він набагато слабший ; чим ковалентний зв'язок (приблизно в 15-20 разів).

Водневі зв'язки відіграють визначальну роль у освіті специфічної квазі та кристалічної структури води. Відповідно до сучасних уявлень, основою будови води є кристалічна решітказ розмитою тепловим рухом частиною молекул вільної води. Для води у твердому стані характерні молекулярні кристалічні грати, оскільки кристали будуються з молекул, пов'язаних один з одним водневими зв'язками. Саме наявністю елементів кристалічних ґрат, а також дипольністю молекул води і обумовлено дуже велике значення відносної діелектричної проникності води.

Молекули рідкої води здатні до полімеризації або асоціації з утворенням асоціатів (Н2О) n. Утворення щільних асоціатів відбувається +4 С, чим пояснюється велика щільність води при цій температурі. При нагріванні водневі зв'язки руйнуються і асоціати починають розщеплюватися, оскільки енергія теплового руху стає більшою від енергії цих зв'язків. Розриву зв'язків вимагає багато енергії, звідки й висока температура кипіння та питома теплоємність води. Це має істотне значення для організмів під час коливань температури довкілля.

Рентгеноструктурний аналіз води встановлено, що у рідкій воді залишаються фрагменти структури льоду. При температурі 20°С близько 70% молекул знаходиться у воді у вигляді агрегатів, що містять у середньому по 57 молекул у кожному. Такі агрегати називають кластерами.Молекули води, що входять до складу кластера, скуті та метаболічно інертні. Активна роль реакціях обміну речовин належить лише вільним молекулам води. Якщо кластерів багато, це призводить до іммобілізації води, тобто до виключення вільної води, обмеження ферментативних процесів і зниження функціональної активності клітини.

БІОЛОГІЯ +При дисоціації певних електролітів, у тому числі води, утворюються іони Н + та ВІН - , від концентрації яких залежить кислотність чи основність розчинів і, відповідно, структурні особливості та активність багатьох біомолекул та життєвих процесів. Цю концентрацію вимірюють з використанням водневого показника – рН. pH - негативний десятинний логарифм концентрації

іонів Н + . У чистій воді ця концентрація становить 1-10 -7 моль/л (-log 10 -7 = 7 ) . Тому нейтральній реакції води відповідає pH 7, кислої-pH<7 и основной -pH>7. Протяжність шкали pH – від 0 до 14. Значення pH у клітинах слаболужна. Зміна його на одну-дві одиниці є згубною для клітини. Постійність pH у клітинах підтримується за рахунок буферних систем, які містять суміш електролітів. Вони складаються із слабкої кислоти (донора Н +) та пов'язаної з нею основи (акцептора Н +) , які відповідно пов'язують іони H + та бони ВІН - , завдяки чому реакція pH усередині клітини майже не змінюється.

Гідрофільні та гідрофобні сполуки. У молекули води дві пари спільних електронів зміщені до кисню, тому електричний заряд усередині молекул розподілений нерівномірно: протони Н+ зумовлюють позитивний заряд на одному полюсі, а пари електронів кисню - негативний заряд на протилежному полюсі. Ці заряди дорівнюють за величиною і розташовані на певній відстані один від одного. Отже, молекула води – це постійний диполь,який може взаємодіяти з носіями позитивних та негативних зарядів. Наявністю полюсів у молекулах води пояснюється здатність води до хімічних реакцій гідратації.

Завдяки своїй полярності молекули води можуть приєднуватися до молекул або іонів розчинних у воді речовин з утворенням гідратів (з'єднань води з розчиненою речовиною). Ці реакції є екзотермічними та, на відміну від реакцій гідролізу, гідратація не супроводжується утворенням водневих чи гідроксильних іонів.

При взаємодії молекул води з молекулами полярних речовин тяжіння молекул води до розчинюваної речовини перевищуватиме енергію тяжіння між молекулами води. Тому молекули чи іони таких сполук вбудовуються у загальну систему водневих зв'язків води. Гідрофільні речовинице полярні речовини, здатні добре розчинятися у питній воді. Це розчинні кристалічні солі, моносахариди, певні амінокислоти, нулеїнові кислоти та ін.

У разі взаємодії молекул води з молекулами неполярних речовин енергія тяжіння молекул води в них буде меншою, ніж енергія водневих зв'язків. Неполярні молекули намагаються ізолюватися від молекул води, вони групуються між собою та витісняються із водного розчину. Гідрофобні речовинице неполярні речовини, які розчиняються у питній воді. Це нерозчинні мінеральні солі, ліпіди, полісахариди, певні білки та ін. Деякі органічні молекули мають подвійні властивості: на одних ділянках зосереджені полярні групи, на інших - неполярні. Такі багато білків, фосфоліпідів. їх називають амфіфільними речовинами.

Де Карбон, там різноманітність органічних речовин, де Карбон, там найрізноманітніші за молекулярною архітектурою конструкції.

Енциклопедія юного хіміка

Основна речовина, яка дозволяє існувати на планеті життя – це вода. Вона необхідна у будь-якому стані. Вивчення властивостей рідини спричинило утворення цілої науки – гідрології. Предмет вивчення більшості вчених – це фізичні та хімічні властивості. Вони розуміють під цими властивостями: критичні температури, кристалічні ґрати, домішки та інші індивідуальні особливості хімічної сполуки.

Вконтакте

Вивчення

Формула водивідома кожному школяру. Це три простих знаки, але вони містяться в 75% від загальної маси всього на планеті.

Н2О- Це два атоми і один -. Структура молекули має емпіричну форму, тому властивості рідини такі різноманітні, незважаючи на простий склад. Кожна з молекул перебуває у оточенні сусідів. Вони пов'язані однією кристалічною решіткою.

Простота будовидозволяє рідини існувати у кількох агрегатних станах. Жодна речовина на планеті не може цим похвалитися. Н2О дуже рухлива, вона поступається у цій властивості лише повітрі. Кожен обізнаний про кругообіг води, про те, що після випаровування її з поверхні землі, десь далеко проходить дощ чи сніг. Клімат регулюєтьсясаме завдяки властивостям рідини, яка може віддавати тепло, а сама практично практично не змінює свою температуру.

Фізичні властивості

Н2О та її властивостізалежить від багатьох ключових чинників. Основні з них:

• Кристалічна решітка. Будова води, а точніше її кристалічних ґрат, обумовлена ​​агрегатним станом. Вона має пухку, але дуже міцну будову. Сніжинки показують ґрати у твердому стані, а ось у звичному – рідкому, вода не має чіткості у будові кристалів, вони рухливі та мінливі.
• Будова молекули – куля. Але вплив земного тяжіння змушує воду набувати форми судини, в якій знаходиться. У космосі вона буде геометрично правильної форми.
• Реагує вода з іншими речовинами, у тому числі з тими, хто володіє нерозділеними електронними парами, серед них спирт та аміак.
• Має високу теплоємність і теплопровідність, швидко нагрівається і довго не остигає.
• Ще зі школи відомо, що температура кипіння – 100 градусів Цельсія. У рідини з'являються кристали при зниженні до +4 градусів, а ось лід утворюється при ще більшому зниженні. Температура кипіння залежить від тиску, який помістити Н2О. Є експеримент, у якому температура хімічного з'єднання сягає 300 градусів, у своїй рідина не кипить, а плавить свинець.
• Ще однією важливою властивістю є поверхневий натяг. Формула води дозволяє бути дуже міцним. Вчені з'ясували, щоб розірвати його знадобиться сила з масою понад 100 тонн.

Цікаво!Н2О, очищена від домішок (дистильована), неспроможна проводити струм. Ця властивість оксиду водню утворюється лише за наявності розчинених у ньому солей.

Інші особливості

Лід – це унікальний стан,яке властиве оксиду водню. Він утворює пухкі зв'язки, які легко деформуються. Крім того, відстань між частинками значно збільшується, роблячи щільність льоду набагато нижчою за рідину. Це дозволяє водойм не повністю промерзати в зимовий період, зберігаючи життя під шаром льоду. Льодовики – великий запас прісної води.

Цікаво!У Н2О є унікальний стан, який називається явищем потрійної точки. Це коли вона знаходиться одразу у трьох своїх станах. Можлива ця умова лише при температурі 0,01 градус і тиску 610 Па.

Хімічні властивості

Основні хімічні властивості:

• Розділяють воду за жорсткістю, від м'якої та середньої – до жорсткої. Цей показник залежить від вмісту солей магнію та калію в розчині. Є також такі , які знаходяться в рідині постійно, а деяких можна позбутися кип'ятінням.
• Окислення та відновлення. Н2О впливає процеси, вивчені в хімії, які з іншими речовинами: одні вона розчиняє, коїться з іншими входить у реакцію. Результат будь-якого експерименту залежить від правильного вибору умов, за яких він проходить.
• Вплив біохімічні процеси. Вода основна частина будь-якої клітини, в ній як у середовищі, відбуваються всі реакції в організмі.
• У рідкому стані вбирає гази, які неактивні. Їхні молекули розташовуються між молекулами Н2О всередині порожнин. Так утворюються клатрати.
• За допомогою оксиду водню утворюються нові речовини, які не пов'язані з окисно-відновним процесом. Йдеться про луги, кислоти та основи.
• Ще одна характеристика води - це здатність утворювати кристалогідрати. Оксид водню у своїй залишається у постійному вигляді. Серед звичайних гідратів можна назвати мідний купорос.
• Якщо через з'єднання пропустити електричний струм, то можна розкласти молекулу на гази.

Важливість для людини

Дуже давно люди зрозуміли неоціненне значення рідини для всього живого та планети загалом . Без неї людина не може прожитита тижні . Яка ж корисна дія від цієї найпоширенішої на Землі речовини?

• Найголовніше застосування - це наявність в організмі, в клітинах, де проходять усі найважливіші реакції.
• Утворення водневих зв'язків сприятливо впливає на живі істоти, адже при зміні температури рідина в тілі не замерзає.
• Людина давно застосовує Н2О в побутових потребах, крім приготування їжі, це прання, прибирання, купання.
• Жоден промисловий завод може працювати без рідини.
• Н2О – джерело життя та здоров'явона є ліками.
• Рослини використовують її на всіх етапах свого розвитку та життя. З її допомогою вони виробляють кисень, такий необхідний життя живих істот, газ.

Крім найочевидніших корисних властивостей, їх є дуже багато.

Важливість води для людини

Критична температура

У Н2О, як і у всіх речовин, є температура, яка називається критичною. Критична температура води визначається шляхом її нагрівання. До 374 градусів за Цельсієм рідину називають парою, вона ще може перетворитися назад на звичний рідкий стан, при певному тиску. Коли температура вище цієї критичної позначки, то вода як хімічний елемент, перетворюється на газ безповоротно.

Застосування у хімії

Великий інтерес у хіміків Н2О викликає завдяки своїй основній властивості – вмінню розчиняти. Часто вчені нею очищають речовини, чим створюють сприятливі умови щодо експериментів. У багатьох випадках вона є середовищем, в якому можна провести досвідчені випробування. Крім того, Н2О сама бере участь у хімічних процесах, впливаючи на той чи інший хімічний експеримент. Вона з'єднується з неметалевими та металевими речовинами.

Три стани

Вода постає перед людьми в трьох станах,званих агрегатними. Це рідина, лід та газ. Речовина одна і та ж за складом, але різна за властивостями. У

перетворюватися – дуже важлива характеристика води для всієї планети, таким чином, відбувається її кругообіг.

Порівнюючи всі три стани, людина частіше бачить хімічну сполуку все ж таки в рідкому вигляді. Вода не має смаку та запаху, а те, що відчувається в ній, це через наявність домішок, розчинених у ній речовин.

Основні властивості води в рідкому стані - це: величезна сила, що дозволяє точити каміння і руйнувати скелі, а також можливість набувати будь-якої форми.

Дрібні частки при замерзанні скорочують швидкість свого руху та збільшують дистанцію, тому структура льоду пористаі за густиною нижче рідини. Лід застосовується в холодильних установках, для різних побутових та промислових цілей. У природі крига несе лише руйнування, випадаючи у вигляді граду або лавини.

Газ – ще один стан, який утворюється, коли досягається критична температура води. Зазвичай при температурі більше 100 градусів або випаровуючись з поверхні. У природі це хмари, тумани та випари. Велику роль штучне газоутворення зіграло в технічному прогресі в 19 столітті, коли було винайдено парові двигуни.

Кількість речовини у природі

75% - така цифра здасться величезною, але це вся вода на планеті, навіть та, яка знаходиться в різних агрегатних станах, живих істот і органічних сполук. Якщо врахувати лише рідке, тобто воду, що у морях і океанах, і навіть у тверду – в льодовиках, то відсоток стає 70,8%.

Розподіл процентного зміступриблизно таке:

• моря та океани – 74,8%
• Н2О прісних джерел, розподілена нерівномірно планетою, у льодовиках становить — 3,4%, а озерах, болотах і річках лише 1,1%.
• На підземні джерела припадає приблизно 20,7% від усієї кількості.

Характеристика важкої води

Природна речовина - водень зустрічається у вигляді трьох ізотопів, у такій кількості форм є і кисень. Це дозволяє виділяти крім звичайної питної води ще дейтерієву та тритієву.

Дейтерієва має найстійкішу форму, вона зустрічається у всіх природних джерелах, але у дуже малій кількості. Рідина з такою формулою має низку відмінностей від простої та легкої. Так, утворення кристалів у ній починається вже за температури 3,82 градуси. А ось температура кипіння трохи вища – 101,42 градуса Цельсія. У неї більша щільність і здатність до розчинення речовин значно знижена. Крім того, її позначають іншою формулою (D2O).

Живі системи реагуютьна таку хімічну сполуку погано. Лише деякі види бактерій змогли у ньому пристосуватися до життя. Риби взагалі не витримали такого експерименту. В організмі людини, дейтерій може бути кілька тижнів, а потім виводиться, не завдаючи шкоди.

Важливо!Пити дейтерієву воду – не можна!

Унікальні властивості води. - Просто.

Висновок

Широке застосування важка вода знайшла у ядерній та атомній промисловості, а звичайна – у повсюдному.