Что такое вода какие свойства

Благодаря своим уникальным физическим и химическим
свойствам, часто аномальным, вода сделала возможной жизнь на Земле. Так в чем
состоят эти уникальные характеристики?

Физические свойства воды

Вода имеет высокую удельную теплоемкость, т.е. ей нужно
много тепла, чтобы нагреться, и потребуется много времени, чтобы потерять
накопленное тепло и остыть. Вот почему она используется в системах охлаждения
(например, в автомобильных радиаторах или для охлаждения промышленного
оборудования). Эта характеристика объясняет также то, почему в прибрежных (или
озерных) регионах температура воздуха мягче: в этих местах, когда времена года
меняются, температура воды «смягчает» температуру воздуха, так как она уменьшается
или увеличивается медленнее.

При ответе на вопрос: какие физические свойства воды
определяют ее особое биологическое значение, первым делом нужно вспомнить, что
она имеет высокое поверхностное натяжение. Это означает, что после наливания на
гладкую поверхность она имеет тенденцию образовывать сферические капли, а не
растекаться в тонкую пленку. И это свойство во многом объясняет высокую
биологическую активность воды. Без гравитации капля ее была бы совершенно
сферической. Поверхностное натяжение позволяет растениям поглощать воду,
содержащуюся в почве, через корни. И поверхностное натяжение делает кровь такой
«проникающей» через ткани нашего организма.

Вода обычно находится в жидком состоянии, но может легко
стать твердой или газообразной. Чистая вода переходит из жидкой в твердую, то
есть замерзает при 0° С, а на уровне моря она кипит при 100 ° С (чем выше
уровень, тем ниже температура, при которой вода начинает кипеть). Значения
кипения и замерзания воды берут в качестве контрольной точки для калибровки
термометров: в градусах Цельсия 0 ° по шкале Цельсия — это точка замерзания, а
100 ° — это точка кипения.

При замерзании вода расширяется, то есть ее плотность
уменьшается, а объем остается неизменным: поэтому лед плывет по поверхности или
лопается бутылка, наполненная водой и помещенная в морозильник.

Вода является особым природным ресурсом, поскольку она
является единственным на Земле веществом, которое можно найти во всех трех
физических состояниях в зависимости от температуры окружающей среды: жидкой,
твердой (лед) и газообразной (пар).

Химические свойства воды

Химическая формула молекулы воды — H2O: два атома водорода
(H2) связаны с одним атомом кислорода (O). Электроны атома (частицы с
отрицательным зарядом) устанавливают связи между собой. Кислород способен
держать их ближе к нему, чем водород. Молекула эта оказывается заряженной
отрицательно вблизи атома кислорода и положительно вблизи атомов водорода.
Поскольку противоположности притягиваются, молекулы воды имеют тенденцию
соединяться вместе, как магниты.

Вода может растворять многие вещества

Воду называют универсальным растворителем, поскольку она
может растворять больше веществ, чем любая другая жидкость. И нам очень с этим
повезло: если бы не это химическое свойство, мы не могли бы выпить чашку
горячего подслащенного чая, потому что сахар остался бы на дне чашки. Вот
почему воды рек, ручьев, озер, морей и океанов, которые выглядят чистыми на
первый взгляд, на самом деле содержат огромное количество растворенных
элементов и минералов, выделяемых камнями или атмосферой.

Везде, где течет вода, над землей, под землей или внутри
нашего тела, вода растворяет в себе и несет чрезвычайно большое количество
различных веществ. Таким образом, она выполняет драгоценную задачу: переносить
иногда на большие расстояния вещества, с которыми она сталкивается на своем
пути. Причем, с водой при обычных климатических условиях не реагирует
большинство этих веществ.

Что такое вода какие свойства

Чистая вода, как и дистиллированная вода, имеет рН 7
(средний). Морская вода в основном щелочная, имеет рН около 8. Чистая вода
реагирует с немногими веществами, например, серой, некоторыми солями и
металлами. Также возможен гидролиз (распад) воды при реакции с какими-то
химическими веществами.

Вода может содержать огромное количество взвешенных частиц
разных веществ, в т.ч. и радиоактивных. Именно этим и объясняется превращение
чистой воды в радиоактивную. И в наш век вездесущей атомной энергетики глубокая
и своевременная дезактивация воды – уже глобальная проблема.

Физико-химические свойства воды

То, какими свойствами обладает чистая вода, во многих
случаях зависит от водородных связей внутри ее молекул. При сравнении этих
свойств со свойствами атомов или не связанных с водородом молекулярных
жидкостей с аналогичными размерами молекул некоторые особенности воды
заслуживают внимания:

Точка плавления льда исключительно высока среди гидридов шестой основной группы.
Во время таяния льда при атмосферном давлении объем вещества уменьшается на 8,2%. Это аномальное сокращение объема, ведь большинство веществ расширяется во время плавления. Снижению температуры замерзания способствует увеличение давления.
Зависимость молярного объема жидкой воды от давления и температуры показывает крайности. Плотность жидкой воды имеет максимум при 3,98 ° С.
Коэффициент теплового расширения α жидкой воды на порядок меньше по сравнению с другими молекулярными жидкостями. Изотермическая сжимаемость χT показывает, что для молекулярной жидкости вода довольно несжимаема.
Динамическая вязкость воды выше, чем у сопоставимых, не связанных водородом жидкостей. Более того, зависимость вязкости от давления аномальна: вязкость уменьшается с давлением и достигает минимума около 60 МПа (это давление эквивалентно толще воды в 6 км).
Поверхностное натяжение воды выше, чем у других жидкостей, включая большинство других жидкостей, связанных водородом. В диапазоне температур от 0 до 130°С вода жидкая.
Теплопроводность увеличивается с ростом температуры. Жидкая вода обладает высокой удельной теплоемкостью при постоянном давлении, которое изменяется незначительно до 100°C.
Энтальпия испарения воды аномально высока. Аналогично удельной теплоемкости, она почти в четыре раза выше, чем для других сопоставимых жидкостей, не связанных с водородом. Эта разница приписывается водородной связи. Кроме того, энтальпия испарения воды очень велика по сравнению с энтальпией таяния.

Тот факт, что вода увеличивается в объеме при замерзании,
приводит ко многим последствиям в природе. Именно вода и ее свойство легко
проникать в расщелины скал, когда она замерзает, приводит к разрушению скал.
Постепенно происходит физическое и химическое выветривание скальных пород. И, в
конечном итоге, физические свойства и химические функции воды сформировали
почву на нашей планете.

Тот факт, что вода имеет самую высокую плотность при 4°С, а
не в точке замерзания, имеет важное значение для термического расслоения и
циркуляции воды в природе. Это химико-физическое свойство воды приводит к
замерзанию водоемов от их поверхности в направлении дна. Это важно не только
для жизни внутренних водоемов, но и для океанов. Если бы самые холодные районы
океанов должны были замерзать снизу-вверх, то солнечной энергии, полученной за
время лета, было бы достаточно только для оттаивания самого верхнего слоя. Так
осуществляется круговорот энергии и материи, которая опирается на циркуляции
океанов частично или даже полностью.

Огромная удельная теплоемкость воды ответственна за его
способность хранить огромное количество энергии. Таким образом, водные потоки,
например, Гольфстрим, способны нести огромное количество тепла из более теплых
климатических зон в более холодные. Таким образом, океаны работают как огромные
термостаты. Не только климат Земли, но и температурное регулирование живых
организмов зависит от высокой теплоемкости воды. Это способствует, например,
поддержанию постоянной температуры тела у теплокровных организмов. Кроме того,
относительно высокая теплопроводность воды предотвращает серьезные локальные
колебания температуры.

Абсолютно чистая вода имеет электрическую проводимость 0,03
мкСм / см это связано с автопротолизом. Электропроводность, однако, на реальных
водоемах значительно выше, из-за растворенных ионных компонентов. Вода, будучи
сильным диэлектриком (водный диэлектрик – константа), является одним из самых
лучших растворителей для солей и газов, которые способны к сольволизу с
последующей диссоциацией (например, CO2).

Еще одна особенность воды, которая важна для
гидрологического цикла — ее энтальпия испарения. С этим тесно связана летучесть
воды. Она определяет количество воды, которое переходит в газовую фазу и может
транспортироваться в атмосферу.

Таким образом, можно сделать вывод, что вода уникальна в
физическом и химическом плане. Особые свойства воды сделали ее колыбелью и
абсолютным условием жизни на Земле. Зная основные характеристики этого
вещества, можно делать вывод: благодаря каким своим химическим и физико-химическим
свойствам вода стала жидкой основой жизни.

Источник

В уроке 27 «Состав и физические свойства воды» из курса «Химия для чайников» узнаем, что из себя представляет вода, выясним её состав, а также физические свойства.

Наиболее распространенным оксидом на Земле является оксид водорода H2O, или вода. Без воды, как и без кислорода, невозможна жизнь человека, животных и растений.

Вода — единственное вещество, существующее на Земле одновременно в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Она является основным компонентом морей и океанов, ледников и айсбергов, облаков и тумана.

Около 70 % поверхности Земли покрыто океанами, морями, реками и озерами — природными хранилищами воды. Из космоса толстый слой воды имеет голубой цвет (рис. 104), вот почему нашу планету называют голубой. Вода входит в состав всех живых организмов, а также очень многих минералов.

Состав и строение воды

Как вы уже знаете, молекула воды состоит из трех атомов — двух атомов водорода и одного атома кислорода (рис. 105). Относительная молекулярная масса воды равна:

Следовательно, молярная масса воды равна:

Вода — это вещество с молекулярным строением. В твердом (рис. 106) и жидком агрегатных состояниях молекулы воды прочно связаны друг с другом. Этим во многом объясняется целый ряд удивительных физических свойств воды.

Физические свойства воды

При комнатных условиях вода представляет собой жидкость без вкуса и запаха. В тонком слое вода не имеет цвета. Однако при толщине более 2 м она имеет голубой цвет. Совершенно чистая вода очень плохо проводит электрический ток.

На заметку: По тому, как проводит электрический ток вода, можно судить о ее чистоте — чем ниже электропроводность, тем чище вода.

У большинства веществ в твердом состоянии плотность выше, чем в жидком. В отличие от них вода в твердом агрегатном состоянии (лед) имеет более низкую плотность, чем в жидком. При 0 °С плотность льда равна примерно 0,92 г/см3, а плотность жидкой воды — примерно 1,00 г/см3. Это означает, что лед легче воды, поэтому он не тонет в ней (рис. 107). Такая особенность воды объясняет, почему водоемы начинают замерзать не со дна, а с поверхности и очень редко промерзают до самого дна. Это защищает живые организмы, обитающие в реках и морях, от гибели.

У воды высокая теплоемкость, поэтому она медленно нагревается, но и медленно остывает. Это позволяет морям и океанам накапливать тепло летом (и днем) и высвобождать его зимой (и ночью), что предотвращает резкие колебания температуры воздуха на нашей планете в течение года (и суток). Моря и океаны служат своеобразными аккумуляторами тепла на нашей планете.

При нормальном давлении (101,3 кПа) температура кипения воды равна 100 °С. При понижении давления температура кипения воды понижается. Например, в горах на высоте около 5000 м давление существенно ниже нормального (примерно в два раза), поэтому вода закипает в этих условиях при температуре около 84 °С. Понятно, что варить продукты до готовности в горах необходимо более длительное время. И наоборот, в скороварке, где создается высокое давление, вода закипает при температуре выше 100 °С, что позволяет быстрее приготавливать пищу.

Вода как растворитель

С совершенно чистой водой, не содержащей никаких других веществ, большинство людей никогда не встречается. Такая вода используется только в специальных целях.

Почти все жидкости, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни и деятельности, представляют собой растворы различных веществ.

Раствор — это однородная смесь двух и более веществ.

Одно из веществ, входящих в состав раствора, называется растворителем, а остальные — растворенными веществами. Очень часто растворителем является вода. Вода может растворять твердые, жидкие и газообразные вещества.

Все природные воды содержат растворенные соли. Их легко обнаружить экспериментально, выпарив воду на часовом стекле. Кроме солей, вода может растворять различные газы. Их присутствие (правда, не всегда) можно обнаружить экспериментально. Например, поместив пробирку с холодной водой из-под крана в теплое место, через некоторое время можно заметить у стенок пробирки пузырьки. Это растворенные газы (преимущественно кислород) выделяются из раствора при его нагревании до комнатной температуры (рис. 108).

Многие жидкости также хорошо растворимы в воде. Например, серная кислота и спирт неограниченно растворяются в воде. В таком случае говорят, что вещество смешивается с водой в любых соотношениях. Из-за хорошей растворимости многих веществ в воде ее иногда называют универсальным растворителем.

Краткие выводы урока:

Вода не имеет вкуса, цвета (в тонком слое) и запаха, кипит при 100 °С, а переходит в твердое состояние при 0 °С.
Плотность твердой воды меньше, чем жидкой.
Раствор — это однородная смесь двух и более веществ.
Вода является универсальным растворителем — она хорошо растворяет многие твердые, жидкие и газообразные вещества.

Надеюсь урок 27 «Состав и физические свойства воды» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Источник

К сожалению, многие из нас даже не задумываются о том, какую важную роль для человека играет питьевая вода. А ведь эта уникальная природная жидкость просто необходима для создания, поддержания и продолжения жизни на земле.

Почему необходимо пить воду?

Ученые называют воду самым ценным продуктом для человека, поскольку наш организм состоит из нее на 60-70%. С помощью питьевой воды производится транспортирование питательных веществ в клетки организма, а также вывод из него токсинов и других отходов жизнедеятельности. Чтобы обеспечить телу достаточно стабильный тепловой режим, каждому человеку необходимо употреблять не менее 1,5 литра воды в сутки. При потере организмом более 15% «H2O», ему грозит обезвоживание.

Как на Земле появилась и откуда берется вода?

Около 4,5 миллиарда лет тому назад наша планета представляла собой огненный газовый шар, который постепенно остывал, окутываясь облачными гигантскими слоями. Впоследствии, облака накопившие квадрильоны миллиардов тонн воды, обрушили ее на землю. Так произошел «всемирный потоп», принесший планете необходимую для жизни «H2O».

Сегодня, на земном шаре около 99,7% водных ресурсов, это — лед и соленая вода. Из них пресная питьевая вода, включая подземные и озерные источники, составляет всего лишь 0,3%.

Благодаря систематическому испарению с океанических, морских и других водных поверхностей в атмосфере образуются облака, «разряжающиеся» в форме осадков, которые насыщают собой родниковые источники и подземные воды. Затем, по многочисленным руслам рек, накопившийся ресурс попадает в моря. Так начинается новый цикл водного круговорота.

Вода как химический и физический объект

Вода является бинарным неорганическим соединением с химической формулой «H2O» (оксид водорода). Физически она занимает наибольшую часть земного шара, которая в 2,5 раза превосходит поверхность суши. Чистой воды без примесей в природе не бывает, ее получают искусственным методом перегонки. Такая вода называется дистиллированной. Состав «H2O» (по массе): 11,19 % «H2» (водорода) и 88,81 % «О» (кислорода).

Виды воды, которую мы пьем:

Питьевая вода — основной водный ресурс, пригодный для питья и приготовления продуктов, массово доставляемый до потребителей и отвечающий всем регламентированным стандартам качества.
Родниковая вода — дополнительный водный ресурс подземного происхождения, пригодный для питья изначально или же после необходимой обработки.
Минеральная вода — это природный водный ресурс, содержащий различные микроэлементы, обладающие лечебными свойствами.

От чего зависит и каким бывает вкус питьевой воды?

наличия в составе жидкости тех или иных минералов;
количества и качества присутствующих в «H2O» органических веществ и интенсивность их разложения;
температуры вещества и процентной составляющей газов атмосферного воздуха.

Немного горьковатый вкус присущ воде, содержащей повышенное количество сульфатов. Преобладание в данной жидкости хлоридов придает ей солоноватости, а солей марганца и железа — железистый привкус.

Максимально освежающим эффектом вода располагает при температуре от 7 до 1100C, а при 150C снижаются ее вкусовые характеристики и способность полноценно утолить жажду.

Необходимое качество питьевой воды

Парадоксальный факт: вода — жизненно необходимый ресурс для человека, часто становится главной причиной его многих заболеваний.

В данном случае, опасность может быть различного вида:

микробиологического: вода содержит различные микроорганизмы, вызывающие такие заболевания как холера или гепатит;
химического: загрязнение и отравление с незамедлительными или отсроченными последствиями.

Поэтому питьевая вода должна не только очищаться от микробиологического и химического загрязнения, но и быть приятной на вкус.

Основное свойство воды — жесткость

Одной из важных характеристик воды является ее способность растворять различные минеральные вещества при прохождении через известняковые породы. Жесткая вода содержит большое количество солей магния и кальция. Ее приятно пить, но она не совсем полезна для здоровья. Частое употребление такой воды может послужить началом для возникновения мочекаменной болезни почек. За счет своей жесткости, она увеличивает срок варки продуктов, а при кипячении образует значительный слой накипи.

Что такое загрязнение воды?

Попадание вредных биологических и химических элементов в воду делает ее непригодной для употребления человеком. При сегодняшнем экологическом кризисе загрязнение может происходить на всех этапах круговорота воды в природе, включая атмосферные слои, где она скапливается в виде облаков. Также загрязнение может быть коммунальным, промышленным, сельскохозяйственным и даже природным.

Наиболее опасные вещества, отравляющие воду:

Нитраты — это удобрения, применяемые для ускорения роста сельскохозяйственных культур. Сегодняшний уровень загрязнения окружающей среды способен привести к повышению концентрации нитратов в воде более чем на 35% от допустимого минимума. Содержание в «H2O» такого количества вредных веществ опасно для здоровья человека и, в первую очередь, это касается детей.
Пестициды представляют собой токсичные химические вещества, применяемые в сельском хозяйстве для защиты урожая от вредителей и сорняков. Такие вещества попадают в воду вместе с дождем во время сезонной обработки растений.
Хлор — дезинфектор, уничтожающий вредоносных микроорганизмов. Его применяют при муниципальной очистке воды. Для проведения дезинфекции в водопроводной сети, хлор в больших количествах растворяют в воде, из-за чего, она приобретает неприятные запах и привкус, а также становится вредной для употребления. В Первую Мировую Войну хлор применялся в качестве боевого отравляющего вещества.
Свинец является наиболее опасным для здоровья высокотоксичным металлом, который, растворяясь воде, в разы увеличивает свое вредное воздействие. Он хорошо въедается и накапливается в костных тканях. Особую опасность свинец представляет для беременных женщин и детей до 6 лет, поскольку негативно влияет на центральную нервную систему и формирование позвоночника. Также он способствует образованию опухолей на почках. Основным источником загрязнения воды свинцом являются старые водопроводные трубы. Необходимо учесть, что по ним вода транспортируется в квартиры уже после муниципальной очистки.

Зачем нужно очищать воду?

Ввиду экологического кризиса, наблюдается рост количества регионов РФ (включая и Москву), страдающих от загрязнения воды вредными примесями и нитратами. Очистка позволяет удалить из жизненно важной для нас жидкости вредные элементы и вернуть ей первоначальные качества и вкус.

Шесть существующих классов качества воды

В России качество воды оценивается по ГОСТ 17.12.04.77 и ГОСТ 17.13.07.82.

К первому и второму классу относятся экологически полноценные воды, предназначенные для питья, рекреации, рыбоводства и орошения.
Воды третьего класса имеют похожие предназначения, однако, для питья их можно использовать только после предварительной очистки.
К четвертому классу принадлежат экологически неблагополучные воды, имеющие ограничения в применение для орошения и рыбоводства. Такие жидкости пригодны для технического использования.
Пятый класс содержит перечень вод, имеющих лишь техническое назначение.
Воды шестого класса предназначены для технических целей с обязательной предварительной очисткой.

История появления устройств для воды

С древнейших времен организация водообеспечения представляет собой архиважный вопрос для жизни. Первые сооружения для воды появились еще несколько тысяч лет до нашей эры в виде искусственных оросительных каналов. С тех пор, люди продолжают изобретать облегчающие жизнь и связанные с водой устройства. Например, в далеком в 1804 году, в городе Кронштадте был построен один из первых полнофункциональных водопроводов в России, а в 1972 году шведским физиком Андерсом Цельсием миру была представлена новая единица измерения температуры, величина которой определялась свойствами воды.

К глубочайшему сожалению технический прогресс имеет не только положительные стороны. Сегодня техногенное загрязнение экологии — это глобальная проблема для цивилизации. Потребность в чистой воде привела к острой необходимости создания устройств для ее очистки. Но, благо, что у каждой медали есть две стороны, и с появлением таких приспособлений, ежедневное потребление очищенной воды стало доступным и наиболее удобным. Сегодня уже никого не удивить наличием в офисе или дома устройства охлаждающего, нагревающего и газирующего воду.

Прототипом нынешнего кулера являлся «питьевой фонтан», придуманный американцем Хэлси Тэйлором, похоронившим отца, который выпил загрязненной воды и скончался от тифа. Серийное производство этих устройств было начато в 1909 году, а в 50-х годах аппараты для питьевой воды, к которым добавилась система охлаждения стали называться английским словом «кулерами» — охладителями.

Вот почему компания «Воды Здоровья» уже не первый год занимается доставкой чистой питьевой воды, поставляя людям источник жизненных сил. Сделать свой заказ Вы можете прямо на сайте.

Уважаемые читатели!
Спасибо, что читаете наш блог! Получайте самые интересные публикации раз в месяц оформив подписку. Новым читателям предлагаем попробовать нашу воду бесплатно, при первом заказе выберите 12 бутылок (2 упаковки) минеральной воды BioVita или питьевой воды Stelmas. Операторы свяжутся с Вами и уточнят детали. Тел. 8 (800) 100-15-15

* Акция для Москвы, МО, Санкт-петербурга, ЛО

Получи самые интересные публикации

Вы можете отписаться в любой момент

Спасибо за подписку на нашу рассылку

Источник