Вещество вода какое свойство
|
| |||||||||||||||||||
Вода – это неорганическое соединение, состоящее из кислорода и водорода. В нормальных условиях это бесцветная, прозрачная жидкость, которая не имеет запаха и вкуса. В твердом виде вода называется снегом, льдом или инеем, в газообразном – паром. Примерно 71% всей поверхности планеты покрыт водой. На океаны припадает примерно 96% водных запасов, на остальные 4% припадают озера, ледники, болота и грунтовые воды. По своей природе вода является отличным растворителем и всегда в своем составе содержит растворенные вещества или газы, за исключением дистиллированной воды. Вода является важнейшим источником жизни на всей планете. Поэтому в нашей статье мы попытаемся рассказать вам все об этом удивительном веществе, а главное, какое вещество вода по своей природе и каковы ее химические и физические свойства.
Физические свойства воды
- При нормальных атмосферных условиях вода сохраняет жидкое состояние, в то же время как остальные водородные соединения схожего плана являются газами. Это явление объясняется особыми свойствами сложения молекул и атомов воды, и присутствующими между ними связями. Атомы кислорода присоединены к атомам водорода, образуя угол почти в 105 градусов, и данная конфигурация сохраняется всегда. Через большую разницу электроотрицательности атомов кислорода и водорода, электронные облака сильно сдвинуты в сторону кислорода. В связи с данной причиной молекула воды считается активным диполем, в котором водородная сторона имеет положительный заряд, а кислородная отрицательный. В результате молекула воды образует связи, разорвать которые довольно сложно и на это потребуются большие затраты энергии.
- Вода практически не поддается сжиманию. Так, при увеличении атмосферного давления на один бар, вода сжимается лишь на 0.00005 часть, от ее первоначального объема.
- Структура льда и воды очень схожи. Как во льду, так и в воде, молекулы стараются расположиться в некотором определенном порядке – они хотят образовать структуру, но тепловое движение препятствует этому. Когда вода переходит в твердое состояние, тепловое вращение молекул уже не препятствует структурному образованию, после чего молекулы упорядочиваются, и пустоты между ними увеличиваются, от чего, следовательно, падает плотность. Вот чем объясняется тот момент, что вода – это вещество очень аномальное. Твердое агрегатное состояние воды – лед, может спокойно плавать на поверхности жидкого агрегатного состояния воды. Когда же происходит испарение, наоборот, все связи сразу же разрываются. На разрыв данных связей требуется немаленькое количество энергии, что объясняет наибольшую теплоемкость воды среди всех веществ. Чтобы подогреть литр воды на 1 градус, необходимо потратить около 4 кДж энергии. Благодаря этому свойству вода часто используется в качестве теплоносителя.
- Вода обладает высоким поверхностным натяжением, уступая в данном показателе лишь ртути. Большая вязкость воды объясняется ее водородными связями, которые мешают молекулам совершать движения с разными скоростями.
- Вода является хорошим растворителем. Молекулы растворяемого вещества сразу же окружаются молекулами воды. Положительные частицы растворяемого вещества притягиваются атомами кислорода, а отрицательные – атомами водорода. Так как размеры молекул воды достаточно малы, то каждую молекулу растворяемого вещества может окружить сразу большое количество молекул воды.
- Вода — это вещество, которое имеет отрицательный электрический потенциал поверхности.
- В чистом виде, вода является хорошим изолятором, но так как в ней зачастую растворены те или иные вещества, соли или кислоты, то в воде всегда находятся отрицательные и положительные ионы. Благодаря этим свойствам вода может проводить электричество.
- Показатель преломления воды – n=1.33. Но вода прекрасно поглощает инфракрасное излучение, и в связи с этим свойством вода, а точнее водяной пар является парниковым газом. Также вода способна поглотить микроволновое излучение, на чем и основано действие СВЧ печей.
Химические свойства
Те, кто думают, что вода — органическое вещество, сильно ошибаются. Воду образуют два элемента – кислород и водород. Далее рассмотрим основные химические свойства воды.
Можно получить воду с помощью следующих реакций:
Также в ходе реакции нейтрализации:
С помощью восстановления оксида меди водородом:
При комнатной температуре вода реагирует:
С активными металлами:
С фтором и галоидными соединениями:
С солями, образованными слабым основанием и слабой кислотой, притом вызывая их гидролиз:
- С галогенангидридами и ангидридами неорганических и карбоновых кислот.
- С металлоорганическими соединениями (реактивы Гриньяра, диэтилцинк, метилнатрий).
- С нитридами, карбидами, фосфидами, гидридами, силицидами щелочных металлов.
- С большинством солей, притом образуя гидраты.
- С силанами и боранами.
- С недокисью углерода и кетеном.
- С фторидами благородных газов.
При нагревании реагирует с магнием, железом:
С метаном и углем:
В присутствии катализаторов реагирует:
- С эфирами и амидами.
- С алкинами.
- С нитрилами.
- С алкенами.
Надеюсь, что наша статья помогла вам разобраться какое вещество вода, и теперь вы будете знать про нее гораздо больше.
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.
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.