Вода какие свойства проявляет
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.
Âîäà – íàèáîëåå øèðîêî ðàñïðîñòðàí¸ííîå ñîåäèíåíèå íà íàøåé ïëàíåòå. Îíà ïîêðûâàåò 4/5 âñåé ïîâåðõíîñòè Çåìëè. Ýòî åäèíñòâåííîå óíèêàëüíîå ñîåäèíåíèå, êîòîðîå ìîæåò áûòü â 3õ ðàçëè÷íûõ àãðåãàòíûõ ñîñòîÿíèÿõ: ëåä, âîäà è ïàð.
Âîäà èãðàåò âàæíåéøóþ ðîëü íå òîëüêî â ïðîìûøëåííîñòè, íî è â æèçíè êàæäîãî ÷åëîâåêà. Èçâåñòíî, ÷òî áåç ïèùè ÷åëîâåê ìîæåò ïðîæèòü ìåñÿö, à áåç âîäû íå ïðîæèâåò è íåäåëè.
×èñòîé âîäû â ïðèðîäå íå ñóùåñòâóåò, âñåãäà åñòü ïðèìåñè. Äëÿ î÷èñòêè îò ýòèõ çàãðÿçíåíèé èñïîëüçóþò ïðîöåññ äèñòèëëÿöèè, îòãîíêè, ïîýòîìó ÷àñòî ìîæíî âñòðåòèòü ôðàçó «äèñòèëëèðîâàííàÿ âîäà»,
Âîäà íå îáëàäàåò çàïàõîì, öâåòîì è âêóñîì.
Õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà âîäû.
Âîäà — õèìè÷åñêîå ñîåäèíåíèå. Ñâÿçü èìååò êîâàëåíòíûé õàðàêòåð.
Âîäà ñëóæèò îòëè÷íûì ðàñòâîðèòåëåì äëÿ ìíîãèõ âåùåñòâ, áëàãîäàðÿ çíà÷èòåëüíîìó äèïîëüíîìó ìîìåíòó. Ïðîöåññ ðàñòâîðåíèÿ íàçûâàåòñÿ ãèäðàòàöèåé, à òå âåùåñòâà, êîòîðûå âñòóïàþò â ðåàêöèè ãèäðàòàöèè, ÷àùå âñåãî ÿâëÿþòñÿ ýëåêòðîëèòàìè (ïðîâîäÿò ýëåêòðè÷åñêèé òîê).
1. Êèñëîòíî-îñíîâíûå ðåàêöèè. Âîäà îáëàäàåò àìôîòåðíîñòüþ, ïîýòîìó ìîæåò âñòóïàòü â ðåàêöèè ñ êèñëîòàìè è ñ îñíîâàíèÿìè:
BaO + H2O = Ba(OH)2,
N2O5 + H2O = 2HNO3.
2. Âîäà ðåàãèðóåò ïðàêòè÷åñêè ñî âñåìè ñîëÿìè, îáðàçóÿ ãèäðàòû:
CaCl2 + 6H2O = CaCl2·6H2O.
3. Âîäà îêèñëÿåò ìåòàëëû, ñòîÿùèå â ðÿäó íàïðÿæåíèÿ äî îëîâà. Ñ ùåëî÷íûìè ìåòàëëàìè (Na, Li, K) áóðíî ðåàãèðóåò:
2K + H2O =2KOH + H2.
Ñ ìåíåå àêòèâíûìè ñ ìåòàëëàìè âîäà ðåàãèðóåò ïðè íàãðåâå:
Ca + 2H2O = Ca(OH)2 +Í2.
Êàëüêóëÿòîðû ïî õèìèè | |
| Õèìèÿ îíëàéí íà íàøåì ñàéòå äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷ è óðàâíåíèé. | |
| Êàëüêóëÿòîðû ïî õèìèè | |
Ñîåäèíåíèÿ õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ | |
| Àëêàíû, âîäà, ãàëîãåíû, ìûëà, æèðû, ãèäðîêñèäû; îêñèäû, õëîðèäû, ïðîèçâîäíûå õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ òàáëèöû Ìåíäåëååâà | |
| Ñîåäèíåíèÿ õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ | |
Õèìèÿ 7,8,9,10,11 êëàññ, ÅÃÝ, ÃÈÀ | |
| Îñíîâíàÿ èíôîðìàöèÿ ïî êóðñó õèìèè äëÿ îáó÷åíèÿ è ïîäãîòîâêè â ýêçàìåíàì, ÃÂÝ, ÅÃÝ, ÎÃÝ, ÃÈÀ | |
| Õèìèÿ 7,8,9,10,11 êëàññ, ÅÃÝ, ÃÈÀ | |
Îçîí. Ñâîéñòâà îçîíà. | |
| Îçîí Î 3 ìîæíî âñòðåòèòü â àòìîñôåðå âî âðåìÿ ãðîçû (õàðàêòåðíûé çàïàõ ñâåæåñòè ïîñëå ñèëüíîé ãðîçû). | |
| Îçîí. Ñâîéñòâà îçîíà. | |
Âîäîðîä. Ñâîéñòâà âîäîðîäà. | |
| Âîäîðîä , â ñâÿçè ñî ñâîèì óíèêàëüíûì ñòðîåíèåì, ìîæåò îáëàäàòü è îêèñëèòåëüíîé, è âîññòàíîâèòåëüíîé ñïîñîáíîñòüþ. | |
| Âîäîðîä. Ñâîéñòâà âîäîðîäà. | |
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.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ
ЗАПОМНИТЕ!!!
Щелочные металлы – это I группа, А — главная подгруппа – Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
Щелочно-земельные металлы – это II группа, А – главная подгруппа (Be, Mg не относятся) – Ca, Sr, Ba, Ra
n I
Основания – это сложные вещества с общей формулой Ме(ОН)n
ОН – гидроксильная группа, с валентностью (I)
Щёлочи – это растворимые в воде основания (см. ТАБЛИЦУ РАСТВОРИМОСТИ)
I n
Кислоты – это сложные вещества с общей формулой Нn (КО)
(КО) – кислотный остаток
V-VII
Кислотный оксид – неМех Оу и Мех Оу
I, II
Основные оксиды – Мех Оу
I. Взаимодействие воды с металлами.
В зависимости от активности металла, реакция протекает при различных условиях и образуются разные продукты.
1). Взаимодействие с самыми активными металлами, стоящими в периодической системе в I А и I I А группах (щелочные и щелочно-земельные металлы) и алюминий. В ряду активности эти металлы расположены до алюминия (включительно)
Реакция протекает при обычных условиях, при этом образуется щелочь и водород.
I I
2Li + 2 H2O = 2 Li OH + H2 (протекает реакция замещения)
HOH гидроксид
лития
I I I
Ba + 2 H2O = Ba (OH)2 + H2
2 Al + 6 H2O = 2 Al (OH)3 + 3 H2
гидроксид
алюминия
ОН – гидроксогруппа, она всегда одновалентна
ВЫВОД – активные металлы — Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Ca, Sr, Ba, Ra + Al – реагируют так
Me + H2O = Me(OH)n + H2 (р. замещения)
основание
2) Взаимодействие с менее активными металлами, которые расположены в ряду активности от алюминия до водорода.
Реакция протекает только с парообразной водой, т.е. при нагревании.
При этом образуются: оксид этого металла и водород.
I I I I
Fe + H2O = FeO + H2 (протекает реакция замещения)
оксид
железа
Ni + H2O = NiO + H2
(Валентность металла можно легко определить по ряду активности металлов, над их символом стоит значение, например +2, это означает, что валентность этого металла равна 2).
ВЫВОД – металлы средней активности, стоящие в ряду активности до (Н2) – Be, Mg, Fe, Pb, Cr, Ni, Mn, Zn – реагируют так
Me + Н2О = Мех Оу + Н2 (р. замещения)
Оксид
металла
3) Металлы, стоящие в ряду активности после водорода, не реагируют с водой.
Cu + H2O = нет реакции
I I. Взаимодействие с оксидами (основными и кислотными)
С водой взаимодействуют только такие оксиды, которые при взаимодействии с водой дают растворимый в воде продукт (кислоту или щелочь).
1). Взаимодействие с основными оксидами.
С водой взаимодействуют только основные оксиды активных металлов, которые расположены в в I А и I I А группах, кроме Ве и Mg (оксид алюминия не реагирует, т.к. он амфотерный). Реакция протекает при обычных условиях, при этом образуется только щелочь.
I I I
Na2O + H2O = 2 NaOH BaO + H2O = Ba (OH)2 (протекает реакция соединения)
I
H2O + ОСНОВНЫЙ ОКСИД = Ме(ОН)m (р. соединения)
Щёлочь
Al2O3 + H2O = нет реакции
BeO + H2O = нет реакции
MgO + H2O = нет реакции
2) Взаимодействие кислотных оксидов с водой.
Кислотные оксиды реагируют с водой все. Исключение составляет только SiO2.
При этом образуются кислоты. Во всех кислотах на первом месте расположен водород, поэтому уравнение реакции записывают так:
SO3 + H2O = H2SO4 P2O5 + H2O = 2 HPO3
SO3 холодная
+ H2 O P2O5
H2SO4 + H2 O
H2P2O6
P2O5 + 3 H2O = 2 H3 PO4
Горячая
P2O5
+ H6 O3
H6 P2O8
Обратите внимание, что в зависимости от температуры воды при взаимодействии с Р2 О5 образуются разные продукты.
H2O + КИСЛОТНЫЙ ОКСИД = Hn A (р. соединения)
Кислота
Внимание! SiO2 + H2O = нет реакции
IV Взаимодействие воды c неметаллами
Примеры: Cl2 + H2O = HCl + HClO
t
C + H2O = CO + H2
уголь угарный газ
t
Si + 2H2O = SiO2 + 2H2 .