Какие свойства воды описаны вода химическое соединение

Вода — это необыкновенная субстанция, которая не перестает
нас удивлять. Она основной компонент планеты, вода необходима для жизни всего
живого. Люди могут выдержать без воды только несколько дней. Если не
восстановить вовремя ее потери в организме, это верная смерть. Поэтому важно
научиться разумно, тратить ее и знать, что же такое вода.

Химические названия

Почему же воду назвали водой? Слово «вода» происходит от
древнегерманского «мокрый, текучий». В химии могут встречаться разные названия
этого соединения. Самые распространенные – гидроксид водорода и окись водорода.
Также в химической литературе ее называют:

• монооксид дигидрофосфата;
• гидроксильная кислота;
• дигидромонооксид
• оксидан

Образование воды

Многих интересует, какая вода находится в реках, морях, под
землей. Образовавшаяся миллиарды лет назад вода сконцентрировалась в океанах.
Из океанов она испаряется и поднимается, где образуются облака. После долгого
путешествия она возвращается на землю в виде осадков. Вода собирается и
возвращается через реки обратно в море. Часть просачивается в почву и попадает
в грунтовые воды. Там формируются новые источники, которые текут в море.

В более холодном климате вода остается на ледниках, которые
очень медленно, стекают к более низким высотам, где и тают. В полярных регионах
этот механизм скольжения настолько медленный, что в ледниках можно найти воду,
попавшую на поверхность Земли десятки тысяч лет назад. Вот откуда берется в
природе вода.

Свойства

Влияние воды на жизнь на земле огромное. Это среда обитания
для многих организмов. Она является хорошим растворителем не только для солей,
но и для многих других веществ. Например, питательные соли присутствуют в почве
в виде ионов, то есть в растворенном виде. Только в таком виде растения могут
поглощать их через корни. Поэтому не случайно вода— это источник жизни на
земле.

Вода является важным источником химических и биохимических
реакций, например, для фотосинтеза. Это заметно, когда растение увядает из-за
потери воды, а листья и цветы опадают. Не зря говорят, что вода—это главный
источник жизни.

Физические свойства

Что мы все знаем о воде? То, что она состоит из одного атома
кислорода и двух атомов водорода, знают все, а вот о том что они притягиваются,
друг к другу водородной мостиковой связью знают не все. Эта связь объясняет ее
основные свойства.

• Н2О имеет высокое поверхностное натяжение, то есть
  тенденцию принимать сферический объем.
• Другим свойством является капиллярность. Молекула H2O
  способна перемещаться в очень узких пространствах.
• Удельная теплоемкость у нее примерно в 4 раза больше,
  чем у воздуха. Это определяет устойчивость к изменениям температуры.
• Плотность воды увеличивается с понижением температуры,
  примерно до 4 С. Ниже этого порога плотность уменьшается.
• Она обладает минимальной вязкостью при высоких
  давлениях. Поэтому, чем больше давление, тем легче ей проникать.

Агрегатные состояния

В нормальных условиях вода, является жидкостью. Это
единственное известное вещество, которое существует в природе во всех трех
классических состояниях материи: жидком, твердом, газообразном.

Кстати, термин вода используется для жидкого агрегатного
состояния. В твердом, то есть в замороженном состоянии, она называется льдом, в
газообразном состоянии— водяным паром или просто паром. Существует порог, где
при определенных температурах и равновесного давления три состояния могут
сосуществовать одновременно.

Оптические свойства

Когда свет пересекает границу раздела вода-воздух, полное
отражение происходит под углом 49 град. Это означает, что световые лучи,
попадающие на граничную поверхность, не излучаются из воды, а отражаются.

Преломление света приводит к оптическим иллюзиям. Поэтому
под водой объекты видятся не в том месте, где они находятся на самом деле. То
же самое происходит если смотреть через воду на воздух. Светопропускная
ценность воды обеспечивает присутствие в ней водорослей и растений, которым
необходим свет для жизни. Длинноволновый (красный) свет поглощается сильнее,
чем коротковолновый (синий) свет.

Изотопные модификации

Молекулы воды состоят из разных изотопов кислорода и
водорода, каждый из которых встречается в разных концентрациях. В определенных
процессах, таких как образование осадков и фазовые переходы, происходит
фракционирование изотопов, то есть Н2О меняет свой изотопный состав. В
зависимости от условий окружающей среды и исходного состава это приводит к
определенным изотопным сигналам, которые могут выступать в качестве своего рода
отпечатка пальца для различных процессов и областей происхождения. Эта
методология используется в гидрогеологии и палеоклиматологии.

Химические свойства

Вода амфотерна, в зависимости от окружающей среды, может
действовать как кислота и основание. В водных растворах сильные кислоты и
сильные основания полностью диссоциируют на ионы H 3 O + и O H. Это называется
выравнивающим эффектом воды. Чтобы иметь возможность различать очень сильные
кислоты по кислотности, константы равновесия определяют в неводных растворах, и
переносят в растворитель воду.

Многих интересует, вода является органическим веществом или
неорганическим. С точки зрения химии, она относится к неорганическим веществам.
Поскольку, в органики должен присутствовать углерод, а в воде его нет.

Волновая функция основного состояния воды

Под водой скорость звука в 4,4 раза выше, чем у поверхности,
и составляет 1483 м /с при температуре 20 С. Поэтому пространственное
восприятие звука под водой сильно затруднено, мозг просто не успевает
обработать информацию. Важно знать, что звук под водой не только проходит
быстрее, но также в большей степени чем в воздухе зависит от частоты. Поэтому
глубокие частоты, такие как звуки больших морских двигателей, часто могут быть
услышаны драйверами на расстоянии нескольких километров.

В природе

Вода в природе везде. Реки и океаны, облака на небе, к этому
добавляются грунтовые воды и те, которые постоянно хранятся в почве и
обеспечивает основу для ее плодородия. Вода в природе — это жизнь, без воды все
ничто. Она— основа плодородия, без нее не было бы ни растений, ни пищи.

Атмосферные осадки

Вода в природе находится в круговороте. Испаряясь, она
поднимается как водяной пар в атмосферу. За тем крошечные капельки собираются и
образуют облака. Когда облака попадают в холодный воздух, маленькие капли воды
конденсируются и образуют дождь, снег или град.

Вода за пределами земли

Вода за пределами Земли на одних небесных телах находится в
твердом состоянии (лед), а на других как водяной пар. В виде льда, она была
обнаружена в кометах («грязные снежки»), на Марсе и на некоторых других внешних
планетах. Только кольца Сатурна содержат примерно в 20-30 раз больше воды, чем
Земля. Доказательства присутствия льда в метеоритных кратерах вблизи полюсов
можно найти даже на Меркурии, планете, ближайшей к Солнцу.

Биологическая роль

Вода является источником здоровой жизни и очень важна для
организма. Как часть крови, она снабжает нас кислородом и питательными
веществами. В то же время токсины транспортируются через кровоток в почки,
удаляются из организма. Вода регулирует температуру тела. Если температура
воздуха высокая, человек потеет, и тело охлаждается. Однако, если пот не
выделяется, то поднимается температура и самочувствие ухудшается.

Многие витамины, молекулы сахара могут использоваться
организмом только через воду. Органические вещества расщепляются в воде и
транспортируются к нужным органам. Кроме того, она является важным компонентом
клеток и тканей. Например, мозг на 90 % состоит из жидкости.

Применение

Вода используется во всех сферах жизни. Люди пьют ее,
готовят пищу, поливают растения. На гидроэлектростанциях вода используется, как
источник энергии. Она также необходима на фабриках, например, для производства
и переработки бумаги. Кстати, для производства одного листа бумаги требуется 10
литров воды! При тушении пожаров без нее не обойтись. Сельское хозяйство было
бы невозможно без Н2О.

Многие используют ее в качестве лекарства от разных
болезней. Особенно много целебных свойств, приписывают органической воде.

Исследования

Вода существует миллиарды лет, и, казалось бы, что о ней
знают все, но она все равно остается тайной. Создаются целые институты, которые
пытаются узнать, как сделать аналог воды, откуда она появилась на Земле и в
космосе. Они изучают ее влияние на жизнь, ландшафт, природу.

Происхождение воды на планете

Многих интересует, откуда все-таки взялась вода. Она
родилась четыре с половиной миллиарда лет назад в глубинах вселенной. Земля,
еще не полностью сформированная, состояла в основном из вулканов. Газы, богатые
водяным паром, выделялись в атмосферу, там образовывались облака. За
тысячелетия земля остыла, и пары, сгущаясь, падали обратно на земную кору в
виде дождя. Также формированию этого очень важного источника жизни,
способствовали падающие кометы, состоящие в основном изо льда и фрагментов
породы. Это явление способствовало образованию рек, озер и океанов, где
миллионы лет спустя появились бы первые формы жизни.

Гидрология

Понять, как вода взаимодействует с атмосферой, как влияет на
жизнедеятельность, помогает наука гидрология. Она изучает, какая вода находится
в водной оболочке Земли. Гидрология помогает понять, как рационально управлять
водными объектами. Она составляет прогнозы состояния водных ресурсов, и дает им
оценку.

Гидрогеология

Наука, которая изучает подземные воды, гидрогеохимию
называется гидрогеология. Гидрогеологи занимаются поиском новых подземных
водных источников, изучают, как сделать воду из подземных источников полезной
для мелиорации, водоснабжения, природного ландшафта. Данные полученные учеными
помогают снизить негативные влияния деятельности людей, на подземные водные
источники.

Теперь вы знаете всю правду о воде, и понимаете, насколько
важно бережно к ней относится. Ведь если пропадет вода, то не станет и нас.

Вода является источником жизни для всех живых организмов.

Молекула воды имеет уникальное строение. В ней удивительным образом сочетаются прочность и устойчивость кристаллической структуры (льда), и подвижность жидкого вещества.

В статье мы подробно рассмотрим особенности строения молекулы воды в различных агрегатных состояниях: жидком, твердом, газообразном.

Какое строение имеет молекула воды

Долгое время химики считали воду простым соединением, не вступающим в сложные реакции.

Состав воды как сложного вещества был установлен Лавуазье в 1783 г.

Одна молекула воды состоит из трех атомов: двух атомов водорода и одного атома кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. Химическая формула: H₂O

Характерные свойства ковалентной связи — направленность, насыщаемость, полярность, поляризуемость. Они определяют химические и физические свойства соединений.

Молекула воды, картинка № 1

По форме молекула воды напоминает равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два атома водорода.Связь между атомом кислорода и атомами водорода полярная, т.к. кислород притягивает электроны сильнее, чем водород.

Межъядерные расстояния О—Н близки к 0,1 нм, расстояние между ядрами атомов водорода равно 0,15 нм, угол между связями Н—О—Н равен 104,5°.

Молекула воды имеет два положительных и два отрицательных полюса и поэтому в большинстве случаев ведёт себя как диполь (т.е. на одной стороне – положительный заряд, на другой – отрицательный)

Значения эффективных зарядов на атомах составляет ±0,17 от заряда электрона.

Водородная связь

В жидкой воде происходит ассоциация молекул, т. е. соединение их в более сложные агрегаты за счёт особой химической связи, которая называется водородной.

Особенностями водородной связи, по которым её выделяют в отдельный вид, является её не очень высокая прочность.

Водородная связь также играет важную роль в процессах растворения, поскольку растворимость зависит и от способности соединения давать водородные связи с растворителем. В результате содержащие ОН-группы такие вещества, как сахар, глюкоза, спирты, карбоновые кислоты, как правило, хорошо растворимы в воде.

На картинке № 2 показано образование димера воды с одной водородной связью.

Димер — это две молекулы Н2О, соединенные водородной связью. Связь между молекулами воды водородная.

Каждая молекула способна образовать четыре водородные связи: две между неподеленными электронными парами её атома кислорода и атомами водорода соседних молекул и ещё две – между атомами водорода и атомами кислорода двух других молекул.

Энергия водородной связи может изменяться от 17 до 33 кДж/моль.

Строение молекулы в различных агрегатных состояниях

Вода может быть в нескольких состояниях:

1. Жидком. Это ее преимущественное состояние в нормальных условиях. Жидкая вода образует многочисленные реки, ручьи, озёра, Мировой океан.
2. Твердом – это лед, а его кристаллы часто образуют иней или снег.
3. Газообразном — водяной пар.

Существуют также и переходные состояния жидкости, которые возникают при замерзании или испарении.

Примечательно, что различные формы воды могут одновременно находиться рядом и даже взаимодействовать, например реки с ледниками, айсберги с морской водой, облака на небе с водяным паром.

Строение молекулы воды, водородная связь способствует расположению молекул воды. Рассмотрим особенности каждого агрегатного состояния по отдельности.

Лед

Представляет собой твердое состояние воды.

Молекулы воды образуют слои, причём каждая молекула связана с тремя молекулами в своём слое и с одной молекулой соседнего слоя. Расстояние между атомами кислорода ближайших молекул равно 0,276 нм.

Атом кислорода связан с четырьмя атомами водорода: с двумя, расположенными на расстоянии 0,096 — 0,102 нм посредством валентных связей, и с двумя другими, находящимися на расстоянии 0,174 — 0,180 нм посредством водородных связей.

Жидкая вода

В отличие от структуры льда структура жидкой воды исследована ещё недостаточно.

Предполагается, что жидкая вода по своему строению представляет нечто среднее между кристаллами льда и паром.

В результате изучения молекулы воды с помощью инфракрасных и рентгеновых лучей было видно, что при температуре близкой к точке замерзания, молекулы жидкой воды собираются в небольшие группы, практически так, как в кристаллах.

При температуре близкой к точке кипения они располагаются более свободно.

Водяной пар

Это газообразное агрегатное состояние воды.

При данном состоянии молекула воды не имеет структуры и состоит преимущественно из мономерных молекул воды, которые находятся на расстояние относительно друг друга.

Из чего состоит вода

При обычных условиях вода выглядит как прозрачная жидкость. У нее отсутствуют вкус и запах. При небольшой толщине слоя не наблюдается даже цвета.

Вода является отличным растворителем. В природе в ней постоянно находятся растворенные газы и соли. При соединении атомов кислорода с водородом получается молекула воды. Поскольку более сильными являются водородные соединения, то, когда происходит их разрыв, они прикрепляются к иным веществам, помогая тем растворяться.

Из-за своего малого размера каждую молекулу растворенного вещества окружают очень много молекул воды. Благодаря этому в ней присутствуют отрицательные и положительные ионы.

Чистая вода является еще и хорошим изолятором с концентрацией протонов и гидроксильных ионов в количестве 10-7 моль/л, это позволяет ей проводить электричество. Именно по ее электропроводности можно оценивать чистоту жидкости.

При взаимодействии с другими веществами состав воды не изменяется, что играет особую роль в жизни любого живого организма. Ведь очень важно, чтобы жидкостные растворы, через которые в организм поступают полезные вещества, не изменялись.

Кроме того, вода хорошо поглощает инфракрасное и микроволновое излучение, а также способна хранить в себе память о веществах, которые были в ней растворены.

Элементы

Проходя гидрологический цикл: испарение, конденсацию и выпадение в виде осадков вода может дополняться разными химическими элементами, которые можно разделить на 6 категорий. Рассмотрим информацию в таблице № 1.

Таблица № 1 «Элементы, которые могут входить в состав воды».

В настоящий момент доступны специальные методы очистки, которые эффективно борются с вредными химическими соединениями.

Вода также может содержать в себе магний и катионы кальция. В зависимости от этого ее подразделяют на мягкую и жесткую.

По изотопам водорода в молекуле воды можно говорить о легкой воде, тяжелой и сверхтяжелой воде.

Подводим итоги

Вода необходима для жизни всего живого на Земле. Она участвует в мировом круговороте воды в природе. Благодаря испарению с поверхности водоемов, почвы, растений образуются облака. Затем они выпадают в виде дождя, снега, града, питая собой подземные воды и родники. Родниковые воды по рекам попадает в море.

Таким образом, количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы — это и есть круговорот воды в природе.

Уникальное строение молекулы воды помогает ей трансформироваться в три агрегатных состояния.

При замерзании воды ее молекулы собираются в небольшие группы. При испарении находится на расстоянии относительно друг друга. Жидкая вода по своему строению представляет нечто среднее между кристаллами льда и паром.

Список литературы

1. Химия и микробиология воды. Учебное пособие В. В. Котов, Г.А. Нетесова
2. Конспект лекций ГИДРОГЕОХИМИЯ. Киреева Т.А., МГУ им. М.В. Ломоносова, 2016