Перечислите химические свойства воды какие из этих
СОДЕРЖАНИЕ:
- Строение молекулы воды
- Какие связи имеет H2O?
- Физические свойства H2O
- Химические свойства H2O
- Круговорот воды в природе
- Почему не кончается вода на Земле?
- Виды воды
СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ ВОДЫ
Молекула представляет собой совокупность атомных ядер и электронов , что является достаточно устойчивым , чтобы обладать наблюдаемыми свойствами — и есть несколько молекул , которые являются более стабильными и трудно разлагаются , чем H 2 O.
В воде, каждое ядро водорода связаны с центральным атомом кислорода парой электронов, которые делятся между ними. Химики называют эту общую электронную пару ковалентной химической связью. В H 2О, только два из шести электронов кислорода внешней оболочки используются для этой цели, оставляя четыре электрона, которые организованы в две несвязывающие пары.
Четыре электронные пары, окружающие кислород, имеют тенденцию располагаться как можно дальше друг от друга, чтобы минимизировать отталкивания между этими облаками отрицательного заряда. Это обычно приводит к тетраэдрической геометрии, в которой угол между электронными парами (и, следовательно, угол связи HOH ) составляет 109,5 °.
Однако, поскольку две несвязывающие пары остаются ближе к атому кислорода, они оказывают более сильное отталкивание на две пары ковалентных связей, эффективно сближая два атома водорода. Результатом является искаженное тетраэдрическое расположение, в котором угол Н-О-Н составляет 104,5 °.
Хотя молекула воды не несет чистого электрического заряда, ее восемь электронов распределены неравномерно. Немного более отрицательный заряд (фиолетовый) на кислородном конце молекулы и компенсирующий положительный заряд (зеленый) на водородном конце. Получающаяся полярность в значительной степени ответственна за уникальные свойства воды.
Поскольку молекулы меньше световых волн, их нельзя наблюдать непосредственно, и их необходимо «визуализировать» альтернативными способами. Внешняя оболочка показывает эффективную «поверхность» молекулы, определяемую протяженностью облака отрицательного электрического заряда, созданного восемью электронами.
КАКИЕ СВЯЗИ ИМЕЕТ H2O2
Молекула H 2 O электрически нейтральна, но положительные и отрицательные заряды распределены неравномерно. Это иллюстрируется градацией цвета на схематической диаграмме здесь. Электронный (отрицательный) заряд концентрируется на кислородном конце молекулы, отчасти благодаря несвязывающимся электронам (сплошные синие кружки) и высокому заряду ядра кислорода, который оказывает сильное притяжение на электроны.
Это смещение заряда представляет собой электрический диполь , представленный стрелкой внизу; Вы можете думать об этом диполе как о электрическом «образе» молекулы воды.
Как все мы узнали в школе, противоположные заряды притягиваются, поэтому частично положительный атом водорода на одной молекуле воды электростатически притягивается к частично отрицательному кислороду на соседней молекуле. Этот процесс называется (несколько обманчиво) водородной связью.
Обратите внимание, что водородная связь длиннее, чем ковалентная связь О-Н. Это означает, что он значительно слабее. На самом деле он настолько слаб, что данная водородная связь не может существовать дольше, чем крошечная доля секунды.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА H2O2
Давно известно, что вода обладает многими физическими свойствами, которые отличают ее от других небольших молекул сопоставимой массы. Химики называют их «аномальными» свойствами воды, но они ни в коем случае не являются загадочными. Все они являются полностью предсказуемыми последствиями того, как размер и заряд ядра атома кислорода способствуют искажению облаков электронного заряда атомов других элементов, когда они химически связаны с кислородом. Вода является одним из немногих известных веществ, чья твердая форма менее плотная, чем жидкость.
Расширение между –4 ° и 0 ° обусловлено образованием более крупных агрегатов с водородными связями. Выше 4 ° начинается тепловое расширение, поскольку колебания связей О — Н становятся более энергичными, что приводит к выталкиванию молекул дальше друг от друга.
Другое широко цитируемое аномальное свойство воды — ее высокая температура кипения. Как показывает этот график, молекула, столь же легкая, как H 2 O, «должна» кипеть при температуре около –90 ° C. То есть, он существовал бы в мире в виде газа, а не жидкости, если бы не было водородных связей. Обратите внимание, что Н-связь также наблюдается с фтором и азотом.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА H2O2
Соленость воды может быть определена как концентрация всех катионов, в значительной степени Na + , K + , Mg ++ и Ca ++, а также анионов CO 3 = и SO 4 = и галогенидов, причем все HCO 3 — превращаются в CO = 3. Приведенный выше средний состав пресной воды соответствует среднему речному водоснабжению. В мягких водах Ca ++ и CO = 3 могут быть значительно снижены. В кислых водах сульфат может быть доминирующим.
КРУГОВОРОТ ВОДЫ В ПРИРОДЕ
Что происходит в естественном круговороте воды?
В естественном круговороте воды используются физические процессы для перемещения воды с поверхности земли в атмосферу и обратно.
Испарение — это когда солнце светит на воду и нагревает ее, превращая в газ, называемый водяным паром, который поднимается в воздух.
Транспирация — это когда солнце согревает людей, растения и животных, и они выпускают водяной пар в воздух.
Конденсация — это когда водяной пар в воздухе охлаждается и превращается в жидкость, образуя крошечные капельки воды в небе.
Осадки — это когда капли воды падают с неба в виде дождя, снега или града.
Сток — это когда вода течет по земле и впадает в ручьи, реки и океаны.
Инфильтрация — это когда вода падает на землю и впитывается в почву.
Перколяция — это когда вода все глубже проникает в крошечные места в почве и камне.
ПОЧЕМУ НЕ КОНЧАЕТСЯ ВОДА НА ЗЕМЛЕ
Земля содержит огромное количество воды:
- в океанах;
- озерах;
- реках;
- атмосфере;
- в скалах внутренней Земли.
В течение миллионов лет большая часть этой воды рециркулируется между внутренней Землей, океанами и реками и атмосферой. Этот циклический процесс означает, что пресная вода постоянно поступает на поверхность Земли, где мы все живем.
Вулканы выпускают огромное количество воды из внутренней Земли в атмосферу.
Наша планета также очень эффективно удерживает эту воду. Вода, будучи паром в нашей атмосфере, потенциально может сбежать в космос с Земли. Но вода не вытекает, потому что некоторые области атмосферы очень холодные. (Например, на высоте 15 километров температура атмосферы составляет всего -60 ° С!). При этой холодной температуре вода образует твердые кристаллы, которые падают обратно на поверхность Земли.
Хотя на нашей планете в целом никогда не кончится вода, важно помнить, что чистая пресная вода не всегда доступна там, где и когда она нужна людям. Фактически, половина пресной воды в мире может быть найдена только в шести странах. Более миллиарда человек живут без достаточного количества чистой воды.
Кроме того, каждая капля воды, которую мы используем, продолжается в круговороте воды. Вещи, которые мы кладем в канализацию, попадают в чью-то воду. Мы можем помочь защитить качество пресной воды на нашей планете, используя ее более разумно.
ВИДЫ ВОДЫ
«Чистая вода»
Для химика термин «чистый» имеет значение только в контексте конкретного применения или процесса. Дистиллированная или деионизированная вода, которую мы используем в лаборатории, содержит растворенные атмосферные газы и иногда немного кремнезема, но их небольшое количество и относительная инертность делают эти примеси незначительными для большинства целей.
Когда для определенных типов точных измерений требуется вода с наивысшей достижимой чистотой, ее обычно фильтруют, деионизируют и подвергают тройной вакуумной дистилляции. Но даже эта «химически чистая» вода представляет собой смесь изотопных частиц: есть два стабильных изотопа водорода (H 1 и H 2 , последний часто обозначается как D) и кислорода (O 16 и O 18 ), которые вызывают комбинации, такие как H 2O 18 , HDO 16 и т. Д. Они легко идентифицируются в инфракрасных спектрах водяного пара.
И вдобавок ко всему, два атома водорода в воде содержат протоны, магнитные моменты которых могут быть параллельными или антипараллельными, что приводит к орто- и пара- воде соответственно. Две формы обычно присутствуют в соотношении о / п 3: 1.
Количество редких изотопов кислорода и водорода в воде достаточно разнится от места к месту, поэтому теперь можно с некоторой точностью определить возраст и источник конкретного образца воды. Эти различия отражены в изотопных профилях H и O организмов. Таким образом, изотопный анализ волос человека может быть полезным инструментом для расследования преступлений и антропологических исследований.
Питьевая вода
Наша обычная питьевая вода, напротив, никогда не бывает химически чистой, особенно если она контактировала с отложениями. Подземные воды (из родников или колодцев) всегда содержат ионы кальция и магния, а также часто железо и марганец; положительные заряды этих ионов уравновешиваются отрицательными ионами карбонат / бикарбонат, а иногда и некоторым количеством хлорида и сульфата. В некоторых регионах подземные воды содержат недопустимо высокие концентрации естественных токсичных элементов, таких как селен и мышьяк.
Можно подумать, что дождь или снег будут освобождены от загрязнения, но когда водяной пар конденсируется из атмосферы, это всегда происходит на частице пыли, которая выделяет вещества в воду, и даже самый чистый воздух содержит углекислый газ, который растворяется с образованием углекислота За исключением сильно загрязненных атмосфер, примеси, улавливаемые снегом и дождем, слишком малы, чтобы вызывать беспокойство.
Различные правительства установили верхние пределы количества загрязняющих веществ, допустимых в питьевой воде; самые известные из них — Стандарты питьевой воды EPA США.
Безионная вода
Иногда можно услышать, что не содержащая минералов вода и особенно дистиллированная вода вредны для здоровья, потому что они «вымывают» необходимые минералы из организма. Дело в том, что минеральные ионы не проходят через клеточные стенки при обычной осмотической диффузии, а скорее переносятся метаболическими процессами.
Обширное исследование 2008 года не подтвердило более ранние сообщения о том, что низкий уровень кальция / магния в питьевой воде коррелирует с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Любая сбалансированная диета должна содержать все необходимые нам минеральные вещества.
Хорошо известно, что люди, которые занимаются тяжелой физической активностью или находятся в очень жаркой среде, должны избегать употребления большого количества даже обычной воды. Чтобы предотвратить серьезные проблемы с электролитным дисбалансом, необходимо компенсировать потери солей при потливости. Это может быть достигнуто путем приема соленых продуктов или напитков (включая «спортивные напитки») или соленых таблеток.
Статью проверил и отредактировал Papa Vlada.
Первоисточник статьи опубликован на сайте про воду.
Источник
Чистая формула Н2О встречается разве только в условиях лабораторий. И это хорошо, ведь даже для здоровья более полезно наличие ряда микроэлементов, которые поступают в организм с жидкостью. Для показательного примера предположим, что мы взяли одну каплю из родника (или иного водоема природного образования) и оставили ее на предметном стекле. Спустя несколько минут при определенных условиях она испарится (водород и кислород – это газы, которые просто улетучиваются), но на поверхности останутся разводы. Это и будут кристаллы соли, соединения металлов, которые в большом количестве содержатся в живительной для всей природы влаге. Итак, в статье поговорим о том, какой химический состав у питьевой воды, что является нормой, представим свойства в таблице.
Составные элементы
Сразу оговоримся, что в рамках данной темы мы рассматриваем водный ресурс, полученный из источника (скважина, колодец, родник, естественный водоем с водонапорной башней и пр.) и прошедший через многоступенчатую систему водоподготовки. Целью этих очистительных манипуляций является создание раствора, очищенного от вредных и особенно крупных взвесей. Иными словами, состав и концентрация микроэлементов должны соответствовать стандартам.
Нормативные акты (ГОСТы и СанПиН) разрабатываются с учетом санитарных и экологических рекомендаций отдельно для холодного и горячего водоснабжения. Таким образом, в каждом литре H2O находится некоторое количество (в мг) веществ, которые обогащают ее, придают запах, цвет и уровень прозрачности или мутности.
Также имеют значения при проверке еще и такие факторы:
- рН. Это уровень кислотности от 0 до 14. Оптимальным показателем, который наиболее соответствует нейтральной кислотно-щелочной среде организма, считается 7.
- Жесткость. Это концентрация калиевых и магниевых солей, которые при переизбытке негативно сказываются на качестве водного ресурса. Он плохо отражается на здоровье, способствует образованию камней в почках, а также влияет на бытовую технику, создавая слой накипи.
Кроме всем известных показателей, в лабораториях используют термины «железистость», «хлорирование». Привычный для городских централизованных систем водоподготовки способ обеззараживания может при избыточном хлоре в составе привести к негативным последствиям для состояния кожи, ногтей и волос.
Таким образом, мы понимаем, что все вышеперечисленные характеристики зависят от того, что входит в состав воды и в каком количестве. Постараемся разобраться в нормах и излишках примесей.
Основные (преобладающие) компоненты
Ниже мы приведем таблицу с элементами, которые могут содержаться в качестве взвесей, а также их максимальная концентрация в пересчете на литр водного питьевого раствора – требования взяты из нормативных документов российского законодательства (европейские регламенты обычно намного более жесткие по отношению к допустимым загрязнениям). Но прежде чем перечислить вещества, отметим, что нельзя руководствоваться только цифрами. Дело в том, что сами по себе химикаты могут быть не вредны, но при их взаимодействии образуются соединения, опасные для здоровья. Хотя по отдельности их содержание было в пределах нормы. Поэтому следует заказывать полноценные анализы химических и физических особенностей воды из источника. Итак, что может быть в растворе (мг/л):
NH₃ | 2 |
+NO₂ (нитриты) | 3,3 |
+NO₃ (нитраты) | 45 |
+HCl (хлориды) | 350 |
+SO4 (сульфаты) | 500 |
Fe | 0,3 |
F | 1,5 |
Са | 140 |
Mg | 85 |
Na | 20 |
Mn | 0,1 |
Cl | 0,5 |
Нефтепродукты | 0,1 |
Полифосфаты | 3,5 |
Si | 10 |
H₂S | 0,003 |
O₃ | 0,3 |
Pb | 0,03 |
Ве | 0,0002 |
Мо | 0,25 |
Далее, подробнее о наиболее важных из них.
Кальций
Обычно говорят скорее о его недостатке, чем о переизбытке. Это микроэлемент, который чрезвычайно полезен для употребления в пищу. Он находится в крови и при правильном усвоении становится участником строения костной ткани, способствует свертываемости и принимает участие в мышечных сокращениях и в передаче нервных импульсов. Малое содержание кальция в рационе может привести к хрупкости костей, а вместе с ними – ногтей, волос.
Магний
Еще один необходимый для клеток элемент. Он в избытке находится в минеральных питьевых водах, а также в некоторых природных источниках. Вещество положительно воздействует на две системы – сердечно-сосудистую и нервную. Недостаток магния испытывал практически каждый человек, и с симптоматикой хорошо знаком. Он теряется во время активных физических нагрузок (через пот), из-за стресса, а также наутро после чрезмерного употребления алкоголя. Результат – повышенная утомляемость, слабость или судороги мышц, тахикардия.
Но избыток магниевых солей приводит к увеличению ее жесткости, что негативно сказывается на здоровье и сроке службы бытовой техники.
Натрий
Это один из самых значимых компонентов так называемых щелочных минералок, поскольку он помогает нейтрализовать повышенную кислотность в желудке и в целом привести в норму баланс рН. Кроме того, минерал способствует ускоренной транспортировке углеводов по ЖКТ, их усвояемости, а также участвует в передаче нервных импульсов.
Стоит отметить, что натриевые соли, наравне с магниевыми, при их избытке в водопроводном ресурсе приводят к увеличенной жесткости.
Калий
Основную помощь он оказывает сердечно-сосудистой системе, поскольку сердечные стенки – это наиболее активно работающая мышца, которая нуждается в постоянной подпитке этим минералом. Нагрузку повышенной степени испытывают спортсмены и пожилые люди. Последние в связи с тем, что химическое вещество хуже усваивается организмом. Первыми симптомами, свидетельствующими о недостатки калия, являются мышечные спазмы, а также усталость и нарушения сердечного ритма.
Элементы, входящие в состав воды, – хлориды
Это соединение неметаллов с хлором, которое способствует нормализации баланса рН. Без них было бы проблематичным производство желудочной кислоты. Но в чистом виде он опасен для организма при передозировке. Заметить избыток можно по специфическому запаху и вкусу. Это результат чрезмерного хлорирования, как способа нейтрализации патогенных бактерий.
Сульфаты
По сути, это соли серной кислоты. Они активно вступают в реакцию с магнием и натрием, которых, как мы уже узнали, в любом водном растворе в избытке. Такое соединение помогает «запустить» пищеварение. Дополнительно сульфатная группа способствует предотвращению мочекаменной болезни и выведению из почек токсинов и иных отложений.
Жесткость – одна из основных характеристик безопасности питьевой воды по химическому составу
С данным показателем очень важно поддерживать верную пропорцию, поскольку один и тот же компонент, а в данном случае это совокупность натриевых и магниевых солей с малой долей иных примесей, может быть и полезным для организма, и вредным. При содержании 1-4 мг на литр это отличная добавка, которая очень благотворно воздействует на обмен веществ, а также просто улучшает вкусовые качества напитка. В среднем в сутки человек получает до 2 мг этих микроэлементов из питья. Дополнительно микроэлементы поступают из еды, но они усваиваются намного хуже, чем в растворенном виде, когда молекулы (ионы) в более инертном состоянии.
Вторая сторона жесткости – это превышение рекомендуемого показателя. В таком случае:
- после купания и умывания кожа будет терять блеск и эластичность, волосы и ногти – прочность;
- при отставании можно наблюдать появление мутного осадка;
- на бытовой технике (особенно чайнике) образуется накипь.
Исправить ситуацию можно с помощью установки умягчителей – это система тонкой очистки, которая позволяет оставить только необходимое количество микроэлементов. Их можно монтировать как магистральные, при входе в дом/квартиру, а как сменные кассеты на кран или крупные скважинные установки..
Нормы качества питьевой воды по химическому составу
Нормативными документами, определяющими допустимые границы содержания примесей, являются СанПиН и ГОСТ. Они регламентируют формулу Н2О и ее чистоту исходя из санитарно-гигиенических нормативов, а также из максимально допустимых параметров для здоровья и для нормальной работы водопроводной схемы, бытовой техники. Отметим, что водоканал и технический ресурс, подаваемый на предприятия, имеют совершенно разные нормы. В этой статье мы касаемся только параметров питья. Но самыми жесткими оказываются требования, предъявляемые, например, к чистоте жидкости для нефтяной, фармацевтической и пищевой промышленности.
Какие характеристики участвуют в анализе:
- Физические. Это цвет и запах, мутность.
- Химические. Наличие примесей.
- Биологические. Отсутствие патогенных микроорганизмов – бактерий, грибков, вирусов.
Дополнительно оценивается альфа и бета-радиоактивность.
Ежегодно после массовых проверок составляется список российских городов, которые могут похвастаться лучшими качествами в соответствии с ГОСТом. Так, получили лидирующие места Йошкар-Ола и Саранск, а в отстающих остались Нефтеюганск, Ставрополь, Керчь и Петрозаводск.
Однако европейские регламенты несколько более требовательны к жидкости, в том числе водопроводной, поэтому даже самый совершенное питье по нашему СанПиН уступает по результатам проверок Швеции, Норвегии, Германии и множеству других стран Евросоюза.
Узнать конкретные нормы по разным примесям можно из
СанПиН 2.1.4.1074-01.
Как определить, какие химические элементы входят в состав воды
Лучший, единственно точный способ – это обращение в специализированную лабораторию. После анализа заказчик получает готовую справку, где написано процентное (или в мг на литр) содержание веществ. Также могут предложить второй столбик для сравнения – сколько должно быть по нормативу.
Иногда можно понять по вкусу или запаху. Например, превышение сероводорода, что очень опасно для здоровья, может выражаться как привкус тухлых яиц.
Стабилизация pH
Кислотно-щелочной баланс – один из самых важных показателей для жидкости. В обычной влаге из водопровода обычно поддерживается нейтральный уровень – около 7 единиц. Более 7,5 рН – считается слабощелочным напитком, он полезен для людей с повышенной кислотностью желудка и для профилактики. Можно купить бутилированную минеральную или сделать ее самостоятельно, добавив ложку пищевой соды на литр воды.
Органические вещества
От органики при водоподготовке стараются избавиться, поскольку через водопроводные трубы могут попасть бактерии, грибки и вирусы, способствующие возникновению заболеваний. Провести дезинфекцию можно несколькими способами, самым распространенным в России является хлорирование. Но более качественным – озонирование или использование ультрафиолета.
Газы
В состав в большей или меньшей степени включены:
- Кислород. Он является наиболее мощным окислителем.
- Диоксид углерода. Его обычно выделяют бактерии в результате жизнедеятельности.
- Растворенный молекулярный азот. Он плохо усваивается биологическими существами.
- Метан. Часто находится в глубоких скважинах в породах.
- Сероводород. Появляется из-за распада некоторой органики, живущей в анаэробной среде.
Мезоэлементы
Так называют азот, фосфор, кремний, алюминий, железо и фтор, которые содержатся в малой концентрации. Большинство из этих добавок хорошо влияют на здоровье. Они попадают в виде примесей из земляных пластов и подземных источников.
Микроэлементы
Они встречаются еще реже и в столь малом количестве (измерения происходят в микрограммах на литр), что их влияние сложно определить. К ним относятся литий, свинец, бериллий, медь, никель, молибден и пр.
Какие факторы влияют на состав
Основное влияние оказывают:
- почвенные слои;
- глубина заложения скважины;
- качество водопроводной системы;
- способ очистки;
- близкое нахождение заводов, очистных сооружений, свалок;
- климат.
Как улучшить химические показатели
Есть несколько вариантов, как можно довести водный раствор до должного состояния. Основным является фильтрация, но есть и более простые в использовании.
Отстаивание
Действует при удалении хлора. Открытую наполненную емкость (банку, бутылку) нужно оставить на 5-6 часов. Затем аккуратно перелить верхние ¾ жидкости. Мутный осадок слить.
Кипячение
Способствует смягчению, устранению солей. Предварительно раствор нужно отстоять. Затем кипятить в течение часа на небольшом огне. Есть небольшой минус – концентрация металлических соединений возрастает, что плохо для сердечной мышцы.
Очистка аскорбиновой кислотой
0,5 г растворяют на 5 литров, оставляют на час, чтобы произошла реакция. У способа много противников, которые утверждают, что синтетические вещества, которые лежат в основе таблеток, не могут заменить естественный витамин.
Обогащение минералами
Это добавление кремния и шунгита. Это помогает скорому заживлению ран и лечению некоторых заболеваний. Но не может применяться для повседневного использования.
Использование фильтров
Это самый эффективный метод, позволяющий одновременно бороться с разными загрязнителями. Для монтажа фильтрации стоит обратиться в компанию «Вода Отечества».
Замораживание
Подразумевается употребление талой жидкости. Ряд примесей при замораживании поднимается (изотоп водорода), а также скапливается в центре. Эти фрагменты необходимо исключить из напитка.
Активированный уголь
Это классический материал для сорбционной фильтрации. Большинство промышленных и домашних систем используют сорбент для устранения хлора, ряда взвесей и неприятного запаха.
Очистка серебром
Благородный металл имеет доказанные бактерицидные свойства. Поэтому применения серебряной посуды спасает от ряда заболеваний бактериальной природы.
В статье мы рассказали, какой элементный состав воды и ее характерные особенности. Помните, что одни и те же вещества могут быть и полезны, и вредны, в зависимости от концентрации.
Источник