Уравнение химической реакции получения воды

Вода: строение и свойства

Вода — строение молекулы, химические и физические свойства. Взаимодействие с простыми веществами (металлами и неметаллами), и со сложными веществами.

Физические свойства

Молекулы воды связаны водородными связями: nH₂O = (Н₂O)_n, поэтому вода жидкая в отличие от ее газообразных аналогов H₂S, H₂Se и Н₂Те.

Химические свойства

1. Вода реагирует с металлами и неметаллами .

1.1. С активными металлами вода реагирует при комнатной температуре с образованием щелочей и водорода :

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

• с магнием реагирует при кипячении:

• алюминий не реагирует с водой, так как покрыт оксидной плёнкой. Алюминий, очищенный от оксидной плёнки, взаимодействует с водой, образуя гидроксид:

• металлы, расположенные в ряду активности от Al до Н , реагируют с водяным паром при высокой температуре, образуя оксиды и водород:

• металлы, расположенные в ряду активности от после Н , не реагируют с водой:

Ag + Н₂O ≠

2. Вода реагирует с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов , образуя щелочи (с оксидом магния – при кипячении):

3. Вода взаимодействует с кислотными оксидами (кроме SiO₂):

4. Некоторые соли реагируют с с водой. Как правило, в таблице растворимости такие соли отмечены прочерком :

Например , сульфид алюминия разлагается водой:

5. Бинарные соединения металлов и неметаллов , которые не являются кислотами и основаниями, разлагаются водой.

Например , фосфид кальция разлагается водой:

6. Бинарные соединения неметаллов также гидролизуются водой.

Например , фосфид хлора (V) разлагается водой:

6. Некоторые органические вещества гидролизуются водой или вступают в реакции присоединения с водой (алкены, алкины, алкадиены, сложные эфиры и др.).

Уравнение химической реакции получения воды

Вода
Систематическое наименование	Оксид водорода Вода
Традиционные названия	вода
Хим. формула	H2O
Состояние	жидкость
Молярная масса	18,01528 г/моль
Плотность	0,9982 г/см 3
Твёрдость	1,5
Динамическая вязкость	0,00101 Па·с
Кинематическая вязкость	0,01012 см²/с (при 20 °C)
Скорость звука в веществе	(дистиллированная вода) 1348 м/с
Т. плав.	273,1 K (0 ° C)
Т. кип.	373,1 K (99,974 ° C) °C
Тройная точка	273,2 K (0,01 ° C), 611,72 Па
Кр. точка	647,1 K (374 ° C), 22,064 МПа
Мол. теплоёмк.	75,37 Дж/(моль·К)
Теплопроводность	0,56 Вт/(м·K)
Удельная теплота испарения	2256,2 кДж/кг
Удельная теплота плавления	332,4 кДж/кг
Показатель преломления	1,3945 , 1,33432 , 1,32612 , 1,39336 , 1,33298 и 1,32524
Рег. номер CAS	7732-18-5
PubChem	962
Рег. номер EINECS	231-791-2
SMILES
RTECS	ZC0110000
ChEBI	15377
ChemSpider	937
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Вода (оксид водорода) — бинарное неорганическое соединение с химической формулой H ₂ O : молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного — кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. При нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеющую цвета (при малой толщине слоя), запаха и вкуса. В твёрдом состоянии называется льдом (кристаллы льда могут образовывать снег или иней), а в газообразном — водяным паром. Вода также может существовать в виде жидких кристаллов (на гидрофильных поверхностях).

Вода является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы).

Исключительно важна роль воды в глобальном кругообороте вещества и энергии, возникновении и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды. Вода является важнейшим веществом для всех живых существ на Земле.

Всего на Земле около 1400 млн кубических километров воды. Вода покрывает 71 % поверхности земного шара (океаны, моря, озёра, реки, льды — 361,13 млн квадратных километров). Бо́льшая часть земной воды (97,54 %) принадлежит Мировому океану — это солёная вода, непригодная для сельского хозяйства и питья. Пресная же вода находится в основном в ледниках (1,81 %) и подземных водах (около 0,63 %), и лишь небольшая часть (0,009 %) в реках и озерах. Материковые солёные воды составляют 0,007 %, в атмосфере содержится 0,001 % от всей воды нашей планеты.

Содержание

• 1 Химические названия
• 2 Образование воды
• 3 Свойства
  • 3.1 Физические свойства
    • 3.1.1 Агрегатные состояния
  • 3.2 Оптические свойства
  • 3.3 Изотопные модификации
  • 3.4 Химические свойства
    • 3.4.1 Волновая функция основного состояния воды
• 4 Виды
• 5 В природе
  • 5.1 Атмосферные осадки
  • 5.2 Вода за пределами Земли
• 6 Биологическая роль
• 7 Применение
• 8 Исследования
  • 8.1 Происхождение воды на планете
  • 8.2 Гидрология
  • 8.3 Гидрогеология
• 9 Факты

Химические названия

С формальной точки зрения вода имеет несколько различных корректных химических названий:

• Оксид водорода: бинарное соединение водорода с атомом кислорода в степени окисления −2, встречается также устаревшее название окись водорода.
• Гидроксид водорода: соединение гидроксильной группы OH — и катиона (H + )
• Гидроксильная кислота: воду можно рассматривать как соединение катиона H + , который может быть замещён металлом, и «гидроксильного остатка» OH —
• Монооксид дигидрогена
• Дигидромонооксид

Образование воды

Известно, что 2 объема водорода взаимодействуют с 1 объемом кислорода с образованием воды. При реакции выделяется большое количество тепла, как и при горении свечи. Продукт реакции — вода — не похожа на исходные вещества — водород и кислород. Следовательно, превращение, происходящее при взаимодействии водорода и кислорода, должно быть отнесено к химическим реакциям.

В соответствии с атомно-молекулярной теорией мы начинаем рассуждение, предполагая, что в реакции участвуют молекулы H₂ и O₂. В результате реакции образуются молекулы воды. Связи между атомами в реагирующих веществах разрываются и атомы перегруппировываются. При этом возникают новые связи в молекулах продукта реакции. Эти превращения легко представить с помощью молекулярных моделей. Молекулярную модель можно представить как две молекулы H₂ (четыре атома) и одна молекула O₂ (два атома). Если эти молекулы будут реагировать с образованием воды, то связи между атомами в молекулах водорода и кислорода должны разорваться. Затем «завязываются» новые связи и образуются две молекулы воды. Отметим, что в результате реакции происходит перегруппировка атомов, но общее число атомов при этом не изменяется.

Пример образования молекул воды

Один миллион молекул кислорода реагирует с достаточно большим количеством молекул водорода с образованием воды. Сколько молекул воды образуется? Сколько молекул водорода требуется для этой реакции?

Для получения 100 молекул воды расходуется 100 молекул водорода и 50 молекул кислорода. Таким образом, для получения 1 моля воды (6,02 · 10 23 молекул) нам потребуется 1 моль водорода (6,02 · 10 23 молекул) и 0,5 моля кислорода (3,01 · 10 23 молекул). Результаты приведены в таблице:

Реакция между водородом и кислородом протекает намного быстрее, если эти газы смешать и затем поджечь смесь искрой. Происходит сильный взрыв. Тем не менее, на 1 моль реагирующего водорода образуется такое же количество продукта реакции — воды — и выделяется столько же тепла, как и при обычном горении.

Если реагируют 1 моль чистого водорода и 0,5 моля чистого кислорода, образуется 1 моль воды. Количество тепла, выделяющееся при образовании 1 моля воды, равно 68000 кал. Если же мы возьмем только 0,025 моля чистого водорода, то потребуется 0,5 · 0,025 моля кислорода. При этом образуется 0,025 моля воды. Если получено только 0,025 моля воды, то выделяется лишь 0,025 · 68 000 = 1700 кал тепла.

Источником этой тепловой энергии должны быть сами реагирующие вещества (водород и кислород), так как к системе извне подводится только тепло, необходимое для поджигания смеси. Отсюда можно сделать вывод, что вода содержит меньше энергии, чем реагирующие вещества, используемые для ее получения. Реакция, при которой выделяется тепло, называется экзотермической. Количество тепла, выделяющееся при сгорании 1 моля водорода (68 000 кал, или 68 ккал), называется молярной теплотой сгорания водорода.

Свойства

Физические свойства

Вода при нормальных условиях находится в жидком состоянии, тогда как аналогичные водородные соединения других элементов являются газами (H₂S, CH₄, HF). Атомы водорода присоединены к атому кислорода, образуя угол 104,45° (104°27′). Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По этой причине молекула воды обладает большим дипольным моментом (p = 1,84 Д, уступает только синильной кислоте). Каждая молекула воды образует до четырёх водородных связей — две из них образует атом кислорода и две — атомы водорода. Количество водородных связей и их разветвлённая структура определяют высокую температуру кипения воды и её удельную теплоту парообразования. Если бы не было водородных связей, вода, на основании места кислорода в таблице Менделеева и температур кипения гидридов аналогичных кислороду элементов (серы, селена, теллура), кипела бы при −80 °С, а замерзала при −100 °С.

При переходе в твёрдое состояние молекулы воды упорядочиваются, при этом объёмы пустот между молекулами увеличиваются, и общая плотность воды падает, что и объясняет меньшую плотность (больший объём) воды в фазе льда. При испарении, напротив, все водородные связи рвутся. Разрыв связей требует много энергии, отчего у воды самая большая удельная теплоёмкость среди прочих жидкостей и твёрдых веществ. Для того чтобы нагреть один литр воды на один градус, требуется затратить 4,1868 кДж энергии. Благодаря этому свойству вода нередко используется как теплоноситель. Помимо большой удельной теплоёмкости, вода также имеет большие значения удельной теплоты плавления (333,55 кДж/кг при 0 °C) и парообразования (2250 кДж/кг).

Физические свойства разных изотопных модификаций воды при различных температурах:

Вода обладает также высоким поверхностным натяжением, уступая в этом только ртути. Относительно высокая вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.

Вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные — атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.

Это свойство воды используется живыми существами. В живой клетке и в межклеточном пространстве вступают во взаимодействие растворы различных веществ в воде. Вода необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле.

Вода обладает отрицательным электрическим потенциалом поверхности.

Чистая вода — хороший изолятор. При нормальных условиях вода слабо диссоциирована и концентрация протонов (точнее, ионов гидроксония H₃O + ) и гидроксильных ионов OH − составляет 10 -7 моль/л. Но поскольку вода — хороший растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные соли, то есть присутствуют другие положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество. По электропроводности воды можно определить её чистоту.

Вода имеет показатель преломления n=1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60 % парникового эффекта. Благодаря большому дипольному моменту молекул, вода также поглощает микроволновое излучение, на чём основан принцип действия микроволновой печи.

Агрегатные состояния

По состоянию различают:

• «Твёрдое» — лёд
• «Жидкое» — вода
• «Газообразное» — водяной пар

При нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст., 101 325 Па) вода переходит в твёрдое состояние при температуре в 0 °C и кипит (превращается в водяной пар) при температуре 100 °C (значения 0 °C и 100 °C были выбраны как соответствующие температурам таяния льда и кипения воды при создании температурной шкалы «по Цельсию»). При снижении давления температура таяния (плавления) льда медленно растёт, а температура кипения воды — падает. При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01 °C. Такие давление и температура называются тройной точкой воды. При более низком давлении вода не может находиться в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар. Температура возгонки (сублимации) льда падает со снижением давления. При высоком давлении существуют модификации льда с температурами плавления выше комнатной.

С ростом давления температура кипения воды растёт:

При росте давления плотность насыщенного водяного пара в точке кипения тоже растёт, а жидкой воды — падает. При температуре 374 °C (647 K) и давлении 22,064 МПа (218 атм) вода проходит критическую точку. В этой точке плотность и другие свойства жидкой и газообразной воды совпадают. При более высоком давлении и/или температуре исчезает разница между жидкой водой и водяным паром. Такое агрегатное состояние называют «сверхкритическая жидкость».

Вода может находиться в метастабильных состояниях — пересыщенный пар, перегретая жидкость, переохлаждённая жидкость. Эти состояния могут существовать длительное время, однако они неустойчивы и при соприкосновении с более устойчивой фазой происходит переход. Например, можно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0 °C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд.

Оптические свойства

Они оцениваются по прозрачности воды, которая, в свою очередь, зависит от длины волны излучения, проходящего через воду. Вследствие поглощения оранжевых и красных компонентов света вода приобретает голубоватую окраску. Вода прозрачна только для видимого света и сильно поглощает инфракрасное излучение, поэтому на инфракрасных фотографиях водная поверхность всегда получается чёрной. Ультрафиолетовые лучи легко проходят через воду, поэтому растительные организмы способны развиваться в толще воды и на дне водоёмов, инфракрасные лучи проникают только в поверхностный слой. Вода отражает 5 % солнечных лучей, в то время как снег — около 85 %. Под лёд океана проникает только 2 % солнечного света.

Изотопные модификации

И кислород, и водород имеют природные и искусственные изотопы. В зависимости от типа изотопов водорода, входящих в молекулу, выделяют следующие виды воды:

• лёгкая вода (основная составляющая привычной людям воды) H₂O
• тяжёлая вода (дейтериевая) D₂O
• сверхтяжёлая вода (тритиевая) T₂O
• тритий-дейтериевая вода TDO
• тритий-протиевая вода THO
• дейтерий-протиевая вода DHO

Последние три вида возможны, так как молекула воды содержит два атома водорода. Протий — самый лёгкий изотоп водорода, дейтерий имеет атомную массу 2,0141017778 а. е. м., тритий — самый тяжёлый, атомная масса 3,0160492777 а. е. м. В воде из-под крана тяжелокислородной воды (H₂O 17 и H₂O 18 ) содержится больше, чем воды D₂O 16 : их содержание, соответственно, 1,8 кг и 0,15 кг на тонну.

Хотя тяжёлая вода часто считается мёртвой водой, так как живые организмы в ней жить не могут, некоторые микроорганизмы могут быть приучены к существованию в ней.

По стабильным изотопам кислорода 16 O, 17 O и 18 O существуют три разновидности молекул воды. Таким образом, по изотопному составу существуют 18 различных молекул воды. В действительности любая вода содержит все разновидности молекул.

Химические свойства

Вода является наиболее распространённым растворителем на планете Земля, во многом определяющим характер земной химии, как науки. Большая часть химии, при её зарождении как науки, начиналась именно как химия водных растворов веществ.

Её иногда рассматривают как амфолит — и кислоту и основание одновременно (катион H + анион OH − ). В отсутствие посторонних веществ в воде одинакова концентрация гидроксид-ионов и ионов водорода (или ионов гидроксония), pK_a ≈ 16.

Вода — химически активное вещество. Сильно полярные молекулы воды сольватируют ионы и молекулы, образуют гидраты и кристаллогидраты. Сольволиз, и в частности гидролиз, происходит в живой и неживой природе, и широко используется в химической промышленности.

Воду можно получать:

Под воздействием очень высоких температур или электрического тока (при электролизе), а также под воздействием ионизирующего излучения, как установил в 1902 году Фридрих Гизель при исследовании водного раствора бромида радия, вода разлагается на молекулярный кислород и молекулярный водород:

Вода реагирует при комнатной температуре:

• с активными металлами (натрий, калий, кальций, барий и др.)

2H₂O + 2Na → 2NaOH + H₂↑

• со фтором и межгалоидными соединениями

2H₂O + 2F₂ → 4HF + O₂ H₂O + F₂ → HF + HOF (при низких температурах) 3H₂O + 2IF₅ → 5HF + HIO₃ 9H₂O + 5BrF₃ → 15HF + Br₂ + 3HBrO₃

• с солями, образованными слабой кислотой и слабым основанием, вызывая их полный гидролиз

Al₂S₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑

• с ангидридами и галогенангидридами карбоновых и неорганических кислот
• с активными металлорганическими соединениями (диэтилцинк, реактивы Гриньяра, метилнатрий и т. д.)
• с карбидами, нитридами, фосфидами, силицидами, гидридами активных металлов (кальция, натрия, лития и др.)
• со многими солями, образуя гидраты
• с боранами, силанами
• с кетенами, недоокисью углерода
• с фторидами благородных газов

Вода реагирует при нагревании:

Вода реагирует в присутствии катализатора:

• с амидами, эфирами карбоновых кислот
• с ацетиленом и другими алкинами
• с алкенами
• с нитрилами

Волновая функция основного состояния воды

В валентном приближении электронная конфигурация молекулы H₂O в основном состоянии: (1a1) 1 (1b2) 2 (1b1) 2 (2b2) 0 (3a1) 0 . Молекула имеет замкнутую оболочку, неспаренных электронов нет. Заняты электронами четыре молекулярные орбитали (МО) — по два электрона на каждой МО ϕ_i , один со спином α , другой со спином β , или 8 спин-орбиталей ψ . Волновая функция молекулы Ψ.

Вода на Земле может существовать в трёх основных состояниях:

Вода может приобретать различные формы, которые могут одновременно соседствовать и взаимодействовать друг с другом:

• водяной пар и облака в небе
• морская вода и айсберги
• ледники и реки на поверхности земли
• водоносные слои в земле

Вода способна растворять в себе множество органических и неорганических веществ. Из-за важности воды как источника жизни, её нередко подразделяют на типы по различным принципам.

Виды воды по особенностям происхождения, состава или применения:

по содержанию катионов кальция и магния

• мягкая вода
• жёсткая вода

по изотопам водорода в молекуле

• лёгкая вода (по составу почти соответствует обычной)
• тяжёлая вода (дейтериевая)
• сверхтяжёлая вода (тритиевая)

другие виды

• пресная вода
• дождевая вода
• морская вода
• подземные воды
• минеральная вода
• солоноватая вода
• питьевая вода и водопроводная вода
• дистиллированная вода и деионизированная вода
• сточные воды
• ливневая вода или поверхностные воды
• апирогенная вода
• поливода
• структурированная вода — термин, применяемый в неакадемических теориях
• талая вода
• мёртвая вода и живая вода — виды воды со сказочными свойствами

• святая вода — особый вид воды с мистическими свойствами (согласно религиозным учениям). По христианским представлениям святая вода — это вода, посвященная Богу. Никакие свойства воды как таковой при этом не меняются.

Вода, входящая в состав другого вещества и связанная с ним физическими связями, называется влагой. В зависимости от вида связи, выделяют:

• сорбционную, капиллярную и осмотическую влагу в твёрдых веществах,
• растворённую и эмульсионную влагу в жидкостях,
• водяной пар или туман в газах.

Вещество, содержащее влагу, называют влажным веществом. Влажное вещество, не способное более сорбировать (поглощать) влагу, — насыщенное влагой вещество.

Вещество, в котором содержание влаги пренебрежимо мало при данном конкретном применении, называют сухим веществом. Гипотетическое вещество, совершенно не содержащее влагу, — абсолютно сухое вещество. Сухое вещество, составляющее основу данного влажного вещества, называют сухой частью влажного вещества.

Смесь газа с водяным паром носит название влажный газ (парогазовая смесь — устаревшее название).

В природе

В атмосфере нашей планеты вода находится в виде капель малого размера, в облаках и тумане, а также в виде пара. При конденсации выводится из атмосферы в виде атмосферных осадков (дождь, снег, град, роса). В совокупности жидкая водная оболочка Земли называется гидросферой, а твёрдая — криосферой. Вода является важнейшим веществом всех живых организмов на Земле. Предположительно, зарождение жизни на Земле произошло в водной среде.

Мировой океан содержит более 97,54 % земной воды, ледники — 1,81 %, подземные воды — около 0,63 %, реки и озера — 0,009 %, материковые солёные воды — 0,007 %, атмосфера — 0,001 %.

Атмосферные осадки

Вода за пределами Земли

Вода — чрезвычайно распространённое вещество в космосе, однако из-за высокого внутрижидкостного давления вода не может существовать в жидком состоянии в условиях вакуума космоса, отчего она представлена только в виде пара или льда.

Одним из наиболее важных вопросов, связанных с освоением космоса человеком и возможности возникновения жизни на других планетах, является вопрос о наличии воды за пределами Земли в достаточно большой концентрации. Известно, что некоторые кометы более, чем на 50 % состоят из водяного льда. Не стоит, впрочем, забывать, что не любая водная среда пригодна для жизни.

В результате бомбардировки лунного кратера, проведённой 9 октября 2009 года НАСА с использованием космического аппарата LCROSS, впервые были получены достоверные свидетельства наличия на спутнике Земли водяного льда в больших объёмах.

Вода широко распространена в Солнечной системе. Наличие воды (в основном в виде льда) подтверждено на многих спутниках Юпитера и Сатурна: Энцеладе, Тефии, Европе, Ганимеде и др. Вода присутствует в составе всех комет и многих астероидов. Учёными предполагается, что многие транснептуновые объекты имеют в своём составе воду.

Вода в виде паров содержится в атмосфере Солнца (следы), атмосферах Меркурия (3,4 %, также большие количества воды обнаружены в экзосфере Меркурия), Венеры (0,002 %), Луны, Марса (0,03 %), Юпитера (0,0004 %), Европы, Сатурна, Урана (следы) и Нептуна (найден в нижних слоях атмосферы).

Содержание водяного пара в атмосфере Земли у поверхности колеблется от 3—4 % в тропиках до 2·10 −5 % в Антарктиде.

Кроме того, вода обнаружена на экзопланетах, например HD 189733 A b, HD 209458 b и GJ 1214 b.

Жидкая вода, предположительно, имеется под поверхностью некоторых спутников планет — наиболее вероятно, на Европе — спутнике Юпитера.

Биологическая роль

Вода играет уникальную роль как вещество, определяющее возможность существования и саму жизнь всех существ на Земле. Она выполняет роль универсального растворителя, в котором происходят основные биохимические процессы живых организмов. Уникальность воды состоит в том, что она достаточно хорошо растворяет как органические, так и неорганические вещества, обеспечивая высокую скорость протекания химических реакций и в то же время — достаточную сложность образующихся комплексных соединений.

Благодаря водородной связи, вода остаётся жидкой в широком диапазоне температур, причём именно в том, который широко представлен на планете Земля в настоящее время.

Поскольку у льда плотность меньше, чем у жидкой воды, вода в водоёмах замерзает сверху, а не снизу. Образовавшийся слой льда препятствует дальнейшему промерзанию водоёма, это позволяет его обитателям выжить. Существует и другая точка зрения: если бы вода не расширялась при замерзании, то не разрушались бы клеточные структуры, соответственно замораживание не наносило бы ущерба живым организмам. Некоторые существа (тритоны) переносят замораживание/оттаивание — считается что этому способствует особый состав клеточной плазмы, не расширяющейся при замораживании.

Применение

Выращивание достаточного количества сельскохозяйственных культур на открытых засушливых землях требует значительных расходов воды на ирригацию, доходящих до 90 % в некоторых странах.

Для питья и приготовления пищи

Живое человеческое тело содержит от 50 % до 75 % воды, в зависимости от веса и возраста. Потеря организмом человека более 10 % воды может привести к смерти. В зависимости от температуры и влажности окружающей среды, физической активности и т. д. человеку нужно выпивать разное количество воды. Ведётся много споров о том, сколько воды нужно потреблять для оптимального функционирования организма.

Питьевая вода представляет собой воду из какого-либо источника, очищенную от микроорганизмов и вредных примесей. Пригодность воды для питья при её обеззараживании перед подачей в водопровод оценивается по количеству кишечных палочек на литр воды, поскольку кишечные палочки распространены и достаточно устойчивы к антибактериальным средствам, и если кишечных палочек будет мало, то будет мало и других микробов. Если кишечных палочек не больше, чем 3 на литр, вода считается пригодной для питья.

Вода является растворителем для многих веществ. Она используется для очистки как самого человека, так и различных объектов человеческой деятельности. Вода используется как растворитель в промышленности.

В качестве теплоносителя

Среди существующих в природе жидкостей вода обладает наибольшей теплоёмкостью. Теплота её испарения выше теплоты испарения любых других жидкостей, а теплота кристаллизации уступает лишь аммиаку. В качестве теплоносителя воду используют в тепловых сетях, для передачи тепла по теплотрассам от производителей тепла к потребителям. Воду в виде льда используют для охлаждения в системах общественного питания, в медицине. Большинство атомных электростанций используют воду в качестве теплоносителя.

Во многих ядерных реакторах вода используется не только в качестве теплоносителя, но и замедлителя нейтронов для эффективного протекания цепной ядерной реакции. Также существуют тяжеловодные реакторы, в которых в качестве замедлителя используется тяжёлая вода.

В пожаротушении вода зачастую используется не только как охлаждающая жидкость, но и для изоляции огня от воздуха в составе пены, так как горение поддерживается только при достаточном поступлении кислорода.

Многими видами спорта занимаются на водных поверхностях, на льду, на снегу и даже под водой. Это подводное плавание, хоккей, лодочные виды спорта, биатлон, шорт-трек и др.

В качестве инструмента

Вода используется как инструмент для разрыхления, раскалывания и даже резки пород и материалов. Она используется в добывающей промышленности, горном деле и в производстве. Достаточно распространены установки по резке водой различных материалов: от резины до стали. Вода, выходящая под давлением несколько тысяч атмосфер способна разрезать стальную пластину толщиной несколько миллиметров, или более при добавлении абразивных частиц.

Вода применяется как смазочный материал для смазки подшипников из древесины, пластиков, текстолита, подшипников с резиновыми обкладками и др. Воду также используют в эмульсионных смазках.

Исследования

Происхождение воды на планете

Происхождение воды на Земле является предметом научных споров. Некоторые учёные считают, что вода была занесена астероидами или кометами на ранней стадии образования Земли, около четырёх миллиардов лет назад, когда планета уже сформировалась в виде шара. В настоящее время установлено, что вода появилась в мантии Земли не позже 2,7 миллиардов лет назад.

Гидрология

Гидроло́гия — наука, изучающая природные воды, их взаимодействие с атмосферой и литосферой, а также явления и процессы, в них протекающие (испарение, замерзание и т. п.).

Предметом изучения гидрологии являются все виды вод гидросферы в океанах, морях, реках, озёрах, водохранилищах, болотах, почвенных и подземных вод.

Гидрология исследует круговорот воды в природе, влияние на него деятельности человека и управление режимом водных объектов и водным режимом отдельных территорий; проводит анализ гидрологических элементов для отдельных территорий и Земли в целом; даёт оценку и прогноз состояния и рационального использования водных ресурсов; пользуется методами, применяемыми в географии, физике и других науках. Данные гидрологии моря используются при плавании и ведении боевых действий надводными кораблями и подводными лодками.

Гидрология подразделяется на океанологию, гидрологию суши и гидрогеологию.

Океанология подразделяется на биологию океана, химию океана, геологию океана, физическую океанологию, и взаимодействие океана и атмосферы.

Гидрология суши подразделяется на гидрологию рек (речную гидрологию, потамологию), озероведение (лимнологию), болотоведение, гляциологию.

Гидрогеология

Гидрогеоло́гия (от др.-греч. ὕδωρ «водность» + геология) — наука, изучающая происхождение, условия залегания, состав и закономерности движений подземных вод. Также изучается взаимодействие подземных вод с горными породами, поверхностными водами и атмосферой. В сферу этой науки входят такие вопросы, как динамика подземных вод, гидрогеохимия, поиск и разведка подземных вод, а также мелиоративная и региональная гидрогеология. Гидрогеология тесно связана с гидрологией и геологией, в том числе и с инженерной геологией, метеорологией, геохимией, геофизикой и другими науками о Земле. Она опирается на данные математики, физики, химии и широко использует их методы исследования. Данные гидрогеологии используются, в частности, для решения вопросов водоснабжения, мелиорации и эксплуатации месторождений.

Вода (Свойства Образование)

Вода это источник жизни на земле, она является универсальным естественным катализатором в химических реакциях, неотъемлемой частью жизнедеятельности любого организма.

Рассматривается как гидроксид водорода и гидроксильная кислота.

Вода покрывает более 71 % всей поверхности земли, при этом проявляя свойства растворителя других химических неорганических и органических веществ.

Доказано, что вода имеет (память), под воздействием звука изменяется рисунок замершего кристалла воды.

Так установлено если полностью удалить воду в ходе реакции между натрием и кислородом то реакция между ними не протекает, так как вода здесь проявляет свойства катализатора.

ВСЕ ПРО ВОДУ

Или оксид водорода H₂O , H-O-H , считается бинарным неорганическим соединением и состоит из одной молекулы кислорода и двух водорода . В нормальных условиях бесцветная прозрачная жидкость не имеющая запах и вкус.

Для воды характерно существование в трёх состояниях : твёрдом , жидком и газообразном.

В твёрдом состоянии встречается в виде льда , снега и инея , что характерно для твёрдого состояния воды образовываться при температуре от 0°С с погрешностью пару градусов в минус если к ней добавлено небольшое количество хлорида натрия NaCl ( поваренная соль ) , этим же объясняется более быстрым закипанием при нагревании.

В газообразном состоянии встречается в виде водяного пара при испарении из жидкого состояния , причём если нагревается вода в виде твёрдого состояния она переходит сначала в жидкое , а затем в газообразное.

Также известно состояние воды в виде жидких кристаллов , долгое время их относили к коллоидными растворами то водным эмульсиям . Но в 1904 году профессор Отто Леманном после многолетних опытов доказал , что жидкие кристаллы это новая разновидность состояния воды.

Сколько воды

По последним подсчётам около 71% всей поверхности Земли покрыто водой , это океаны , озёра , реки , подземные реки , ледники , льды и взвешенное в газообразном состоянии ( пар , вода , частички льда ) , а также входит в состав некоторых минералов и составляет — 361,13 млн.км2.

Основная часть приходиться на все мировые океаны , моря , что составляет примерно 96,5% от всех его запасов , большой недостаток её в том , что вода находиться в солёном состоянии и неприменима в сельском хозяйстве или в качестве питьевой воды.

Все остальные 3,5% приходятся на грунтовые воды , небольшие реки , ледники , озёра , болота и вода находящееся в газообразном состоянии .

Вода в природе

Большая доля , что составляет 98,8% приходится на солёную воду в которой растворены множество растворимых природных солей, но в основном это хлорид натрия.

Также в состав солёной воды входят растворённые в ней некоторые металлы такие как золото, платина, серебро и некоторые другие .

Пресная вода (вода питьевая) составляет всего около 2,5% , в основном её нахождение в ледниках и грунтовых водах , а примерно 0,3% её находится в реках , в пресных водоёмах , в атмосфере , а также в живых организмах .

Так как вода является очень хорошим растворителем , то она в природных условия всегда содержит какие либо вещества , а именно газы и соли.

Теоретически и практически доказано , что H₂O принимает непосредственное участие практически во всех химических реакциях и биологических , так к примеру если из чистого натрия и кислорода воздуха убрать 100 % влаги ( воду ) то реакции окислением воздухом не проходит , добавление приводит к началу реакции , то есть она участвует как катализатор в неорганических и органических реакциях.

Для всех живых организмов вода имеет важнейшее значение , участвуя практически во всех биологических процессах ( обмен веществ , дыхание и т.д. ) , а также в химическом строении живых организмов.

Для Земли в участии непосредственно климатических условий и погоды.

Вода за пределами Земли

Вода один из самых распространенных веществ не только на Земле но и в космосе, из за высокого внутри-жидкостного давления и низкой температуры вакуума космоса вода встречается только в виде льда и пара.

Она очень широко распространена в солнечной системе и за ее пределами, в основном это лед.

Вода присутствует в составе всех комет и многих астероидов.

Вода в виде паров встречается не только на Земле но и атмосфере Солнца, Луны, Меркурия, Юпитера и т. д.

Ученые полагают, что в жидком состоянии она находиться на некоторых планетах, или под толстым слоем льда, а также планет приближенных к Земным условиям.

Как очистить воду

Природный источник воды не всегда удовлетворяет своим качеством, так как в ней всегда растворены множество солей, таких как хлорид натрия, нитраты и другие. Для этого питьевая вода поступает на водоочистные сооружения, где проходит неоднократную фильтрацию и очистку.

Для этого она сначала вода проходит через металлические фильтры для удаления механических примесей, далее вода поступает в систему отстойников, где осаждаются мелкие частицы, для ускорения осаждения из воды добавляют коагулянт — вещество, заставляющее взвеси и коллоидные частицы коагулировать и оседать быстрее в основном это хлорид алюминия AlCl₃ или сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃.

После того как вода отстоится в отстойниках ее пропускают через фильтры, это может быть песок, древесная зола, тканевые фильтры и другие, после фильтрования получается почти чистая вода в состав которой входят соли и микроорганизмы, некоторые из них могут быть болезнетворные.

Для этого подготовленную воду хлорируют и она поступает в большие резервуары где некоторое время отстаивается теряя тем самым хлор и далее поступает по трубам к потребителю.

В сельской местности где нет очистительных станций, люди берут воду из колодцев, скважин и родников, но в случае попадания в землю болезнетворных организмов люди употребляя воду могу заболеть, для этого всю воду в обязательном порядке нужно кипятить для удаления микробов, а также удаления излишка кальция в виде накипи на стенках которая также может отрицательно влиять на организм при длительном его употреблении.

Дистиллированная вода

Принцип работы дисцилятора очень прост, емкость нагревается внешним источником в нашем случае газовая горелка, далее пар поступает в специальную колбу где внутри ее идет стеклянная спираль пустая внутри, а к колбе подключен источник охлаждения в виде проточной воды см. рисунок, пар по спиральной трубочке охлаждается и уже чистая от примесей стекает в емкость, а все соли и вещества остаются в первой колбе.

Получение дистиллированной воды на производстве

В производственных масштабах дистиллированную воду получают аналогично лабораторным, разница заключается в том, что резервуары для нагрева воды, дистиллятор сделаны не из стекла, а из металла покрытые керамическими материалами.

Эту очищенную воду применяют уже в химической промышленности для растворения солей и растворов.

Все состояния воды

Вода в нормальных условиях может находиться в 3 состояниях, жидкое, твердое, газообразное.

Существует предпосылки к появлению 4 состоянию, а именно если пар или жидкую воду мгновенно охладить то не образуются твердого кристаллического образования как при медленном замерзании.

Состояние воды напрямую зависит от температуры окружающей среды, от 0° до 100° это жидкость, от 100° и выше газообразное состояние воды, от 0° и ниже твердое, но это при нормальных условиях.

Если же изменить давление, поднявшись высоко в горы температура закипания будет на много ниже.

Из этого следует, что состояние воды не только зависит от температуры, а и давления окружающей среды, а также входящие в нее соли.

Химические свойства и название воды

Основное химическое название оксид водорода , где соединение двух атомов ( бинарное ) водорода с одним атомом кислорода в степени его окисления -2.

Так же у неё существуют ещё несколько названий которые применяются в некоторых названиях в зависимости от применения , так к примеру гидроксид водорода : соединение гидроксильной группы OH¯ и катиона (H⁺) можно использовать в объяснении химической реакции взаимодействия натрия Na с водой H2O.

Также вода может рассматриваться как гидроксильная кислота , где его катион Н ⁺ может быть заменен металлом , а также его ( воды ) кислотного остатка ОН¯.

Существуют и другие названия как дигидромонооксид , монооксид дигидрогена , оксидан .

Физические свойства

Вода при нормальных условиях сохраняется в виде жидкости с температурой кипения 100°С и замерзанием 0°С . Но если изменить условия , к примеру нагревать высоко в горах то температура закипания будет намного ниже обычной.

Молекулы воды в момент температурного перехода от жидкого до твёрдого упорядочиваются , в результате чего образуются ( пустоты ) между ними . Это обуславливает больший объём льда и меньшей плотности , поэтому он плавает на поверхности воды . Но при нагревании все эти связи разрываются и образуется вода в жидком состоянии.

Так — же известно , что на момент разрыва этих связей используется много энергии , так для того чтобы нагреть литр воды на один градус потребуется примерно 4,1868 кДж . Это свойство воды ( теплоноситель )используется для обогрева помещений и т.д. Так же имеет большое значение теплота плавления (при 0 °C — 333,55 кДж/кг) для подсчёта количества затраченной энергии для разогрева на один литр воды и парообразования (2250 кДж/кг).

По своим физическим свойствам одна молекула воды может образовать до четырёх водородных связей , так как две образует водород , а две кислород.

Именно поэтому у воды очень разветвлённая структура связей обеспечивающая высокую температуру кипения и удельную теплоту парообразования.

Чистая вода

Считается в состав которой не входят какие либо соли или другие вещества которые имеют положительные или отрицательные ионы.

В нормальных условиях она очень слабо диссоциирована и концентрация протонов (ионов гидроксония H ₃ O ⁺ ) и гидроксильных ионов HO¯ составляет 10 -7 моль/л , поэтому она хороший изолятор.

Но так как она легко впитывает с окружающей среды ( газы , соли ) практически всегда загрязнена ими , то есть проводит электрический ток , по электропроводности воды можно судить о её чистоте.

Свойство воды имеет большое значение для живых организмов , так как для питания клеток нужны полезные вещества и соли, которые переносятся водой . Это проявляется тем , что молекулы воды очень малы в размерах и как бы ( смачивают , обволакивают ) с каждой стороны различные вещества.

В органических в-вах( животные , растения ) это свойство проявляется в виде межклеточной жидкости. В неорганической химии проявляет роль растворителя , растворимых в воде солей и веществ.

Вода проявляет большой степенью поверхностного натяжения , проигрывая только ртути . Это свойство связано с тем , что молекулы двигаются с разными скоростями и могут удерживать на поверхности какие либо предметы ( водомерок , иглу ).

Одним из самых главных свойств является преломление , что составляет n=1,33 в оптическом диапазоне. Но из за того , что она ( водяной пар ) интенсивно поглощает инфракрасные излучения является естественным парниковым газом , которая составляет более чем 60% от всего парникового эффекта.

Вода также интенсивно поглощает микроволновые излучения ( разогревая как бы изнутри ) проявляя дипольный момент молекул, по этому радиосвязь не работает под водой.

Изотопное состояние воды

Так как в природе и искусственные изотопы водорода и кислорода бывают радиоактивные , то и их изотопы входящих в состав молекулы воды бывают несколько их видов :

Так всем известная всем людям вода называется ( лёгкая вода ) имеет простую формулу H₂O , а тяжёлая вода ( дейтериевая ) имеет вид D2O , сверхтяжёлая вода ( тритиевая ) T₂O и по некоторым подсчётам , что могут существовать тритий-дейтериевая вода TDO , тритий-протиевая вода THO , дейтерий-протиевая вода DHO.

По последним исследованиям тяжелая вода ранее считаемой ( мёртвой водой ) может быть населена некоторыми микроорганизмами , которые в результате ( селекции , приучению ) были получены искусственным путём.

В зависимости стабильности изотопа кислорода , в природе существуют три разновидности молекул воды , свою очередь по своему изотопному составу их насчитывается 18 разновидностей молекул воды , но на самом деле вода может одновременно содержать все разновидности молекул.

Так к примеру любая вода содержит все изотопы ( лёгкая , тяжёлая , дейтериевая и тритиевая ), но концентрация последних трёх настолько малы , что они не влияют не на какие жизненные формы.

Химические свойства воды

Очень часто в технике и в быту употребляются такие термины , как ( раствор , растворение ) , например , всегда говорят о хорошей растворимости сахара в воде , о растворе поваренной соли , растворах кислот и т. д.

Иногда её сравнивают как амфолит — кислота и основание.

Так как вода — химически активное вещество , сильно полярные молекулы воды сольванируют молекулы и ионы , образуя кристаллогидраты и гидраты , отсюда и названия например кристаллогидрат гипса CaSO₄·2H₂O и т. д.

Как получить воду

Воду можно получить в ходе химической реакции водорода и кислорода реакция идёт при поджигании со взрывом :

Разложением пероксида водорода :

Реакцией гидрокарбоната натрия с уксусной кислотой :

В ходе нейтрализации некоторых кислот гидроксидами :

CH ₃ COOH + NaOH = CH ₃ COONa + H2O

Восстановлением металлов из их оксидов водородом :

При воздействии высоких температур, электротока, а также некоторых катализаторов и ионизирующего излучения , вода распадается на простые элементы молекулярный кислород и молекулярный водород :

Реакции с химическими веществами

Реакция с активными металлами ( натрий , калий и т.д ) протекает иногда с воспламенением :

Со фтором реакция протекает с образованием фтороводорода и кислорода :

Реакция с солями слабых кислот приводит к полному гидролизу :

Вода реагирует при нагревании с металлами , особенно магнием и воспламенённым порошкообразным алюминием :

Вода реагирует с углеродом при нагревании с образованием угарного газа но реакция не стабильна поэтому обратима :

Статья на тему вода.

Похожие страницы:

Понравилась статья поделись ей

Leave a Comment

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.