Химические свойства воды. Молекулярная структура и изотопный состав воды

Молекулярная структура и изотопный состав воды

Атомы водорода и кислорода, образующие воду, или окись водорода, могут иметь различные массовые числа и отличаться друг от друга своими физико-химическими свойствами, но при этом они имеют одинаковый электрический заряд атомных ядер и поэтому занимают в периодической системе элементов одно и то же место. Такие разновидности атомов одного и того же химического элемента называются изотопами. Известны пять водородов и пять кислородов. Правда, по два из них (4H, 5H, 14O и 15O) радиоактивны и очень короткоживущи. Например, длительность существования водорода –4—4*10-11 сек. Наиболее широко известны следующие изотопы водорода: протий 1H(с относительной атомным весом 1), дейтерий 2H, или D (c относительной атомным весом 2) и тритий 3H, или T (c относительной атомным весом 3), наиболее тяжелый, но слаборадиоактивный водород (его период полураспада 12,3 года), и изотопы кислорода: 16O, 17O и 18O. Эти шесть изотопов могут образовывать 18 изотопических разновидностей воды: 1Н216О; 1НD16О; D216О; 1НT16О; DT16О; T2О16; 1Н217О; 1НD17О; D217О; 1НT17О; DT17О; T217О; 1Н218О; 1НD18О; D218О; 1НT18О; DT18О; T218О.На Земле на 6800 атомов протия приходится один атом дейтерия, а в межзвездочном пространстве один атом дейтерия приходится уже на 200 атомов протия. Молекулярная структура воды- Вода не является - как считают многие - беспорядочным набором молекул H2O. Вода, как и твердые тела, имеет молекулярную структуру, именно это, уже более ста лет является объектом исследований. В соответствии с действующей моделью в физике, принято считать, что постоянство структуры воды зависит от объединенных групп - кластеров. Число молекул, которые объединяются и образуют кластер, к примеру зависит от температуры. Группы кластеров очень неустойчивы, водородные связи между молекулами имеют срок жизни несколько наносекунд. Классическое мнение в физике об идеальном состоянии воды опирается на абсолютно чистую воду. Наша же питьевая вода содержит в дополнение к H2O молекул, ошеломляющее количество растворенных минеральных солей и молекул газа. Уже известно, что молекулы на поверхности воды имеют самый высокий энергетический потенциал, поэтому изменив соотношение натяжения поверхности, можно получить структурную динамику устойчивого характера.

В природе нет абсолютно, нерастворимых веществ. Все они в той или иной степе ни подвергаются воздействию воды, отличаясь, друг от друга только количеством переходящего в раствор вещества. Даже, казалось бы, столь неизменяемые горные породы, как гранит, диабаз, базальт, - и те постепенно разрушаются водой, обогащая ее растворимыми веществами. Поэтому в естественном состоянии вода всюду представляет собой сложный раствор различных веществ, который принято называть природной водой в отличие от химически чистой воды Н2О.Природные воды по химическому составу чрезвычайно разнообразны. Встречаются более или менее сходные по составу воды, но никогда не бывает совершенно одинаковых. Они отличаются не только по химическим элементам и общей концентрации растворенных веществ, но и по количественному соотношению между компонентами состава и форме их соединений. В состав воды входят газы, главным образом в виде молекул и частично гидратированных соединений, соли, преимущественно в виде ионов, а при больших концентрациях комплексов и молекул - органические вещества как в молекулярных и высокомолекулярных соединениях, так и в коллоидном состоянии.С некоторой условностью химический состав природных вод можно разделить на следующие пять групп:1) главные ионы, т. е. ионы, содержащиеся в наибольшем количестве (хлоридные Сl-, сульфатные SO4-, гидрокарбонатные НСОз-, карбонатные СО3-, натрия Na+; калия К+, магния Mg2+ и кальция Са2+); 2) растворенные газы (кислород О2, азот N2, двуокись углерода СО2, сероводород H2S и др.); 3) биогенные элементы (соединения азота, фосфора, кремния);4) микроэлементы - соединения всех остальных химических элементов;5) органические вещества. Факторы, определяющие формирование химического состава природных вод, могут быть разделены на две основные группы. К первой группе следует отнести прямые факторы, непосредственно воздействующие на воду (т. е. действие веществ, которые могут, обогащать воду растворимыми соединениями, или, наоборот, выделять их из воды): 1) горные породы, 2) почвы, 3) живые организмы, а также 4) деятельность человека. Ко второй группе относятся косвенные факторы, определяющие условия, в которых протекает взаимодействие веществ с водой климат, рельеф, водный режим, растительность, гидрогеологические и гидродинамические условия и пр.

Дата добавления: 2015-04-24