Вода. Аномальные свойства воды и их причины

Покольку вода является универсальным растворителем, рассмотрим свойства воды. Самое распространенное вещество на земле – это вода. Почти 3\4 поверхности земного шара покрыта водой. Она является средой в которой протекают химические процессы в живых организмах и сама же участвует в биохимических процессах.

Вода главный катализатор всех жизненных процессов. Наш организм на 65-75% состоит из воды. Суточная потребность человека в воде составляет от 2 до 6 л и зависимость от нее намного сильнее чем от пищи. Многие пищевые продукты (овощи, фрукты, молоко, мясо) на 95-65% состоят из воды. Человечество широко использует для своих нужд природную воду. Основная часть воды приходится на Мировой океан. Запасы пресной воды, доступной для использования, составляют 0,15% объема гидросферы.

Физические свойства. Это жидкость без цвета и запаха. Рассмотрим особенности физико- химических свойств (аномалии) воды.

1. У воды аномально высокая полярность как растворителя.

µ = 1,84·10^-29Клм (у Н₂S - µ = 0,93·10^-29Клм).

2. Вода имеет аномально высокую теплоемкость с = 75,3 Дж/моль К, у спирта в 1.5 раза больше, поэтому в ночное время и при переходе от лета к зиме она остывает медленно, а при обратном переходе нагревается медленно, т.о. регулируя температуру на земном шаре. При нагревании любого вещества кроме воды от 0 до 37^оС теплоемкость увеличивается, а у воды уменьшается, далее увеличивается. Именно при 37^оС организм затрачивает меньше энергии для поддержания температуры тела.

3. Аномально высокие температура Тпл = 0^оС и температура Ткип = 100^оС по сравнению с аналогами.

4. При 0^оС вода замерзает. Плотность льда меньше чем у воды. При этом объем льда увеличивается на 9%.У других веществ уменьшается.

5. Плотность воды при переходе из твердого состояния в жидкое не уменьшается, а увеличивается. При нагревании воды от 0 до 4^оС ее плотность также увеличивается. Плотность воды достигает максимального значения при 4^оС - ρ = 0,998г/см³ .

Аномалии связаны со строением молекулы воды и образованием водородной связи между ними.

Молекула воды имеет угловое строение. Атом кислорода в молекуле воды находится в состоянии sp³- гибридизации. Поэтому валентный угол близок к тетраэдрическому (109^о28^').

Образование водородной связи приводит к ассоциации молекул. Каждый атом кислорода участвует в образовании двух водородных связей. Молекулы при кристаллизации образуют слои, причем каждая связана с тремя молекулами в этом слое и с одной из соседнего. Это приводит к образованию пустот.

При плавлении льда разрушается лишь часть водородных связей и объем воды уменьшается. При 0^оС вода содержит остатки структуры льда. От 0 до 4^оС плотность воды увеличивается за счет разрушения льда.

Высокая теплоемкость воды объясняется затратой тепла на разрыв водородных связей.

Химические свойства. Молекула Н₂O устойчива к нагреванию. При температуре выше 1000^оС она подвергается термической диссоциации, т.е. разложению

Н₂O ↔ 2 Н₂ + О₂

Этот процесс протекает с поглощением тепла.

Вода очень реакционноспособное вещество. Оксиды многих металлов и неметаллов соединяются с Н₂O образуя:

СаО + Н₂O = Са(ОН)₂

SО₃ + Н₂O = Н₂SО₄

Активные металлы реагируют с водой с выделением Н_2.

Вода образует соединения с веществами не обладающими химической активностью (гидрат ксенона – Хе₆Н₂O). Хе заполняет межмолекулярное пространство в структуре Н₂O, образуя соединения, которые называются клатратами.

Дата добавления: 2013-12-12