Аномальные свойства воды

Атомы одного элемента, ядра которых содержат разное число нейтронов, называются изотопами.

Наибольшее применение из перечисленных изотопов имеет тяжелая вода D₂¹⁶O.

Все аномальные свойства воды связаны с особенностями строения ее молекулы и способностью образовывать молекулярные агрегаты или ассоциированные молекулы (Н₂О)_n.

3.1.Существованием водородных связей объясняется аномально высокая температура плавления воды по сравнению с водородными соединениями аналогов кислорода (Т_пл для Н₂ S -60,3°С, для Н₂Те -51°С, для H₂Se-65,7°C)

3.2. В зависимости от температуры и давления, при которых происходит формирование кристаллической фазы, различают 13 видов льда. При обычных условиях устойчивым является лед, имеющий гексагональную структуру, каждая молекула воды тетраэдрически окружена четырьмя другими, образующими с ней водородные связи. Подобное соединение молекул воды друг с другом способствует образованию пустот в кристаллической решетке льда, объясняя аномально малую плотность воды в твердом состоянии.

Структура льда гексагональная (структура тетраэдрапустоты )

Н Н

О

Н Н

О – Н О

Н

Н Н

О – Н О

Н

В твердом состоянии в результате образования тетраэдрических комплексов объем увеличивается примерно на 10%. При плавлении льда нарушается его регулярная структура, что сопровождается увеличением плотности.

3.3 При нагревании от 0°С до 4°С объем воды не увеличивается а уменьшается и максимальная плотность ее достигается не в точке замерзания, а при температуре +4°С.

3.4 Температура замерзания воды с увеличением давления понижается, а не повышается, как этого следовало бы ожидать.

3.5 Удельная теплоемкость воды чрезвычайно велика по сравнению с теплоемкостью других тел.

З.6 Вследствие высокой диэлектрической проницаемости (>15) и наличия дипольного момента, вода обладает высокой растворяющей и диссоциирующей способностью.

3.7 Вода обладает самым большим поверхностным натяжением из всех жидкостей (75 эрг /см ²), за исключением ртути (436 эрг/ см²).

3.8 Вода, по сравнению с другими жидкостями имеет наибольшую теплоту испарения и теплоту плавления.

Аномальные свойства воды играют огромную роль в природе и формировании климата на Земле. Малая теплопроводность льда защищает водоемы от промерзания и способствует сохранению жизни на Земле в суровых климатических условиях северных регионов. Хорошей защитой водоемов является и снег, теплопроводность которого соответствует теплопроводности шерсти при плотности 0,1 г/см³ и теплопроводности бумаги при плотности 0,2 г/см³.

Высокая теплоемкость воды способствует сглаживанию температурных перепадов в жарких и холодных районах, благодаря возникновению огромных теплых и холодных океанических течений. Массы воды океанов и морей служат гигантским тепловым аккумулятором Земли.

Кроме того высокая теплоемкость воды способствует поддержанию нормальной температуры тела у теплокровных организмов при переходе из одной температурной обстановки в другую.

Аномально высокая величина поверхностного натяжения воды играет важную роль в протекании биохимических процессов как в организме человека, так и в окружающей нас природе (смачиваемость, капиллярный эффект).

Самая высокая величина диэлектрической проницаемости воды (81Ф/м) по сравнению с другими жидкостями определяет ее самую большую растворяющую способность в отношении веществ с полярной и ионной структурой.

Дата добавления: 2014-01-05