Физические свойства воды

Краткий текст лекции на тему

«Строение молекулы воды. Её физические и химические свойства»

Вода - драгоценный дар природы, которую академик Карпинский назвал живой кровью, которая созда­ет жизнь там, где ее не было.

«Вода стоит особняком в истории нашей планеты, Нет природного тела, которое могло сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов» (В.И.Вернадский).

Формула воды - Н2О (предложена в 1805 г Гумбольдтом и Гей-Люсаком), т.е. состоит из 1 атома кислоро­да и 2-х атомов водорода.

1). Молекула воды асимметрична, образует равнобедренный тре­угольник.

2). Молекула воды обладает полярностью, поэтому является электри­ческим диполем.

3). Молекулярная структура воды: вода находится в трех состояниях и осуществляет фазовые переходы.

Гидроль (пар) - состоит из одиночных молекул Н₂О, поэтому водо­родные связи не реализуются; (Н₂О)

Дигидроль (жидкость) - строение как у льда, а пустоты заполнены одиночными молекулами; (2Н₂О) Тригидроль (лёд) - упорядоченное строение, гексагональная система с прочными водородными связями, имеет наибольший объем. (3Н₂О)

4) Водородные связи в 10 раз прочнее, чем связи межмолекулярного взаимодействия.

5) В 1932 г. Юри и Осборн открыли, что водород и кислород имеют природные изотопы, т.е. вода имеет переменный изотопный состав и

атомы вещества с разной молекулярной массой. -

Н=1 – Н₂0 - протий - «легкая, живая вода», талая вода;

Н=2 - D₂O - дейтерий - «тяжелая, мертвая вода», содержащая соли тяжелых металлов;

Н=3 - Т₂О - тритий - «сверхтяжелая вода», образующаяся при термо­ядерных реакциях.

Химически чистая вода состоит по весу из 11,19% водорода и 88,81 % кислорода.

Физические свойства воды

1). Молекулы воды осуществляют переходы из одного состояния в другое (фазовые переходы). Переходы со­провождаются выделением или поглощением энергии (скрытая теплота парообразования) Испарение - из жидкости в пар - поглощение тепла. Конденсация - из пара в жидкость - выделение тепла. Замерзание - из жидкости в лед - выделение тепла. Таяние - из льда в жидкость - поглощение тепла.

Возгонка - из льда в пар (испарение с поверхности льда)- поглощение тепла. Сублимация - из пара в лед (конденсация в твердую фазу), например, иней- выделение тепла. При увеличении температуры воды скрытая теплота парообразования уменьшается.

2). При нормальном давлении температура плавления льда и замерзания воды равна 0°С. При повышении дав­ления лед плавится при отрицательных температурах.

3). С увеличением солености понижается температура замерзания воды. Следует помнить, что при увеличе­нии солености на 10%о температура замерзания воды понижается на 0,54°С.

4). Плотность воды в твердом состоянии меньше, чем в жидком. Следовательно, лед образуется на поверхности водоемов и не опускается на дно.

5). В диапазоне температуры воды от 0 до 4°С плотность воды не уменьшается, а увеличивается. Это аномаль­ное свойство воды, вследствие которого образуется лед и водоемы не промерзают, потому что при температуре воды менее 4°С пресная вода становится менее плотной.

6). Аномальное изменение плотности приводит к аномальному изменению объёма воды. С увеличением темпе­ратуры от 0 до 4°С объём химически чистой воды уменьшается; лишь при дальнейшем увеличении температу­ры объём увеличивается.

Объём льда всегда больше объема воды. Примеры в природе - морозное выветривание, образование наледей, бугров бучения и т.д.

7). Высокая удельная теплоемкость воды (с_р). с_р при 15°С = 4190 Дж/кгС⁰.

с_р минимальна при температуре равной 33°, увеличивается при увеличении и уменьшении температуры. Высо­кая с_р и очень высокая удельная температура плавления и испарения, что ведет к регулированию тепловых процессов на всей планете.

8). Очень малая теплопроводность. При понижении температуры и давления понижается и теплопроводность. С понижением температуры и понижением плотности уменьшается теплопроводность. Поэтому происходит медленный нагрев и охлаждение водной массы. Проявляется это свойство в том, что снег предохраняет почву от промерзания, а лед - водоемы от промерзания.

9). Вязкость воды невелика, поэтому вода подвижна. При увеличении температуры вязкость уменьшается, по­этому в холодное время года вязкость воды больше, чем в теплое.

10). Очень высокое поверхностное натяжение. Поэтому происходит:

• размыв фунтов водой;

• очень большая разрушительная деятельность дождевых капель;

• перемещение воды по порам и капиллярам в земной коре.

11). Свет частично поглощается и преломляется, поэтому проникает лишь на небольшую глубину. Именно здесь протекает фотосинтез.

12). Вода хорошо проводит звук (в 4-5 раз больше, чем в воздухе). Скорость звука увеличивается при повыше­нии температуры воды, солености и давления.

13). Низкая электропроводность, которая увеличивается при повышении минерализации количества ионов хло­ра и калия.