Свойства і структура воды

Санкт-Петербурзький державний архітектурно-будівельний университет.

Кафедра химии.

РЕФЕРАТ.

Властивості й структура воды.

Виконав студент групи 2-В-1.

Горохів М. В.

Прийняв доцент.

Л. І. Акимов.

Санкт-Петербург.

1. Запровадження. Вода у природі 3.

2. Структура води 5.

3. Властивості води 11.

4. Срібна й розтала вода 20.

5. Укладання 22.

6. Література 23.

Запровадження. Вода в природе.

Найважливіше життя — вода.

Вода має першочергового значення при більшості хімічних реакцій, зокрема і біохімічних. Давнє становище алхіміків — «тіла не діють, доки растворены» — значною мірою справедливо.

Людський зародок містить води, %: триденний — 97, тримісячний — 91, восьмимісячний — 81. У дорослої людини частка води в організмі становить 65%.

Людина й тварини можуть у організмі синтезувати первинну («ювенильную ») воду, утворювати її за згорянні харчових продуктів самих тканин. У верблюда, наприклад, жир який міститься у горбу, може шляхом окислення дати 40 л воды.

Зв’язок між водою та власним життям настільки високою, що й дозволила У. І. Вернадського «розглядати життя, як особливу коллоидальную водну систему… як особливе царство природних вод».

Кількість води, котра міститься живими істоти становить кожен цей час величезну величину. Силами життя протягом один рік переміщаються десяті частки відсотки від усього океану, а деякі сотні років через живе речовина проходять маси води, перевищують масу Світового океана.

Геохімічний склад океанічній води близький до складу крові тварин і людини (див табл.).

Порівняльне зміст елементів у крові чоловіки й у світовому океані, %.

| | |Склад Світового| |Елементи |Склад крові |океану | | |людини | | |Хлор |49,3 |55,0 | |Натрій |30,0 |30,6 | |Кисень |9,9 |5,6 | |Калій |1,8 |1,1 | |Кальцій |0,8 |1,2 |.

Вода — дуже поширене у природі речовина. 71% поверхні земної кулі покритий водою, котра утворює океани, моря, річки й озера. Багато води перебуває у газоподібному стані вигляді парів у атмосфері; як величезних мас снігу та криги лежить вона цілий рік у верхах високих крейдяних гір і в полярних країнах. У надрах землі є також вода, пропитывающая грунт, і гірські породи. Загальні запаси води Землі становлять 1454,3 млн. км3 (їх менше двох% належить до прісним водам, а доступні для використання 0,3%).

Природна вода немає зовсім чистим. Найбільш чистої є дощова вода, але вона містить незначні кількості різних домішок, які захоплює з воздуха.

Кількість домішок в прісних водах найчастіше у межах від 0,01 до 0,1% (мас.). Морська вода містить 3,5% (мас.) розчинених речовин, головну масу яких складає хлорид натрію (поварена соль).

Вода, яка містить значну кількість солей кальцію і магнію, називається жорсткої на відміну м’якої води, наприклад дощовій. Жорстка вода дає мало піни з милом, але в стінках котлів утворює накипь.

Щоб звільнити природну воду від зважених у ній частинок, її фільтрують крізь шар пористого речовини, наприклад, вугілля, обпаленої глини тощо. п.

Фільтруванням можна видалити із води лише нерозчинні домішки. Розчинені речовини видаляють з її шляхом перегонки (дистиляції) чи іонного обмена.

Вода має дуже велике значення у житті рослин, тварин і звинувачують людини. У всякому організмі вода є середу, у якій протікають хімічні процеси, щоб забезпечити життєдіяльність організму; ще, саму себе бере участь у цілий ряд біохімічних реакций.

Вода — обов’язковий компонент практично всіх технологічних процесів як промислового, і сільськогосподарського производства.

Структура воды.

Англійський фізик Генрі Кавендиш виявив, що водень М і кисень Про утворюють воду. У 1785 р. французькими хіміками Лавуазьє і Менье було встановлено, що вода і двох вагових частин водню і шістнадцяти вагових частин кислорода.

Але не можна думати, що цей спектакль, що виражається хімічної формулою Н2О, слід сказати, вірно. Атоми водню і кисню, у тому числі полягає природна вода, чи, точніше, окис водню, може мати різний атомний вага і мати відчутні відмінності друг від друга за своїми фізичними і хімічним властивостями, хоч і займають у періодичної системі елементів один і той ж место.

Це правда звані ізотопи. Відомі п’ять різних водородов з атомними вагами 1, 2, 3, 4, 5 і трьох різних кисню з атомними вагами 16, 17 і 18. У природному кисні на 3150 атомів ізотопу О16 припадає п’ять атомів ізотопу кисню О17 і одну атом ізотопу кисню О18. У природному газоподібному водні на 5,5 тис. атомів легкого водню М (протия) доводиться 1 атом Н2 (дейтерію). Що ж до Н3 (тритію), і навіть Н4 і Н5, їх в природної воді Землі мізерно мало, але участь їхніх в космічних процесах при низьких температурах в міжпланетному просторі, в тілах комет тощо п. дуже вероятно.

Ядра атомів ізотопів містять однакове число протонів, але різне число нейтронів. Атомні маси ізотопів различны.

Навколо ядра атома водню обертається одне єдине електрон, тому атомний номер водню дорівнює одиниці. Цей електрон обертається по круговим орбітам, разом що створює сферу. Орбіт безліч, й у залежність від перебування електрона на чи іншого кругової орбіті у атома водню може існувати безліч енергетичних станів електрона, т. е. може бути, у спокійному або як більш-менш порушену состояниях.

У атома кисню 8 електронів (атомний номер 8), 6 у тому числі рухаються по зовнішнім орбітам, які представляють форму вісімки чи гантелі, і 2 по внутрішньої кругової орбіті. Відповідно до кількістю електронів в ядрі атома кисню 8 протонів, в такий спосіб, сам атом загалом нейтрален.

Найбільш стійкою зовнішньої орбітою атома є що складається з 8 електронів, а й у кисню їх 6, т, е., бракує 2 електронів. У той самий час водень, як і кисень, існує у молекулах, містять 2 атома (Н2), пов’язаних між собою двома електронами, які легко заміщають вакансію двох електронів зовнішньої орбіти атома кисню, створюючи в сукупності молекулу води, з повним стійкою восьмиэлектронной зовнішньої орбітою (див рис. 1.). Рис 1. Схема освіти молекули води (б) з 1 атома кисню і 2 атомів водню (а).

Можна навести чимало різних схем освіти молекули води, заснованих на виключно уявленнях різних фізиків. Фактично вони не містять ніяких протиріч та принципових відмінностей. Адже ні будівлі атомів, ні будівлі молекули хто б бачив, тому гіпотетичні схеми будуються тільки основі непрямих можна побачити приладами ознак, дозволяють припустити як поведінка, і властивості атомів і молекул.

Розміри атомів різних елементів коливаються приблизно від 0,6 до 2,6 А, а величини довжини світловий хвилі - кілька тисяч разів більше: (4,5- 7,7)*10−5 див. До того і атоми, і молекули немає чітких меж, що навіть пояснюється існуючий різнобій вирахуваних радиусов.

При нормальних умов слід було очікувати, що зв’язку атома кисню з обома водневими атомами в молекулі Н2О утворюють у центрального атома кисню дуже тупий кут, близька до 180(. Проте геть несподівано цей кут дорівнює не 180(, а 104(31 ". У результаті внутримолекулярные сили компенсуються в повному обсязі та його надлишок проявляється поза молекули. На рис. 2 показано основні розміри молекули води. Рис 2. Молекула води та її размеры.

У молекулі води позитивні й негативні заряди розподілені нерівномірно, асиметрично. Таке розташування зарядів створює полярність молекули. Хоча молекула води нейтральна, але з своєї полярності вона орієнтується у просторі з урахуванням тяжіння свого негативно зарядженого полюси позитивного заряду і позитивно зарядженого полюси до негативному заряду.

Усередині молекули води цей поділ зарядів проти поділом зарядів в інших речовин дуже велике. Це називають дипольным моментом. Ці властивості молекул води (звані також діелектричним проницаемостью, що при Н2О дуже великий) мають дуже велике значення, наприклад, у процесах розчинення різних веществ.

Здатність води розчиняти тверді тіла визначається її діелектричним проницаемостью (, що при води при 0(З дорівнює 87,7; при 50(З — 69,9; при 100(З — 55,7. При кімнатної температурі диэлектрическая проникність дорівнює 80. Це означає, що дві протилежних електричних заряду взаємно притягуються у питній воді, з силою, рівної 1/80 сили їх взаємодії повітрі. Отже, відділення іонів від кристала якийабо солі у питній воді в 80 раз легше, ніж у воздухе.

Однак воду не тільки лише з молекул. Річ у тім, що молекула води може диссоциировать (розщеплюватися) на заряджений позитивно іон водню М+ і заряджений негативно гидроксильный іон ВІН-. У звичайних умовах чиста вода диссоциирована дуже слабко: лише одне молекула з десяти млн. молекул води розпадається на іон водню і іон гидроксила. Проте якщо з підвищенням температури і зміною інших умов дисоціація то, можливо значно большей.

Хоча вода у цілому хімічному відношенні інертна, наявність іонів М+ і ВІНробить її надзвичайно активной.

У воді можуть і негативно заряджені іони кисню (Про-). Понад те, у природі могли трапитися та інші сполуки водню з киснем. До таких сполукам насамперед належить широко поширений негативно заряджений гидрооксоний Н3О+. Він зустрічається в розчинах галита (NaСl) при високих температур і тисках. Гидрооксоний перебуває у вузлах грати льоду (разом із гидроксильным іншому ВІН-) у кількості (при 0(З) 0,27*10−9 частин, соціальній та пов’язаному змозі під багатьох минералах.

Н3О+ і ВІНв глибоких надрах є переносниками багатьох сполук (особливо у процесі гранитизации). До іншим сполукам водню з киснем ставляться перекис водню (Н2О2), перигидроксил (НО2), гидроксил-моногидрат (Н3О2) тощо. п. Усі несталі за умов земної поверхні, однак за деяких темературах і тисках можуть бути у природі тривалий час, а головне — перетворюватися на молекулу води, що буде вказано нижче. Н3О2- виявлено в хмарах іоносфери в розквіті понад сто км над рівнем моря.

Як відзначалося вище, молекула води, зазвичай, нейтральна. Проте за виривання з її електрона бета-лучами (швидкими електронами) може утворитися заряджена «молекула» води — позитивний іон H2O+. При взаємодії води з цим іоном виникає радикал ВІНпо схеме:

H2O+ + H2O = Н3О+ + ОН-.

При рекомбінації гидрооксония Н3О+ з електроном виділяється енергія, рівна 196 ккал/моль, достатня для розщеплення Н2О на М і ВІН. Вільні радикали грають дуже значної ролі в астрофізиці й у фізиці земної атмосфери. На Сонце виявили радикал ВІН, причому у плямах в підвищеному кількості. Він також виявлено в зірок і завдяки головній частини комет.

Отже, розглядаючи воду лише як речовина, що складається з атомів, молекул і іонів водню і кисню, і приймаючи до уваги всі інші елементи періодичної системи та їх неорганічні і органічні сполуки, які можуть перебувати воді як розчинів, суспензій, емульсій і домішок, газоподібному, рідкому і твердому станах, можна виділити 36 сполук — різновидів водню і кисню, які входять у склад води. У табл. 1 наведено дев’ять изотопических різновидів воды.

Деякі изотопические різновиду води з порівнянні із вмістом окремих елементів у морській воде.

|Формулы молекул води | |Відповідає | | |Зміст, % |змісту у морській | | | |воді | |H1O16 |99,73 |- | |H1O18 |0,20 |Магнію | |H12O17 |0,04 |Кальцію | |H1H2O16 |0,032 |Калію | |H1H2O18 |0,6 |Азоту | |H1H2O17 |0,1 |Алюмінію | |H22O16 |0,3 |Фосфору | |H22018 |0,9 |Ртуті | |H22O17 |0,1 |Золота |.

Як кажуть, крім Н2О, інших изотопических різновидів звичайно дуже багато, лише близько 0,3%. Тритій (Н3, чи Т) слабко радіоактивний, і його піврозпад триває 12,3 року, в таблиці не поміщений, як і і інші радіоактивні ізотопи водню з атомним вагою 4 (Н4) і п’яти (Н5) з виключно коротким періодом піврозпаду. Наприклад, Н4 всього 4/100 000 000 000 сек. чи 4*10−11 сек.

Крім зазначених вище чотирьох ізотопів водню є ще три радіоактивних ізотопу кисню: О14, О15, О16, але вони в природної воді великого значення що неспроможні, бо їх періоди піврозпаду дуже малі і оцінюються десятками секунд. Але це ще в повному обсязі, коли казати про різновидах чистої воды.

До цього часу ми розглядали лише атоми, молекули і іони водню і кисню та їхні сполуки, складові те, що ми називаємо чистої водою. У 1 см³ рідкої води при 0(З міститься 3,35*1022 молекул.

Виявляється, частки води розташовуються далеко ще не довільно, а утворюють переважають у всіх трьох фазах води певну структуру, котру змінюють залежно від температури і тиску. Ми підійшли до найбільш вразливій для розуміння, загадкової і не розв’язаної проблеми води — її структурі. Моделі структури води. Відомо кілька моделей структури чиста, починаючи з найпростіших ассоциатов, льодоподібною моделі і желеподобными масами, властивими полипептидам і полинуклеотидам, — нескінченно і безладно розгалужений гель з швидко виникаючими й зникаючими водневими зв’язками. Вибір певної моделі рідкої води залежить від досліджуваних властивостей. Кожна модель передає ті чи інші характерні риси її структури, але з претендує тут як у єдино правильну. Більшого кількості експериментальних даних відповідає льдоподобная — модель Про. Я. Самойлова. Відповідно до цієї моделі, близька упорядкованість розташування молекул, властива воді, є порушений тепловим рухом льдоподобный тетраэдрический каркас, порожнечі якого частково заповнені молекулами води. У цьому молекули води, перебувають у пустотах льдоподобного каркаса, мають іншу енергію, ніж молекули води у його вузлах. Для структури води характерно тетраэдрическое оточення її молекул. Три сусіда кожної молекули в рідкої воді перебувають у одному прошарку і більшому від нього відстані (0,294 нм), ніж четверта молекула з сусіднього шару (0,276 нм). Кожна молекула води в ставе льдоподобного каркаса утворює одну зеркальносимметричную (міцну) і трьох центральносимметричных (менш міцних) зв’язку. Перша належить до зв’язку між молекулами води даного шару і банки сусідніх верств, інші - до зв’язків між молекулами води одного шару. Тому четверта частина зв’язків — зеркальносимметричные, а через три чверті центральносимметричные. Уявлення про тетраэдрическом оточенні молекул води сприяли висновку про високої ажурности її будівлі та про наявність у ній порожнин, розміри яких рівні чи перевищують розміри молекул води. Рис 3. Елементи структури рідкої води. а — елементарний водний тетраэдр (світлі гуртки — атоми кисню, чорні половинки — можливі становища протонів на водневої зв’язку); б — зеркальносимметричное розташування тетраедрів; в — центральносимметричное розташування; р — розташування кисневих центрів у структурі звичайного льда.

Жидкая вода характеризується значними силами межмолекулярного взаємодії з допомогою водневих зв’язків, що утворюють просторову сітку. Воднева зв’язок обумовлена здатністю атома водню, з'єднаний з электроотрицательным елементом, утворювати додаткову зв’язку з электроотрицательным атомом інший молекули. Воднева зв’язок щодо міцна і як кілька кілоджоулів на міль. По міцності на неї припадає проміжне місце між енергією Ван-дер-Ваальса і енергією типово іонній зв’язку. У молекулі води енергія хімічного зв’язку H-O становить 456 кДж/моль, а енергія водневої зв’язку H… O 21 кДж/моль.

Рис 4. Схема водневої зв’язок між молекулами воды Свойства води Звернімося до спільної характеристиці властивостей води, роблять її самим дивовижним речовиною на Земле.

І те, найдивовижніше, властивість води у тому, що вода належить до єдиної речовини на планеті, що у умовах температури і тиску може у трьох фазах, чи трьох агрегатних станах: в твердому (лід), рідкому і газоподібному (невидимий оку пар).

Як відомо, вода прийнята за зразок заходи — еталон всім інших речовин. Здається, за еталон для фізичних констант було б вибрати таку речовину, що поводиться самим нормальним, звичайним чином. А як раз наоборот.

Вода — саме аномальне речовина в природе.

Насамперед, вода має винятково високої теплоемкостью по порівнянню коїться з іншими рідкими і твердими тілами. Якщо теплоємність води прийнята за одиницю, то, наприклад, для спирту і гліцерину становитиме лише 0,3; для піску кам’яною солі - 0,2; для ртуті і платини — 0,03; для дерева (дуб, ялина, сосна) — 0,6; для заліза — 0,1 і т.д.

Отже, вода в озері при однаковою температури повітря і однаковому одержуваному нею сонячному теплі нагріється вп’ятеро менше, ніж суха піщана грунт навколо озера, а й у стільки ж вода буде більше зберігати отримане тепло, ніж почва.

Інша аномалія води — це надзвичайно високі прихована теплота випаровування та прихована теплота плавлення, т. е. кількість тепла, яке необхідно, щоб перетворити рідина на пару і лід в рідина (іншими словами, кількість поглощаемой чи вивільненої теплоти). Наприклад, щоб перетворити 1 р льоду в рідина, необхідно закотити близько 80 кал, в нас саме саме речовина лід — вода і частку градуси не підвищить свою температуру. Як відомо, температура який тане льоду незмінно однакова і дорівнює 0(З. У той самий час вода який тане льоду із довкілля повинна поглинати щодо величезну кількість тепла (80 кал/г).

Той самий стрибок ми бачимо під час переходу води на пару. Без підвищення температури окропу, яка незмінно (при тиску 1 атм.) буде дорівнює 100(З, сама вода повинна поглинути із довкілля майже 7 раз більше тепла, аніж за таненні льоду, саме: 539 кал.

Якщо пар перетворюється на воду чи вода перетворюється на лід, то таку ж кількість тепла в калоріях (539 і 80) виділяють із води і зігрівати середу, навколишню воду. У води ці величини надзвичайно високі. Наприклад, прихована теплота випаровування у води майже 8 разів більше, а прихована теплота плавлення в 27 разів більше, ніж в спирта.

Надзвичайним і немає несподіваною аномальною особливістю води є її температури замерзання і кипіння. Якщо проаналізувати ряд сполук водню коїться з іншими елементами, приміром, із сірої, селен, телуром, можна помітити, що є закономірність поміж їхніми молекулярними вагами і температурами замерзання і кипіння: що стоїть молекулярні маси, то вище температурні значення (табл. 2).

Залежність температури замерзання і кипіння деяких сполук водню від молекулярного веса.

| | |Температура, (З | |Сполуки водню |Молекулярний | | | |вагу | | | | |замерзання |кипіння | |H2Te |130 |-51 |-4 | |H2Se |81 |-64 |-42 | |H2S |34 |-82 |-61 | |H2O |18 |0! |+100! |.

Ще більш дивна і проінвестували щонайменше несподіване властивість води — це зміна її щільності залежно через зміну температури. Усі речовини (крім вісмуту) з підвищенням температури збільшують свій об'єм і зменшують щільність. На інтервалі від +4(З повагою та вище вода збільшує свій об'єм і зменшує щільність, як та інші речовини, але починаючи з +4(З повагою та нижче, до точки замерзання води, щільність її знову починає падати, а обсяг розширюватися, й у момент замерзання відбувається стрибок, обсяг води розширюється на 1/11 від обсягу рідкої воды.

Виключне значення такий аномалії всім досить зрозуміло. Якщо б цієї аномалії був, лід не міг би плавати, водойми промерзали б взимку до дна, було б катастрофою для що у воді. Втім, це властивість води який завжди приємно в людини — замерзання води в водогінних трубах призводить до їхнього разрыву.

Є багато інших аномалій води, наприклад, температурний коефіцієнт розширення води на інтервалі від 0 до 45(З збільшується з зростанням тиску, а й у інших тіл зазвичай навпаки. Аномальны також теплопровідність, залежність діелектричним проникності тиску, коефіцієнт самодиффузии і ще свойства.

Постає питання, що ж пояснити ці аномалии?

Шлях до пояснення, можливо, лежать у виявленні особливостей структур, утворених молекулами води що за різних агрегатних (фазових) станах, що з температурами, давлениями та інші умовами, у яких перебуває вода. На жаль, єдність поглядів це питання відсутня. Більшість сучасних дослідників дотримується думки про двухструктурной моделі води, за якою вода є суміш: 1) дірчастим льодоподібною і 2) щільно упакованої структур.

Кристали льоду ставляться до гексагональної сингонії, т. е. вони теж мають форму шестигранних призм (гексагонов). У структурі льоду кожна молекула води оточена чотирма найближчими до неї молекулами, які перебувають від нього на рівній відстані. Отже, кожна молекула води має координаційним числом.

Молекули води розташовуються отже вони торкаються одна одної різнойменними полюсами (зарядженими позитивно і негативно). У структурі льоду типу тридимита відстань між молекулами 4,5 А, а структурі типу кварцу — 4,2 А. У першому випадку це вода який тане льоду з температурою близько 0(З. У другий випадок щільніша упаковка молекул води передбачається при температурі близько +4(С.

Таємниче розширення води приблизно 10% при замерзанні пояснюється калейдоскопом щільно упакованої структури на ажурну, пухку. У структурі льоду через низького координаційної числа багато порожнин, які ба більше самих молекул води. Кожна порожнеча обмежена 6-ту молекулами води, й те водночас навколо кожної молекули води у структурі льоду є 6 центрів пустот.

При температурі близько +4(З ці порожнечі заповнюються «вільними «молекулами води та щільність її стає максимальної. При подальшому підвищенні температури знову поступово виникає дедалі пухкіша ажурна структура. Через війну зростаючого теплового руху молекул (з підвищенням температури) структура льоду поступово «розмивається », відбувається ослаблення водневих зв’язків і «розмивання «структури типу тридимита посилюється, щільність води зменшується, а обсяг її увеличивается.

Необхідно вкотре підкреслити, що внутрішню будову рідин взагалі, а води особливо, виявляється значно складнішим, ніж в твердих тіл і газів. Природа води надзвичайно складна й поки що далеко ще не розгадана. Великий дослідник структури води професор Про. Я. Самойлов пояснює процес раптового збільшення обсягів, займаного водою в останній момент замерзання чи зменшення обсягу при відтаненні льоду двома грубими прикладамианалогіями, зрозуміло, надзвичайно спрощено схематизированными. Уявімо ящик, куди складено кулі з плотнейшей упаковкою. При струшуванні ящика станеться разупорядочение, обсяг, яку він обіймав кулями, збільшиться й утворяться порожнечі. Зворотний процес ілюструється так. Нехай кожному кулі буде зроблено поглиблення й формує відповідні їм у інших кулях виступи так, щоб кожен кулю був оточений лише 4-мя кулями і виступи не входили в поглиблення. При струшуванні і входження виступів в поглиблення станеться різке і миттєве зменшення обсягів, займаного усіма кулями. Це приклад переходу льоду в воду з температур близько +4(З. У 1962 р. в Костромі доцентом М. М. Федякиным було відкрито нова різновид хімічно чиста (крім її изотопических разностей). Це правда звана аномальна («модифікована») вода, що настає з звичайній в кварцових капілярах чи кварцових платівках. У капілярах з’являються самостійні дочірні стовпчики нової аномальною води високої в’язкості, з зменшеним тиском парів, з в’язкістю і коефіцієнтом теплового розширення, у кілька разів великими, і з щільністю, на 40% більше, ніж в звичайній воды.

Поки аномальную воду можна з звичайної води при конденсації парів лише з кварці. Чиста аномальна вода представляє собою аморфно-стекловидную некристаллизующуюся масу з консистенцією вазелина.

Ця модифікована вода має високий стійкість і «поза капілярів поводиться ж, як і над ними. Вона не замерзає, залишаючись рідкої навіть при — 50(З. При тисках 60 тис. атм. і температурі в 1000(З вона з’являлася. Новий вид води не змішується зі звичайною, а утворює із нею емульсію. Модифікована вода не кристалізується, вона, подібно склу, представляє собою аморфну масу. Загадка її походження доки розкрито, і науковці в усьому світі ведуть посилені дослідження. Принаймні, пояснити походження аномальною води структурними особливостями не можна. У світі її назвали «сверхводой » .

Ф. А. Летниковым і Т. У. Кащевой було відкрито у води «пам'ять », чи, «гарт ». Бралася дуже уважно очищена перегонками вода і піддавалася нагріванню до 200, 300, 400 і 500(З при тиску 1, 88, 390 і 800 атм. Температура і тиск змінюють властивості води, це було відомо давно. Але що дивовижно — нові властивості зберігаються у води і після зняття високих температур і тисків. Наприклад, у води вчетверо підвищувалася спроможність до розчинення деяких солей.

Давно вже помічено зміна низки властивостей води при вплив її у магнітного поля. Чим сильніший останнє, то більші зміни з водою. Так, при змінах напруженості досить сильного магнітного поля концентрація водневих іонів (М+) збільшується вдвічі, а поверхове натяг води — у трьох раза.

Магнітне полі впливає на швидкість і характеру кристалізації солей, що у воді в розчиненому стані. Магнітна обробка води приводить до зменшення накипу в казанах, знижує смачиваемость водою поверхонь твердих тіл, змінює температуру кипіння, ступінь в’язкості, підвищує швидкості згущення суспензий, фільтрації, затвердіння цементу, змінює магнітну сприйнятливість. Магнітне полі істотно змінює в концентрованих розчинах теплоту гідратації (до 5%), що дуже важливо задля глибинних рассолов.

Проте магнітне полі не впливає на чисту воду, т. е. воду, в розчині якої відсутні електроліти. При омагничивании води відбувається змінено орієнтації ядерного спина (моменту кількості руху атомного ядра, тісно що з магнітним моментом) в молекулі Н2О.

Магнітна вода, як і свежеталая, також має «пам'яттю ». Її нові властивості мають «піврозпад» приблизно протягом двох діб. Талої воді, як і встановлено численними спостереженнями, властива підвищено біологічна активність, що зберігається кілька днів після танення. За даними казанських биоников нових властивостей як магнітної, і талої води пояснюються змінами, що відбуваються з ядрами водорода.

Нині у багатьох країнах організовано промислове виготовлення омагниченной води у великих количествах.

Точкою переходу рідкої фази води в тверду при тиску один атм. є температура 0(З. З підвищенням тиску точка переходу води у кригу знижується при 600 атм. до — 5(З, при 2200 атм. до — 22(З. Але потім вода починає поводитися цілком дивовижно: при 3530 атм. вона перетворюється на лід лише за -17(З, при 6380 атм. — при +0,16(З, а при 20 670 атм. лід має температуру +76(З — гарячий лід, який міг би дати ожог.

Німецький учений Р. Тамман і американський П. У. Бриджмен виявили шість різновидів льда:

I — звичайний лід, існуючий при тиску до 2200 атм., при подальшому збільшенні тиску перетворюється на II;

II — лід із зменшенням обсягу на 18%, тоне у питній воді, дуже хиткий і легко перетворюється на III;

III — також важче води та може безпосередньо бути отримано з льоду I;

IV — легше води, існує при невеликих тисках і температурі трохи нижче 0(З, хисткий і легко перетворюється на лід I;

V — може існувати при тисках від 3600 до 6300 атм., він щільніше льоду III, у разі підвищення тиску з тріском миттєво перетворюється на лід VI;

VI — щільніше льоду V, при тиску близько 21-ї 000 атм. має температуру +76(З; можна отримати безпосередньо води за нормальної температури +60(З повагою та тиску 16 500 атм.

Наведені вище тиску можуть існувати в геосферах до глибини 80 км. На думку У. І. Вернадського, різниці гарячого льоду перебувають у літосфері у сфері фізично пов’язаних вод. Приміром, міцно пов’язана вода має щільність твердого тіла (і це з звичайному тиску) 2 г/см3. Така вода замерзає лише за — 78(С.

Поведінка води у природі у різних умовах тиску, температури, електромагнітних полів, і особливо разностей електричних потенціалів і багато іншого, загадково, тим більше природна вода — не хімічно чисте речовина, вони містять в розчині багато речовини (сутнісно все елементи періодичної системи), до того ж у різних концентраціях. Ця загадковість особливо велика для великих глибин літосфери Землі, де мають місце високі тиску і температури. Але якщо взяти «чисту» води і подивитися, як змінюються її деякі властивості при відносно високих тисках і температурах, то, наприклад, для щільності матимемо таке значення, г/см3: при 100(З повагою та 100 атм., і навіть при 1000(З повагою та 10 000 атм. вона однакова і близька до 1; при 1000(З повагою та 100 атм. — 0,017; при 800(З повагою та 2500 атм. — 0,5; при 770(З повагою та 13 000 атм. — 1,7, а електропровідність такий води дорівнює електропровідності пятинормальной соляної кислоти. Для розсолів, що панують у глибинах літосфери, всі ці значення изменятся.

У 1969 р. в астрофизичному центрі при університеті у Толедо (штату Огайо, США) американські вчені А. Делсемм й О. Венджер відкрили нову сверхплотную модифікацію льоду за нормальної температури -173(З повагою та тиску близько 0,007 мм рт. ст. Цей лід мав щільність 2,32 г/см3, т. е. був близьким по щільності до деяких різновидам гнейсу (2,4 г/см3); він аморфний (не має кристалічного будівлі) і відіграє великій ролі у фізиці планет і комет.

Властивості води змінюються ж під впливом електричного поля різною частоти. У цьому інтенсивність світла воді слабшає, це було пов’язано з поглинанням його променів. Далі, приблизно 15% змінюється швидкість випаровування воды.

Взагалі, у нього дедалі більше дослідників на підставі польових і лабораторних спостережень дійшов висновку про значної ролі різниці природних електричних потенціалів для фізичних і хімічних особливостей природних вод. Навіть у приповерхностных зонах літосфери зі порівняно слабкими електричними потенціалами різницю потенціалів викликає як рух самої води, і розчинених у ній катионів і аніонів у взаємно протилежних напрямах. Деякі вчені спостерігали виникнення електричних потенціалів (та його разностей) на контакті води та льоду, і навіть на сульфідних родовищах. На великих глибинах літосфери можна очікувати більш значні разностей потенціалів між різними породами, і різними растворами.

Американський учений П. Маркс вважає, що у глибинах близько 12-ї км утворюються потужні гальванічні батареї за наявності минерализованных розчинів, металів, сірки, графіту. Різниці електричних потенціалів може бути такі великі, що буде розкладати воду на водень і кислород.

Усі, що до цього часу наголошували на різноманітті різновидів води, стосувалося чиста, без будь-яких домішок. Але хімічно чиста більше у природі й не може. Навіть штучно дистильована вода після многократной перегонки міститиме розчинені вуглекислоту, азот, кисень, соціальній та незначній їх частині речовини, у тому числі зроблено посудину, де находится.

Отже, навіть штучно отримати майже чисту воду дуже важко, хоча досвід на початку і він проведено німецьким фізиком Ф. Кольраушем. Їм отримали на абсолютно незначному обсязі, і на лічені секунди, які вдалося визначити її електропровідність, абсолютно чиста вода.

Будь-яка вода у природі, включаючи сніг, на кригу й дощ, є розчином різних речовин, у формі іонів нейтральних молекул, малих акціонерів та великих суспензій, живих істот (від бактерій до великих тварин) і продуктів їх життєдіяльності. Якщо казати про що у воді речовинах, то, наприклад, акад. У. І. Вернадський, рассматривавший воду як мінерал, виділив 485 видів мінералів групи води (гідридів), зробивши у своїй обмовку, що їм описана лише менша частина видів води та що загальне їхнє кількість, мабуть, перевищить 1500. Зрозуміло, така класифікація неприйнятна, для практичних цілей, неї згадується лише ілюстрації різноманіття хімічного складу природних вод, розглядаючи воду як розчинник і минерал.

Природну воду можна класифікувати за такими ознаками: температурі, хімічним складом розчинених компонентів, місцезнаходженню, цільового використання, походженню, динаміці циркуляції, фазовому стану, віднайденню у тому чи іншого геосфері і з багатьох інших властивостями і признакам.

1. У природі зустрічаються води не більше температур від майже абсолютного нуля (т. е. близько — 273(З) до приблизно 2000(З. Навіть якби звичайному тиску вода, залишаючись рідиною, може переохолоджуватися до — 70(З повагою та перегріватись, не переходячи у пар, до +120(З, але на дуже короткий срок.

2. Будь-яка природна вода є розчином газів і мінеральних речовин, а зовнішніх оболонок Землі (не глибше 3 — 5 км) й місцем проживання живих організмів. Гази і тверді речовини може бути растворены в воді від незначних кількостей до можливих меж розчинності розв’язання тих чи інших речовин. Залежно від температури і тиску у питній воді розчиняється всі у ній можуть утримуватися в розчині все елементи періодичної системи, які у природі, навіть метали і ті дуже труднорастворимые сполуки кремнію, як скло, кварц тощо. п.

3. Усі природні води за хімічним складом речовин, що у розчині, найзручніше ділити втричі класу по переважному в розчині аниону: а) хлоридные (найпоширеніший клас), б) гидрокарбонатные й у) сульфатные.

Кожен клас у своє чергу ділиться по переважному катиону на чотири групи: натрієві, кальцієві, магнієві і калієві. Отже, маємо 12 великих різновидів воды.

По переважному в розчині газу води діляться на азотні, сірководневі, метанові, вуглекислі, кисневі і другие.

4. Вода може бути як і вільному, і у пов’язаному стані. Вільні води можуть виливатися і пересуватися під впливом сили тяжкості (гравітації). Вони і називаються «гравитационные».

Однак воду у вигляді H2О чи його изотопических різновидів, в тому числі формі гидроксила ВІН, гидрооксония Н3О та інших може входити до складу мінералів як фізично чи хімічно пов’язана, іноді у значних кількостях. Так було в фізично пов’язаному стані вода присутній в мінералах, як гидробазалюминит Аl4[(ОН)10 SO4)]3(36Н20 — 60 вагу. %, мирабилит Nа2SO4(10H20 — 56 вагу. %, бура Nа2В4O7(10Н2О — 47 вагу. %; в хімічно пов’язаному (як гидроксила OH) — в гидраргиллите Аl[OH]3(10H2O — 65 вагу. %, в тремолите Cа2Мg5[SiO4O11]12([ОН]2 — 42 вагу. %, в турмалине (Nа, Cа) Mg, Аl)6([В3Аl3Si6]x (O, OH)30 — 31 вагу. %.

5. По цільовим призначенням води може бути підрозділені на мінеральні (лікувальні), питні, хозяйственно-технические, термальні (для енергетичних, лікувальних і обігрівальних целей).

Усі перелічені води можна використовувати у видобуток мінеральних речовин (наприклад, йод-бромные, калійні тощо. буд.), як шляхів повідомлення (водойми, водотоки), щоб одержати електроенергії для поливів (іригації), для лікувальних (душею, прісних ванн, купання природних умовах) і багатьох інших целей.

Але води можуть і «шкідливими «- отруйними, заливающими підземні вироблення, що викликають лавини, сіли, сейши, наводнения.

6. За походженням розрізняють води первинні і вторинні. Перші виникають дома, наприклад, навіть за горінні свічки (СН4+2O2 = 2Н2О + С02), а другі - внаслідок круговоротів воды.

7. По динаміці циркуляції води може бути вільно плинними (наприклад, річки), просачивающимися через породи з більшою або меншою швидкістю тощо. буд. Ніякі води неможливо знайти в геологічному розрізі часу статичними (мертвими запасами), неподвижными.

8. По фазовому (агрегатному) стану води ділять на тверді (сніжинки, дрібні ширяючі повітря голки, лід), рідкі (ширяючі дрібні крапельки туману і хмар, злиті рідкі маси морях, ре і т. буд.) і газоподібні (невидимий оку пар повітря, в підземних газах), проникаючі на малі пори і тріщинки твердих тіл, та інші фазові состояния.

Серебряная й розтала вода Срібна вода застосовувалася у стані глибокої давнини. Принаймні ще 2,5 тис. років тому я перський цар Кір під час походів користувався водою, сохраняемой в срібних посудинах. У Індії знешкоджували воду, занурюючи у неї розпечене срібло. Справді, досвід тисячоліть показав, що вода, протягом певного часу яка була в срібному посудині, перелитая потім у сулія і та що зберігалася протягом року, не псувалася. Наукові дослідження срібної води були вперше поставлено у Швейцарії ботаніком Негели наприкінці ХIХ в. У ХХ в. у багатьох країнах, провели багато робіт з вивченню ефективних способів отримання й застосування срібної води найбільш різноманітних цілей. Нині у різних країнах виготовляються фабричні ионаторы щоб одержати великих кількостей срібної води різних концентрацій. Іони срібла мають виявляє антимікробну дією. Срібна вода успішно застосовувалася для знезараження питних вод. При польоті космонавта У. Биковського використовувалася для пиття срібна вода. Електролітичний розчин срібла може застосовуватися для консервування молока, вершкового олії, меланжу, маргарину, підвищення стійкості деяких мікстур, для прискорення процесів старіння вин і поліпшення смакових якостей. Срібна вода служить ефективним лікувальним засобом при запальних і гнійних процесах, викликаних бактеріальним зараженням, і навіть під час лікування шлунково-кишкових захворювань, виразковій хворобі, запальних процесів носоглотки, очей, опіків тощо. буд. Срібна вода застосовується також ветеринарії для профілактичних і лікувальною метою. Так само цікаво впливом геть живий організм талої води. Її активне біологічне вплив було вперше виявлено в Арктиці, коли за таненні льоду зазначалося інтенсивна розбудова планктону. Вода який тане льоду (й, звісно снігу) збільшує в 1,5−2 разу врожайність сільськогосподарських культур, приріст молодняку, надає омолоджуюче дію на організм як тварин, і людини. У таль воді зберігаються осередки крижаних структур. Це свого роду «пам'ять «води, яку було вже розказано вище. Річ у тім, що крижана структура води пухкіша й у порожнечі крижаної грати ідеально вкладаються биомолекулы і їх ушкодження, зі збереженням потенційних життєвих функцій. Цікаво, що заморожені до викопний тритон (углозуб), пролежав в мерзлоті на глибині 14 м близько мільйони, ожив. Передбачається, що старіння організму зводиться значною мірою наростаючому дефіциту «крижаної» структури біомолекул, разрушающейся впливом менш структурованої води. При вживанні свіжої талої води осередки льодоподібною структури розміром 20А вільно проходять через стінки травлення і може вступати у різні органи людини, виробляючи оздоровлююче і омолоджуюче вплив все організм. У той самий час встановлено, що якщо розтопити сніг і вскипят отриману потім із нього талу воду, вона втрачає стимулюючий действие.

Заключение

.

«Що таке вода?» — питання далеко ще не простий. Усі, що було розказано про неї цій роботі далеко не вичерпаний відповіддю цей питання, тоді як у часто дати ясний нього що і зовсім можна. Наприклад, поки залишається відкритим питання структурі води, причинах численних аномалій води та, мабуть, ще щодо багатьох властивості і різновидах води, ми навіть підозрюємо. Однозначно можна сказати лише те, що вода — найунікальніше речовина землі. Нагадаємо слова нашого геніального співвітчизника акад. У. І. Вернадського у тому, про «слід чекати особливий винятковий характер фізико-хімічних властивостей води серед усіх інших сполук, який позначається їхньому становище у світобудові і структурі світобудови » .

1. Дерпгольц У. Ф. Вода у Всесвіті. — Л.: «Надра », 1971.

2. Хрестів Р. А. Від кристала до розчину. — Л.: Хімія, 1977.

3. Хомченко Г. П. Хімія для що у вузи. — М., 1995 г.

———————————;

[pic].

[pic].

[pic].

[pic].