Вода это вещество или тело?

Заканчиваем цикл статей, посвященных соединениям и элементам, сыгравшим основную роль в создании жизни на Земле. После воздуха, кислорода, углерода, водорода и азота нельзя не рассказать о воде.

Вода — неорганическое соединение, оксид водорода или гидрид кислорода. Вода составляет всего 0,05% массы планеты, но покрывает, в виде жидкости и льда, более 70% ее поверхности.

Кроме обычной воды, существует такая же внешне, но отличная по свойствам тяжелая вода, с дейтерием в молекуле, и сверхтяжелая вода с изотопом тритием. Тяжелая вода плохо растворяет соли, скорость химических реакций в ней другая. Она не поддерживает биологические процессы в живых клетках и не утоляет жажду. Ее еще называют «мертвой водой». Она востребована в атомной энергетике.

Прозрачная жидкость, без цвета (в тонком слое), без запаха и вкуса. По своим физическим свойствам представляет собой аномальное вещество. В нормальных условиях вода жидкая, а похожие по составу водородные соединения (метан, фтороводород, сероводород) — газы. Если сравнить воду с гидридами серы, теллура и селена, относящимися к той же группе таблицы Менделеева, что и кислород, то выясняется, что кипит и замерзает вода «неправильно». По правилам, она должна была бы кипеть при -80 °С, а замерзать при -100 °С, а не кипеть при +100 и замерзать при 0 °С.

Вода — единственное вещество, существующее в естественных условиях в жидком, твердом и газообразном состоянии. Превращение воды в твердое вещество сопровождается уменьшением плотности.

Вода — очень сильный растворитель. Пропускает УФ-излучение, поглощает инфракрасное и микроволновое излучение. Чистая вода не пропускает электрический ток, но так как в «обычной» воде всегда растворены какие-то вещества, то, на практике, вода хорошо пропускает электричество. На этом свойстве основан принцип действия ионометров, определяющих чистоту воды по ее электропроводности.

Аномальные свойства воды ученые объясняют ее сложным изотопным составом и водородными связями между молекулами. У водорода имеется 5 изотопов, у кислорода — шесть. Всего возможно 23 комбинации изотопного состава воды, из них в природной воде найдены 9.

Вода относится к химически активным веществам, проявляющим окислительные и восстановительные свойства. В реакциях с активными газами, такими как фтор и хлор, вода проявляет восстановительные свойства, образуя кислоты. В реакциях с активными металлами, кальцием, литием и т.п. выступает в качестве окислителя, образуя гидроксид кальция, лития и прочие. При определенных условиях (повышение температуры, использование катализатора и т. д.) вступает в реакции с угарным газом, углем, метаном, фторидами, оксидами металлов и неметаллов, с железом и магнием, солями слабых кислот и со многими другими веществами, включая органические вещества, такие как амиды, эфиры карбоновых кислот, ацетилен и др. Образует кристаллогидраты многих солей.

Важнейшее свойство воды — ее возможность распадаться на ионы. Ионы воды, присоединяясь к молекулам погруженного в воду вещества, ослабляют связи между его молекулами, способствуя его растворению.

Урок 28. Химические свойства воды

› Химия 8 класс

В уроке 28 «Химические свойства воды» из курса «Химия для чайников» узнаем о взаимодействии воды с различными веществами.

При обычных условиях вода является достаточно активным веществом по отношению к другим веществам. Это означает, что со многими из них она вступает в химические реакции.

Взаимодействие с оксидами неметаллов

Если струю газообразного оксида углерода(IV) CO2 (углекислого газа) направить в воду, то часть его растворится в ней (рис. 109).

При этом в растворе протекает химическая реакция соединения, в результате которой образуется новое вещество — угольная кислота H2CO3:

На заметку: Собирая углекислый газ над водой, Дж. Пристли обнаружил, что часть газа растворяется в воде и придает ей приятный терпкий вкус. По сути дела, Пристли впервые получил напиток типа газированной, или содовой, воды.

Реакция соединения происходит также, если к воде прибавить твердый оксид фосфора(V) P2O5. При этом протекает химическая реакция с образованием фосфорной кислоты H3PO4 (рис. 110):

Испытаем растворы, полученные при взаимодействии CO2 и P2O5 с водой, индикатором метиловым оранжевым. Для этого прибавим по 1—2 капли раствора индикатора к полученным растворам. Цвет индикатора изменится с оранжевого на красный, что говорит о присутствии кислот в растворах. Значит, при взаимодействии CO2 и P2O5 с водой действительно образовались кислоты H2CO3 и H3PO4.

Оксиды, подобные CO2 и P2O5, которые при взаимодействии с водой образуют кислоты, относят к кислотным оксидам.

Кислотные оксиды — это оксиды, которым соответствуют кислоты.

Некоторые из кислотных оксидов и соответствующих им кислот приведены в таблице 11. Обратите внимание, что это оксиды элементов неметаллов. Как правило, оксиды неметаллов являются кислотными оксидами.

Взаимодействие с оксидами металлов

С оксидами металлов вода реагирует иначе, чем с оксидами неметаллов.

Исследуем взаимодействие оксида кальция CaO с водой. Для этого поместим в стакан с водой небольшое количество CaO и тщательно перемешаем. При этом протекает химическая реакция:

в результате которой образуется новое вещество Ca(OH)2, относящееся к классу оснований. Таким же образом реагируют с водой оксиды лития, натрия. При этом также образуются основания, например:

Подробнее с основаниями вы познакомитесь в следующем уроке. Оксиды металлов, которым соответствуют основания, называют основными оксидами.

Основные оксиды — это оксиды, которым соответствуют основания.

В таблице 12 приведены формулы некоторых основных оксидов и соответствующих им оснований. Заметьте, что, в отличие от кислотных оксидов, в состав основных оксидов входят атомы металлов. Большинство оксидов металлов — это основные оксиды.

Несмотря на то что каждому основному оксиду соответствует основание, не все основные оксиды взаимодействуют с водой, подобно CaO, образуя основания.

Взаимодействие с металлами

При обычных условиях активные металлы (K, Na, Ca, Ba и др.) бурно реагируют с водой:

В этих реакциях выделяется водород и образуются растворимые в воде основания.

Как химически активное вещество вода вступает в реакции со многими другими веществами, но об этом вы узнаете при дальнейшем изучении химии.

Краткие выводы урока:

  1. Вода — химически активное вещество. Она вступает в реакции с кислотными и основными оксидами, активными металлами.
  2. При взаимодействии воды с большинством кислотных оксидов образуются соответствующие кислоты.
  3. Некоторые основные оксиды при реакции с водой образуют растворимые основания.
  4. При обычных условиях вода реагирует с наиболее активными металлами. При этом образуются растворимые основания и водород.

Вода

У этого термина существуют и другие значения, см. Вода (значения).

Вода
Общие
Систематическое наименование Оксид водорода
Вода
Традиционные названия вода
Химическая формула Н2O
Физические свойства
Состояние (ст. усл.) жидкость
Молярная масса 18,01528 г/моль
Плотность 0,9982 г/см³
Динамическая вязкость (ст. усл.) 0,00101 Па·с
(при 20 °C)
Кинематическая вязкость (ст. усл.) 0,01012 см²/с
(при 20 °C)
Скорость звука в веществе 1348 м/с (дистиллированная вода) м/с
Термические свойства
Температура плавления 0 °C
Температура кипения 99,974 °C
Тройная точка 0,01 °C, 611,73 Па
Критическая точка 374 °C, 22,064 МПа
Молярная теплоёмкость (ст. усл.) 75,37 Дж/(моль·К)
Теплопроводность (ст. усл.) 0,56 Вт/(м·K)
Безопасность
Токсичность

71 % поверхности Земли покрывает вода

Вода́ (оксид водорода) — химическое вещество в виде прозрачной жидкости, не имеющей цвета (в малом объёме), запаха и вкуса (при стандартных условиях). Химическая формула: Н2O. В твёрдом состоянии называется льдом, снегом или инеем, а в газообразном — водяным паром. Около 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озёра, реки, льды).

Является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы).

Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды. Является важнейшим веществом для всех живых существ на планете Земля.

Виды воды

Вода на Земле может существовать в трёх основных состояниях — жидком, газообразном и твёрдом и приобретать различные формы, которые могут одновременно соседствовать друг с другом: водяной пар и облака в небе, морская вода и айсберги, ледники и реки на поверхности земли, водоносные слои в земле. Вода способна растворять в себе множество органических и неорганических веществ. Из-за важности воды, «как источника жизни», её нередко подразделяют на типы по различным принципам.

По особенностям происхождения, состава или применения, выделяют, в числе прочего:

  • Мягкая вода и жёсткая вода — по содержанию катионов кальция и магния
  • По изотопам молекулы:
    • Лёгкая вода (по составу почти соответствует обычной)
    • Тяжёлая вода (дейтериевая)
    • Сверхтяжёлая вода (тритиевая)
  • Пресная вода
  • Дождевая вода
  • Морская вода
  • Подземные воды
  • Минеральная вода
  • Солоноватая вода (en:Brackish water)
  • Питьевая вода, Водопроводная вода
  • Дистиллированная вода и деионизированная вода
  • Сточные воды
  • Ливневая вода или поверхностные воды
  • Апирогенная вода
  • Мёртвая вода и Живая вода — виды воды из сказок (со сказочными свойствами)
  • Лёд-девять (вымышленный материал)
  • Святая вода — особый вид воды согласно религиозным учениям
  • Поливода
  • Структурированная вода — термин, применяемый в различных неакадемических теориях.
  • Талая вода

Химические названия воды

С формальной точки зрения вода имеет несколько различных корректных химических названий:

  • Оксид водорода
  • Гидроксид водорода
  • Монооксид дигидрогена
  • Гидроксильная кислота
  • Оксидан
  • Дигидромонооксид

Свойства

Физические свойства

Вода в нормальных атмосферных условиях сохраняет жидкое агрегатное состояние, тогда как аналогичные водородные соединения являются газами. Это объясняется особыми характеристиками слагающих молекулы атомов и присутствием связей между ними. Атомы водорода присоединены к атому кислорода, образуя угол 104,45°, и эта конфигурация строго сохраняется. Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По этой причине молекула воды является активным диполем, где кислородная сторона отрицательна, а водородная положительна. В результате молекулы воды притягиваются своими противоположными полюсами, и образуют полярные связи, на разрыв которых требуется много энергии. В составе каждой молекулы Ион водорода (протон) не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, в результате чего он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома кислорода соседней молекулы, образуя водородную связь с другой молекулой. Каждая молекула связана с четырьмя другими посредством водородных связей — две из них образует атом кислорода и две атомы водорода. Комбинация этих связей между молекулами воды — полярной и водородной и определяет очень высокую температуру её кипения и удельную теплоты парообразования. В результате этих связей в водной среде возникает давление в 15-20 тыс. атмосфер, которое и объясняет причину трудносжимаемости воды, так при увеличении атмосферного давления на 1 бар, вода сжимается на 0,00005 доли её начального объёма.

Структуры воды и льда между собой очень похожи. В воде, как и во льду, молекулы стараются расположиться в определённом порядке — образовать структуру, однако тепловое движение этому препятствует. При температуре перехода в твёрдое состояние тепловое движение молекул более не препятствует образованию структуры, и молекулы воды упорядочиваются, в процессе этого объёмы пустот между молекулами увеличиваются и общая плотность воды падает, что и объясняет причину меньшей плотности воды в фазе льда. При испарении, напротив, рвутся все связи. Разрыв связей требует много энергии, отчего у воды самая большая удельная теплоёмкость среди прочих жидкостей и твёрдых веществ. Для того чтобы нагреть один литр воды на один градус, требуется затратить 4,1868 кДж энергии. Благодаря этому свойству вода нередко используется как теплоноситель. Однако удельная теплоёмкость воды, в отличие от других веществ непостоянна: при нагреве от 0 до 35 градусов Цельсия её удельная теплоёмкость падает, в то время как у других веществ она постоянна при изменении температуры. Помимо большой удельной теплоёмкости, вода также имеет большие значения удельной теплоты плавления (0 °C и 333,55 кДж/кг) и парообразования (2250 кДж/кг).

Вода обладает также высоким поверхностным натяжением среди жидкостей, уступая в этом только ртути. Относительно высокая вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.

По сходным причинам вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные — атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.

Это свойство воды используется живыми существами. В живой клетке и в межклеточном пространстве вступают во взаимодействие растворы различных веществ в воде. Вода необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле.

Вода обладает отрицательным электрическим потенциалом поверхности.

Капля, ударяющаяся о поверхность воды

Чистая вода — хороший изолятор. При нормальных условиях вода слабо диссоциирована и концентрация протонов (точнее, ионов гидроксония H3O+) и гидроксильных ионов HO− составляет 0,1 мкмоль/л. Но поскольку вода — хороший растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные соли, то есть в воде присутствуют положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество. По электропроводности воды можно определить её чистоту.

Вода имеет показатель преломления n=1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60 % парникового эффекта. Благодаря большому дипольному моменту молекул, вода также поглощает микроволновое излучение, на чём основан принцип действия микроволновой печи.

Агрегатные состояния

Фазовая диаграмма воды: по вертикальной оси — давление в Па, по горизонтальной — температура в Кельвинах. Отмечены критическая (647,3 K; 22,1 МПа) и тройная (273,16 K; 610 Па) точки. Римскими цифрами отмечены различные структурные модификации льда Основные статьи: Водяной пар, Лёд, Фазовая диаграмма воды

По состоянию различают:

  • Твёрдое — лёд
  • Жидкое — вода
  • Газообразное — водяной пар

Типы снежинок.

При нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст., 101 325 Па) вода переходит в твердое состояние при температуре в 0 °C и кипит (превращается в водяной пар) при температуре 100 °C (температура 0 °C и 100 °C были специально выбраны как температура таяния льда и кипения воды при создании температурной шкалы «по Цельсию» в системе СИ). При снижении давления температура таяния (плавления) льда медленно растёт, а температура кипения воды — падает. При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01 °C. Такое давление и температура называются тройной точкой воды. При более низком давлении вода не может находиться в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар. Температура возгонки (сублимации) льда падает со снижением давления. При высоком давлении существуют модификации льда с температурами плавления выше комнатной.

С ростом давления температура кипения воды растёт:

Давление, атм. Ткип, гр. Цельсия
0,987 (105 Па – нормальные условия) +99.63°
1 +100°
2 +120°
6 +158°
218,5 +374,1°

При росте давления плотность водяного пара в точке кипения тоже растёт, а жидкой воды — падает. При температуре 374 °C (647 K) и давлении 22,064 МПа (218 атм) вода проходит критическую точку. В этой точке плотность и другие свойства жидкой и газообразной воды совпадают. При более высоком давлении нет разницы между жидкой водой и водяным паром, следовательно, нет и кипения или испарения.

Так же возможны метастабильные состояния — пересыщенный пар, перегретая жидкость, переохлаждённая жидкость. Эти состояния могут существовать длительное время, однако они неустойчивы и при соприкосновении с более устойчивой фазой происходит переход. Например, нетрудно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0 °C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд.

Чистая вода способна как переохлаждаться не замерзая до температуры −33 °C, так и быть перегрета до +200 °C. За это её свойство она получила применение в промышленности (например в паровых турбинах).

Существует тип воды, которая имеет плотность на 40 % выше нормальной и закипает при температуре +300°С. Эта разновидность воды была открыта советским учёным Б. В. Дерягиным на поверхности кристаллов кварца.

Изотопные модификации воды

Основная статья: Изотопный состав воды

И кислород, и водород имеют природные и искусственные изотопы. В зависимости от типа изотопов водорода, входящих в молекулу, выделяют следующие виды воды:

  • Лёгкая вода (основная составляющая привычной людям воды) .
  • Тяжёлая вода (дейтериевая) .
  • Сверхтяжёлая вода (тритиевая) .
  • тритий-дейтериевая вода
  • тритий-протиевая вода
  • дейтерий-протиевая вода

Последние три вида возможны, так как молекула воды содержит два атома водорода. Протий — самый легкий изотоп водорода, дейтерий имеет атомную массу 2,0141017778 а.е.м., тритий — самый тяжелый, атомная масса 3,0160492777 а.е.м.

По стабильным изотопам кислорода 16O, 17O и 18O существуют три разновидности молекул воды. Таким образом, по изотопному составу существуют 18 различных молекул воды. В действительности любая вода содержит все разновидности молекул.

Химические свойства

Вода является наиболее распространённым растворителем на планете Земля, во многом определяющим характер земной химии, как науки. Большая часть химии, при её зарождении как науки, начиналась именно как химия водных растворов веществ. Её иногда рассматривают, как амфолит — и кислоту и основание одновременно (катион H+ анион OH−). В отсутствие посторонних веществ в воде одинакова концентрация гидроксид-ионов и ионов водорода (или ионов гидроксония), pKa ≈ 16.

Вода химически довольно активное вещество. Сильно полярные молекулы воды сольватируют ионы и молекулы, образуют гидраты и кристаллогидраты. Сольволиз, и в частности гидролиз, происходит в живой и неживой природе, и широко используется в химической промышленности.

Вода реагирует при комнатной температуре:

  • с активными металлами (натрий, калий, кальций, барий и др.)
  • с фтором и межгалоидными соединениями

при низких температурах

  • с солями, образованными слабой кислотой и слабым основанием, вызывая их полный гидролиз
  • с ангидридами и галогенангидридами карбоновых и неорганических кислот
  • с активными металлорганическими соединениями (диэтилцинк, реактивы Гриньяра, метилнатрий и т. д.)
  • с карбидами, нитридами, фосфидами, силицидами, гидридами активных металлов (кальция, натрия, лития и др.)
  • со многими солями, образуя гидраты
  • с боранами, силанами
  • с кетенами, недоокисью углерода
  • с фторидами благородных газов

Вода реагирует при нагревании:

  • с железом, магнием
  • с углем, метаном
  • с некоторыми алкилгалогенидами

Вода реагирует в присутствии катализатора:

  • с амидами, эфирами карбоновых кислот
  • с ацетиленом и другими алкинами
  • с алкенами
  • с нитрилами

Вода в природе

См. также: Роль воды в клетке

В атмосфере нашей планеты вода находится в виде капель малого размера, в облаках и тумане, а также в виде пара. При конденсации выводится из атмосферы в виде атмосферных осадков (дождь, снег, град, роса). В совокупности жидкая водная оболочка Земли называется гидросферой, а твёрдая криосферой. Вода является важнейшим веществом всех живых организмов на Земле. Предположительно, зарождение жизни на Земле произошло в водной среде.

Атмосферные осадки

Основная статья: Атмосферные осадки

Вода за пределами Земли

Основная статья: Внеземная вода

Вода чрезвычайно распространённое вещество в космосе, однако из-за высокого внутрижидкостного давления вода не может существовать в жидком состоянии в условиях вакуума космоса, отчего она представлена только в виде пара или льда.

Одним из наиболее важных вопросов, связанных с освоением космоса человеком и возможности возникновения жизни на других планетах, является вопрос о наличии воды за пределами Земли в достаточно большой концентрации. Известно, что некоторые кометы более, чем на 50 % состоят из водяного льда. Не стоит, впрочем, забывать, что не любая водная среда пригодна для жизни — в частности, аккумуляторная батарея содержит 25 % раствор серной кислоты в воде (но жизнь в нем, очевидно, маловероятна, тем более, её возникновение).

В результате бомбардировки лунного кратера, проведённого 9 октября 2009 года НАСА с использованием космического аппарата LCROSS, впервые были получены достоверные свидетельства наличия на спутнике Земли водяного льда в больших объёмах.

Вода широко распространена в Солнечной системе, она есть почти везде, даже в атмосфере Венеры присутствует небольшое количество водяного пара. Наличие воды (в основном в виде льда) подтверждено на многих спутниках Юпитера и Сатурна: Энцеладе, Тефии, Европе, Ганимеде и др. Вода присутствует в составе всех комет и многих астероидов. Учёными предполагается, что многие транснептуновые объекты имеют в своём составе воду.

Жидкая вода, предположительно, имеется под поверхностью некоторых спутников планет, наиболее вероятно, на Европе — спутнике Юпитера.

Исследования воды

Гидрология

Основная статья: Гидрология

Гидроло́гия — наука, изучающая природные воды, их взаимодействие с атмосферой и литосферой, а также явления и процессы, в них протекающие (испарение, замерзание и т. п.).

Предметом изучения гидрологии являются все виды вод гидросферы в океанах, морях, реках, озёрах, водохранилищах, болотах, почвенных и подземных вод.

Гидрология исследует круговорот воды в природе, влияние на него деятельности человека и управление режимом водных объектов и водным режимом отдельных территорий; проводит анализ гидрологических элементов для отдельных территорий и Земли в целом; даёт оценку и прогноз состояния и рационального использования водных ресурсов; пользуется методами, применяемыми в географии, физике и других науках. Данные гидрологии моря используются при плавании и ведении боевых действий надводными кораблями и подводными лодками.

Гидрология подразделяется на океанологию, гидрологию суши и гидрогеологию.

Океанология подразделяется на биологию океана, химию океана, геологию океана, физическую океанологию, и взаимодействие океана и атмосферы.

Гидрология суши подразделяется на гидрологию рек (речную гидрологию, потамологию), озероведение (лимнологию), болотоведение, гляциологию.

Гидрогеология

Основная статья: Гидрогеология

Гидрогеоло́гия (от др.-греч. ὕδωρ «водность» + геология) — наука, изучающая происхождение, условия залегания, состав и закономерности движений подземных вод. Также изучается взаимодействие подземных вод с горными породами, поверхностными водами и атмосферой. В сферу этой науки входят такие вопросы, как динамика подземных вод, гидрогеохимия, поиск и разведка подземных вод, а также мелиоративная и региональная гидрогеология. Гидрогеология тесно связана с гидрологией и геологией, в том числе и с инженерной геологией, метеорологией, геохимией, геофизикой и другими науками о Земле. Она опирается на данные математики, физики, химии и широко использует их методы исследования. Данные гидрогеологии используются, в частности, для решения вопросов водоснабжения, мелиорации и эксплуатации месторождений.

Биологическая роль

Основная статья: Роль воды в клетке

Вода играет уникальную роль как вещество, определяющее возможность существования и саму жизнь всех существ на Земле. Она выполняет роль универсального растворителя, в котором происходят основные биохимические процессы живых организмов. Уникальность воды состоит в том, что она достаточно хорошо растворяет как органические, так и неорганические вещества, обеспечивая высокую скорость протекания химических реакций и в то же время — достаточную сложность образующихся комплексных соединений.

Благодаря водородной связи, вода остаётся жидкой в широком диапазоне температур, причём именно в том, который широко представлен на планете Земля в настоящее время.

Поскольку у льда плотность меньше, чем у жидкой воды, вода в водоемах замерзает сверху, а не снизу. Образовавшийся слой льда препятствует дальнейшему промерзанию водоема, это позволяет его обитателям выжить.

Применение

Земледелие

Выращивание достаточного количества сельскохозяйственных культур на открытых засушливых землях требует значительных расходов воды на ирригацию, доходящих до 90 % в некоторых странах.

Питьё и приготовление пищи

Живое человеческое тело содержит от 55 % до 78 % воды, в зависимости от веса и возраста. Потеря организмом человека более 10 % воды может привести к смерти. Для нормального функционирования организма человеку нужно усвоить около 3 литров воды за день в зависимости от температуры и влажности окружающей среды, физической активности и т. д.

Растворитель

Вода является растворителем для многих веществ. Она используется для очистки как самого человека, так и различных объектов человеческой деятельности. Вода используется как растворитель в промышленности.

Теплоноситель

Схема работы атомной электростанции на двухконтурном водо-водяном энергетическом реакторе (ВВЭР)

Среди существующих в природе жидкостей вода обладает наибольшей теплоёмкостью. Теплота её испарения выше теплоты испарения любых других жидкостей, а теплота кристаллизации уступает лишь аммиаку. В качестве теплоносителя воду используют в тепловых сетях, для передачи тепла по теплотрассам от производителей тепла к потребителям. Воду в качестве льда используют для охлаждения в системах общественного питания, в медицине. Большинство атомных электростанций используют воду в качестве теплоносителя.

Замедлитель

Во многих ядерных реакторах вода используется не только в качестве теплоносителя, но и замедлителя нейтронов для эффективного протекания цепной ядерной реакции. Также существуют тяжеловодные реакторы, в которых в качестве замедлителя используется тяжёлая вода.

Пожаротушение

В пожаротушении вода зачастую используется не только как охлаждающая жидкость, но и для изоляции огня от воздуха в составе пены.

Спорт

Многими видами спорта занимаются на водных поверхностях, на льду, на снегу и даже под водой. Это подводное плавание, хоккей, лодочные виды спорта, биатлон и др.

Инструмент

Вода используется как инструмент для разрыхления, раскалывания и даже резки пород и материалов. Она используется в добывающей промышленности, горном деле и в производстве. Достаточно распространены установки по резке водой различных материалов: от резины до стали. Вода, выходящая под давлением несколько тысяч атмосфер способна разрезать стальную пластину толщиной несколько миллиметров, или более при добавлении абразивных частиц.

Смазка

Вода применяется как смазочный материал для смазки подшипников из древесины, пластиков, текстолита, подшипников с резиновыми обкладками и др. Воду также используют в эмульсионных смазках.

Интересные факты

  • В среднем в организме растений и животных содержится более 50 % воды.
  • В составе мантии Земли воды содержится в 10-12 раз больше, чем количество воды в Мировом океане.
  • При средней глубине в 3,6 км Мировой океан покрывает около 71 % поверхности планеты и содержит 97,6 % известных мировых запасов свободной воды.
  • Если бы на Земле не было впадин и выпуклостей, вода покрыла бы всю Землю слоем толщиной 3 км.
  • Если бы все ледники растаяли, то уровень воды в земных океанах поднялся бы на 64 м и около 1/8 поверхности суши было бы затоплено водой.
  • Морская вода при обычной её солёности 35 ‰ замерзает при температуре −1,91 °C.
  • Иногда вода замерзает при положительной температуре.
  • При определённых условиях (внутри нанотрубок) молекулы воды образуют новое состояние, при котором они сохраняют способность течь даже при температурах, близких к абсолютному нулю.
  • Вода отражает 5 % солнечных лучей, в то время как снег — около 85 %. Под лёд океана проникает только 2 % солнечного света.
  • Синий цвет чистой океанской воды объясняется избирательным поглощением и рассеянием света в воде.
  • С помощью капель воды из кранов можно создать напряжение до 10 киловольт, опыт называется «Капельница Кельвина».
  • Существует следующая поговорка с использованием формулы воды — H2O: «Сапоги мои того — пропускают H2O». Вместо сапог в поговорке может участвовать и другая дырявая обувь.
  • Вода — это одно из немногих веществ в природе, которые расширяются при переходе из жидкой фазы в твёрдую (кроме воды, таким свойством обладают висмут, галлий, германий и некоторые соединения и смеси).
  • Вода и водяной пар горят в атмосфере фтора фиолетовым пламенем. Смеси водяного пара со фтором в пределах взрывчатых концентраций взрывоопасны. В результате этой реакции образуются фтороводород и элементарный кислород.

См. также

Вода в Викисловаре

Вода в Викицитатнике

Вода в Викитеке

Вода на Викискладе

  • Активность воды
  • Всемирный день водных ресурсов
  • Влажность
  • Загрязнение океанов
  • Загрязнение пресных вод
  • Прозрачность воды
  • Поверхность воды
  • Очистка сточных вод
  • Орошение
  • Дигидрогена монооксид
  • Роль воды в клетке
  • Кулер
  • Стихия (алхимия)
  • Фазовая диаграмма воды
  • Водный мостик (физика)
  • «Сухая» вода

Примечания

  1. англ. International Union of Pure and Applied Chemistry. Nomenclature of Inorganic Chemistry. IUPAC RECOMMENDATIONS 2005. RSC Publishing, 2005. — p. 306.
  2. 1 2 3 4 5 6 А. К. Ларионов. Занимательная гидрогеология. — Москва: Недра, 1979. — С. 5-12. — 157 с.
  3. Свойства воды. Физические свойства воды
  4. Основные физические свойства воды, водяного пара, льда, снега
  5. Коэффициенты поверхностного натяжения жидкостей
  6. Surface tension (англ.)
  7. Молекулярные преобразователи энергии в живой клетке (Тихонов А.Н. , 1997)
  8. П. И. Воскресенский Техника лабораторных работ. 9-е изд. Л.: «Химия», 1970. С. 696—697
  9. Вода на луне: но откуда?
  10. Воскресенский В. А., Дьяков В. И. Глава 2. Смазочные вещества и их физико-химические свойства // Расчет и проектирование опор скольжения (жидкостная смазка): Справочник. — М.: Машиностроение, 1980. — С. 15. — (Библиотека конструктора). — ISBN ББК 34.42, УДК 621.81.001.2 (031)
  11. Наука и техника. Книги. Загадки простой воды.
  12. Состав и природа минтии Земли
  13. Биосфера Земли
  14. Загадки простой воды
  15. Дайвинг: статьи, каталог снаряжения, обучение, магазины, клубы и центры
  16. Всеволод Арабаджи. Загадки простой воды. 2001
  17. Science Daily (англ.)
  18. Глава 3. Химическая связь и строение молекул. — учебник с сайта alhimik.ru
  19. Доспехи водника — описание снаряжения с сайта sport.potrebitel.ru
  20. Бизнес на босу ногу — казахстанская общенациональная газета «Мегаполис»

Дополнительное чтение

  • Всеволод Арабаджи. Загадки простой воды.
  • Л.Кульский, В.Даль, Л.Ленчина. Вода: знакомая и загадочная
  • Мембрана: Впервые созданы пятиугольные кристаллы льда

Литература

Ссылки

Справочные материалы

  • Теплофизические свойства воды и водяного пара
  • Диаграмма фазовых состояний (англ.)
  • Основы геологии Геологическая работа текучих вод
  • Физико-химические свойства воды

Статьи

  • Водные ресурсы России и мира

Снег и лёд

Снег

Снежный покров | Пороша | Наст | Фирн | Фирновая граница | Снеговая линия | Депрессия снеговой линии | Нивально-гляциальная зона | Проталина | Красный снег

Природные образования: снежные

Сугроб | Надув | Заструга | Снежник | Снежница| Снежный карниз

Перенос снега

Снегопад | Метель | Буран | Пурга | Позёмок | Снежная крупа | Лавина | Снежный эффект озера

Лёд

Морской лёд | Снежура | Шуга | Сало | Паковый лёд | Гололёд | Гололедица | Изморозь | Иней | Глетчерный лёд | Дегляциация | Сёрдж | Ледоём | Гляциоизостазия | Гляциодислокация | Гляциодиапир | Гляциогалокинез

Природные образования: ледяные

Криосфера | Шельфовый ледник | Дропстоун | Наледь | Вечная мерзлота | Ископаемый лёд | Мёртвый лёд | Сосулька | Торосы | Припай | Стамуха | Ледниковая трещина

Ледяной покров: частичный

Реки́: Ледоход | Полынья | Забереги |Океана: льдина, айсберг | Земли́: ледник | Рафтинг (геология) | Эрратические валуны | Подвижка ледника

Иглу | Ледяная скульптура | Кубики льда
Создание снега: Снежная пушка | Снежное ружьё
Зимние развлечения, игры со снегом: снеговик (снежная баба) | снежок (Снежки, Юкигассен) | каток | горка | Снежная крепость

Научные дисциплины

Криология | Гляциология | Четвертичная гляциогидрология | Палеогляциология | Маринизм

Персонажи

Снежная королева | Снегурочка | Юки-онна

Мероприятия

Снежный фестиваль | Винтерлюд | Новый год

Гидриды

Алюмогидрид лития • Арсин • Висмутин • Герман • Гермилен • Гидрид алюминия • Гидрид бария • Гидрид кальция • Гидрид лития • Гидрид магния • Гидрид натрия • Гидрид рубидия • Гидрид цезия • Диборан • Дистаннан • Пентаборан • Плюмбан • Силан • Силен • Станнан • Стибин • Гидридоборат рубидия • Гидридоборат цезия • Фосфин

Азотистоводородная • Бромоводород • Вольфрамовая • Изоциановая • Иодоводород • Кремнефтористоводородная • Фосфорная (ортофосфорная) • Плавиковая кислота • Роданистоводородная • Селеноводород • Селеновая кислота • Сероводород • Синильная • Хлороводород (соляная) • Сурьмяная • Тетрахлороаурат водорода • Угольная • Фтороводород • Хромовая • Царская водка

Основные хлорсодержащие неорганические кислоты

Другие

Аммиак • Вода • Бороводороды • Галогеноводороды • Гидразин • Дигаллан • Пероксид водорода • Персульфид водорода • Трихлорсилан • Аммоний

Вода: определение, образование, свойства и применение

Вода — это необыкновенная субстанция, которая не перестает нас удивлять. Она основной компонент планеты, вода необходима для жизни всего живого. Люди могут выдержать без воды только несколько дней. Если не восстановить вовремя ее потери в организме, это верная смерть. Поэтому важно научиться разумно, тратить ее и знать, что же такое вода.

Химические названия

Почему же воду назвали водой? Слово «вода» происходит от древнегерманского «мокрый, текучий». В химии могут встречаться разные названия этого соединения. Самые распространенные – гидроксид водорода и окись водорода. Также в химической литературе ее называют:

  • монооксид дигидрофосфата;
  • гидроксильная кислота;
  • дигидромонооксид
  • оксидан

Образование воды

Многих интересует, какая вода находится в реках, морях, под землей. Образовавшаяся миллиарды лет назад вода сконцентрировалась в океанах. Из океанов она испаряется и поднимается, где образуются облака. После долгого путешествия она возвращается на землю в виде осадков. Вода собирается и возвращается через реки обратно в море. Часть просачивается в почву и попадает в грунтовые воды. Там формируются новые источники, которые текут в море.

В более холодном климате вода остается на ледниках, которые очень медленно, стекают к более низким высотам, где и тают. В полярных регионах этот механизм скольжения настолько медленный, что в ледниках можно найти воду, попавшую на поверхность Земли десятки тысяч лет назад. Вот откуда берется в природе вода.

Свойства

Влияние воды на жизнь на земле огромное. Это среда обитания для многих организмов. Она является хорошим растворителем не только для солей, но и для многих других веществ. Например, питательные соли присутствуют в почве в виде ионов, то есть в растворенном виде. Только в таком виде растения могут поглощать их через корни. Поэтому не случайно вода— это источник жизни на земле.

Вода является важным источником химических и биохимических реакций, например, для фотосинтеза. Это заметно, когда растение увядает из-за потери воды, а листья и цветы опадают. Не зря говорят, что вода—это главный источник жизни.

Физические свойства

Что мы все знаем о воде? То, что она состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, знают все, а вот о том что они притягиваются, друг к другу водородной мостиковой связью знают не все. Эта связь объясняет ее основные свойства.

  • Н2О имеет высокое поверхностное натяжение, то есть тенденцию принимать сферический объем.
  • Другим свойством является капиллярность. Молекула H2O способна перемещаться в очень узких пространствах.
  • Удельная теплоемкость у нее примерно в 4 раза больше, чем у воздуха. Это определяет устойчивость к изменениям температуры.
  • Плотность воды увеличивается с понижением температуры, примерно до 4 С. Ниже этого порога плотность уменьшается.
  • Она обладает минимальной вязкостью при высоких давлениях. Поэтому, чем больше давление, тем легче ей проникать.

Агрегатные состояния

В нормальных условиях вода, является жидкостью. Это единственное известное вещество, которое существует в природе во всех трех классических состояниях материи: жидком, твердом, газообразном.

Кстати, термин вода используется для жидкого агрегатного состояния. В твердом, то есть в замороженном состоянии, она называется льдом, в газообразном состоянии— водяным паром или просто паром. Существует порог, где при определенных температурах и равновесного давления три состояния могут сосуществовать одновременно.

Оптические свойства

Когда свет пересекает границу раздела вода-воздух, полное отражение происходит под углом 49 град. Это означает, что световые лучи, попадающие на граничную поверхность, не излучаются из воды, а отражаются.

Преломление света приводит к оптическим иллюзиям. Поэтому под водой объекты видятся не в том месте, где они находятся на самом деле. То же самое происходит если смотреть через воду на воздух. Светопропускная ценность воды обеспечивает присутствие в ней водорослей и растений, которым необходим свет для жизни. Длинноволновый (красный) свет поглощается сильнее, чем коротковолновый (синий) свет.

Изотопные модификации

Молекулы воды состоят из разных изотопов кислорода и водорода, каждый из которых встречается в разных концентрациях. В определенных процессах, таких как образование осадков и фазовые переходы, происходит фракционирование изотопов, то есть Н2О меняет свой изотопный состав. В зависимости от условий окружающей среды и исходного состава это приводит к определенным изотопным сигналам, которые могут выступать в качестве своего рода отпечатка пальца для различных процессов и областей происхождения. Эта методология используется в гидрогеологии и палеоклиматологии.

Химические свойства

Вода амфотерна, в зависимости от окружающей среды, может действовать как кислота и основание. В водных растворах сильные кислоты и сильные основания полностью диссоциируют на ионы H 3 O + и O H. Это называется выравнивающим эффектом воды. Чтобы иметь возможность различать очень сильные кислоты по кислотности, константы равновесия определяют в неводных растворах, и переносят в растворитель воду.

Многих интересует, вода является органическим веществом или неорганическим. С точки зрения химии, она относится к неорганическим веществам. Поскольку, в органики должен присутствовать углерод, а в воде его нет.

Волновая функция основного состояния воды

Под водой скорость звука в 4,4 раза выше, чем у поверхности, и составляет 1483 м /с при температуре 20 С. Поэтому пространственное восприятие звука под водой сильно затруднено, мозг просто не успевает обработать информацию. Важно знать, что звук под водой не только проходит быстрее, но также в большей степени чем в воздухе зависит от частоты. Поэтому глубокие частоты, такие как звуки больших морских двигателей, часто могут быть услышаны драйверами на расстоянии нескольких километров.

В природе

Вода в природе везде. Реки и океаны, облака на небе, к этому добавляются грунтовые воды и те, которые постоянно хранятся в почве и обеспечивает основу для ее плодородия. Вода в природе — это жизнь, без воды все ничто. Она— основа плодородия, без нее не было бы ни растений, ни пищи.

Атмосферные осадки

Вода в природе находится в круговороте. Испаряясь, она поднимается как водяной пар в атмосферу. За тем крошечные капельки собираются и образуют облака. Когда облака попадают в холодный воздух, маленькие капли воды конденсируются и образуют дождь, снег или град.

Вода за пределами земли

Вода за пределами Земли на одних небесных телах находится в твердом состоянии (лед), а на других как водяной пар. В виде льда, она была обнаружена в кометах («грязные снежки»), на Марсе и на некоторых других внешних планетах. Только кольца Сатурна содержат примерно в 20-30 раз больше воды, чем Земля. Доказательства присутствия льда в метеоритных кратерах вблизи полюсов можно найти даже на Меркурии, планете, ближайшей к Солнцу.

Биологическая роль

Вода является источником здоровой жизни и очень важна для организма. Как часть крови, она снабжает нас кислородом и питательными веществами. В то же время токсины транспортируются через кровоток в почки, удаляются из организма. Вода регулирует температуру тела. Если температура воздуха высокая, человек потеет, и тело охлаждается. Однако, если пот не выделяется, то поднимается температура и самочувствие ухудшается.

Многие витамины, молекулы сахара могут использоваться организмом только через воду. Органические вещества расщепляются в воде и транспортируются к нужным органам. Кроме того, она является важным компонентом клеток и тканей. Например, мозг на 90 % состоит из жидкости.

Применение

Вода используется во всех сферах жизни. Люди пьют ее, готовят пищу, поливают растения. На гидроэлектростанциях вода используется, как источник энергии. Она также необходима на фабриках, например, для производства и переработки бумаги. Кстати, для производства одного листа бумаги требуется 10 литров воды! При тушении пожаров без нее не обойтись. Сельское хозяйство было бы невозможно без Н2О.

Многие используют ее в качестве лекарства от разных болезней. Особенно много целебных свойств, приписывают органической воде.

Исследования

Вода существует миллиарды лет, и, казалось бы, что о ней знают все, но она все равно остается тайной. Создаются целые институты, которые пытаются узнать, как сделать аналог воды, откуда она появилась на Земле и в космосе. Они изучают ее влияние на жизнь, ландшафт, природу.

Происхождение воды на планете

Многих интересует, откуда все-таки взялась вода. Она родилась четыре с половиной миллиарда лет назад в глубинах вселенной. Земля, еще не полностью сформированная, состояла в основном из вулканов. Газы, богатые водяным паром, выделялись в атмосферу, там образовывались облака. За тысячелетия земля остыла, и пары, сгущаясь, падали обратно на земную кору в виде дождя. Также формированию этого очень важного источника жизни, способствовали падающие кометы, состоящие в основном изо льда и фрагментов породы. Это явление способствовало образованию рек, озер и океанов, где миллионы лет спустя появились бы первые формы жизни.

Гидрология

Понять, как вода взаимодействует с атмосферой, как влияет на жизнедеятельность, помогает наука гидрология. Она изучает, какая вода находится в водной оболочке Земли. Гидрология помогает понять, как рационально управлять водными объектами. Она составляет прогнозы состояния водных ресурсов, и дает им оценку.

Гидрогеология

Наука, которая изучает подземные воды, гидрогеохимию называется гидрогеология. Гидрогеологи занимаются поиском новых подземных водных источников, изучают, как сделать воду из подземных источников полезной для мелиорации, водоснабжения, природного ландшафта. Данные полученные учеными помогают снизить негативные влияния деятельности людей, на подземные водные источники.

Теперь вы знаете всю правду о воде, и понимаете, насколько важно бережно к ней относится. Ведь если пропадет вода, то не станет и нас.

💪 Не пьете воду? Зря. Вот 8 причин, чтобы начать.

Всем привет!

Наверное, нет ничего менее калорийного, чем чистая вода. Это относится к любой воде, в которой нет ничего добавленного. Например, если в воду добавить лимон, то калорийность уже возрастет.

  • Поэтому, приобретая где-либо воду, убедитесь, что покупаете чистую воду.

Я всегда отмечаю для себя, когда вижу, что люди пьют именно воду, поскольку знаю, насколько это важно для нас. Что мы пьем обычно? Чай, кофе, молоко, кефир, соки, лимонады. Или все то, что вкусно и можно пить. Но именно вода влияет на состояние нашего здоровья и самочувствия, поскольку организм усваивает ее гораздо быстрее.

Ниже я приведу ряд доводов, прочитав которые, вы найдете для себя стимул пить больше воды. Я очень на это надеюсь.

1. Вода-это жизнь.

Вода – это то, благодаря чему мы живем. Тело человека состоит на 70-75% из воды. Если рассматривать отдельно, то легкие состоят на 80% из воды, печень – примерно на 68%,мышцы – на 74%, а кости – 25%.

Различия в процентном соотношении воды в теле человека зависят, например, от пола, возраста. Причем воду мы регулярно и ежедневно теряем с мочой, потом, дыханием. Вот почему регулярное пополнение водного баланса – одна из важнейших задач для здоровья.

Без еды человек может жить около 3 недель, а без воды – только 3 дня.

2. Вода необходима в процессе пищеварения.

Все мы любим поесть. И то, как еда будет усваиваться, тоже зависит от содержания воды, находящейся в слюне, желудочном соке, кишечнике, желчи. Если воды будет не хватать, то все процессы желудочно-кишечного тракта будут проходить с нарушениями, со «скрипом». А то, что скрипит, рано или поздно ломается.

3. Вода улучшает самочувствие и работоспособность организма.

Влияние наличия воды и ее отсутствия на наше состояние и работоспособность уже не раз устанавливалось в различных исследованиях. За собой я всегда замечаю, что когда мне не хватает воды, то быстрее утомляюсь, хуже соображаю, настроение никакое, а про занятия спортом можно вообще не мечтать. Особенно это заметно, конечно, летом.

4. Вода очищает.

Благодаря воде наш организм выводит ненужные продукты распада. Она выводится почками, а вместе с ней и все ненужное. Работа лимфатической системы также напрямую зависит от того, каково в ней содержание воды. Значение лимфы настолько велико, что заслуживает отдельной статьи.

5. Вода улучшает физическую выносливость.

Обезвоживание-это самая частая причина снижения работоспособности и выносливости организма во время физических упражнений. Если вы хотите видеть свои спортивные результаты, то не забывайте о питье воды, как до, во время, так и после тренировки.

Обезвоживание организма влияет на артериальное давление, а, следовательно, и слабость. Кроме того, повышается температура тела, и способность мышц к сокращениям снижается – в результате наша эффективность падает.

6. Вода помогает поддерживать правильную массу тела.

Наверняка вы слышали советы, подобно этому: хочешь похудеть – пей больше воды. Но как она этому поможет?

В первую очередь, в отличие от других напитков, в воде нет калорий. Абсолютно. Пей ее сколько хочешь – не потолстеешь. Кроме того, вода наполняет наш желудок, из-за чего мы испытываем чувство сытости. А сытый человек много не съест.

Более того, нам свойственно иногда путаться в ощущениях: чувство жажды путаем с голодом. Поэтому, вместо стакана воды, мы можем что-нибудь перекусить. Что-нибудь вкусное и калорийное.

7. Вода помогает бороться с инфекциями.

Если наше тело имеет достаточно воды, то организм гораздо лучше справляется с бактериями и вирусами. Это происходит из-за хорошей работы клеточной мембраны, которая обеспечивает лучшую защиту от микробов.

8. Вода обеспечивает здоровый вид.

Чем лучше наш водный состав тела, тем каждая клеточка организма будет более упругой и здоровой. Без воды наша кожа будет больше похожа на сморщенный финик.

Но лучше не проверяйте на себе. Если вы хотите заботиться о внешнем виде кожи, волос и ногтей, не забывайте о регулярном питье воды.

На этом все. Слов достаточно. Остается действовать.

Ставьте «палец вверх», подписывайтесь на канал, чтобы всегда быть в курсе новых материалов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *