Чистая вода - это прозрачная жидкость без запаха, вкуса, а в малом объеме и без цвета, Молекулярная масса воды - 18,0160, химическая формула – Н2О. Максимальная плотность дистиллированной воды - 1 г/см3 при температуре 3,9820С и нормальном давлении (1 атм).
Вода - единственное известное нам вещество, которое встречается в естественных условиях на поверхности Земли в твердом, жидком и газообразном состоянии.
Воду очень трудно окислить, сжечь или разложить на составные части. Вода - химически стойкое вещество.
Вода окисляет почти все металлы и разрушает даже самые твердые горные породы.
Вода имеет редкую способность при замерзании расширяться, вследствие чего лед плавает на воде, остающейся в жидкой фазе. Только немногие вещества (висмут, галлий, германий и др.) имеют такую же аномалию, при которой твердая фаза легче жидкой.
Вода в форме сферических капель имеет наименьшую поверхность при заданном объеме. Поверхностное натяжение является необходимым условием капиллярных процессов, столь важных для жизнедеятельности растений и животных.
Пресная вода замерзает не при температуре наибольшей плотности (40С) , а при 00С.
Вода обладает способностью поглощать большое количество теплоты и сравнительно мало при этом нагреваться. У воды очень высокая скрытая теплота плавления льда и испарения, т. е. она поглощает значительное количество дополнительной теплоты при неизменности температуры в процессе замерзания и при кипении.
Дистиллированная вода очень плохо проводит электрический ток, но даже весьма малые добавки солей превращают ее в хороший проводник.
Удельная теплоемкость воды выше, чем у большинства веществ (кроме водорода и аммиака). Плавление льда сопровождается увеличением его удельной теплоемкости почти вдвое. С повышением температуры теплоемкость воды уменьшается и только после 400С начинает увеличиваться.
Температура замерзания воды понижается при увеличении давления примерно на 10С на каждые 130 атм. и достигает минимума (-220С) при давлении 2200 атм.
Температура кипения воды равна 1000С при нормальном давлении (1 атм.).
Скорость звука в пресной воде около 1450 м/с, в морской при 25 С - 1496 м/с.
При давлении 1 атм. и температуре 1000С из 1 л воды образуется 1600 л пара.
Исследователи раскрывают все более тонкие и сложные механизмы "внутренней организации" водной массы. Изучение воды дает все новые факты, углубляя и усложняя наши представления об окружающем мире. Развитие этих представлений помогает нам понять свойства воды и особенности взаимодействия ее с другими веществами.
Химические свойства воды
Вода – весьма активное в химическом отношении вещество.
1) Вода реагирует со многими металлами с выделением водорода:
2Na + 2H2O → H2 + 2NaOH (бурно)
2K + 2H2O → H2 + 2KOH (бурно)
3Fe + 4H2O → 4H2 + Fe3O4 (только при нагревании)
Не все, а только достаточно активные металлы могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях этого типа. Наиболее легко реагируют щелочные и щелочноземельные металлы I и II групп ПСХЭ .
2) Из неметаллов с водой реагируют, например, углерод и его водородное соединение (метан). Эти вещества гораздо менее активны, чем металлы, но способны реагировать с водой при высокой температуре:
C + H2O → H2 + CO (при сильном нагревании)
CH4 + 2H2O → 4H2 + CO2 (при сильном нагревании)
Вода взаимодействует с галогенами. Растворимость хлора, брома и йода в воде незначительна, причем с повышением температуры для хлора она уменьшается, брома - практически не меняется, а для йода - увеличивается. С водой фтор и остальные галогены реагируют по-разному:
F2 + H2O → 2HF + O или
3F2 + 3H2O → OF2 + 4HF + H2O2
Н2О + С12 → НС1 +НСlО (при низких температурах)
Н2О + 2С12 → 4НС1 + О2 (при повышенных температурах)
3)Вода окисляется атомарным кислородом с образованием перекиси водорода:
Н2О+О → Н2О2
4) Вода разлагается на водород и кислород при действии электрического тока.
2H2O → 2H2 + О2
5) Вода реагирует со многими оксидами неметаллов. Такие реакции относятся к реакциям соединения:
SO2 + H2O → H2SO3 (сернистая кислота)
SO3 + H2О → H2SO4 (серная кислота)
6) Некоторые оксиды металлов также могут вступать в реакции соединения с водой:
CaO + H2O → Ca(OH)2 (гидроксид кальция (гашеная известь))
Не все оксиды металлов способны реагировать с водой. Часть из них практически не растворима в воде и поэтому с водой не реагирует. Это, например, ZnO, TiO2, Cr2O3, из которых приготовляют стойкие к воде краски. Оксиды железа также не растворимы в воде и не реагируют с ней.
7) Вода образует многочисленные соединения, в которых ее молекула полностью сохраняется. Это гидраты. Если гидрат кристаллический, то он называется кристаллогидратом. Например:
CuSO4 + 5H2O → CuSO4 ∙ 5H2O (медный купорос (приложение, рис.10))
Приведем другие примеры образования гидратов:
H2SO4 + H2O → H2SO4 ∙ H2O (гидрат серной кислоты)
NaOH + H2O → NaOH ∙ H2O (гидрат едкого натра)
Соединения, связывающие воду в гидраты и кристаллогидраты, используют в качестве осушителей. С их помощью, например, удаляют водяные пары из влажного атмосферного воздуха.
8) Органические вещества вступают с водой в реакцию гидратации. Этилен при нагревании в присутствии серной или ортофосфорной кислоты присоединяет воду:
СН2=СН2 + НОН → СН3 – СН2 – ОН (этиловый спирт (этанол))
9) Фотосинтез. Воздух, которым мы дышим, благодаря фотосинтезу насыщается кислородом. Суммарное уравнение фотосинтеза выглядит так: вода + углекислый газ + свет → углеводы + кислород
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2 или
6n CO2 + 5n H2O → (C6H10O5)n + 6nO2
Кроме этого, соли вступают в реакции гидролиза, в воде происходит процесс электролитической диссоциации.
1.3.Гидросфера
Земля – это самая водная планета Солнечной системы. Две трети ее поверхности занято водой. Гидросфера – водная оболочка Земли. Она включает в себя всю воду планеты, независимо от ее состояния: и твердую, и жидкую, и газообразную. Общий объем воды гидросферы составляет 1, 59 млрд км3. Свыше 94% ее объема составляют моря и океаны, около 4% - подземные воды, около 2% - ледники и постоянные снега (в основном Антарктиды и Гренландии), лишь 0,014% - поверхностные воды суши (реки, озера, болота, искусственные водоемы). Некоторое количество воды находится в атмосфере и живых организмах.
Общий объем воды гидросферы постепенно изменяется во времени. По данным ученых, 4 млрд лет назад, при рождении Земли, он составлял всего лишь 20 млн км3, то есть был почти в 70 раз меньше, чем сейчас. По прогнозам, в дальнейшем количество воды также будет постепенно возрастать – ведь в мантии Земли содержится 20 млрд км3 воды, а это в 14 раз больше нынешнего объема гидросферы.
Поверхностные воды, занимая сравнительно малую долю в общей массе гидросферы, тем не менее играют важнейшую роль в жизни нашей планеты. Это основной источник водоснабжения и орошения.
«Поведение» воды исследует наука гидрология. Современная гидрология – это комплекс наук, изучающих все природные воды на Земле и протекающие в них процессы и явления, в связи с окружающей средой и деятельностью человека.
1.4. Круговорот воды
Круговорот воды в природе – это непрерывное перемещение ее под воздействием солнечной энергии и силы тяжести. Значение круговорота воды велико, так как он не только объединяет все части гидросферы, но и связывает между собой все оболочки Земли – атмосферу, литосферу, биосферу, и гидросферу. Совершая круговорот, вода переходит из одного состояния в другое, перенося огромное количество веществ, необходимых для жизни на Земле.
Круговорот воды слагается из следующих этапов: испарение с поверхности океана, перенос влаги в атмосфере, выпадение осадков на океан и на сушу, их просачивание в почву, поверхностный и подземный сток с суши в океан.
Под воздействием солнечных лучей вода испаряется с поверхности Мирового океана и суши и поступает в атмосферу. Часть этой испарившейся воды сразу возвращается с дождями обратно в океан, а другая переносится ветрами на сушу, где выпадает в виде дождя или снега. Вода впитывается почвой – так постоянно пополняются запасы почвенной влаги и подземных вод – и стекает в реки и водоемы. Почвенная влага частично всасывается растениями, которые испаряют ее в атмосферу, а частично тоже стекает в реки, которые испаряют ее в атмосферу, а частично тоже стекает в реки, только с меньшей скоростью. Реки, питающиеся водой из поверхностных ручьев и подземных вод, несут влагу в Мировой океан, восполняя его убыль. Вода, испаряясь с поверхности океана, снова оказывается в атмосфере. Так кольцо круговорота замыкается. В процессе круговорота воды происходит ее постепенное обновление во всех частях гидросферы (приложение, рис.11). Этот процесс требует разных промежутков времени. Реже всего вода обновляется в Антарктиде – за десятки млн лет, в полярных ледниках – один раз в 8-15 тыс. лет, в подземных слоях – за 5 тыс. лет, в океанах и морях – за 5 тыс. лет. Речная вода обновляется гораздо быстрее, полностью меняясь за 12-14 суток, или около 30 раз в год. Чаще всего происходит смена атмосферной влаги – каждые 9 суток, или 40 раз в год. В живых организмах вода обновляется за несколько часов.
1.5. Неустанная работа воды
На протяжении миллионов лет вода воздействовала на вещества, из которых состоит земная кора. Попадая в микроскопические трещины, вода замерзала. Лед, расширяясь, разламывал самый прочный камень. Мириады капель миллионы лет долбили, разрушали породы земной коры. Теплоемкая вода, то накапливая, то отдавая тепло, попеременно нагревая и охлаждая вещества, с которыми она соприкасалась, продолжала их разрушение. Неустанная механическая работа дополнялась химической, ведь вода растворяла в себе все, что в нее попадало. Наконец, потоки воды увлекали твердые частицы горных пород за собой в ручьи, реки, унося в океан. Разбивающиеся о берега океанов и озер волны разрушают побережья, сложенные рыхлыми и скальными породами, а также измельчают песок и гальку. Вода совершает огромную созидательную и разрушительную (рельефообразующую) работу. «Возница природы» - так называл воду Леонардо да Винчи. Таким образом, на Земле возникли глубочайшие каньоны, многокилометровые подземные галереи, гроты, пещеры, фьорды, наконец, просто впадины и возвышенности.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
