«Вода. Самая распространенная и самая загадочная жидкость на Земле» (стр. 1 )

       

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 14 Г. ТВЕРИ

«Вода. Самая распространенная и самая загадочная жидкость на Земле»

Выполнил: обучащийся 8 «В» класса

  МОУ СОШ № 14  г. Твери

Максимец Алексей

Руководитель: учитель  химии

МОУ СОШ № 14  г. Твери

Тверь, 2015 

Содержание

Введение…………………………………………………………………..3

Раздел 1. Вода……………………………………………………..5

Молекула воды……………………………………………...5 Свойства воды……………………………………………....7 Гидросфера…………………………………………………12 Круговорот воды…………………………………………...12 Неустанная работа воды…………………………………...14

Раздел 2. Человек и вода ………………………………………..16

Вода в истории общества…………………………………..16 Сокровища Нептуна………………………………………..18 «Водный голод» планеты…………………………………..20 Что опаснее всего? …………………………………………21 Вода – источник опасности………………………………...24

Раздел 3. Интересные факты о воде……………………………26

Заключение…………………………………………………………….28

Литература …………………………………………………………….29

Приложение …………………………………………………………...30

Введение

«Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха,

Тебя невозможно описать, тобой наслаждаются,

Не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, что ты

необходима для жизни: ты – сама жизнь.

Ты наполняешь нас невыразимой радостью…

Ты – самое большое богатство на свете».

Антуан де Сент-Экзюпери.

Вода – одно из самых распространенных на Земле химических соединений. Природные воды образуют океаны, моря, ледники, реки, озера, в виде паров присутствуют в атмосфере, проникают в почву и горные породы. Никого из нас не удивляет дождь или падающий снег, гладь плавно текущей реки или бушующий океан, струи гейзеров, фонтанами бьющие из-под земли, ледники, сползающие с заоблачных высот. От этих красот у любого захватит дух. Земля – 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. Но мы редко задумываемся над тем, откуда взялись моря и реки, дождь или снег; каковы свойства воды, предстающей перед нами в таком разнообразном виде. А между тем вода – самая загадочная жидкость на Земле. Ученые по сей день, как и сотни лет назад, не могут дать точного ответа на, казалось бы, несложный вопрос: что такое вода?

Древнегреческий философ Фалес Милетский, живший 2,5 тыс. лет назад, обратил внимание на то, что вода – единственное вещество, которое в природе встречается в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Поэтому сделал вывод: все в мире состоит из воды и в нее в конечном счете превращается. «Вода – первооснова всего» - утверждал он. И оказался в большой степени прав.

Вода - необходимое условие существования всех живых организмов на нашей планете и одна из самых насущных потребностей человека. Важнее только кислород, без которого жизнь просто не возможна совсем. «Вода дороже золота» – считали бедуины, которые всю жизнь кочевали в песках и знали цену глотку воды. Они понимали, что никакое богатство не спасёт путника в пустыне, если иссякнет запас воды.

Каждый день мы открываем для себя чудесный и постоянно меняющийся мир воды. Не зря латинская пословица гласит: «Загляни в каплю воды, и ты увидишь весь мир».

Цель: обобщить, расширить и углубить знания о самом распространенном веществе на Земле – воде.

Задачи:

Рассмотреть вопрос о строение молекулы воды. Обобщить и расширить знания о физических и химических свойствах воды. Изучить круговорот воды в природе и компоненты гидросферы. Рассмотреть работу воды в природе. Расширить знания о роли воды в истории общества и о добыче полезных ископаемых со дна мирового океана и из морской воды. Рассказать о проблемах, связанных с недостатком чистой пресной воды, и о загрязнении природных вод. Рассказать о том, какую опасность может представлять вода для человека. Познакомиться с некоторыми интересными фактами о воде.

Области применения: данная работа может использоваться при изучении химии, природоведения, биологии, экологии, географии, а также как увлекательное чтение, как справочник, будет интересна и школьникам и их родителям.

Раздел 1. Вода

1.1.Молекула воды

Вплоть до конца XVIII в. считалось, что вода – простое и неделимое вещество. Однако, изучая свойства воды, исследователи все чаще приходили к выводу о ее сложном составе. Многие ученые уже стояли на пороге этого великого открытия, но правильно объяснить факты, полученные опытным путем, так и не смогли.

Странным на первый взгляд делом занялся однажды английский физик и химик Генри Кавендиш (1731 – 1810) (приложение, рис.1): он стал пускать мыльные пузыри. Но вовсе не ради развлечения. Ученый ставил опыт. Как-то Кавендиш заметил, что если  железные опилки облить серной кислотой, выделяется много пузырьков газа. Но какого? Ученый вывел его из сосуда по трубочкам. Газ был невидим, без запаха. Кавендиш наполнил полученным газом мыльные пузыри. Они легко поднялись вверх. Значит этот газ легче воздуха. А если газ поджечь. Он загорелся голубоватым пламенем. Но что всего удивительнее: при горении получилась вода! Кавендиш назвал новый газ горючим воздухом. Ведь он, как и воздух, был без цвета, запаха и вкуса. Позже французский химик А. Лавуазье (приложение, рис.2), наоборот, получил из воды «горючий газ». Он же и дал этому газу имя – водород, то есть «рождающий воду».

Завершить многолетний исследовательский марафон и доказать сложный состав воды суждено было двум выдающимся французам – химику Антуану Лавуазье (1743 – 1794) и математику и физику Пьеру Симону Лапласу (1749 – 1827) (приложение, рис.3). Они получили воду из простых веществ – водорода и кислорода, то есть доказали, что вода, во-первых, сложное соединение, во-вторых, жидкость, состоящая из двух элементов. Секрет состава воды ученым удалось раскрыть благодаря исследованиям компонентов атмосферного воздуха. 24 июля 1783 г. А. Лавуазье и П. Лаплас в присутствии группы своих коллег ученых «сделали» воду их кислорода и водорода. Воду они получили как продукт сгорания водорода. При этом масса образовавшейся воды равнялась массе водорода и кислорода, участвующих в реакции горения.

Вот так в один день стало ясно, что вода – не простой элемент, а сложное вещество. Но какой долгий и трудный путь вел к этому знаменательному дню, сколько огорчений, разочарований, ошибок и личных трагедий пережили естествоиспытатели, пока вода наконец-то не раскрыла свою природу.

Но вопросы оставались. Например, сколько нужно кислорода и водорода для образования воды? Ответ был получен в 1785 году, когда А. Лавуазье вместе с инженером Жаном Менье (1754 – 1793) определили количественный состав воды. Они выяснили, что для ее образования необходимо соединить 2 г водорода и 16 г кислорода. В 1805 году немецкий естествоиспытатель Александр фон Гумбольдт (1769 – 1859) (приложение, рис.4) и французский исследователь Жозеф Луи Гей-Люссак (1778 – 1850) (приложение, рис.5), проведя совместные опыты, впервые установили, что для образования воды необходимы два объема водорода и один объем кислорода. Подобные мысли были высказаны и итальянским ученым Амедео Авогадро (1776 – 1856) (приложение, рис.6). 

Итак, молекула воды (H2O) состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Оказывается, что едва ли не все многообразие свойств воды и необычность их проявления определяется физической природой этих атомов, способом их объединения в молекулу и группировкой образовавшихся молекул.

В отдельно рассматриваемой молекуле воды атомы водорода и кислорода, точнее их ядра, расположены так, что образуют равнобедренный треугольник. В вершине его – сравнительно крупное кислородное ядро, в углах, прилегающих к основанию, – по одному ядру водорода (приложение, рис.7).

В соответствии с электронным строением атомов водорода и кислорода молекула воды располагает пятью электронными парами. Они образуют электронное облако. Облако неоднородно – в нем можно различить отдельные сгущения и разрежения. У кислородного ядра создается избыток электронной плотности. Внутренняя электронная пара кислорода равномерно обрамляет ядро. Четыре внешних электрона группируются в две электронные пары, тяготеющие к ядру, но частично не скомпенсированные.  Каждый из оставшихся двух электронов кислорода образует пару с одним электроном водорода. Эти пары также тяготеют к кислородному ядру. Поэтому водородные ядра – протоны – оказываются несколько оголенными, и здесь наблюдается недостаток электронной плотности.

Таким образом, в молекуле воды различают четыре полюса зарядов: два отрицательных (избыток электронной плотности в области кислородного ядра) и два положительных (недостаток электронной плотности у двух водородных ядер).

Почти шарообразная молекула воды (приложение, рис.8) имеет заметно выраженную полярность, так как электрические заряды в ней расположены асимметрично. Каждая молекула воды является миниатюрным диполем. Под воздействием диполей воды в 80 раз ослабевают межатомные или межмолекулярные силы на поверхности погруженного в нее вещества. 

Вода – вещество особенное. Благодаря своеобразному строению отдельные молекулы взаимодействуют между собой. Возникает особая химическая связь – водородная (приложение, рис.9). За счет такой водородной связи каждая молекула воды оказывается довольно прочно связанной с четырьмя другими соседними молекулами. Таким образом, все отдельные молекулы воды оказываются связанными в единую сплошную пространственную сетку. Однако, они находятся в сложном подвижном равновесии, сохраняя индивидуальные свойства единичных молекул.

  1.2. Свойства воды

Воду считают самым трудным из всех веществ, изучаемых физиками и химиками. Химический состав вод может быть одинаков, а их воздействие на организм разным, потому что каждая вода формировалась в конкретных условиях. И если жизнь - это одушевленная вода, то, также как и жизнь, вода многолика и характеристики ее бесконечны.

Вода, на первый взгляд, простое химическое соединение водорода и кислорода, но именно она является универсальным растворителем значительного количества веществ, поэтому в природе химически чистой воды нет. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, которые захватывает из воздуха. Особенно ярко свойства растворителя проявляются в морской воде, в ней растворяются почти все вещества. Около семидесяти элементов Периодической системы содержатся в ней в обнаруживаемых количествах. Даже редкие и радиоактивные элементы находятся в водах морей и океанов. В наибольшем количестве содержатся хлор, натрий, магний, сера, кальций, калий, бром, углерод, стронций, бор. Одного только золота растворено в водах океана по 3 кг на душу населения Земли.