Вода к чему относится в химии

Вода: определение, образование, свойства и применение

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:

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.

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.

Источник

Вода как химическое соединение

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.

Свойства

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.

Источник

Вода к чему относится в химии

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.

Содержание

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:

Химические названия воды

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

Свойства

Физические свойства

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.

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.

Источник

Физические и химические свойства воды

Плотность воды

В результате расчетов получается величина, измеряемая в кг на м3 либо г на мл (для жидкости). Плотность веществ зависит от характеристик давления, а также температуры и наличия примесей. Так, чистая пресная вода, имеющая температуру 20оС и находящаяся при атмосферном давлении 1 атм, имеет плотность 998,23 кг/м3. В то же время для морской воды аналогичная величина равняется 1027 кг/м3.

Изменение плотности воды в зависимости от температуры демонстирует следующая таблица:

Из таблицы видно, что плотность жидкости при увеличении температуры до 4 о С растет. При дальнейшем увеличении температуры отмечается уменьшение плотности. Значит, при 4 о С — достигается максимальное значение плотности воды. Примечательно, что плотность жидкой воды при этой температуре больше плотности твердого льда. Для большинства веществ наблюдается обратная зависимость: в твердом агрегатном состоянии плотность выше, чем в жидком.

Особенности изменения плотности объясняют такие явления, как:

Такая особенность, как максимальная плотность при температуре +4оС, важна для существования биологических организмов. Так, в нижней части прудов, замерзающих сверху вниз, сохраняют свою жизнеспособность его жители.

Что такое вода — общее определение

В природе вода всегда содержит растворенные в ней вещества. Являясь сильнополярным растворителем, она в той или иной степени растворяет все вещества, с которыми контактирует. В результате такие характеристики воды как плотность, электропроводность и др. меняются из-за присутствия примесей.

Для жизни всей планеты важен круговорот веществ в природе, важнейшим из которых является круговорот воды. Испаряясь с поверхности природных водоемов, ее пары поднимаются вверх и формируют облака. В дальнейшем, выпадая в виде осадков, на землю вместе с водой возвращается масса химических веществ, которые в ней растворены. Круговорот воды влияет также на формирование климата и погоды.

На планете Земля порядка 1400 млн км3 воды. Покрывая более 70% поверхности земли, водоемы составляют Мировой океан. В большинстве своем, это соленая вода, непригодная для употребления человеком и выращивания сельскохозяйственных структур. На долю пресной воды приходится всего 1,81%, большая часть ее заключена в ледниках, и подземных запасах (0,63%). Крайне незначительная часть влаги присутствует в атмосфере (0,001%).

Без воды невозможно существование живых организмов, поскольку она присутствует в их тканях и системах. Человек, способный обходиться без продуктов питания порядка 50-70 суток, не сможет жить без воды более 3-5 дней. На практике этот период может быть значительно меньше.

Физические и химические свойства

Физические свойства воды определяются особенностями ее строения (молекулярная кристаллическая решетка) и способностью переходить из одного агрегатного состояния в другое в сравнительно небольшом интервале температур. При обычных условиях вода — жидкость с определенной степенью прозрачности. По химической природе она представляет собой оксид водорода. Ее полярная молекула имеет высокий дипольный момент 1,84 Д, что объясняется большой разностью электроотрицательностей атомов кислорода и водорода.

Для промышленных процессов, а также для использования в быту, важен такой параметр вещества, как удельная теплоемкость. H 2 O обладает очень высоким значением этой характеристики, как в жидком, так и твердом состояниях.

Удельная теплота плавления льда равняется 333,25 кДж/кг(0оС), а парообразования — 2250 кДж/кг.

Вода является отличным растворителем, характеризуется высоким поверхностным натяжением.

В химических реакция вода образуется, например, при нейтрализации кислот щелочами:

Кроме того, может быть получена при реакции оксидов металлов с водородом:

C u O + H 2 = C u + H 2 O

Химические свойства воды

В химическом отношении вода является активным веществом. Являясь участником многих окислительно-восстановительных реакций, она может выступать как растворителем, так и окислителем. Рассмотрим, к примеру, уравнение:

Это уравнение реакции электролиза, в ходе которого под действием электрического тока вода распадается на молекулярный кислород и водород.

Помимо высокой высокой растворяющей способности, вода является амфолитом — электролитом, обладающим одновременно и кислотными и основными свойствами:

H + + H 2 O = H 3 O + (ион гидроксония)

При комнатной температуре вода способна взаимодействовать с наиболее активными металлами, образовывая щелочи. В ходе такой реакции выделяется водород:

2 H 2 O + 2 N a = 2 N a O H + H 2

А вот реакция с межгалоидными соединениями (интергалогенидами) протекает при пониженных температурах:

3 H 2 O + I F 5 = 5 H F + H I O 3

В отличие от других галогенов, фтор окисляет воду до кислорода:

2 H 2 O + 2 F 2 = 4 H F + O 2

Соли, образованные слабыми кислотами и основаниями, в водных растворах подвергаются полному гидролизу (разложению водой):

A l 2 S 3 + 6 H 2 O = 2 A l ( O H ) 3 + 3 H 2 S

С водой также вступают в реакции простые вещества металлы и неметаллы, обычно при повышенной температуре:

4 H 2 O + 3 F e = F e 3 O 4 + 4 H 2 и л и H 2 O + C = C O + H 2

Непредельные углеводороды ряда алкенов вступают в реакцию гидратации (присоединения воды) в присутствии минеральных кислот. При этом образуются предельные одноатомные спирты:

Замерзание воды и водных растворов в различных условиях

Процессы замерзания воды и ее растворов отличаются многообразием. Например, в грунте при отрицательной температуре некоторая часть влаги все-таки сохраняется в жидком состоянии, хотя в природе чистая вода замерзает при 0оС. В работах Н.А.Цытовича продемонстрировано, что по мере нагревания (при фоновой отрицательной температуре) содержание жидкой воды в грунте увеличивается.

Существуют особенности в процессе замерзания воды, содержащей растворенные соли. Когда ее температура опускается до точки замерзания, первыми обнаруживаются ледяные кристаллы, которые выглядят как шестигранные призмы, похожие на иглы. Эти кристаллы содержат чистую воду, соли по-прежнему находятся в растворе, их концентрация при этом увеличивается. В связи с тем, что лед легче воды, ледяные иглы поднимаются на поверхность, делая внешний вид водоема похожим на пятна жира.

Определить точную температуру кристаллизации льда легко для бесконечно разбавленных смесей. В случае же концентрированных растворов, протекающие процессы более сложные, поэтому численные результаты требуют дополнительной обработки.

При таянии морского льда вначале вытаивает соль, т. е. остается в жидком растворе. По этой причине полярный лед превращается в пресную субстанцию.

В районе морского берега лед образовывается раньше, чем на глубине. «Прилипая» к береговой линии, он формирует припай, который при тихой погоде может занять территорию до нескольких десятков километров. Сильные ветры могут отрывать части припая и уносить на глубину.

Существует специальная таблица, по которой можно определить, при каких значениях температуры воздуха произойдет замерзание воды, содержащей примеси:

Применение и значение воды

Благодаря особым свойствам воды на Земле существует жизнь. То, что она, имея температуру, приемлемую для земных организмов, остается в жидком состоянии, обеспечило современное состояние земной поверхности, способствовало зарождению всех форм жизни.

Вода — идеальный растворитель, в котором в растворенном состоянии могут находится органические и неорганические вещества. Именно этот факт обеспечивает протекание биохимических процессов на клеточном уровне. Человеческое тело, как и тело животного, больше, чем наполовину состоит из воды. Без ее поступления в организм обычный человек может прожить не более 3-5 дней.

При протекании химических реакций вода часто выступает в роли катализатора или растворителя. Ее роль в аккумуляторных электролитах, лекарственных формах, напитках, буферных растворах огромна. Из природных растворов методом выпаривания получают чистые химические вещества. Однако и в природном состоянии их применяют в ходе физиотерапевтических процедур, при водолечении, бальнеолечении и т.п. Проведение таких процедур позволяет ускорить выздоровление больных.

Говоря о роли воды в природе, нельзя не упомянуть о ее влиянии на формирование климата. Будучи веществом с высокой теплоемкостью, она в составе океанов поглощает тепло, которое в последующем отдает обратно, в атмосферу, что делает климат на планете более мягким. Важную роль играют холодные и теплые течения, например, Гольфстрим. Из-за него климат в Англии, Мурманске теплее и мягче, чем на континентальной части.

Воду в виде пара содержит атмосфера. Именно эта влага способна задерживать тепло, которое излучает Земля. Ученые считают, что, благодаря такому эффекту (парниковый эффект), наша планета сохраняет практически постоянную температуру и сохраняет жизнь во всех формах ее сегодняшнего проявления.

Источник