ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физические н химические свойства воды из "Инженерная защита поверхностных вод от промышленных стоков" или оксид водорода НгО, имеет молекулярную массу 18,016. На водород приходится 11,19% массы, на кислород — 88,81 %. В природе встречаются три изотопа вод ода Н-протий, Н-дейтерий и Н-тритий и три изотопа кислорода 0, 0 и 0, образующих 9 устойчивых изотопных модификаций молекул воды. В природной воде на долю Нг О по массе приходится 99,73 %, на долю Нг О 0,2 %, на Нг О — 0,04 % и на НгН О — около 0,03 % остальные пять разновидностей содержатся в ничтожных количествах. Помня о многообразии состава воды, мы тем не менее пользуемся привычной формулой Нг О, так как она является символом основного компонента. [c.12] В молекуле воды ядра водорода и кислорода образуют равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два мелких ядра водорода, в вершине — более крупное ядро кислорода. Валентный угол у центрального атома кислорода, образованный связями Н — О — Н, составляет 104°27 (рис. 1.1, з). Структура электронного облака молекулы схематично показана на рис. 1.1, 6. Две внешние пары электронов, образующих связи О — Н, смещены к атому кислорода, поэтому вблизи ядер атомов водорода создается избыток положительного заряда. Две не поделенные пары электронов также смещены относительно ядра атома кислорода, и их отрицательные заряды остаются частично не скомпенсированными. Условно можно представить, что лепестки электронного облака направлены к вершинам частично искаженного тетраэдра, что иллюстрируется рис. 1.1, в. [c.12] Асимметричность распределения электрических зарядов обусловливает ярко выраженные полярные свойства молекулы воды, которая представляет собой диполь с очень высоким электрическим моментом. [c.12] Измерения молекулярной массы жидкой воды показали, что онг выше молекулярной массы воды в парообразном состоянии это свидетельствует об ассоциации молекул объединения их в сложные агрегаты. Вследствие тетраэдрической направленности электронного облака каждая молекула воды может образовать четыре водородные связи, которые обусловливают ассоциацию молекул воды и способствуют возникновению ее упорядоченной внутренней структуры. [c.13] Схема взаимодействия молекул воды в структуре льда показана на рис. 1.2. Структура льда является наиболее упорядоченной и наименее плотной. Ее особенность заключается в наличии пустот, размеры которых превышают размеры молекул. [c.13] По сравнению с другими химическими соединениями вода обнаруживает необычные отклонения по ряду физических свойств — плотности, удельной теплоемкости и др. Эти аномалии воды в значительной степени связаны с ассоциацией ее молекул. [c.14] Уникальным свойством воды является ее способность при обычных температурах и давлении находиться в трех агрегатных состояниях твердом (лед), жидком и газообразном (пар). [c.14] Повышение темйературы воды действует двояко вызывает нарушение регулярной структуры и приводит к тепловому расширению. В интервале температур от О до 4 С (плавление льда) происходит разрушение части водородных связей, т. е. нарушается структура льда, достигается более плотная упаковка молекул в результате размещения отдельных моле101 л воды в пустотах оставшихся агрегатов. В этом интервале температур фактор нарушения структуры преобладает над тепловым расширением, и плотность воды повышается, достигая максимального значения при 3,98 °С. При 3,98 °С оба фактора взаимно уравновешиваются. Дальнейшее нагревание воды до 100 °С сопровождается нормальным снижением плотности, так как преобладает действие теплового расширения. Эта аномалия обусловливает возможность жизни в водоемах, замерзающих в зимнее время. Посколыо лед легче воды (его плотность меньше), он располагается на поверхности и защищает лежащие ниже слои воды от промерзания. При, дальнейшем понижении температуры увеличивается толщина слоя льда, но температура воды подо льдом остается на уровне 4 С, что позволяет водным организмам сохранять жизнь. [c.14] Большое значение в жизни природы имеет также и тот факт, что вода обладает аномально высокой теплоемкостью — 4,18 Дж/(гК). Высокая теплоемкость воды есть следствие расхода части теплоты на разрыв водородных связей. В природных условиях вода медленно остывает и медленно нагревается, являясь регулятором температуры на Земле. [c.14] Вязкость (способность жидкости оказывать сопротивление различным формам движения) воды закономерно изменяется в зависимости от температуры уменьшается с ее возрастанием. С повышением концентрации растворенных в воде солей вязкость увеличивается. В то же время действие давления на вязкость воды довольно специфично с понижением температуры при умеренном давлении вязкость воды снижается, хотя логично было бы ожидать ее повьпиения, а если давление увеличить значительно, то поведение воды подчиняется общему правилу. [c.15] Относительная диэлектрическая постоянная воды равна 81 —это очень высокая величина, чем и объясняется такая большая ионизирующая сила воды. [c.15] Вода имеет максимальное для жидкостей (кроме ртути) поверхностное натяжение, благодаря чему обеспечивается возможность движения соков в растениях, крови в сосудах животных и человека. С повышением температуры поверхностное натяжение воды уменьшается. [c.15] Оптические свЬйства воды оцениваются по ее прозрачности, которая, в свою очередь, зависит от длины волны луча, проходящего через воду. Ультрафиолетовые лучи легко проходят через воду, поэтому растительные организмы способны развиваться в толще воды и на дне водоемов, инфракрасные лучи проникают только в поверхностный слой в незначительной степени. Вследствие поглощения оранжевых и красных компонентов видимого света вода приобретает голубоватую окраску. [c.15] По величине электропроводимости чистой воды вычислено, что при температуре 18 С в 10 млн л воды в диссоциированном состоянии находится-0,86 моля воды, при 22 °С — 1 моль, при 25 С—1,109 моля. [c.15] Дяя воды и разбавленных водных растворов при неизменной температуре произведение концентраций ионов водорода и гидроксил-ионов есть величина постоянная. Численное значение ионного произведения воды при 22 °С составляет 10 . [c.16] Вода — весьма реакционноспособное соединение. Она реагирует с оксидами многих металлов (NazO, СаО и др.) и неметаллов (СЮг, СОг и др.), образует кристаллогидраты с некоторыми солями [А1г(804)з 18НгО], вступает во взаимодействие с активными металлами (Na, К и др.). [c.16] Вода — катализатор многих химических реакций, и иногда для прохождения реакции необходимы хотя бы ее следы. Взаимодействуя с некоторыми солями, вода вызывает процесс обменного разложения их — гидролиз. Вода — участник и среда для протекания множества биохимических реакций в живых организмах. [c.16] Энергия образования молекул воды высока, она составляет 242 кДж/моль. им объясняется устойчивость воды в приро чных условиях. Устойчивость в сочетании с электрическими характеристиками и молекулярным строением делают воду практически универсальным растворителем для многих веществ. Высокая диэлектрическая проницаемость обусловливает самую большую растворяющую способность воды по отношению к веществам, молекулы которых поляр-ны. Из неорганических веществ в воде растворимы очень многие соли, кислоты и основания. Из органических веществ растворимы лишь те, в молекулах которых полярные группы составляют значительную часть — многие спирты, амины, органические кислоты, сахара и т. д. [c.16] Растворение веществ в воде сопровождается образованием слабых связей между их молекулами или ионами и молекулами воды. Это явление называется гидратацией. [c.17] В процессе растворения веществ изменяется величина электрического момента диполя молекул воды, изменяется их пространственная ориентация, разрываются одни и образуются другие водородные связи. В совокупности эти явления приводят к перестройке внутренней структуры. [c.17] Вернуться к основной статье