ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные физические и химические свойства воды из "Общая гидрология Изд.2" Химически чистая вода состоит по весу из 11,19% водорода и 88,81% кислорода. Изучение структуры воды тесно связано с изучением трех агрегатных состояний, в которых она встречается на Земле. Строение воды определяется расположением ядер водрррда относительно ядра кислорода. Исследования молекулы воды пока зали, что атомы кислорода и водорода располагаются по углам равнобедренного треугольнт а, на вершине которого находится атом кислорода (рис. 1 а). Угол при вершине равен примерно 106°, а стороны треугольника имеют длину 0,96 А (ангстрема), т. е. 10 м расстояние между ядрами водорода НН=1,50 А. Треугольник НОН находится внутри сферы, по которой движутся электроны. Центр инерции сферы С не совпадает с центром атома кислорода О и находится от него на расстоянии 0,13 А. [c.11] При охлаждении воды количество ассоциированных молекул возрастает, но так как при понижении температуры решетка воды непрерывно деформируется, приближаясь к решетке льда, то к моменту замерзания полная перестройка молекул завершается увеличением объема. Для большинства тел при переходе из жидкой фазы в твердую характерно уменьшение удельного объема и увеличение плотности. При замерзании воды удельный объем увеличивается примерно на 10%. Плотность чистого льда при температуре 0° С равна 0,9167 10 кг/м , т. е. меньше, чем воды. Поэтому лед держится на поверхности, предохраняя водоемы от промерзания до дна. Образующийся внутриводный и донный лед (стр. 84, 301) всплывает к поверхности. Сложной структурой молекул воды и перестройкой их решеток можно объяснить увеличение плотности воды с повышением температуры от О до 4° С, аномальное изменение ее удельной теплоемкости с изменением температуры, высокую теплоту плавления, парообразования, диэлектрическую постоянную и некоторые другие особенности. [c.13] Согласно кинетической теории газов и жидкости, удельный объем всех тел при повышении температуры увеличивается, т. е. уменьшается плотность. Вода отличается от других тел и в этом отношении в интервале от О до -Ь4°С ее плотность увеличивается в связи с частичным разрушением тетраэдральной структуры, а при дальнейшем повышении температуры плотность уменьшается (удельный объем увеличивается) вследствие увеличения расстояния между молекулами. У морской воды температура наибольшей плотности зависит и от солености. С повышением температуры и понижением солености плотность уменьшается, а с понижением температуры и увеличением солености увеличивается. [c.13] лед и воздух плохо проводят тепло, поэтому в естественных водоемах передача тепла в глубины происходит чрезвычайно медленно. Обогревание же глубинных вод связано с процессами вертикального перемешивания. Для Мирового океана важную роль играет теплопроводность, связанная с турбулентностью, коэффициент которой в тысячи раз превосходит коэффициент молекул лярной теплопроводности. Для оценки скорости переноса тепла определяют температуропроводность. Она равна отношению коэффициента теплопроводности воды к ее плотности и теплоемкости при постоянном давлении. Весьма малая теплопроводность воды, льда и снега и высокая теплоемкость благоприятны для развития жизни в водоемах. [c.14] Скрытая теплота испарения и льдообразования. При переходе воды из жидкой фазы в парообразное состояние процесс испарения происходит медленно, а с повышением температуры более интенсивно. Когда упругость водяных паров становится равной внешнему давлению, вода закипает. Температура кипения химически чистой воды при нормальном давлении 1013 мб (760 мм) соответствует 100° С, при давлении 970 мб — 98,8° С, а при 1020 мб 100,2° С. При испарении и при конденсации 1 кг воды затрачивается и выделяется определенное количество тепла, называемое скрытой удельной теплотой парообразования (испарения), величина которой при 273 К равна 2,5-10 Дж/кг (597 кал/г). С повышением температуры она понижается и при 373 К равна 2,26-10 Дж/кг, т. е. 539 кал/г при 100° С. Скрытая теплота парообразования чистого льда или снега при 273 К больше, чем воды, на величину теплоты плавления 3,35 - Ю Дж/кг (677 кал/г). [c.14] Высокая теплота испарения воды и плавления льда имеет важное значение для теплового баланса Земли. [c.15] Диэлектрическая постоянная воды (е) весьма высока —она равна 81. У большинства тел она находится в пределах 2—8. Высокий дипольный момент при незначительном молекулярном объеме воды обусловливает высокое значение е. Только немногие соединения обладают высокой диэлектрической постоянной (нитробензол 36, спирты метиловый 33, этиловый 26 и рутил 170). Вследствие большой диэлектрической постоянной вода отличается большой ионизирующей способностью (способностью расщеплять молекулы растворенных веществ на ионы) и высокой растворимостью различных элементов, входящих в состав почв и горных пород. [c.15] Поверхностное натяжение. Внутримолекулярные силы проявляются внутри воды в виде сил сцепления, а на свободной поверхности— в виде сил прилипания. Первые обусловливают вязкость, вторые — поверхностное натяжение. На свободной поверхности межмолекулярные силы стремятся втянуть все молекулы во внутрь жидкости и уменьшить свободную поверхность. В результате этого возникает сила поверхностного натяжения, направленная нормально к поверхности воды. Коэффициент поверхностного натяжения изменяется от 7,13-10 до 7,65-10 Н/м (от 71,32 до 76,52 дин/см) в зависимости от температуры и солености. С ним связано образование первичных капиллярных волн на поверхности озер, морей и океанов. [c.15] Для ламинарных движений с малыми скоростями, когда слои воды, не смешиваясь, как бы скользят друг по другу, характерна молекулярная вязкость. Коэффициент молекулярной вязкости чистой воды при 0° С равен 0,01795 10 кг м/с. [c.15] Вода отличается большой подвижностью. Под влиянием различных внешних и внутренних сил воды естественных водоемов приходят в движение. Наряду с такими крупномасштабными движениями, как приливы, сейсмические волны, течения, а также волнение, колебания уровня, вертикальное перемешивание, движение воды может происходить под влиянием молекулярных сил. Силы взаимного притяжения и отталкивания между частицами воды и веществ, с которыми они взаимодействуют, определяют движение воды в капиллярах почв и грунтов. Исследования физических свойств воды показывают, что у пресной воды эти силы зависят главным образом от изменений температуры и давления, а у морской, кроме того, и от солености. Так, например, морская вода, представляя собой высокоионизированный раствор различных солей, хорошо проводит электрический ток. [c.16] Электропроводность морской воды зависит от температуры и солености. При изменении температуры от О до 24° С и солености от 6 до 40%о электропроводность увеличивается от 0,6 до 6,1 1/(0м- м). Пресная вода плохо проводит электрический ток. [c.16] В воде обнаружены теллурические токи, обусловленные корпускулярным излучением Солнца, связанным с числом солнечных пятен. Величина, этих токов в Мировом океане выше, чем в земной коре, вследствие лучшей электропроводности морской воды. Эти токи усиливаются при магнитных бурях и увеличении интенсивности солнечных сияний, т. е. в периоды солнечной активности. [c.16] Кроме теллурических токов, в воде обнаружены токи индукции, вызванные движением воды относительно силовых линий магнитного поля Земли. [c.16] При изучении физических и химических свойств воды необходимо принимать во внимание не только строение молекул воды. [c.16] Природные воды почти никогда не бывают химически чистыми, так как содержат различные вещества в растворенном и взвешенном состоянии. В процессе взаимодействия гидросферы с атмосферой, литосферой и биосферой вода оказывает влияние на различ- ые вещества, образуя истинные и коллоидные растворы. Истин-лые растворы — это такие, в которых растворенные вещества аходятся в виде молекул и ионов с размерами частиц, не превышающими 10 мм. Коллоидные же растворы включают в себя ле отдельные молекулы, а группы молекул и ионов с размерами растворенных частиц от 10 до 10 мм. Коллоидные растворы более устойчивы, но в природных водах они встречаются в незначительных количествах. [c.18] Природные воды различаются между собой по химическому со- ставу, концентрации, соотношению и форме соединений между химическими элементами, находящимися в растворе. [c.18] В процессе влагооборота, испаряясь с поверхности Земли, конденсируясь и выпадая в виде атмосферных осадков, вода соприкасается с поверхностным покровом земной коры и проникает в почву. Проникая в почву, она растворяет различные вещества,, обогащаясь солями, органическими остатками и изменяя свой газовый состав. Ниже почвенного слоя вода соприкасается с грунтами и коренными породами, в результате чего еще более изменяет свой химический состав. Среди пород земной коры выделяют три источника минерализации природных вод 1) изверженные породы,, образующие растворимые соли в процессе химического выветрива ния, 2) отложения солей (карбонаты, сульфаты, хлориды и др.) морского происхождения, связанные с взаимодействием океанов и материков, 3) соли, адсорбированные в различных осадочных породах и почвенном покрове. Кроме этих источников минерализации природных вод, огромное значение имеют продукты выделения и недр Земли при вулканических извержениях, из гейзеров и минеральных источников. Большое влияние на формирование и режим природных вод оказывают физико-географические и климатические условия, морфологические и другие особенности водоема. [c.19] На химический состав природных вод оказывает влияние и деятельность людей. Бурный рост городов, промышленных объектов, сооружение каналов, водохранилищ и т. д. нарушают естественный гидрохимический режим и изменяют состав природных вод. [c.19] Воды Мирового океана отличаются постоянством солевого состава, т. е. постоянством количественных соотношений между главнейшими ионами, не зависящих от концентрации раствора (см. стр. 54). [c.19] Из табл. 4 видно, что растворимость кислорода при одном и том же парциальном давлении более чем вдвое превышает растворимость азота. В воздухе соотношение объемов кислорода и азота равно 1 4 (отношение парциальных давлений), а в воде 1 2. [c.20] Вернуться к основной статье