Мой фильтр

Физические и химические свойства воды

Время чтения: 0 мин.
Физические и химические свойства воды

Вода - это одно из самых простых соединений, которое действительно можно назвать источником жизни на земле, она учавствует в множестве биологических процессов. В блоге мы часто ссылаемся на определенные свойства воды, но редко раскрываем их суть. Давайте сегодня почувствуем себя как Википедия и углубимся в мир физики и химии воды. Простым языком объясним из чего состоит вода, и почему она не только играет роль "источника жизни на Земле", но также является удивительным химическим веществом.

Физические свойства воды

Вода в своем чистом виде не обладает вкусом и ароматом, а при обычной температуре (20оС) остается в жидком состоянии.

“Вода” — это тривиальное название, химическое название воды является оксид водорода. По названию можно сделать вывод, что в её составе присутствуют ионы водорода и кислорода, соединенные друг с другом посредством ковалентной связи.

Формула воды

Водородный атом обладает валентностью 1, в то время как атом кислорода имеет валентность 2. Благодаря этому формула питьевой воды именно H2O.

Каждая молекула воды также способна формировать до четырех водородных связей (2 с атомами водорода и 2 с атомами кислорода). Все необычные физические свойства воды связаны именно с этими связями, ведь у воды относительно высокая температура кипения (100оС). Без водородных связей вода начала бы кипеть при температуре -80 оС и замерзала бы при -100 оС. Такое молекулярное строение обуславливает наличие воды в трех агрегатных состояниях (твердом, жидком и газообразном) в естественной среде вокруг нас. Детальнее о том, как кипит и замерзает вода, чем и почему отличается тяжелая вода, а также про парадокс Мпембы, мы писали ранее.

Химические свойства воды

Тут мы детальнее поговорим о том, какие химические свойства может проявлять вода, и как они связаны с показателями воды на Земле.

Если мы рассматриваем воду как участника химических реакций, основные её химические свойства H2O, необходимые для понимания процессов в окружающей среде, можно кратко перечислить.

Формула воды

Химическая формула воды представляет собой соединение из двух атомов водорода (H) и одного атома кислорода (O). Эта простая, но мощная структура обуславливает множество свойств, сделавших воду уникальной вещественной средой.

Полярность молекул воды обусловлена разницей в электроотрицательности между атомами водорода и кислорода. Это приводит к созданию диполя, что делает воду отличным растворителем. Благодаря этой способности растворять множество веществ, вода играет ключевую роль в многих биологических и химических процессах.

Взаимодействие воды с простыми веществами

Ржавчина

Металлы из группы щелочных и щелочноземельных, что взаимодействуют с водой проявляют довольно бурную реакцию с выделением тепла, а иногда даже света, например, натрий, калий, кальций способны двигаться и даже “прыгать” по воде.

2Na + 2H2O = H2 + 2NaOH.

Металлы с низкой активностью проявляют реакцию либо при подогреве, либо остаются нереактивными, как, например, железо:

3Fe + 4H2O = 4H2+ Fe3O4 (только при нагревании)

Эти химические реакции не происходят естественным образом в окружающей среде, в то время как процесс коррозии, при котором вода взаимодействует с воздухом, весьма распространен:

4Fe + 3O2 + 6H2O ➝ 4Fe(OH)3.

Это уравнение описывает формирование ржавчины на железных поверхностях. Подобные процессы могут происходить также с медью, цинком и их сплавами.

Кислотный дождь

Реакции с неметаллами происходят исключительно при нагревании или других типах воздействия. Они также не принципиальны для изучения свойств воды.

Реакции с оксидами неметаллов

Очень часто вода в природе встречается с углекислым газом, а также оксидами серы и азота, которые являются компонентами выхлопных газов, по такому механизму:
SO2 + H2O = H2SO4.

В результате именно этих процессов образуются кислотные дожди.

Фотосинтез

Фотосинтез

Эта уникальная реакция с водой позволяет растениям под воздействием солнечного излучения из углекислого газа и воды синтезировать питательные вещества: крахмал и глюкозу.

6nCO2 + 5nH2O = (C6H10O5)n + 6n O2

Это, пожалуй, все реакции, которые могут быть интересны в отношении воды, как отдельного элемента.

Вода — идеальный растворитель

Вода является идеальным растворителем, поэтому много процессов происходит невидимо для нашего глаза. Вот они – как раз, и наиболее интересны. В природе не существует воды, которая не содержит примесей. В воде всегда растворены неорганические соли, газы, а при антропогенном влиянии еще и огромный ассортимент органических веществ. В том числе:

  • соли жесткости;
  • железо;
  • марганец;
  • соли тяжелых металлов;
  • природные органические вещества.

Горный ручей

Например, природная жесткость воды обусловлена тем, что в момент ее движения через породы, она насыщается минералами. В зависимости от состава пород, их растворимости, температуры окружающей среды определенные их концентрации способны растворяться в воде. Преимущественно такие породы представлены карбонатами, сульфатами, нитратами кальция, магния, натрия, калия и пр. катионов. Пожалуй, основными минералами, которые составляют базис жесткости, являются гипс (CaSO4), доломит (CaCO3•MgCO3), известняки (CaCO3).

Что касается растворенного железа и марганца, то они характерны преимущественно для природных скважинных вод, так как растворимые соли железа обычно “обитают” в пространстве с недостатком воздуха. Источниками их являются преимущественно магнитный, бурый, красный железняки, магнезит и пр.

Сероводород также хранится глубже грунтовых вод, как продукт химических изменений органических веществ. На воздухе тоже склонен окисляться до элементарной серы и выпадать в осадок (обычно невидимый человеческим глазом).

В природных поверхностных водах всегда содержится растворенный кислород и азотсодержащие компоненты, которые получаются как следствие жизнедеятельности микроорганизмов — это аммоний, нитриты, нитраты, которые с легкостью преобразуются друг в друга. Также в водоемах всегда есть белки и аминокислоты.

Антропогенное влияние на воду

Что же касается антропогенной нагрузки, то именно благодаря ей в воду вносятся самые токсичные загрязнители:

  • соли тяжелых металлов;
  • промышленные органические продукты;
  • нитраты и фосфаты применяемые в качестве удобрений.
В воде постоянно происходят какие-то реакции. Это и обменные процессы, которые вызывают, например, осаждение известкового налета состоящего из карбоната кальция. И окислительно восстановительные, из-за которых в скважинной воде появляется рыжеватая железная муть или осадок на стенках. Вода — это сложная химическая система, и каждый элемент всегда имеет свой источник.

Свойства воды для организма человека

Вода играет ключевую роль в поддержании жизни и здоровья организма человека. Ее свойства оказывают влияние на различные аспекты функционирования организма:
  • Вода является основным компонентом клеток, тканей и органов. Постоянное употребление воды поддерживает оптимальный уровень гидратации, обеспечивая нормальное функционирование клеток.
  • Вода участвует в процессах терморегуляции. Путем испарения через пот и дыхание она помогает охлаждать организм в условиях повышенной температуры. 
  • Вода служит средой для транспортировки питательных веществ, минералов и кислорода к клеткам органов и тканей.
  • Многие химические реакции, происходящие в организме, зависят от участия воды. Она служит средой для различных биохимических процессов, включая расщепление пищи в желудке.
  • Вода играет важную роль в выведении токсинов и отходов через мочевыделительную систему и пот.
  • Вода участвует в поддержании оптимального уровня pH в организме, что важно для многих биологических процессов.
  • Употребление достаточного количества воды помогает улучшить пищеварение, разбавляя желудочные соки и облегчая перемещение пищи по кишечнику.

С учетом этих свойств важно поддерживать достаточный уровень потребления воды для обеспечения нормального функционирования организма и поддержания общего здоровья.

Ресурсы:

  1. Гринь, В. "ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ." студенческого научного общества (2010): 14.

  2. Якименко, Анна. "Изучение свойств воды." URL: http://fyzikaschool.ucoz.ua/doslidnu/Yakimenko-2-.pdf (дата обращения: 12.07.2023).

  3. запасов воды на Земле, Распределение. "Состав и свойства воды. Физические и химические свойства питьевой воды." ПРИРОДНАЯ ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА: 41.

  4. Пашковская, О. С., and Н. В. Бродецкая. "Вода и ее значение для здоровья человека." Биологические исследования-2013 (2013): 186-187.

Просмотры: 206635
2 голос(а/ов)
Поделиться:

Часто задаваемые вопросы


Какие свойства имеет вода в разных состояниях?


Вода в жидком состоянии прозрачна, что позволяет свету проникать сквозь нее. Вода достигает наивысшей плотности при температуре около 4 градусов Цельсия, что важно для живых организмов и влияет на тепловой обмен в водных экосистемах. Вода хороший растворитель, способный растворять множество веществ, что играет важную роль в химических процессах.
Вода в твердом состоянии образует кристаллическую решетку, что делает лед прозрачным и отражающим свет. В отличие от большинства веществ, вода расширяется при замерзании, что имеет важные последствия для природы.
Вода в газообразном состоянии может расширяться, заполняя объем. 

Эти свойства воды в различных состояниях являются основой для многих природных процессов и имеют важное значение для поддержания жизни на Земле.

 

Как называется 4-е состояние воды?


Четвертым состоянием воды является водянная пара. Вода в четвертом состоянии проходит через фазовый переход под воздействием энергии магнитного поля в точке Кюри. В этот момент она обретает свойства сегнетоэлектрической плазмы. Это основа для формирования природных явлений, таких как грозовые облака и шаровая молния.
 

Какое свойство воды является наиболее существенным?


Вода обладает уникальной способностью растворять множество веществ, что делает ее жизненно важным компонентом для поддержания химических процессов в организмах, а также для формирования и поддержания экосистем на Земле.


 

Telegram Viber