Доклад по химии вода в твердом состоянии

Обновлено: 30.06.2024

Уникальность такой жидкости, как вода, заключается в том, что она может существовать на нашей планете во всех трех агрегатных состояниях. Наиболее распространенная форма — жидкая, вcтречается также газообразная и твердая (лед, снег). Все имеют химическую формулу H 2 O .

Плотность воды

Одной из важных физических характеристик любого вещества является его плотность. Твердые тела имеют более высокие значения плотности, жидкие и газообразные — низкие. Вычисляется плотность по формуле: ρ = m ÷ V ( m — м а с с а , V — о б ъ е м )

В результате расчетов получается величина, измеряемая в кг на м 3 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 к г / м 3 . В то же время для морской воды аналогичная величина равняется 1027 к г / м 3 .

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:

увеличение объема воды при ее заморозке;
снижение плотности при переходе в твердую фазу (именно поэтому лед плавает на поверхности водоема);
незначительный коэффициент сжатия (расширения) и т.п.

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

Вода — неорганическое соединение, состав описывается формулой Н 2 О , следовательно, в молекуле воды содержится два атома водорода и один — кислорода. Соединены они ковалентной связью, которая образована путем перекрывания пары валентных электронных облаков. Чистое вещество не имеет цвета, запаха, вкуса.

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 м л н к м 3 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:

H 2 O = H 2 + O 2

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 этом частицы H + (в растворе присутствуют в виде H 3 O + ) и O H - имеют противоположные заряды.

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:

C H 2 = C H 2 + H 2 O → C H 3 - C H 2 - O H

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.

Особенности замерзания морской воды проявляются также в зависимости температуры замерзания от ее химического состава. Известно, что в различных морях различное количество солей. Так, в озере Сиваш она имеет соленость 100 промилле, а в Кара-Богаз-Голе — 250 промилле. Температуры замерзания этих вод соответственно -6 оС и -10 оС.

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

Соленость в °/00	Температура замерзания (в градусах)	Соленость в °/00	Температура замерзания (в градусах)
0 (пресная вода)	0	20	-1,1
2	-0,1	22	-1,2
4	-0,2	24	-1,3
6	-0,3	26	-1,4
8	-0,4	28	-1,5
10	-0,5	30	-1,6
12	-0,6	32	-1,7
14	-0,8	35	-1,9
16	-0,9	37	-2,0
18	-1,0	39	-2,1

Согласно таблице при увеличении солености на каждые 2 промилле, температура замерзания воды понижается на 0,1 оС. Так, для замерзания воды в океане (соленость 35 промилле) необходима температура около -2оС.

Анализируя таблицу, можно сделать вывод, что соленость Азовского моря, равная 12 промилле, обеспечивает снижение температуры его замерзания до -0,6 оС. А воды Белого моря (его открытой части), имея соленость 25 промилле, замерзнут при температуре -1,4 оС.

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.

Характеристика понятия, химических и физических свойств воды. Описание агрегатных состояний, изотопных модификаций воды. Анализ значения воды для существования жизни на Земле, изучение особенностей ее использования в различных сферах жизни человека.

Рубрика	Химия
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	02.03.2015
Размер файла	69,5 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Вода (оксид водорода) -- бинарное неорганическое соединение, химическая формула Н2O. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного -- кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. При нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеет цвета (в малом объёме), запаха и вкуса. В твёрдом состоянии называется льдом, снегом или инеем, а в газообразном -- водяным паром. Вода также может существовать в виде жидких кристаллов (на гидрофильных поверхностях). Около 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озёра, реки, льды) -- 361,13 млн км2. На Земле примерно 96,5 % воды приходится на океаны, 1,7 % мировых запасов составляют грунтовые воды, ещё 1,7 % на ледники и ледяные шапки Антарктиды и Гренландии, небольшая часть в реках, озёрах и болотах, и 0,001 % в облаках (образуются из взвешенных в воздухе частиц льда и жидкой воды). Большая часть земной воды -- солёная, и она непригодна для сельского хозяйства и питья. Доля пресной составляет около 2,5 %, причём 98,8 % этой воды находится в ледниках и грунтовых водах. Менее 0,3 % всей пресной воды содержится в реках, озёрах и атмосфере, и ещё меньшее количество (0,003 %) находится в живых организмах. 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.

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.

По особенностям происхождения, состава или применения, выделяют, в числе прочего:

· Мягкая вода и жёсткая вода -- по содержанию катионов кальция и магния

· По изотопам водорода в молекуле:

o Лёгкая вода (по составу почти соответствует обычной)

o Тяжёлая вода (дейтериевая)

o Сверхтяжёлая вода (тритиевая)

· Солоноватая вода (en:Brackish water)

· Питьевая вода, Водопроводная вода

· Дистиллированная вода и деионизированная вода

· Ливневая вода или поверхностные воды

· Мёртвая вода и Живая вода -- виды воды со сказочными свойствами

· Лёд-девять (вымышленный материал)

· Святая вода -- особый вид воды с мистическими свойствами согласно религиозным учениям

· Структурированная вода -- термин, применяемый в различных неакадемических теориях.

Химические названия воды

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

v Оксид водорода: бинарное соединение водорода с атомом кислорода в степени окисления ?2

v Монооксид дигидрогена

v Гидроксид водорода: соединение гидроксильной группы OH - и катиона (H + )

Строение молекулы

Атомы водорода и кислорода в молекуле воды расположены в углах равнобедренного треугольника с длиной связи О--Н 0,0957 нм; валентный угол Н--О--Н 104,5°; дипольный момент 6,17*10 -30 Кл*м; поляризуемость молекулы 1,45*10 -3 нм 3 ; средний квадрупольный момент -- 1,87*10 -41 Кл*м 2 , энергия ионизации 12,6 эВ, сродство к протону 7,1 эВ. При взаимодействии молекулы воды с другими атомами, молекулами и ионами, в том числе с другими молекулами воды в конденсированных фазах, эти параметры изменяются.

Физические свойства

Физические свойства воды аномальны. Плавление льда при атмосферном давлении сопровождается уменьшением объема на 9%. Температурный коэффициент объемного расширения льда и жидкой воды отрицателен при температурах ниже -210°С и 3,98 °С. Теплоемкость С° при плавлении возрастает почти вдвое и в интервале 0-100°С почти не зависит от температуры (имеется минимум при 35 °С). При низких давлениях и температурах до 30 °С вязкость воды с ростом давления падает. Высокие диэлектрическая проницаемость и дипольный момент воды определяют ее хорошую растворяющую способность по отношению к полярным и ионогенным веществам. Благодаря высоким значениям С°, и вода - важный регулятор климатических условий на земле, стабилизирующий температуру на ее поверхности. Кроме того, близость угла Н--О--Н к тетраэдрическому (109° 28') обусловливает рыхлость структур льда и жидкой воды и, как следствие, аномальную зависимость плотности от температуры. Поэтому не промерзают до дна крупные водоемы, что делает возможным существование в них жизни. Вода обладает также высоким поверхностным натяжением среди жидкостей, уступая в этом только ртути. Относительно высокая вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями. 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.

Агрегатные состояния

Изотопные модификации воды. Изотопный состав

вода модификация изотопный свойство

Существует 9 устойчивых изотопных разновидностей воды. Содержание их в пресной воде в среднем следующее (мол. %): 1 Н₂ 16 О - 99,13; 1 Н₂ 18 О - 0,2; 1 Н₂ 17 0-0,04; 1 Н 2 О 16 О-0,03; остальные пять изотопных разновидностей присутствуют в воде в ничтожных количествах. Кроме стабильных изотопных разновидностей, в воде содержится небольшое количество радиоактивного 3 Н₂ (или Т₂О). Изотопный состав природной воды разного происхождения несколько варьирует. Особенно непостоянно отношение 1 Н/ 2 Н: в пресных водах - в среднем 6900, в морской воде -5500, во льдах - 5500-9000. По физическим свойствам D₂O заметно отличается от обычной воды. Вода, содержащая 18 О, по свойствамвам ближе к воде с 16 О. И кислород, и водород имеют природные и искусственные изотопы. В зависимости от типа изотопов водорода, входящих в молекулу, выделяют следующие виды воды:

· Лёгкая вода (основная составляющая привычной людям воды) .

· Тяжёлая вода (дейтериевая) .

· Сверхтяжёлая вода (тритиевая) .

Биологическая роль и применение воды

Вода играет уникальную роль как вещество, определяющее возможность существования и саму жизнь всех существ на Земле. Она выполняет роль универсального растворителя, в котором происходят основные биохимические процессы живых организмов. Она достаточно хорошо растворяет как органические, так и неорганические вещества, обеспечивая высокую скорость протекания химических реакций и в то же время -- достаточную сложность образующихся комплексных соединений.

Благодаря водородной связи, вода остаётся жидкой в широком диапазоне температур, причём именно в том, который широко представлен на планете Земля в настоящее время.

Поскольку у льда плотность меньше, чем у жидкой воды, вода в водоемах замерзает сверху, а не снизу. Образовавшийся слой льда препятствует дальнейшему промерзанию водоема, это позволяет его обитателям выжить. Применение повсеместно. Воду используют в тяжелой и легкой промышленности, медицине, металлургии, сельском хозяйстве, косметологии, пищевой промышленности и т.д.

Факты

· В среднем в организме растений и животных содержится более 50 % воды.

· В составе мантии Земли воды содержится в 10-12 раз больше, чем количество воды в Мировом океане.

· При средней глубине в 3,6 км Мировой океан покрывает около 71 % поверхности планеты и содержит 97,6 % известных мировых запасов свободной воды.

· Если бы на Земле не было впадин и выпуклостей, вода покрыла бы всю Землю слоем толщиной 3 км.

· Если бы все ледники растаяли, то уровень воды в земных океанах поднялся бы на 64 м и около 1/8 поверхности суши было бы затоплено водой.

· Морская вода при обычной её солёности 35 ‰ замерзает при температуре ?1,91 °C.

· Иногда вода замерзает при положительной температуре.

· При определённых условиях (внутри нанотрубок) молекулы воды образуют новое состояние, при котором они сохраняют способность течь даже при температурах, близких к абсолютному нулю.

· Вода отражает 5 % солнечных лучей, в то время как снег -- около 85 %. Под лёд океана проникает только 2 % солнечного света.

· Вода -- это одно из немногих веществ в природе, которые расширяются при переходе из жидкой фазы в твёрдую (кроме воды, таким свойством обладают сурьма, висмут, галлий, германий и некоторые соединения и смеси).

· Вода и водяной пар горят в атмосфере фтора фиолетовым пламенем. Смеси водяного пара со фтором в пределах взрывчатых концентраций взрывоопасны. В результате этой реакции образуются фтороводород и элементарный кислород.

Подобные документы

Вода (оксид водорода) — бинарное неорганическое соединение. Описание строения молекулы воды, ее физических и химических свойств. Общий запас воды на Земле, сферы ее применения. Рассмотрение аномалий данной жидкости, отличающих ее от других природных тел.

реферат [1,2 M], добавлен 27.04.2015

Строение молекулы воды. Водородные связи между молекулами воды. Физические свойства воды. Жесткость как одно из свойств воды. Процесс очистки воды. Использованием воды, способы ее восстановления. Значимость воды для человека на сегодняшний день.

презентация [672,3 K], добавлен 24.04.2012

Изучение физико-химических свойств воды. Химическая природа воды и ее память (структура, свойства, состав). Схема образования связей в молекуле воды. Состояние водных объектов города Рязани. Антропогенное и техногенное воздействие на воду. Лечение водой.

реферат [439,9 K], добавлен 27.10.2010

Анализ физико-химических и аномальных свойств воды - самого важного вещества на Земле, без которого не может существовать ни один живой организм, и не могут протекать ни какие биологические, химические реакции и технологические процессы. Кластерная вода.

реферат [33,6 K], добавлен 20.03.2011

Распределение воды в природе, ее биологическая роль и строение молекулы. Химические и физические свойства воды. Исследования способности воды к структурированию и влияния информации на форму ее кристаллов. Перспективы использования структурированной воды.

Интересные факты о воде

Вода — самая удивительная и загадочная из всех жидкостей, существующих на Земле.

Учёные на протяжении многих столетий продолжают проводить исследования, находя новые интересные факты. Каждый человек знает, что без воды жизнь невозможна.

Вода участвует в формировании климата, для многих живых организмов является средой обитания. Её важность сложно недооценить. Не случайно, нашу планету называют голубой, именно вода покрывает 71 % поверхности земного шара.

В статье мы собрали самую важную и интересную информацию про воду: гипотезы её появления на нашей планете, особенности строения молекулы, агрегатные состояния, уникальные и необычные свойства.

Что такое вода, химические названия

Вода — это бинарное неорганическое соединение, химическая формула H₂O.

При нормальных условиях представляет собой прозрачную, бесцветную жидкость, которая не имеет вкуса и запаха, текуча (принимает форму сосуда).

Молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, которые соединены между собой ковалентной связью. Никакие другие элементы таблицы Менделеева при соединении не образуют жидкости. Рассмотрим строение молекулы H₂O на изображении.

Вода имеет несколько химических названий:

оксид водорода;
гидроксид водорода;
монооксид дигидрогена;
дигидромонооксид;
гидроксильная кислота.

Агрегатные состояния

Из всех веществ, существующих на Земле, только вода может иметь три принципиально разных агрегатных состояния: жидкое, газообразное и твердое. Благодаря трём агрегатным состояниям происходит круговорот воды в природе и жизнь на Земле. Рассмотрим подробнее каждое агрегатное состояние.

Жидкое (вода). В нормальных условиях вода является жидкостью. Образует мировой океан, реки, ручьи и т.д.
Газообразное (водяной пар) — это бесцветный газ, не имеет вкуса и запаха. Испаряется с поверхности океанов, рек, болот, почвы, растений и поступает в воздух или образуется путём кипения жидкой воды или сублимации из льда. Сублимация — переход вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя стадию плавления (перехода в жидкое состояние).
Твердое (лёд). При температуре от нуля и ниже вода превращается в лёд. В холодное время года он сковывает реки и лужи, выпадает в виде осадков: снежинок, града, инея, образует ледяные облака. Встречается в виде ледников и айсбергов.

Строение в различных агрегатных состояниях

Жидкая вода, лёд и водяной пар имеют один и тот же состав, но разные состояния.

Рассмотрим строение молекулы на изображении.

Многочисленные исследования ученых подтверждают, что по структуре вода и лед близки друг к другу. Структура льда – это решетчатый каркас. Структура воды зависит от содержания разных веществ, которые в ней растворяются, а также от нерастворимых соединений и некоторых других факторов.

При температуре близкой к точке замерзания, молекулы жидкой воды собираются в небольшие группы, практически так, как в кристаллах. При температуре близкой к точке кипения они располагаются более свободно.

Свойства

Вода — уникальный природный компонент, который обладает рядом свойств. Рассмотрим основные:

не имеет цвета, запаха и вкуса;
распространенный растворитель;
обладает высоким поверхностным натяжением, уступая в этом только ртути;
имеет большую теплоту испарения (используется для терморегуляции);
чистая вода — хороший изолятор;
обладает большой теплоёмкостью (увеличение тепловой энергии вызывает лишь сравнительно небольшое повышение ее температуры);
плотность в разных диапазонах температур меняется неодинаково.

Существуют необычные свойства. Например, в твердом виде вода легче, чем в жидком. Лёд не тонет в воде. В твёрдом состоянии частички воды располагаются по порядку, между ними остается много свободного пространства. Когда лёд тает, активность частичек повышается, свободное пространство заполняется. Жидкая форма становится более тяжелой, нежели твердая.

Такая уникальная способность даёт возможность любому водоёму не замерзать по всей глубине. Даже при самом сильном морозе температура воды у дна не опускается ниже +4 ᵒС. Все живые существа (рыбы и другие) могут спокойно пережить самую суровую зиму подо льдом.

Когда лёд тает, плотность увеличивается, и становится максимальной при температуре +4 ᵒС. В диапазоне от +4 ᵒС до +40 ᵒС плотность снижается, потом снова увеличивается. При понижении температуры ниже +4 ᵒС плотность уменьшается, т.е. при замерзании вода расширяется.

Горячая вода замерзает быстрее, чем холодная. Это связано с большей скоростью испарения и излучения тепла.

Теплоемкость и некоторые другие физические свойства воды тоже зависят от температуры неодинаково. Другие виды жидкостей не имеют таких особенностей – чтобы какой-то один параметр менялся по-разному на разных порогах температуры.

Круговорот воды в природе

Вода образует водную оболочку нашей планеты – гидросферу.

Её делят на Мировой океан, континентальные поверхностные воды и ледники, а также подземные водоёмы. Переходы H2O из одних частей гидросферы в другие составляют сложный круговорот воды на Земле

Круговорот воды в природе — это непрерывное движение воды в гидросфере Земли. В процессе этого обмена водная масса меняет агрегатное состояние: из жидкой или твердой превращается в газообразную и обратно.

Рассмотрим на примере.

С поверхности океанов, морей, рек и суши вода в виде пара поднимается вверх.
Высоко над землей он охлаждается и образует множество водяных капелек и льдинок. Из них образуются облака.
В виде осадков вода возвращается на Землю.

Происхождение воды на планете

Возникновение воды на нашей планете является предметом научных споров. Существует 2 основные гипотезы:

Космическое происхождение. Часть учёных считают, что вода появилась вследствие падающих метеоритов, астероидов, которые содержали воду.
Земное происхождение. Другие учёные считают, что вода образовалась на Земле во время формирования, а не занесена с космоса.

Наука о воде

Изучением природных вод, явлений и процессов занимается наука Гидрология.

Первые упоминания о гидрологии появились на заре истории человечества около 6000 лет назад.

Начало гидрологических наблюдений в России относится к XV–XVI вв.: в записях русских летописцев сохранились сведения о свойствах воды, наводнениях, паводках, замерзании.

Значение на Земле

Без воздуха человек может прожить несколько секунд, без еды – несколько месяцев, без воды – максимум несколько суток. Снижение содержания воды в организме всего лишь на 2% может вызвать сильную слабость. При нехватке 8% уже может возникнуть серьезное недомогание, а при 12% – смерть.

Каждая клетка живого организма состоит из жидкости и нуждается в регулярном пополнении. Без воды не проживут ни люди, ни растения, ни животные.

Вода формирует климат, участвует в круговороте воды в природе, для многих живых организмов является средой обитания.

Применение

Все люди на планете прекрасно знают, что жизнь без воды невозможна. Любое начало жизни изначально зарождается в воде.

Человек применяет воду:

для поддержании жизни (приготовления пищи, обеспечения организма водой);
для бытовых нужд (гигиены, уборки и т. д);
в сельском хозяйстве и животноводстве;
промышленности (используется при производстве продуктов питания, чугуна, стали, резины и т. д);
медицине;
химии (в качестве реагента для химических реакций, опытов, исследований);
рыболовстве;
для транспортировки людей и грузов;
для спорта;
в земледелии;
для пожаротушения;
служит источником энергии (электростанции).

Сколько жидкости в теле человека

Эмбрион человека состоит из жидкости не менее, чем на 97%. Когда ребенок рождается, вода составляет около 80% его тела. В первые несколько суток после рождения этот показатель существенно снижается.

В дальнейшем содержание воды в организме человека постоянно уменьшается. В пожилом возрасте в теле человека доля воды не превышает 50-60%.

Как определить, сколько воды в теле человека?

Массу тела необходимо разделить на 3 и умножить на 2.

Стоит отметить, что расчет считается приблизительным (может отличаться на 5-10%) Так как количество воды зависит от возраста, пола, физической активности, состояния здоровья.

Основные функции

Вода необходима каждому живому существу. Каждый живой организм состоит из клеток. Ключевую роль выполняет вода. Она составляет около 70 процентов от её массы. Рассмотрим кратко основные функции.

Растворитель. Большинство химических реакций протекают только в водной среде.
Транспортная функция. Переносит питательные вещества из одной части в другую.
Функция регенерации. С помощью воды удаляются ненужные продукты жизнедеятельности.
Регулирует терморегуляцию. Защищает организм от перегрева и обеспечивает равномерное распределение тепла по организму.
Все обменные процессы в организме регулируются водой.

Польза чистой питьевой воды

Врачи, диетологи и другие специалисты часто совершают ошибку, когда слишком много внимания уделяют разным продуктам питания и забывают про воду. Любые вещества, даже самые питательные и полезные, могут оказаться совершенно неэффективными, если нет растворителя, способного доставить их в нужные части тела. На Земле есть только один простой, надежный и распространенный растворитель – вода.

Вода участвует абсолютно во всех обменных процессах. И чтобы они протекали нормально, необходимо пить достаточное количество чистой воды. Именно воды, не чая, не напитков. Содержание разных примесей, консервантов и прочих веществ существенно меняют структуру, нормальное молекулярное состояние воды.

Изначально природой заложено употреблять чистую воду. Когда в организм вносится некая смесь, то пищеварительной системе приходится прикладывать много усилий, растрачивать много энергии, чтобы отделить все лишнее и получить воду. Кроме этого, высокое содержание сахара неизбежно провоцирует нарушение нормального обмена веществ.

Сколько нужно пить воды в день

Рекомендуется употреблять чистую воду без примесей 30-40 мл на 1 кг веса.

Средние показатели:

для женщины: 1,5 – 2 литра ежедневно;

для мужчины: 2,5 – 5 литров ежедневно.

Количество рекомендуемой нормы зависит от физической активности, климата и веса.

Процентное содержание в органах

Вода в теле человека находится в разных субстанциях и никогда не смешивается в единое целое.

Жидкости больше в тех клетках, в которых обмен веществ протекает более интенсивно. Рассмотрим таблицу № 1.

Таблица № 1. Процент содержания в органах человека

Органы	Процент содержания
Мозг	90
Лёгкие	86
Печень	86
Кровь	83
Яйцеклетки	90
Кости	72
Кожа	72
Сердце	75
Желудок	75
Селезёнка	77
Почки	83
Мышцы	75

Признаки обезвоживания

Если содержание воды резко меняется в одну или другую сторону, то это сразу сказывается на общем состоянии здоровья. Чрезмерное количество воды организм переносит намного легче, чем ее нехватку. Рассмотрим основные симптомы проявления нехватки воды в организме человека.

Жажда – первый сигнал нехватки жидкости в организме.
У человека возникают твердые каловые массы и запоры.
Появляется усталость и слабость.
Возникают головные боли и головокружения.
Кожа становится сухой.
Состояние может сопровождаться сильным упадком настроения (вплоть до тяжелой депрессии).

При длительном сохранении такого состояния могут возникнуть проблемы:

с артериальным давлением;
нарушением пищеварения;
заболеваниями органов ЖКТ;
может появиться диабет, ожирение (или наоборот – истощение, дистрофия);
появляются зрительные и слуховые галлюцинации (при потери воды 10%);
сильное обезвоживание может привести к смерти.

Проходя гидрологический цикл, вода может дополняться химическими элементами: ионами, растворенными газами, микроэлементами и т.д.

Воду квалифицируют по следующим признакам:

по наличию и составу изотопов в молекуле;
по степени растворения частиц солей и других примесей;
по источнику;
по взаимодействию с другими элементами и компонентами;
по воздействию человека;
по индивидуальным параметрам.

Рассмотрим некоторые виды на рисунке.

Запасы пресной воды

Несмотря на то, что Земля более, чем на 70% покрыта водой, лишь 1% является пресной (её солёность не превышает 0,5 ‰).
Более 2/3 запасов пресной воды на Земле хранится в ледниках. Крупнейшим водоёмом пресной воды считается озеро Байкал в России.

Показатели качества

Современные нормы очистки водопроводной питьевой воды предполагают использование хлорсодержащих реагентов, которые избавляют воду от инфекций. В дополнение рекомендуется использовать дополнительные методы очистки. Например, фильтры.

Большой популярностью в развитых странах пользуется бутилированная питьевая вода. Она является экологически чистым продуктом. Реализуется в гигиенически чистой ёмкости и соответствует всем установленным требованиям.

25 интересных фактов

Ученые постоянно исследуют оксид водорода, находя интересные факты.

Лёд не тонет в воде. Дело в том, что плотность льда меньше чем, воды в жидком состоянии. Поэтому морские обитатели продолжают жизнедеятельность. Другие вещества увеличивают плотность при замерзании.
Большинство загрязнений вымораживаются при образовании льда.
Более 2/3 запасов пресной воды на Земле хранится в ледниках.
Вёдра для воды изготавливают в форме конуса для того, чтобы их не разорвало при случайном замерзании воды.
Теплоёмкость и некоторые другие физические свойства воды зависят от температуры не одинаково.
Жидкая вода регулирует температуру Земли, водяной пар — влажность воздуха.
Снег способен отражать лучи света на 75%, а вода только на 5%, поэтому снежные ночи такие светлые.
В Антарктиде есть озеро с водой, в 11 раз солёнее морской. В нем настолько соленая вода, что не замерзает даже при — 50 С.
Горячая вода имеет способность замерзать быстрее, чем холодная. Этот факт легко проверить самостоятельно.
Лёд встречается на полюсах Луны, а также на полюсах Марса и Меркурия.
В Антарктике находится самый холодный лёд, а вот самым теплым льдом считается Альпийский, так как его температура составляет 0 градусов по Цельсию.
Температура кипения воды не всегда составляет 100 градусов по Цельсию. Показатель зависит от атмосферного давления. Например, на Эльбрусе — самой высокой вершине Европы (5642 м), — вода закипит при 80,8 °С.
Примерно на каждые 100 метров вглубь к центру Земли температура кипения увеличивается на 3°C.
Озеро Байкал — самое большое пресное озеро в мире.
Для производства 1 тонны стали требуется 300 тонн воды.
Учёные считают, что мировой океан изучен только на 2-7%.
На 1 кг тела коровы приходится 600 грамм жидкости.
В теле рыбы 70-80 процентов.
В медузе больше 95 процентов.
Растения на 50-90 процентов состоят из жидкости.
Вода участвует в фотосинтезе растений.
Бегемот употребляет около 250 литров воды в сутки.
Древесное растение Эвкалипт в сутки поглощает из почвы и испаряет 320 л влаги.
Верблюд способен выпить больше 100 литров воды менее, чем за 15 минут.
Скалистая белка может жить без воды до 100 дней.

Заключение

Вода – удивительное вещество, обладающее химическими и физическими свойствами. Она формирует климат на планете, для многих живых организмов является средой обитания, необходима для фотосинтеза растений и жизнедеятельности всех живых организмов.

Наиболее распространенным оксидом на Земле является оксид водорода H₂O, или вода. Без воды, как и без кислорода, невозможна жизнь человека, животных и растений.

Вода — единственное вещество, существующее на Земле одновременно в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Она является основным компонентом морей и океанов, ледников и айсбергов, облаков и тумана.

Около 70 % поверхности Земли покрыто океанами, морями, реками и озерами — природными хранилищами воды. Из космоса толстый слой воды имеет голубой цвет (рис. 104), вот почему нашу планету называют голубой. Вода входит в состав всех живых организмов, а также очень многих минералов.

Состав и строение воды

Как вы уже знаете, молекула воды состоит из трех атомов — двух атомов водорода и одного атома кислорода (рис. 105). Относительная молекулярная масса воды равна:

Следовательно, молярная масса воды равна:

Вода — это вещество с молекулярным строением. В твердом (рис. 106) и жидком агрегатных состояниях молекулы воды прочно связаны друг с другом. Этим во многом объясняется целый ряд удивительных физических свойств воды.

Физические свойства воды

При комнатных условиях вода представляет собой жидкость без вкуса и запаха. В тонком слое вода не имеет цвета. Однако при толщине более 2 м она имеет голубой цвет. Совершенно чистая вода очень плохо проводит электрический ток.

На заметку: По тому, как проводит электрический ток вода, можно судить о ее чистоте — чем ниже электропроводность, тем чище вода.

У большинства веществ в твердом состоянии плотность выше, чем в жидком. В отличие от них вода в твердом агрегатном состоянии (лед) имеет более низкую плотность, чем в жидком. При 0 °С плотность льда равна примерно 0,92 г/см 3 , а плотность жидкой воды — примерно 1,00 г/см 3 . Это означает, что лед легче воды, поэтому он не тонет в ней (рис. 107). Такая особенность воды объясняет, почему водоемы начинают замерзать не со дна, а с поверхности и очень редко промерзают до самого дна. Это защищает живые организмы, обитающие в реках и морях, от гибели.

У воды высокая теплоемкость, поэтому она медленно нагревается, но и медленно остывает. Это позволяет морям и океанам накапливать тепло летом (и днем) и высвобождать его зимой (и ночью), что предотвращает резкие колебания температуры воздуха на нашей планете в течение года (и суток). Моря и океаны служат своеобразными аккумуляторами тепла на нашей планете.

При нормальном давлении (101,3 кПа) температура кипения воды равна 100 °С. При понижении давления температура кипения воды понижается. Например, в горах на высоте около 5000 м давление существенно ниже нормального (примерно в два раза), поэтому вода закипает в этих условиях при температуре около 84 °С. Понятно, что варить продукты до готовности в горах необходимо более длительное время. И наоборот, в скороварке, где создается высокое давление, вода закипает при температуре выше 100 °С, что позволяет быстрее приготавливать пищу.

Вода как растворитель

С совершенно чистой водой, не содержащей никаких других веществ, большинство людей никогда не встречается. Такая вода используется только в специальных целях.

Почти все жидкости, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни и деятельности, представляют собой растворы различных веществ.

Раствор — это однородная смесь двух и более веществ.

Одно из веществ, входящих в состав раствора, называется растворителем, а остальные — растворенными веществами. Очень часто растворителем является вода. Вода может растворять твердые, жидкие и газообразные вещества.

Все природные воды содержат растворенные соли. Их легко обнаружить экспериментально, выпарив воду на часовом стекле. Кроме солей, вода может растворять различные газы. Их присутствие (правда, не всегда) можно обнаружить экспериментально. Например, поместив пробирку с холодной водой из-под крана в теплое место, через некоторое время можно заметить у стенок пробирки пузырьки. Это растворенные газы (преимущественно кислород) выделяются из раствора при его нагревании до комнатной температуры (рис. 108).

Многие жидкости также хорошо растворимы в воде. Например, серная кислота и спирт неограниченно растворяются в воде. В таком случае говорят, что вещество смешивается с водой в любых соотношениях. Из-за хорошей растворимости многих веществ в воде ее иногда называют универсальным растворителем.

Краткие выводы урока:

Вода не имеет вкуса, цвета (в тонком слое) и запаха, кипит при 100 °С, а переходит в твердое состояние при 0 °С.
Плотность твердой воды меньше, чем жидкой.
Раствор — это однородная смесь двух и более веществ.
Вода является универсальным растворителем — она хорошо растворяет многие твердые, жидкие и газообразные вещества.