Вода – хімія

Будова молекули води. Давайте згадаємо, як побудована молекула води. Вона має кутову будову: входять до її складу атоми утворюють рівнобедрений трикутник, в основі якого знаходяться два атоми водню, а в вершині – атом кисню. Меж’ядерние відстані О-Н близькі до 0,1 нм, відстань між ядрами атомів водню одно 0,15 нм, кут між зв’язками Н-О-Н дорівнює 104,5 °. З восьми електронів зовнішнього шару атома кисню в молекулі води чотири електрона задіяні в освіті ковалентних зв’язків О-Н, інші складають дві непо- поділені електронні пари. Зв’язки О-Н є полярними за рахунок вищої електронегативності кисню, на атомах якого виникає частковий негативний заряд. На атомах водню, навпаки, виникає частковий позитивний заряд.

Воднева хімічний зв’язок. Відносна молекулярна маса води дорівнює 18 і відповідає її простій формулі. Чому ж ця речовина є рідиною, а, наприклад, хлор, відносна молекулярна маса якого 71, являє собою при звичайних умовах газ? Вся справа в тому, що в рідкій воді відбувається асоціація молекул, т. Е. З’єднання їх у більш складні агрегати за рахунок особливої ​​хімічного зв’язку, яка називається водневої.

Це дуже слабка хімічний зв’язок – приблизно в 15-20 разів слабкіше ковалентного. Проте саме завдяки їй деякі низькомолекулярні речовини (т. Е. Що мають невелику відносну молекулярну масу) мають підвищені температури плавлення і кипіння. Це характерно для води, спиртів, фторово- водню, аміаку.

Фізичні властивості води. Агрегатні стани води вам відомі з курсу початкової школи: рідке, газоподібне і тверде (рис. 81).

Рідка вода утворює численні річки, струмки, озера, Світовий океан. Газоподібна вода входить до складу повітря. Тверда вода – це, насамперед, лід і сніг. Нескінченно різноманітний і химерний візерунок сніжинок.

В основі всього різноманіття зустрічається в природі води лежать саме водневі зв’язки. Наявністю водневого зв’язку у води (низькомолекулярного речовини) пояснюються і аномально високі значення її температур плавлення (0 ° С) і кипіння (100 ° С).

Чиста речовина вода володіє і іншими особливостями фізичних властивостей, які роблять це з’єднання воістину унікальним.

Вода здатна розширюватися при замерзанні і має максимальну щільність при +4 ° С. Тому при зниженні температури нижче +4 ° С лід займає верхню частину водойми, вкриваючи його нижні шари і захищаючи водойму від промерзання. Не володів вода такою властивістю, все водойми і навіть Світовий океан за певний геологічний період промерзла б до дна і життя на Землі не тільки не отримала б свого еволюційного розвитку, вона просто б не виникла на ній.

Вода володіє високими значеннями теплоти плавлення і теплоти пароутворення, які академік В. І. Вернадський розглядав як константи планетарного значення, так як їх аномальні значення визначають багато фізико-хімічні та біологічні процеси на Землі.

Вельми цікаво змінюється теплота плавлення льоду при пониженні його температури. Виявляється, якщо охолодити лід при нормальному тиску до -7 ° С, то кількість теплоти, затрачуваної на його плавлення, зменшується з 333,7 • 103 до 323 • 103 Дж / кг. Танення льоду і снігу пов’язано з величезними тепловими витратами, тому процес відбувається поступово, в більшості випадків не завдаючи шкоди природі.

На випаровування 1 кг води витрачається 2 254 • 103 Дж теплоти, т. Е. Приблизно в 7 разів більше, ніж на плавлення 1 кг льоду. У цьому причина збереження води в рідкому стані на нашій планеті. Навіть у найспекотніші дні вода випаровується вкрай повільно. Тому і сезони року змінюються не різко, а плавно: літо – осінь – зима – весна (рис. 82).

Вода має високу питому теплоємність. Ця величина показує, скільки теплоти треба затратити для нагрівання 1 кг води на 1 К (кельвін). Виявляється, на це витрачається 4,1868 • 103 Дж / (кг • К).

Через високу питомої теплоємності води на континентах не буває різкого перепаду температур взимку і влітку, вночі і вдень, оскільки вони оточені гігантським регулятором, своєрідним термостатом – водами Світового океану.

При нагріванні всіх речовин їх теплоємність, як правило, зростає, однак вода – виняток. Теплоємність води з підвищенням температури змінюється аномально: в інтервалі температур від 0 до 37 ° С теплоємність падає, а від 37 до 100 ° С підвищується. Значить, теплоємність води досягає мінімального значення при 36-37 ° С, т. Е. Поблизу нормальної температури тіла людини і ссавців, сприятливого для біохімічних реакцій в їх організмах.

Ще одна особливість води – високий поверхневий натяг.

На кожну молекулу всередині рідини діють сили тяжіння сусідніх молекул, оточуючих її з усіх боків. Рівнодіюча цих сил дорівнює нулю, що не спостерігається для молекул поверхневого шару. Рівнодіюча сил притягання спрямована всередину рідини, і тому молекули поверхневого шару прагнуть туди втягнутися. Під дією цієї сили число молекул на поверхні зменшується, її площа скорочується. Але всі молекули, зрозуміло, не можуть піти всередину. На поверхні залишається таке їх число, при якому вона виявляється мінімальною. Для перенесення молекул з глибини об’єму рідини в її поверхневий шар необхідно вчинити роботу з подолання рівнодіючої сил тяжіння, які діють на молекулу в поверхневому шарі.

Поверхневий натяг збирає воду в краплі (рис. 83) і дозволяє жука-водомір ковзати по її поверхні (рис. 84).

Оригінальна і ще одна характеристика води – її в’язкість. Зазвичай з підвищенням тиску в’язкість речовини збільшується, а з ростом температури зменшується. Однак в’язкість води з ростом тиску при температурі нижче 30 ° С значно зменшується. Тому активність організмів, що живуть в низькотемпературних середовищах, не сильно залежить від цих температур. Кров, що не втратила плинності, продовжує виконувати свої функції так само інтенсивно, як і при більш високих температурах.

Вода – головний розчинник не тільки в живій, але і в неживій природі. По відношенню до води всі речовини діляться на два типи.

Посилання на основну публікацію