Реферат: Свойства и структура воды - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Свойства и структура воды

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 387 kb, скачать бесплатно
Обойти Антиплагиат
Повысьте уникальность файла до 80-100% здесь.
Промокод referatbank - cкидка 20%!
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

20 Санкт-Петербургский государствен ный архитектурно-строительный университет Кафедра химии РЕФЕРАТ Свойства и структура воды Выполнил студент группы 2-В -1 Горохов М . В. Принял доцент Л . И . Акимов Санкт-Петербург 1999 Содержание : 1. Вве дение . Вода в природе 3 2. Структура воды 5 3. Свойства воды 11 4. Серебряная и талая вода 20 5. Заключение 22 6. Литература 23 Введение . Вода в природе. Самое важное для жизни – вода. Вода имеет первостепенное значение при большинстве химических реакций , в частности и биохимических . Древнее положение алхимиков – “тела не действуют , пока не растворены” – в значительной степени справедливо. Человеческий зародыш содержит воды , %: трехдневный - 97, трехмесячный - 9 1, восьмимесячный - 81. У взрослого человека доля воды в организме составляет 65%. Человек и животные могут в своем организме синтезировать первичную ("ювенильную ") воду , образовывать ее при сгорании пищевых продуктов и самих тканей . У верблюда , например, жир содержащийся в горбу , может путем окисления дать 40 л воды. Связь между водой и жизнью столь велика , что даже позволила В . И . Вернадскому “рассматривать жизнь , как особую коллоидальную водную систему ... как особое царство природных вод”. Количество в оды , содержащейся в живых существа составляет в каждый данный момент громадную величину . Силами жизни в течение одного года перемещаются десятые доли процента всего океана , а в немногие сотни лет через живое вещество проходят массы воды , превышающие массу Мирового океана. Геохимический состав океанической воды близок к составу крови животных и человека (см табл .). Сравнительное содержание элементов в крови человека и в Мировом океане , % Элементы Состав крови человека Состав Мирового океана Хлор 49,3 55,0 Натрий 30,0 30,6 Кислород 9,9 5,6 Калий 1,8 1,1 Кальций 0,8 1,2 Вода — весьма распространенное в природе вещество . 71 % поверхности земного шара покрыт водой , о бразующей океаны , моря , реки и озера . Много воды находит ся в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере ; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах . В недрах земли также находится вода , пропитывающая почву и горные породы . Общие запасы воды на Земл е составляют 1454,3 млн . км 3 (из них менее 2% относится к пресным водам , а доступны для использования 0,3%). Природная вода не бывает совершенно чистой . Наиболее чи с той является дождевая вода , но и она содержит незначительные к оличества различных примесей , которые захватывает из воздуха. Количество примесей в пресных водах обычно лежит в преде лах от 0,01 до 0,1% (масс .). Морская вода содержит 3,5 % (масс .) ра с творенных веществ , главную массу которых составляет хлорид натрия (поваренная соль ). Вода , содержащая значительное количество солей кальция и магния, называется жесткой в отли чие от мягкой воды , на пример дождевой . Жесткая вода дает мало пены с мылом , а на стенках котлов образует накипь. Чтобы освободить природную воду от взвешенных в ней частиц , е е фильтруют сквозь слой пористого вещества , наприме р , угля , обожженной глины и т . п. Фильтрованием можно удалить из воды только нерастворимые п римеси . Растворенные вещества удаляют из нее путем перегонки (ди с тилляции ) или ионного обмена . Вода имеет очень большое значение в жизни растений , живот н ых и человека . Во всяком организме вода представля е т собой среду , в которой протекают химические процессы , обеспечива ющие жизнедеятельность организма ; кроме т ого , она сама принимает участие в целом ряде биохимических реакций. Вода - обязательный компонент практически всех технологических процессов как промышленного , так и сельскохозяйственно го производства. Структура воды Английский физик Генри Кавендиш обнаружил , что водород Н и кислород О образуют воду . В 1785 г . французскими химиками Лавуазье и Менье было установлено , что вода состоит из двух весовых частей водорода и шестнадцати весовых частей кислорода. Однако нельзя думать , что это представление , выражающееся химической формулой Н 2 О , строго говоря , верно . Атомы водорода и кислорода , из которых состоит природная вода , или , точнее , окись водорода , могут иметь различн ый атомный вес и значительно отличаться друг от друга по своим физическим и химическим свойствам , хотя и занимают в периодической системе элементов одно и то же место. Это так называемые изотопы . Известны пять различных водородов с атомными весами 1, 2, 3, 4, 5 и три различных кислорода с атомными весами 16, 17 и 18. В природном кислороде на 3150 атомов изотопа О 16 приходится 5 атомов изотопа кислорода О 17 и 1 атом изотопа кислорода О 18 . В природном газообразном водороде на 5,5 тыс . атомов легкого водород а Н (протия ) приходится 1 атом Н 2 (дейтерия ). Что касается Н 3 (трития ), а также Н 4 и Н 5 , то их в природной воде на Земле ничтожно мало , но участие их в космических процессах при низких температурах в межпланетном пространстве , в телах комет и т п . весьма вероятно. Ядра атомов изотопов содержат одинаковое число протонов , но разное число нейтронов . Атомные массы изотопов различны. Вокруг ядра атома водорода вращается один единственный электрон , поэтому атомный номер водорода равен единице . Этот электрон вращ ается по круговым орбитам , в совокупности образующим сферу . Орбит множество , и в зависимости от нахождения электрона на или иной круговой орбите у атома водорода может существовать множество энергетических состояний электрона , т . е . он может быть в споко й ном или более или менее возбужденном состояниях. У атома кислорода 8 электронов (атомный номер 8), 6 из которых движутся по наружным орбитам , представляющим форму восьмерки или гантели , и 2 по внутренней круговой орбите . В соответствии с количеством электр онов в ядре атома кислорода 8 протонов , таким образом , сам атом в целом нейтрален. Наиболее устойчивой наружной орбитой атома является состоящая из 8 электронов , а у кислорода их 6, т , е ., не хватает 2 электронов . В то же время водород , как и кислород , с уществует в молекулах , содержащих 2 атома (Н 2 ), связанных между собой двумя электронами , которые легко замещают вакансию двух электронов наружной орбиты атома кислорода , образуя в совокупности молекулу воды , с полной устойчивой восьмиэлектронной наружной орбитой (см рис 1.). Рис 1. Схема образования молекулы воды (б ) из 1 атома кислорода и 2 атомов водорода (а ). Можно при вести много различных схем образования молекулы воды , основанных на представлениях разных физиков . По существу в них нет никаких противоречий и принципиальных различий . Ведь в действительности ни строения атомов , ни строения молекулы никто не видел , поэт о му гипотетические схемы строятся лишь на основе косвенных наблюдаемых приборами признаков , позволяю щих предположить как поведение , так и свойства атомов и молекул. Размеры атомов различных элементов колеблются примерно от 0,6 до 2,6 А , а величины длины све товой волны – в несколько тысяч раз больше : (4,5-7,7)*10 -5 см . К тому же и атомы , и молекулы не имеют четких границ , чем и объясняется существующий разнобой вычисленных радиусов. При нормальных условиях следовало бы ожидать , что связи атома кислорода с обоими водородными атомами в молекуле Н 2 О образуют у центрального атома кислорода очень тупой угол , близкий к 180 . Однако совершенно неожиданно этот угол равен не 180 , а всего лишь 104 31'. Вследствие этого внутримолекулярные силы компенсируются не полностью и их избыток про является вне молекулы . На рис . 2 показаны основные размеры молекулы воды. Рис 2. Молекула воды и ее размеры. В молекуле воды положительные и отрицательные заряды распределены неравномерно , асимметрично . Такое расположение зарядов создает полярность молек улы . Хотя молекула воды нейтральна , но в силу своей полярности она ориентируется в пространстве с учетом тяготения своего отрицательно заряженного полюса к положительному заряду и положительно заряженного полюса к отрицательному заряду. Внутри молекулы в оды это разделение зарядов по сравнению с разделением зарядов у других веществ очень велико . Это явление называют дипольным моментом . Эти свойства молекул воды (называемые также диэлектрической проницаемостью , которая у Н 2 О очень велика ) имеют очень большо е значение , например в процессах растворения различных веществ. Способность воды растворять твердые тела определяется ее диэлектрической проницаемостью , которая у воды при 0 С равна 87,7; при 50 С – 69,9; при 100 С - 55,7. При комнатной температуре диэлектрическая проницаемость равна 80. Это значит , что два противоположных электрических заряда взаимно притягиваются в воде , с силой , ра вной 1/80 силы их взаимодействия в воздухе . Таким образом , отделение ионов от кристалла какой-либо соли в воде в 80 раз легче , чем в воздухе. Но вода состоит не только из одних молекул . Дело в том , что молекула воды может диссоциировать (расщепляться ) на з аряженный положительно ион водорода Н + и на заряженный отрицательно гидроксильный ион ОН - . В обычных условиях чистая вода диссоциирована очень слабо : только одна молекула из 10 млн . молекул воды распадается на ион водорода и ион гидроксила . Однако с повыш ением температуры и изменением других условий диссоциация может быть значительно большей. Хотя вода в целом в химическом отношении инертна , наличие ионов Н + и ОН - делает ее чрезвычайно активной. В воде могут находиться и отрицательно заряженные ионы кислор ода (О - ). Более того , в природе могут встречаться и другие соединения водорода с кислородом . К таким соединениям в первую очередь принадлежит широко распространенный отрицательно заряженный гидрооксоний Н 3 О + . Он встречается в растворах галита ( Na С l ) при вы соких температурах и давлениях . Гидрооксоний находится в узлах решетки льда (вместе с гидроксильным ином ОН - ) в количестве (при 0 С ) 0,27*10 -9 частей , а также в связанном состоянии во многих минералах. Н 3 О + и ОН - в глубоки х недрах являются переносчиками многих соединений (особенно в процессе гранитизации ). К другим соединениям водорода с кислородом относятся перекись водорода (Н 2 О 2 ), перигидроксил (НО 2 ), гидроксил-моногидрат (Н 3 О 2 ) и т . п . Все они неустойчивы в условиях зе мной поверхности , однако при некоторых темературах и давлениях могут находиться в природе длительное время , а главное – превращаться в молекулу воды , о чем будет сказано ниже . Н 3 О 2 - обнаружен в облаках ионосферы на высоте более 100 км над уровнем моря. Как уже было отмечено выше , молекула воды , как правило , нейтральна . Однако при вырывании из нее электрона бета-лучами (быстрыми электронами ) может образоваться заряженная “молекула” воды – положительный ион H 2 O + . При взаимодействии воды с этим ионом возни кает радикал ОН - по схеме : H 2 O + + H 2 O = Н 3 О + + ОН - . При рекомбинации гидрооксония Н 3 О + с электроном выделяется энергия , равная 196 ккал /моль , достаточная для расщепления Н 2 О на Н и ОН . Свободные радикалы играют весьма важную роль в астрофизике и в фи зике земной атмосферы . На Солнце был обнаружен радикал ОН , причем в пятнах в повышенном количестве . Он же обнаружен в звездах и в головной части комет. Итак , рассматривая воду только как вещество , состоящее из атомов , молекул и ионов водорода и кислорода , и не принимая во внимание все другие элементы периодической системы и их неорганические и органические соединения , которые могут находиться воде в виде растворов , взвесей , эмульсий и примесей , газообразном , жидком и твердом состояниях , можно выделить 36 соединений – разновидностей водорода и кислорода , входящих в состав воды . В табл . 1 приведено девять изотопических разновидностей воды. Некоторые изотопические разновидности воды с сравнении с содержанием отдельных элементов в морской воде Формулы молек ул воды Содержание , % Соответствует содержанию в морской воде H 1 O 16 99,73 - H 1 O 18 0,20 Магния H 1 2 O 17 0,04 Кальция H 1 H 2 O 16 0,032 Калия H 1 H 2 O 18 0,00006 Азота H 1 H 2 O 17 0,00001 Алюминия H 2 2 O 16 0,000003 Фосфора H 2 2 0 18 0,000000009 Ртути H 2 2 O 17 0,000000001 Золота Как видим , кроме Н 2 О , других изотопических разновидностей обычно не так уж много , всего около 0,3%. Тритий (Н 3 , или Т ) слабо радиоактивен , и его полураспад длится 12,3 года , в таблице он не помещен , так же как и другие радиоактивные изотопы водорода с атомным весом 4 (Н 4 ) и 5 (Н 5 ) с исключительно коротким периодом полураспада . Например , Н 4 всего 4 / 100000000000 сек . или 4*10 -11 сек. Помимо указанных выше четырех изотопов водорода имеются еще три радиоактивных изотопа кислорода : О 14 , О 15 , О 16 , но и они в природной воде большого значения иметь не могут , так как их периоды полураспада очень малы и оцениваются десятками секунд . Но это еще далеко не все , если говорить о разновидностях чистой воды. До сих пор мы рассматривали только атомы , м олекулы и ионы водорода и кислорода и их соединения , составляющие то , что мы называем чистой водой . В 1 см 3 жидкой воды при 0 С содержится 3,35*10 22 молекул . Оказывается , частицы воды располагаются далеко не произвольно , а о бразуют во всех трех фазах воды определенную структуру , которая изменяется в зависимости от температуры и давления . Мы подошли к наиболее трудной для понимания , загадочной и далеко не разрешенной проблеме воды – ее структуре. Модели структуры воды. Известн о несколько моделей структуры чистой воды , начиная с простейших ассоциатов , льдоподобной модели и желеподобными массами , свойственными полипептидам и полинуклеотидам , – бесконечно и беспорядочно разветвленный гель с быстро возникающими и и исчезающими вод ородными связями . Выбор определенной модели жидкой воды зависит от изучаемых свойств . Каждая модель передает те или иные характерные особенности ее структуры , но не может претендовать как на единственно правильную. Большему количеству экспериментальных данных отвечает льдоподобная - модель О . Я . Самойлова . Согласно этой модели , ближняя упорядоченность расположения молекул , свойственная воде , представляет собой нарушенный тепловым движением льдоподобный тетраэдрический каркас , пустоты которого частично з аполнены молекулами воды . При этом молекулы воды , находящиеся в пустотах льдоподобного каркаса , имеют иную энергию , чем молекулы воды в его узлах . Для структуры воды характерно тетраэдрическое окружение ее молекул . Три соседа каждой молекулы в жидкой воде расположены в одном слое и находятся на большем от нее расстоянии (0,294 нм ), чем четвертая молекула из соседнего слоя (0,276 нм ). Каждая молекула воды в ставе льдоподобного каркаса образует одну зеркальносимметричную (прочную ) и три центральносимметричн ы х (менее прочных ) связи . Первая относится к связи между молекулами воды данного слоя и соседних слоев , остальные - к связям между молекулами воды одного слоя . Поэтому четвертая часть всех связей - зеркальносимметричные , а три четверти центральносимметричн ы е . Представления о тетраэдрическом окружении молекул воды привели к выводу о высокой ажурности ее строения и наличии в н ей пустот , размеры которых равны или превышают размеры молекул воды . Рис 3. Элементы структуры жидкой воды. а - элементарный водный тетраэдр (светлые кружки - атомы кислорода , черные половинки - возможные положения протонов на водородной связи ); б - зерка льносимметричное расположение тетраэдров ; в - центральносимметричное расположение ; г - расположение кислородных центров в структуре обычного льда. Жидкая вода характеризуется значительными силами межмолекулярного взаимодействия за счет водородных свя зей , которые образуют пространственную сетку . Водородная связь обусловлена способностью атома водорода , соединенного с электроотрицательным элементом , образовывать дополнительную связь с электроотрицательным атомом другой молекулы . Водородная связь относ и тельно прочна и составляет несколько килоджоулей на моль . По прочности она занимает промежуточное место между энергией Ван-дер-Ваальса и энергией типично ионной связи. В молекуле воды энергия химической связи H-O составляет 456 кДж / моль , а энергия водородн ой связи H… O 21 кДж / моль. Рис 4. Схема водородной связи между молекулами воды Свойства воды Обратимся к общ ей характеристике свойств воды , делающих ее самым удивительным веществом на Земле . И первое , самое поразительное , свойство воды заключается в том , что вода принадлежит к единственному веществу на нашей планете , которое в обычных условиях температуры и дав ления может находиться в трех фазах , или трех агрегатных состояниях : в твердом (лед ), жидком и газообразном (невидимый глазу пар ). Как хорошо известно , вода принята за образец меры – эталон для всех других веществ . Казалось бы , за эталон для физических ко нстант следовало бы выбрать такое вещество , которое ведет себя самым нормальным , обычным образом . А получилось как раз наоборот . Вода – самое аномальное вещество в природе . Прежде всего , вода обладает исключительно высокой теплоемкостью по сравнению с д ругими жидкими и твердыми телами . Если теплоемкость воды принята за единицу , то , например , для спирта и глицерина она составит только 0,3; для песка каменной соли – 0,2; для ртути и платины – 0,03; для дерева (дуб , ель , сосна ) – 0,6; для железа – 0,1 и т.д. Таким образом , вода в озере при одинаковой температуре воздуха и одинаковом получаемом ею солнечном тепле нагреется в 5 раз меньше , чем сухая песчаная почва вокруг озера , но во столько же раз вода будет больше сохранять полученное тепло , чем почва. Др угая аномалия воды – это необычайно высокие скрытая теплота испарения и скрытая теплота плавления , т . е . то количество тепла , которое необходимо , чтобы превратить жидкость в пар и лед в жидкость (иными словами , количество поглощаемой или высвобождаемой те п лоты ). Например , чтобы превратить 1 г льда в жидкость , необходимо закатить около 80 кал , в то время как само вещество лед – вода ни на долю градуса не повысит свою температуру . Как известно , температура тающего льда неизменно одинакова и равна 0 С . В то же время вода тающего льда из окружающей среды должна поглощать относительно громадное количество тепла (80 кал /г ). Такой же скачок мы наблюдаем при переходе воды в пар . Без повышения температуры кипящей воды , которая неизменн о (при давлении 1 атм .) будет равна 100 С , сама вода должна поглотить из окружающей среды почти в 7 раз больше тепла , чем при таянии льда , а именно : 539 кал. Если пар превращается в воду или вода переходит в лед , то такое же количество тепла в калориях (539 и 80) должно выделяться из воды и согревать среду , окружающую воду . У воды эти величины необыкновенно высоки . Например , скрытая теплота испарения у воды почти в 8 раз больше , а скрытая теплота плавления в 27 раз больше , ч е м у спирта. Удивительной и совершенно неожиданной аномальной особенностью воды являются ее температуры замерзания и кипения . Если рассмотреть ряд соединений водорода с другими элементами , например с серой , селеном , теллуром , то можно заметить , что существу ет закономерность между их молекулярными весами и температурами замерзания и кипения : чем выше молекулярные массы , тем выше температурные значения (табл . 2). Зависимость температуры замерзания и кипения некоторых соединений водорода от молекулярного веса Соединения водорода Молекулярный вес Температура , С замерзания кипения H 2 Te 130 -51 -4 H 2 Se 81 -64 -42 H 2 S 34 -82 -61 H 2 O 18 0! +100! Еще более удивительное и не менее неожиданное свойство воды – это изменение ее плотности в зависимости от изменения температуры . Все вещества (кроме висмута ) по мере повышения температуры увеличивают свой объем и уменьшают плотность . На интервале от +4 С и выше вода увеличивает свой объем и уменьшает п лотность , как и другие вещества , но начиная с +4 С и ниже , вплоть до точки замерзания воды , плотность ее вновь начинает падать , а объем расширяться , и в момент замерзания происходит скачок , объем воды расширяется на 1 /11 от объема жидкой воды. Исключительное значение такой аномалии всем достаточно понятно . Если бы этой аномалии не было , лед не смог бы плавать , водоемы промерзали бы зимой до дна , что было бы катастрофой для всего живущего в воде . Впрочем , это свойство воды не всегда приятно для человека – замерзание воды в водопроводных трубах приводит к их разрыву. Существует много других аномалий воды , например , температурный коэффициент расширения воды на интервале от 0 до 45 С увеличивается с ростом давления , а у других тел обычно наоборот . Аномальны также теплопроводность , зависимость диэлектрической проницаемости от давления , коэффициент самодиффузии и многие другие свойства. Возникает вопрос , чем же объяснить эти аномалии ? Путь к объяснению, возможно , лежит в выявлении особенностей структур , образуемых молекулами воды при различных агрегатных (фазовых ) состояниях , связанных с температурами , давлениями и другими условиями , в которых находится вода . К сожалению , единство во взглядах на этот во п рос отсутствует . Большая часть современных исследователей придерживается мнения о двухструктурной модели воды , согласно которой вода представляет собой смесь : 1) рыхлой льдоподобной и 2) плотно упакованной структур. Кристаллы льда относятся к гексагона льной сингонии , т . е . они имеют форму шестигранных призм (гексагонов ). В структуре льда каждая молекула воды окружена четырьмя ближайшими к ней молекулами , находящимися от нее на одинаковом расстоянии . Таким образом , каждая молекула воды обладает координа ц ионным числом. Молекулы воды располагаются так , что они соприкасаются разноименными полюсами (заряженными положительно и отрицательно ). В структуре льда типа тридимита расстояние между молекулами 4,5 А , а в структуре типа кварца – 4,2 А . В первом случае эт о вода тающего льда с температурой около 0 С . Во втором случае более плотная упаковка молекул воды предполагается при температуре около +4 С. Таинственное расширение воды примерно на 10% при зам ерзании объясняется быстрой сменой плотно упакованной структуры на ажурную , рыхлую . В структуре льда из-за низкого координационного числа много пустот , которые даже больше самих молекул воды . Каждая пустота ограничена 6-ю молекулами воды , и в то же время в округ каждой молекулы воды в структуре льда имеется 6 центров пустот. При температуре около +4 С эти пустоты заполняются "свободными " молекулами воды и плотность ее становится максимальной . При дальнейшем повышении температур ы вновь постепенно возникает все более и более рыхлая ажурная структура . В результате возрастающего теплового движения молекул (с повышением температуры ) структура льда постепенно "размывается ", происходит ослабление водородных связей и "размывание " струк т уры типа тридимита усиливается , плотность воды уменьшается , а объем ее увеличивается. Необходимо еще раз подчеркнуть , что внутреннее строение жидкостей вообще , а воды в особенности , значительно сложнее , чем у твердых тел и газов . Природа воды чрезвычайно с ложна и пока еще далеко не разгадана . Крупный исследователь структуры воды профессор О . Я . Самойлов поясняет процесс внезапного увеличения объема , занимаемого водой в момент замерзания или уменьшения объема при оттаивании льда двумя грубыми примерами-анал о гиями , разумеется , чрезвычайно упрощенно схематизированными. Представим себе ящик , в который сложены шары с плотнейшей упаковкой . При встряхивании ящика произойдет разупорядочение , объем , занимаемый шарами , увеличится и образуются пустоты. Обратный процесс иллюстрируется следующим примером . Пусть на каждом шаре будут сделаны углубления и соответствующие им на других шарах выступы так , чтобы каждый шар был окружен только 4-мя шарами и выступы не входили бы в углубления . При встряхивании и вхождении выступов в углубления произойдет резкое и мгновенное уменьшение объема , занимаемого всеми шарами . Это пример перехода льда в воду с температур около +4 С . В 1962 г . в Костроме доцентом Н . Н . Федякиным была открыта новая разновиднос ть химически чистой воды (помимо ее изотопических разностей ). Это так называемая аномальная (“модифицированная” ) вода , образующаяся из обычной в кварцевых капиллярах или на кварцевых пластинках . В капиллярах появляются самостоятельные дочерние столбики но в ой аномальной воды высокой вязкости , с уменьшенным давлением паров , с вязкостью и коэффициентом теплового расширения , в несколько раз большими , и с плотностью , на 40% больше , чем у обычной воды. Пока аномальную воду можно получить из обыкновенной воды при конденсации паров только на кварце . Чистая аномальная вода представляет собой аморфно-стекловидную некристаллизующуюся массу с консистенцией вазелина . Эта модифицированная вода имеет высокую устойчивость и вне капилляров ведет себя так же , как и в них . Она не замерзает , оставаясь жидкой даже при – 50 С . При давлениях в 60 тыс . атм . и температуре в 1000 С она не появлялась. Новый вид воды не смешивается с обычной , а образует с ней эмульсию . Мо дифицированная вода не кристаллизуется , она , подобно стеклу , представляет собой аморфную массу . Загадка ее происхождения пока не раскрыта , и ученые во всем мире ведут усиленные исследования . Во всяком случае , объяснить происхождение аномальной воды структ у рными особенностями нельзя . За рубежом ее назвали "сверхводой ". Ф . А . Летниковым и Т . В . Кащевой была открыта у воды "память ", или , "закалка ". Бралась очень тщательно очищенная перегонками вода и подвергалась нагреванию до 200, 300, 400 и 500 С при давлении 1, 88, 390 и 800 атм . Температура и давление изменяют свойства воды , это было известно давно . Но вот что удивительно – некоторые новые свойства сохраняются у воды и после снятия высоких температур и давлений . Например , у во ды в 4 раза повышалась способность к растворению некоторых солей . Уже давно замечено изменение ряда свойств води при воздействии на нее магнитного поля . Чем сильнее последнее , тем большие изменения происходят с водой . Так , при изменениях напряженности достаточно сильного магнитного поля концентрация водородных ионов (Н + ) увеличивается в два раза , а поверхностное натяжение воды – в три раза. Магнитное поле влияет также на скорость и характер кристаллизации солей , находящихся в воде в растворенном состоя нии . Магнитная обработка воды приводит к уменьшению накипи в котлах , понижает смачиваемость водой поверхностей твердых тел , изменяет температуру кипения , степень вязкости , повышает скорости сгущения суспензий , фильтрации , затвердевания цемента , изменяет м а гнитную восприимчивость . Магнитное поле существенно меняет в концентрированных растворах тепло ту гидратации (до 5%), что очень важно для глубинных рассолов. Однако магнитное поле не оказывает влияния на чистую воду , т . е . воду , в растворе которой отсутству ют электролиты . При омагничивании воды происходит изменен ориентации ядерного спина (момента количества движения атомного ядра , тесно связанного с магнитным моментом ) в молекуле Н 2 О. Магнитная вода , как и свежеталая , также обладает "памятью ". Ее новые сво йства имеют “полураспад” примерно в течение суток . Талой воде , как это установлено многочисленными наблюдениями , присуща повышены биологическая активность , которая сохраняется некоторое время после таяния . По данным казанских биоников новые свойства как м агнитной , так и талой воды объясняются изменениями , происходящими с ядрами водорода. В настоящее время во многих странах организовано промышленное изготовление омагниченной воды в больших количествах. Точкой перехода жидкой фазы воды в твердую при давлен ии в 1 атм . является температура 0 С . С повышением давления точка перехода воды в лед понижается при 600 атм . до – 5 С , при 2200 атм . до – 22 С . Но затем вода начи нает вести себя совершенно удивительно : при 3530 атм . она переходит в лед только при -17 С , при 6380 атм . – при +0,16 С , а при 20 670 атм . лед имеет температуру +76 С – горячий лед , который мог бы дать ожог. Немецкий ученый Г . Тамман и американский П . В . Бриджмен выявили шесть разновидностей льда : I – обычный лед , существующий при давлении до 2200 атм ., при дальнейшем увеличении давления переходит в II ; II – лед с у меньшением объема на 18 % , тонет в воде , очень неустойчив и легко переходит в III ; III – также тяжелее воды и может непосредственно быть получен из льда I ; IV – легче воды , существует при небольших давлениях и температуре немного ниже 0 С , неустойчив и легко переходит в лед I ; V – может существовать при давлениях от 3600 до 6300 атм ., он плотнее льда III , при повышении давления с треском мгновенно превращается в лед VI ; V I – плотнее льда V , при давлении около 2 1 000 атм. имее т температуру +76 С ; может быть получен непосредственно воды при температуре +60 С и давлении 16 500 атм. Приведенные выше давления могут существовать в геосферах до глубины 80 км . По мнению В . И . Вернадского , разности горячего льда существуют в литосфере в области физически связанных вод . Так , например , прочно связанная вода имеет плотность твердого тела (и это при обычном давлении ) 2 г /см 3 . Такая вода замерзает лишь при – 78 С. Поведение воды в природе в различных условиях давления , температуры , электромагнитных полей , а особенно разностей электрических потенциалов и многого другого , загадочно , тем более что природная вода – не химически чистое вещество , она со держит в растворе многие вещества (по существу все элементы периодической системы ), и притом в различных концентрациях . Эта загадочность особенно велика для больших глубин литосферы Земли , где имеют место высокие давления и температуры . Но даже если взя т ь “чистую” воду и посмотреть , как меняются ее некоторые свойства при относительно высоких давлениях и температурах , то , например , для плотности получим такие значения , г /см 3 : при 100 С и 100 атм ., а также при 1000 С и 10 000 атм . она будет одинакова и близка к 1; при 1000 С и 100 атм . – 0,017; при 800 С и 2500 атм . - 0,5; при 770 С и 13 000 атм . – 1,7, а электропроводность такой воды равна электропроводности пятинормальной соляной кислоты . Для рассолов , которые господствуют в глубинах литосферы , все эти значения изменятся. В 1969 г . в астрофизическом центре при университете в Толедо (штата Огайо , США ) а мериканские ученые А . Делсемм и А . Венджер открыли новую сверхплотную модификацию льда при температуре – 173 С и давлении около 0,007 мм рт . ст . Этот лед имел плотность 2,32 г / см 3 , т . е . был близок по плотности к некоторым р азновидностям гнейса (2,4 г / см 3 ); он аморфен (не имеет кристаллического строения ) и играет большую роль в физике планет и комет. Свойства воды меняются также под воздействием электрического поля разной частоты . При этом интенсивность света в воде ослабевае т , это связано с поглощением его лучей . Далее , примерно на 15% изменяется скорость испарения воды. Вообще в последнее время все большее число исследователей на основании полевых и лабораторных наблюдений приходит к выводу о значительной роли разности ест ественных электрических потенциалов для физических и химических особенностей природных вод . Даже в приповерхностных зонах литосферы со сравнительно слабыми электрическими потенциалами разность потенциалов вызывает как движение самой воды , так и растворенн ых в ней катионов и анионов во взаимно противоположных направлениях . Некоторые ученые наблюдали возникновение электрических потенциалов (и их разностей ) на контакте воды и льда , а также на сульфидных месторождениях . На больших глубинах литосферы следует о ж идать более значительных разностей потенциалов между разными породами , так и разными растворами. Американский ученый П . Маркс полагает , что на глубинах около 12 км образуются мощные гальванические батареи при наличии минерализованных растворов , металлов , серы , графита . Разности электрических потенциалов могут быть столь велики , что будут разлагать воду на водород и кислород. Все , что мы до сих пор говорили о многообразии разновидностей воды , касалось чистой воды , без всяких примесей . Но химически чистой в оды нигде в природе и быть не может . Даже искусственно дистиллированная вода после многократной перегонки будет содержать растворенные углекислоту , азот , кислород , а также в незначительной части вещества , из которых сделан сосуд , где она находится. Таким образом , даже искусственно получить почти чистую воду очень затруднительно , хотя подобный опыт в начале века и был проведен немецким физиком Ф . Кольраушем . Им была получена в совершенно ничтожном объеме и на несколько секунд , за которые удалось определить ее электропроводность , абсолютно чистая вода. Всякая вода в природе , включая снег , лед и дождь , является раствором различных веществ в форме ионов нейтральных молекул , мелких и крупных взвесей , живых существ (от бактерий до крупных животных ) и продуктов и х жизнедеятельности . Если говорить о находящихся в воде веществах , то , например , акад . В . И . Вернадский , рассматривавший воду как минерал , выделил 485 видов минералов группы воды (гидридов ), сделав при этом оговорку , что им описана только меньшая часть ви д ов воды и что общее их количество , вероятно , превысит 1500. Разумеется , такая классификация неприемлема , для практических целей , о ней упоминается только для иллюстрации многообразия химического состава природных вод , рассматривая воду как растворитель и минерал . Природную воду можно классифицировать по следующим признакам : температуре , химическому составу растворенных компонентов , местонахождению , целевому использованию , происхождению , динамике циркуляции , фазовому состоянию , нахождению в той или иной геосфере и по многим другим свойствам и признакам. 1. В природе встречаются воды в пределах температур от почти абсолютного нуля (т . е . около – 273 С ) до примерно 2000 С . Даже при обычном давл ении вода , оставаясь жидкостью , может переохлаждаться до – 70 С и перегреваться , не переходя в пар , до +120 С , но только на очень короткий срок. 2. Всякая природная вода является раствором газ ов и минеральных веществ , а для наружных оболочек Земли (не глубже 3 – 5 км ) и местом обитания живых организмов . Газы и твердые вещества могут быть растворены в воде от ничтожных количеств до возможных пределов растворимости тех или иных веществ . В зави с имости от температуры и давления в воде растворяется все , в ней могут содержаться в растворе все элементы периодической системы , встречающиеся в природе , даже металлы и такие очень труднорастворимые соединения кремния , как стекло , кварц и т . п. 3. Все природные воды по химическому составу веществ , находящихся в растворе , удобнее всего делить на три класса по преобладающему в растворе аниону : а ) хлоридные (самый распространенный класс ), б ) гидрокарбонатные и в ) сульфатные . Каждый класс в свою очередь делится по преобладающему катиону на четыре группы : натриевые , кальциевые , магниевые и калиевые . Таким образом , мы имеем 12 крупных разновидностей воды. По преобладающему в растворе газу воды делятся также на азотные , сероводородные , метановые , углекис лые , кислородные и другие. 4. Вода может находиться как в свободном , так и в связанном состоянии . Свободные воды могут изливаться и передвигаться под влиянием силы тяжести (гравитации ). Они так и называются “гравитационные”. Но вода в форме H 2 О или ее из отопических разновидностей , а также и форме гидроксила ОН , гидрооксония Н 3 О и других может входить в состав минералов как физически или химически связанная , иногда в значительных количествах . Так , в физически связанном состоянии вода присутствует в таких минералах , как гидробазалюминит А l 4 [(ОН ) 1 0 SO 4 ) ] 3 36Н 2 0 - 60 вес . %, мирабилит N а 2 SO 4 10H 2 0 – 5 6 вес . %, бура N а 2 В 4 O 7 10Н 2 О – 47 вес . % ; в химически связанном (в вид е гидроксила OH) – в гидраргиллите А l[OH] 3 10 H 2 O - 65 вес . % , в тремолите Cа 2 М g 5 [SiO 4 O 11 ] 12 [ ОН ] 2 - 42 вес . %, в турмалине ( N а , C а ) Mg, А l) 6 [В 3 А l 3 Si 6 ]x(O,OH) 30 – 31 вес . %. 5. По целевому назначению воды могут быть подразделены на минеральные (лечебные ), питьевые , хозяйственно-технические , термальные (для энергетических , лечебных и обогревательных целей ). Все перечисленные воды могут использоваться для добычи минерал ьных веществ (например , йод-бромные , калийные и т . д .), в качестве путей сообщения (водоемы , водотоки ), для получения электроэнергии для поливов (ирригации ), для лечебных (душей , пресных ванн , купания в природных условиях ) и многих других целей. Но воды м огут быть и "вредными " – ядовитыми , заливающими подземные выработки , вызывающими лавины , сели , сейши , наводнения. 6. По происхождению различают воды первичные и вторичные . Первые возникают на месте , например , даже при горении свечи (СН 4 +2 O 2 = 2Н 2 О + С0 2 ), а вторые – в результате круговоротов воды. 7. По динамике циркуляции воды могут быть свободно текучими (например , реки ), просачивающимися через породы с большей или меньшей скоростью и т . д . Никакие воды не могут быть в геологическом разрезе времени статич ными (мертвыми запасами ), неподвижными. 8. По фазовому (агрегатному ) состоянию воды делят на твердые (снежинки , мельчайшие парящие в воздухе иглы , лед ), жидкие (парящие мельчайшие капельки тумана и облаков , слитные жидкие массы в морях , ре и т . д .) и газо образные (невидимый глазу пар в воздухе , в подземных газах ), проникающие в мельчайшие поры и трещинки твердых тел , и другие фазовые состояния. Серебряная и талая вода Серебряная вода применялась в глубокой древности . Во всяком случае еще 2,5 тыс . лет наза д персидский царь Кир во время походов пользовался водой , сохраняемой в серебряных сосудах . В Индии обезвреживали воду , погружая в нее раскаленное серебро . Действительно , опыт тысячелетий показал , что вода , в течение некоторого времени находившаяся в сере б ряном сосуде , перелитая затем в бутыль и хранившаяся в течение года , не портилась. Научные исследования серебряной воды были впервые поставлены в Швейцарии ботаником Негели в конце Х I Х в . В ХХ в . во многих странах , было проведено много работ по изучению эф фективных способов получения и применения серебряной воды для самых разнообразных целей . В настоящее время в разных странах изготовляются фабричные ионаторы для получения больших количеств серебряной воды различных концентраций. Ионы серебра обладают ан тимикробным действием . Серебряная вода с успехом применялась для обеззараживания питьевых вод . При полете космонавта В . Быковского использовалась для питья серебряная вода . Электролитический раствор серебра может применяться для консервирования молока , сл и вочного масла , меланжа , маргарина , для повышения стойкости некоторых микстур , для ускорения процессов старения вин и улучшения их вкусовых качеств . Серебряная вода служит эффективным лечебным средством при воспалительных и гнойных процессах , вызванных бак териальным заражением , а также при лечении желудочно-кишечных заболеваний , язвенной болезни , воспалительных процессов носоглотки , глаз , ожогов и т . д . Серебряная вода применяется также ветеринарии для профилактических и лечебных целей. Не менее любопытно в лияние на живой организм талой воды . Ее активное биологическое воздействие впервые было обнаружено в Арктике , когда при таянии льда было замечено интенсивное развитие планктона . Вода тающего льда (и конечно снега ) увеличивает в 1,5-2 раза урожайность сель с кохозяйственных культур , прирост молодняка , оказывает омолаживающее действие на организм как животных , так и человека. В тал воде сохраняются очаги ледяных структур . Это своего рода "память " воды , о которой уже было рассказано выше . Дело в том , что ледяна я структура воды более рыхлая и в пустоты ледяной решетки идеально укладываются биомолекулы без их повреждения , с сохранением потенциальных жизненных функций. Любопытно , что замороженное до твердого состояния ископаемый тритон (углозуб ), пролежавший в мерз лоте на глубине 14 м около миллиона лет , ожил. Предполагается , что процесс старения организма сводится в значительной степени к нарастающему дефициту “ледяной” структуры биомолекул , разрушающейся влиянием менее структурированной воды. При употреблении све жей талой воды очаги льдоподобной структуры размером 20А свободно проходят через стенки пищеварительного тракта и могут поступать в различные органы человека , производя оздоравливающее и омолаживающее воздействие на весь организм . В то же время установлен о , что если растопить снег и вскипят полученную из него талую воду , то она теряет стимулирующее действие. Заключение “Что такое вода ?” – вопрос далеко не простой . Все , о чем было рассказано о ней в данной работе не является ис черпывающим ответом на этот вопрос , а во многих случаях дать ясный ответ на него пока и совсем нельзя . Например , пока остается открытым вопрос о структуре воды , причинах многочисленных аномалий воды и , вероятно , еще о многих свойствах и разновидностях во д ы , о которых мы даже не подозреваем . Однозначно можно сказать лишь то , что вода - самое уникальное вещество на земле. Напомним слова нашего гениального соотечественника акад . В . И . Вернадского о том , о "надо ждать особый исключительный характер физико-хим ических свойств воды среди всех других соединений , который отражается и на ее положении в мироздании и на структуре мироздания ". Литература : 1. Дерпгольц В . Ф . Вода во вселенной . - Л .: "Недра ", 1971. 2. Крестов Г . А . От крист алла к раствору . - Л .: Химия , 1977. 3. Хомченко Г.П . Химия для поступающих в ВУЗы . - М ., 1995г.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Не знаешь, что написать девушке? Напиши ей курсовую.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по химии "Свойства и структура воды", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2017
Рейтинг@Mail.ru