Четири елемента на природата, четири елемента родиха живота на Земята - огън, въздух, земя и вода. Освен това водата се появи на нашата планета няколко милиона години по-рано от същата почва или въздух.

Изглежда, че водата вече е изследвана от човека, но учените все още откриват най-удивителните факти за този природен елемент.

Водата заема отделно място в историята на нашата планета.
Няма естествено тяло, което да може
съпоставят с него по влияние върху хода на осн
най-амбициозните геоложки процеси.
В И. Вернадски

Водата е най-разпространеното неорганично съединение на земята. И първото изключително свойство на водата е, че тя се състои от съединения на водородни и кислородни атоми. Изглежда, че такова съединение, според химическите закони, трябва да бъде газообразно. А водата е течна!

Например, всеки знае, че водата в природата съществува в три състояния: твърдо, течно и пара. Но сега има повече от 20 състояния на водата, от които само 14 са вода в замръзнало състояние.

Изненадващо, водата е единственото вещество на Земята, чиято плътност в твърдо състояние е по-малка, отколкото в течно състояние. Ето защо ледът не потъва и водните тела не замръзват до самото дъно. Освен при изключително ниски температури.

Друг факт: водата е универсален разтворител. Въз основа на количеството и качеството на елементите и минералите, разтворени във водата, учените разграничават приблизително 1330 вида вода: минерална и стопена вода, дъждовна и росна, ледникова и артезианска...

Водата в природата

В природата водата играе жизненоважна роля. В същото време се оказва, че участва в различни механизми и жизнени цикли на земята. Ето само няколко факта, които ясно показват важността му за нашата планета:

Значението на водния цикъл в природата е просто огромно. Именно този процес позволява на животните и растенията да получат така необходимата за техния живот и съществуване влага.
Морета и океани, реки и езера - всички водни басейни играят жизненоважна роля в създаването на климата на дадена област. А високият топлинен капацитет на водата осигурява комфортен температурен режим на нашата планета.
Водата играе ключова роля в процеса на фотосинтеза. Без вода растенията не биха могли да превърнат въглеродния диоксид в кислород, което означава, че въздухът не би бил подходящ за дишане.

Водата в човешкия живот

Основният консуматор на вода на Земята е човекът. Неслучайно всички световни цивилизации са се формирали и развивали изключително в близост до водни тела. Значението на водата в човешкия живот е просто огромно.

Човешкото тяло също се състои от вода. В тялото на новородено - до 75% вода, в тялото на възрастен човек - повече от 50%. Известно е, че без вода човек не може да оцелее. И така, когато поне 2% вода изчезне от тялото ни, започва мъчителна жажда. Ако се загуби повече от 12% от водата, човек вече няма да се възстанови без помощта на лекари. И след като загуби 20% вода от тялото, човек умира.
Водата е изключително важен източник на храна за хората. Според статистиката човек обикновено консумира 60 литра вода на месец (2 литра на ден).
Водата е тази, която доставя кислород и хранителни вещества до всяка клетка на нашето тяло.
Благодарение на наличието на вода тялото ни може да регулира телесната температура.
Водата също ви позволява да преобразувате храната в енергия и помага на клетките да абсорбират хранителни вещества. Водата също премахва токсините и отпадъците от нашето тяло.
Хората навсякъде използват водата за своите нужди: за храна, в селското стопанство, за различни производства, за производство на електричество. Не е изненадващо, че борбата за водните ресурси е сериозна. Ето само няколко факта:

Повече от 70% от нашата планета е покрита с вода. Но в същото време само 3% от цялата вода може да се класифицира като питейна вода. И всяка година достъпът до този ресурс става все по-труден. Така, според РИА Новости, през последните 50 години на нашата планета са възникнали повече от 500 конфликта, свързани с борбата за водни ресурси. От тях повече от 20 конфликта са прераснали във въоръжени сблъсъци. Това е само едно от числата, които ясно показват колко важна е ролята на водата в човешкия живот.

Замърсяване на водите

Замърсяването на водите е процес на насищане на водни обекти с вредни вещества, промишлени отпадъци и битови отпадъци, в резултат на което водата губи повечето от своите функции и става негодна за по-нататъшна консумация.

Основни източници на замърсяване:

Нефтопреработвателни заводи
Тежки метали
Радиоактивни елементи
Пестицид
Отпадъчни води от градска канализация и животновъдни ферми.

Учените отдавна бият тревога, че световните океани получават над 13 милиона тона отпадъчни петролни продукти годишно. В същото време Тихият океан получава до 9 милиона тона, а Атлантическият - повече от 30 милиона тона.

Според Световната здравна организация вече няма източници на нашата планета, които да съдържат чиста натурална вода. Има само водни тела, които са по-малко замърсени от други. И това заплашва катастрофата на нашата цивилизация, тъй като човечеството просто не може да оцелее без вода. И няма с какво да се замени.

Руски държавен хидрометеорологичен университет

Катедра по океанология

Дисциплина "Химия"

Резюме на тема: "Свойства на водата"

Завършен чл. гр. О-136

Гусев М.В.

Санкт Петербург

Въведение............................................... .... .............................................. .......... 3

II. Главна част................................................ ................................................. ...... .3

Физични свойства. ................................................. ...... ................................4

Тежка (деутериева) вода ............................................. ......... 5

Магнетизирана вода. ................................................. ...... .................................7

Химични свойства на водата.................................................. .........................................7

Библиография: ............................................. . .................................................10

Въведение

Почти ¾ от повърхността на нашата планета е заета от океани и морета, а около 20% от сушата е покрита със сняг и лед. От общото количество вода на Земята, равно на 1 милиард 386 милиона кубически километра, 1 милиард 338 милиона кубически километра са делът на солените води на Световния океан и само 35 милиона кубически километра са делът на пресните води. Почти 70% от прясната вода се съдържа в ледените покривки на полярните страни и в планинските ледници, 30% е в подземни водоносни хоризонти и само 0,006% от прясната вода се съдържа в коритата на всички реки.

Водата е единственото вещество на Земята, което съществува в природата и в трите си агрегатни състояния – течно, твърдо и газообразно.

В междузвездното пространство са открити водни молекули. Водата е част от кометите, повечето планети в Слънчевата система и техните спътници.

Има девет стабилни изотопни вида вода. Средното им съдържание в прясна вода е както следва:

1 н 2 16 O – 99,73%, 1 н 2 18 O – 0,2%, 1 н 2 17 O – 0,04%, 1 з 2 н 16 О – 0,03%.

Останалите пет изотопни вида присъстват във водата в незначителни количества.

II. Главна част

Структура на молекулата.

Както е известно, свойствата на химичните съединения зависят от това от какви елементи са изградени техните молекули и се променят естествено. Водата може да се разглежда като водороден оксид или кислороден хидрид. Водородните и кислородните атоми във водната молекула са разположени в ъглите на равнобедрен триъгълник с дължина на O–H връзката 0,958 nm; ъгъл на свързване H – O – H 104 o 27’(104,45 o).

Но тъй като и двата водородни атома са разположени от една и съща страна на кислородния атом, електрическите заряди в него са разпръснати. Молекулата на водата е полярна, което е причината за особеното взаимодействие между различните й молекули. Водородните атоми във водната молекула, имащи частичен положителен заряд, взаимодействат с електроните на кислородните атоми на съседните молекули (водородна връзка). Той комбинира водни молекули в уникални полимери с пространствена структура. В течната и твърдата фаза всяка водна молекула образува четири водородни връзки: две като протонен донор и две като протонен акцептор. Средната дължина на тези връзки е 0,28 nm, ъгълът H - O - H клони към 180 o. Четирите водородни връзки на водната молекула са насочени приблизително към върховете на правилния тетраедър.

ВЪВЕДЕНИЕ

Водата е най-разпространеното вещество на нашата планета. Океани, морета и реки, ледници и атмосферна вода - това не е пълен списък на водните „хранилища“ на Земята. Дори в дълбините на нашата планета има вода и какво можем да кажем за живите организми, живеещи на нейната повърхност! Няма нито една жива клетка, която да не съдържа вода. Човешкото тяло, например, се състои от повече от 70% вода.

Животът на Земята е комбинация от множество сложни процеси, основно място сред които е кръговратът на топлина, влага и вещества. Основна роля за това има водата – прародителят на живота на Земята.
Но случайно ли животът ни е неотделим от водата и какви са причините за това?

За разлика от обикновените хора, които са свикнали да смятат водата за нещо толкова обикновено и познато, че не си струва много да се мисли, а още по-малко да се учудва, учените смятат тази течност за най-загадъчната и невероятна. Например, много свойства на водата са аномални, т.е. те се различават значително от съответните свойства на съединения с подобна структура. Колкото и да е странно, именно аномалните свойства на водата дадоха възможност на тази течност да стане най-важната на Земята.

ВОДАТА В ПРИРОДАТА

В свободно състояние Земята съдържа колосално количество вода - около милиард и половина кубически километра. Почти същото количество вода е във физично и химически свързано състояние в кристалните и седиментните скали.
Повечето природни води са разтвори, съдържанието на разтворени вещества в които варира от 0,01% (в прясна вода) до 3,5% (в морска вода).
Сладката вода представлява само около 3% от общото водоснабдяване на планетата (приблизително 35 милиона km3). Човек може директно да използва само 0,006% прясна вода за своите нужди - това е частта, която се съдържа в коритата на всички реки и езера. Останалата прясна вода е труднодостъпна - 70% са полярни ледени покривки или планински ледници, 30% са подземни водоносни хоризонти.
Без преувеличение можем да кажем, че нашата планета е наситена с вода. Благодарение на това на Земята стана възможно развитието на тези форми на живот, които виждаме около нас.

СВОЙСТВА НА ВОДАТА,

КОИТО ДОПИНАХА ЗА ПОЯВАТА НА ЖИВОТА НА ЗЕМЯТА
Сравнявайки свойствата на водата със свойствата на аналогични съединения, стигаме до извода, че много характеристики на водата имат аномални стойности. Както ще бъде обсъдено по-долу, именно тези аномални свойства ще играят най-важната роля за произхода и съществуването на живота на Земята.

Температура на кипене

Нека разгледаме температурите на кипене на съединения от серията H2El, където El е елемент от основната подгрупа на група VI.

Съединение H 2 0 H 2 S H 2 Se H 2 Te

t°c кипене. +100 -60 -41 -2

Както се вижда, точката на кипене на водата се различава рязко от точката на кипене на съединения на аналогични елементи и има необичайно висока стойност. Установено е, че подобна аномалия се наблюдава за всички съединения от типа H 2 El, където El е силно електроотрицателен неметал (O, N и др.).
Ако в серията H 2 Te-H 2 Se-H 2 S точката на кипене се понижава равномерно, то от H 2 S до H 2 0 тя се повишава рязко. Същото се наблюдава и за сериите HI -HBr-HCl-HF и H 3 Sb-H 3 As-H 3 P-H 3 N. Предполага се и впоследствие доказано, че има специфични връзки между молекулите на H 2 0, чието разкъсване изисква енергийно отопление. Същите тези връзки затрудняват разделянето на молекулите HF и H 3 N. Този тип връзка се нарича водородна връзка, нека да разгледаме нейния механизъм.

Елементите H и O имат голяма разлика в стойностите на електроотрицателността (EO(H) = 2,1; EO(O) = 3,5), така че химическата връзка H-O е силно диференцирана. Електронната плътност се измества към кислорода, в резултат на което водородният атом придобива ефективен положителен заряд, а кислородният атом придобива ефективен отрицателен заряд. Водородната връзка е образ, получен в резултат на електростатично привличане между положително зареден водороден атом на една молекула и отрицателно зареден кислороден атом на друга молекула:

Способността на водата да образува водородни връзки има важно биохимично значение.

Плътност
Всички вещества се характеризират с увеличаване на плътността при понижаване на температурата. Водата обаче се държи малко необичайно в този случай.
Минималната температура, при която водата може да съществува без замръзване, е 0 ° C. Би било логично да се приеме, че най-високата плътност на водата също съответства на тази температура. Въпреки това, експериментално е доказано, че плътността на течната вода е максимална при 4 ° C. °C.
Този факт е от огромно значение. Нека си представим, че водата се подчинява на законите, характерни за всички други течности. Тогава промяната в нейната плътност ще настъпи като другите течности. В заобикалящия ни свят това би довело до катастрофа: с наближаването на зимата и широкото охлаждане горните слоеве течност в резервоарите ще се охладят и ще потънат на дъното. По-топлите слоеве течност, които се издигат на тяхно място, също ще се охладят до 0 °C и ще потънат. Това ще продължи, докато цялата вода се охлади до 0°C. Тогава водата, започвайки от горните слоеве, ще започне да замръзва. Тъй като е по-плътен, ледът ще потъне на дъното, замръзването ще продължи, докато цялата вода в естествените резервоари замръзне до дъното. Ясно е, че при такива условия флората и фауната на естествените резервоари не биха могли да съществуват.

Друга аномалия в плътността на водата е, че плътността на леда е по-ниска от плътността на водата, т.е. когато водата замръзне, тя не се компресира като всички други течности, а по-скоро се разширява.
От гледна точка на законите на физиката това е абсурдно, тъй като по-подреденото състояние на молекулите (лед) не може да заема по-голям обем от по-малко подреденото (течна вода), при условие че броят на молекулите и в двете състояния е същото.
Както вече беше споменато, в течната вода молекулите на H 2 0 са свързани една с друга чрез водородни връзки. Образуването на ледени кристали е придружено от образуването на нови водородни връзки, което кара водните молекули да образуват слоеве. Връзката между слоевете също се осъществява поради водородни връзки. Получената структура (така наречената ледена структура) е една от най-малко плътните - кухините, присъстващи между молекулите в леден кристал, надвишават размера на водните молекули. Следователно плътността на водата е по-важна от плътността на леда.

Повърхностно напрежение

Като правило, повърхностното напрежение на течността се разбира като сила, действаща на единица дължина на интерфейсния контур и стремяща се да намали тази повърхност до минимум. Стойността на повърхностното напрежение за водата има необичайно висока стойност - 7,3 .10 -2 N/m при 20 0 C (от всички течности само живакът има по-висока стойност - 51 10 -2 N/m).

Високата стойност на повърхностното напрежение на водата се проявява във факта, че тя се стреми да намали повърхността си до минимум. Можем да кажем, че под въздействието на тази сила молекулите на външния слой вода се прилепват, образувайки някакъв вид филм на повърхността. Тя е толкова здрава и еластична, че отделни предмети могат да се носят по повърхността на водата, без да потъват в нея, дори ако плътността им е по-голяма от плътността на водата.

Наличието на филма дава възможност на много насекоми да се движат по повърхността на водата и дори да седят върху нея като върху твърда повърхност.
Вътрешната страна на водната повърхност също се използва активно от живи същества. Много от нас са виждали ларви на комари да висят по него или малки охлюви, пълзящи в търсене на плячка.
Високото повърхностно напрежение също определя такова изключително важно явление в природата като капилярност (течността се издига през много тънки тръби - капиляри). Благодарение на това се осигурява хранене на растенията.
Изведени са доста сложни физични закони, за да се опише поведението на водата в капилярите. Слоевете вода, разположени близо до твърда повърхност, са структурно подредени. Дебелината на такъв слой може да достигне десетки и стотици молекули. Сега учените са склонни да разглеждат структурно подреденото състояние на водата в капилярите като отделно състояние - капилярно.

Капилярната вода е широко разпространена в природата под формата на така наречената порова вода. С тънък, но плътен филм покрива повърхностите на порите и пукнатините в скалите и минералите на земната кора. Плътността на този филм се дължи и на факта, че водните молекули, които го изграждат, са свързани с частиците, които образуват твърдото тяло чрез междумолекулни сили. Структурното подреждане на водата от порите е причината нейната температура на кристализация (замръзване) да е значително по-ниска от температурата на свободната вода. В допълнение, свойствата на скалите, с които водата от порите влиза в контакт, значително зависят от агрегатното състояние, в което се намира.

вода

Погледнете картата на света. По-голямата част е със синя боя. А синият цвят на картите представлява вода, без която никой не може и няма с какво да се замени.

В природата цикълът на водата се случва постоянно. Той се изпарява от повърхността на морета, океани, реки и езера и се образуват облаци. Те валят, снягват и връщат вода на земята и океаните.

Във водата са възникнали първите живи същества. Това бяха малки едноклетъчни протеинови бучки, носещи се по заповед на вълните в океана. Постепенно, в продължение на милиони години, те се променят и подобряват. Първо, те дадоха началото на растителни организми, след това се появиха форми, които стояха на границата между растенията и животните. И накрая се появиха най-простите животни. Минаха още много милиони години, преди, борейки се за съществуване, някои растения и животни да „дойдат” на сушата и да продължат развитието си там.

Водата е едно от най-важните вещества за човека. Неговото тяло, кръв, мозък, телесни тъкани са повече от половината от вода. А в някои растения има дори повече от него. Вода – в океани и морета, реки и езера, под земята и в почвата. Във високите планини, в Арктика и Антарктида водата се намира под формата на сняг и лед. Това е вода в твърдо състояние. Лед може да се види по нашите реки и езера, когато замръзнат през зимата. В атмосферата има много вода: облаци, мъгла, пара, дъжд, сняг. Не цялата вода на Земята се намира на земната повърхност. В дълбините на почвата има подземни реки и езера. Изненадани ли сте, че както твърдият лед, така и леката, подобна на газ пара също са вода? Това е неговото свойство: може да бъде течно, твърдо и газообразно.

Водата има още едно важно свойство: тя може лесно да разтваря много вещества в себе си. Вие, разбира се, сте виждали как трапезната сол се разтваря в супа. Водата също разтваря различни соли, открити в слоевете на земята, и много други твърди вещества и дори газове.

В природата няма напълно чиста вода. Може да се получи само в лаборатория. Такава вода е безвкусна, не съдържа солите, необходими на живия организъм. И в морската вода има твърде много различни соли, така че тя също не е подходяща за пиене. При липса на вода жизнените функции на организмите са силно нарушени. Само почиващите форми на живот - спори, семена - понасят добре дългосрочната дехидратация. Без вода растенията изсъхват и могат да умрат. Животните, ако са лишени от вода, бързо умират: например, добре охранено куче може да живее до 100 дни без храна и по-малко от 10 без вода.Загубата на вода е по-опасна за тялото от глада: без храна човек може да живее повече от месец, без вода - само няколко дни. Във водата се разтварят важни за живота на организма органични и неорганични вещества. Потребността на човек от вода, която той приема с пиене и храна, в зависимост от климата е 3 - 6 литра на ден. Водата е добър приятел и помощник на човека. Това е удобен път: корабите плават през моретата и океаните. Ето защо много градове възникват по бреговете на реките.

Водата преодолява сушата, съживява пустините и увеличава добива на ниви и градини. Тя послушно върти турбини във водноелектрически централи. Минералната изворна вода има лечебно действие. Много от изворите са топли. И хората използват не само лечебните свойства на тези води, но и топлината. В Камчатка, където има много такива източници, зеленчуците се отглеждат в оранжерии по всяко време на годината. Ето какво необикновено вещество е обикновената вода - красотата на природата, както веднъж каза прекрасният руски писател С. Т. Аксаков.

Общото количество вода на Земята не се променя. Водата се изпарява от повърхността на морета и океани, реки и езера и след това се връща на Земята под формата на дъжд или сняг. Но на Земята има все по-малко чиста вода. Недостигът му вече се усеща в много страни. Това обаче не е защото водните запаси се изчерпват. Заплахата от замърсяване е надвиснала над водата. Заводите и фабриките, електроцентралите консумират големи количества вода и в същото време я замърсяват с различни отпадъчни продукти. Различни токсични вещества навлизат в реки и езера с отпадъчни води от предприятия. Животът загива във водата. Риби, раци, растения - всичко живо умира в такава вода. Гниещите води тровят въздуха и стават източник на сериозни заболявания. Реката е болна, водите й не могат да се използват от хората. Трябва да пестим вода! Всеки трябва да разбере и запомни това. Да пестим вода означава да пазим живота, здравето и красотата на заобикалящата ни природа. Страната ни е приела редица закони, насочени към опазване на водите. Изпълнението им се контролира от държавни органи. Това позволи да се намали рискът от замърсяване на много реки и да се подобри санитарното състояние на градовете. Но проблемът с опазването на водите все още е остър.

Библиография

За подготовката на тази работа са използвани материали от сайта http://www.5.km.ru/

Водата (водороден оксид) е прозрачна течност, която е безцветна (в малки обеми), без мирис и вкус. Химична формула: H2O. В твърдо състояние се нарича лед или сняг, а в газообразно състояние се нарича водна пара. Около 71% от повърхността на Земята е покрита с вода (океани, морета, езера, реки, лед на полюсите).

Той е добър силно полярен разтворител. В естествени условия винаги съдържа разтворени вещества (соли, газове). Водата е от ключово значение за създаването и поддържането на живота на Земята, за химическия строеж на живите организми, за формирането на климата и времето.

Почти 70% от повърхността на нашата планета е заета от океани и морета. Твърдата вода - сняг и лед - покрива 20% от земята. От общото количество вода на Земята, равно на 1 милиард 386 милиона кубически километра, 1 милиард 338 милиона кубически километра са делът на солените води на Световния океан и само 35 милиона кубически километра са делът на пресните води. Общото количество океанска вода би било достатъчно, за да покрие земното кълбо със слой от повече от 2,5 километра. На всеки жител на Земята има приблизително 0,33 кубически километра морска вода и 0,008 кубически километра прясна вода. Но трудността е, че по-голямата част от прясната вода на Земята е в състояние, което затруднява достъпа на хората. Почти 70% от прясната вода се съдържа в ледените покривки на полярните страни и в планинските ледници, 30% е в подземни водоносни хоризонти и само 0,006% от прясната вода се съдържа в коритата на всички реки. В междузвездното пространство са открити водни молекули. Водата е част от кометите, повечето планети в Слънчевата система и техните спътници.

Състав на водата (по маса): 11,19% водород и 88,81% кислород. Чистата вода е прозрачна, без мирис и вкус. Има най-голяма плътност при 0° C (1 g/cm3). Плътността на леда е по-малка от плътността на течната вода, така че ледът изплува на повърхността. Водата замръзва при 0°C и кипи при 100°C при налягане 101 325 Pa. Той провежда лошо топлината и много слабо провежда електричеството. Водата е добър разтворител. Молекулата на водата има ъглова форма, водородните атоми образуват ъгъл от 104,5 ° спрямо кислорода. Следователно водната молекула е дипол: частта от молекулата, където се намира водородът, е положително заредена, а частта, където се намира кислородът, е отрицателно заредена. Поради полярността на водните молекули, електролитите в нея се дисоциират на йони.

Течната вода, заедно с обикновените молекули H20, съдържа свързани молекули, т.е. свързани в по-сложни агрегати (H2O)x поради образуването на водородни връзки. Наличието на водородни връзки между водните молекули обяснява аномалиите на неговите физични свойства: максимална плътност при 4 ° C, висока точка на кипене (в серията H20-H2S - H2Se) и необичайно висок топлинен капацитет. С повишаването на температурата водородните връзки се разкъсват и настъпва пълно разкъсване, когато водата се превърне в пара.

Водата е силно реактивоспособно вещество. При нормални условия той реагира с много основни и киселинни оксиди, както и с алкални и алкалоземни метали. Водата образува множество съединения - кристални хидрати.

Очевидно съединенията, които свързват вода, могат да служат като изсушаващи агенти. Други изсушаващи вещества включват P2O5, CaO, BaO, метал Ma (те също реагират химически с вода), както и силикагел. Важни химични свойства на водата включват нейната способност да влиза в реакции на хидролитично разлагане.

Физични свойства на водата.

Водата има редица необичайни свойства:

1. Когато ледът се топи, неговата плътност се увеличава (от 0,9 до 1 g/cm³). За почти всички други вещества плътността намалява при стопяване.

2. При нагряване от 0 °C до 4 °C (по-точно 3,98 °C) водата се свива. Съответно при охлаждане плътността пада. Благодарение на това рибата може да живее в замръзващи водоеми: когато температурата падне под 4 ° C, по-студената вода, като по-малко плътна, остава на повърхността и замръзва, а под леда остава положителна температура.

3. Висока температура и специфична топлина на топене (0 °C и 333,55 kJ/kg), точка на кипене (100 °C) и специфична топлина на изпаряване (2250 KJ/kg), в сравнение с водородни съединения с подобно молекулно тегло.

4. Висока топлинна мощност на течната вода.

5. Висок вискозитет.

6. Високо повърхностно напрежение.

7. Отрицателен електрически потенциал на водната повърхност.

Всички тези характеристики са свързани с наличието на водородни връзки. Поради голямата разлика в електроотрицателността между водородните и кислородните атоми, електронните облаци са силно предубедени към кислорода. Поради това, както и факта, че водородният йон (протон) няма вътрешни електронни слоеве и е малък по размер, той може да проникне в електронната обвивка на отрицателно поляризиран атом на съседна молекула. Поради това всеки кислороден атом се привлича към водородните атоми на други молекули и обратно. Взаимодействието на протонен обмен между и вътре във водните молекули играе определена роля. Всяка водна молекула може да участва в максимум четири водородни връзки: 2 водородни атома - всеки в една, и кислороден атом - в две; В това състояние молекулите са в леден кристал. Когато ледът се топи, някои от връзките се разкъсват, което позволява на водните молекули да бъдат опаковани по-плътно; Когато водата се нагрява, връзките продължават да се разкъсват и нейната плътност се увеличава, но при температури над 4 °C този ефект става по-слаб от топлинното разширение. По време на изпаряването всички останали връзки се разкъсват. Разкъсването на връзките изисква много енергия, оттук и високата температура и специфичната топлина на топене и кипене и високият топлинен капацитет. Вискозитетът на водата се дължи на факта, че водородните връзки пречат на водните молекули да се движат с различни скорости.

По подобни причини водата е добър разтворител за полярни вещества. Всяка молекула на разтвореното вещество е заобиколена от водни молекули и положително заредените части на молекулата на разтвореното вещество привличат кислородни атоми, а отрицателно заредените части привличат водородни атоми. Тъй като една водна молекула е малка по размер, много водни молекули могат да обграждат всяка молекула на разтвореното вещество.

Това свойство на водата се използва от живите същества. В живата клетка и в междуклетъчното пространство разтворите на различни вещества във вода взаимодействат. Водата е необходима за живота на всички без изключение едноклетъчни и многоклетъчни живи същества на Земята.

Чистата (без примеси) вода е добър изолатор. При нормални условия водата е слабо дисоциирана и концентрацията на протони (по-точно хидрониеви йони H3O+) и хидроксилни йони HO− е 0,1 µmol/l. Но тъй като водата е добър разтворител, някои соли почти винаги са разтворени в нея, тоест във водата има положителни и отрицателни йони. Благодарение на това водата провежда електричество. Електрическата проводимост на водата може да се използва за определяне на нейната чистота.

Водата има коефициент на пречупване n=1,33 в оптичния диапазон. Въпреки това, той силно абсорбира инфрачервеното лъчение и следователно водната пара е основният естествен парников газ, отговорен за повече от 60% от парниковия ефект. Поради големия диполен момент на молекулите, водата поглъща и микровълнова радиация, на което се основава принципът на работа на микровълновата фурна.

Агрегатни състояния.

1. Според състоянието се разграничават:

2. Твърдо - лед

3. Течност - вода

4. Газообразни - водни пари

Фиг. 1 „Видове снежинки“

При атмосферно налягане водата замръзва (превръща се в лед) при 0°C и кипи (превръща се във водна пара) при 100°C. Когато налягането намалява, точката на топене на водата бавно се повишава, а точката на кипене намалява. При налягане от 611,73 Pa (около 0,006 atm) точките на кипене и топене съвпадат и стават равни на 0,01 °C. Това налягане и температура се наричат тройна точка на водата. При по-ниско налягане водата не може да бъде течна и ледът се превръща директно в пара. Температурата на сублимация на леда пада с намаляване на налягането.

С увеличаване на налягането точката на кипене на водата се повишава, плътността на водната пара при точката на кипене също се увеличава и плътността на течната вода намалява. При температура от 374 °C (647 K) и налягане от 22,064 MPa (218 atm), водата преминава критичната точка. В този момент плътността и другите свойства на течната и газообразната вода са еднакви. При по-високо налягане няма разлика между течна вода и водна пара, следователно няма кипене или изпарение.

Възможни са и метастабилни състояния - пренаситена пара, прегрята течност, преохладена течност. Тези състояния могат да съществуват дълго време, но са нестабилни и при контакт с по-стабилна фаза настъпва преход. Например, не е трудно да се получи свръхохладена течност чрез охлаждане на чиста вода в чист съд под 0 °C, но когато се появи център на кристализация, течната вода бързо се превръща в лед.

Изотопни модификации на водата.

Както кислородът, така и водородът имат естествени и изкуствени изотопи. В зависимост от вида на изотопите, включени в молекулата, се разграничават следните видове вода:

1. Лека вода (само вода).

2. Тежка вода (деутерий).

3. Свръхтежка вода (тритий).

Химични свойства на водата.

Водата е най-често срещаният разтворител на Земята, определящ до голяма степен природата на земната химия като наука. По-голямата част от химията, в началото си като наука, започва именно като химия на водни разтвори на вещества. Понякога се разглежда като амфолит - едновременно киселина и основа (катион Н+ анион ОН-). При липса на чужди вещества във водата, концентрацията на хидроксидни йони и водородни йони (или хидрониеви йони) е една и съща, pKa ≈ прибл. 16.

Самата вода е относително инертна при нормални условия, но нейните силно полярни молекули солватират йони и молекули и образуват хидрати и кристални хидрати. Солволизата и по-специално хидролизата се среща в живата и неживата природа и се използва широко в химическата промишленост.

Химични наименования на водата.

От формална гледна точка водата има няколко различни правилни химически имена:

1. Водороден оксид

2. Водороден хидроксид

3. Дихидроген монооксид

4. Хидроксилова киселина

5. Английски хидроксидна киселина

6. Оксидан

7. Дихидромоноксид

Видове вода.

Водата на Земята може да съществува в три основни състояния – течно, газообразно и твърдо, като от своя страна приема най-различни форми, които често са съседни една на друга. Водна пара и облаци в небето, морска вода и айсберги, планински ледници и планински реки, водоносни хоризонти в земята. Водата може да разтваря много вещества в себе си, придобивайки един или друг вкус. Поради значението на водата „като източник на живот“, тя често се разделя на типове.

Характеристики на водите: според характеристиките на техния произход, състав или приложение, те се разграничават, наред с други неща:

1. Мека вода и твърда вода - според съдържанието на калциеви и магнезиеви катиони

2. Подземни води

3. Разтопете вода

4. Прясна вода

5. Морска вода

6. Солена вода

7. Минерална вода

8. Дъждовна вода

9. Питейна вода, чешмяна вода

10. Тежка вода, деутерий и тритий

11. Дестилирана вода и дейонизирана вода

12. Отпадъчни води

13. Дъждовна вода или повърхностна вода

14. По изотопи на молекула:

15. Лека вода (само вода)

16. Тежка вода (деутерий)

17. Свръхтежка вода (тритий)

18. Въображаема вода (обикновено с приказни свойства)

19. Мъртва вода - вид вода от приказките

20. Жива вода - вид вода от приказките

21. Светената вода е специален вид вода според религиозните учения

22. Полиуотър

23. Структурирана вода е термин, използван в различни неакадемични теории.

Световни водни резерви.

Огромният слой солена вода, който покрива по-голямата част от Земята, е едно цяло и има приблизително постоянен състав. Световните океани са огромни. Обемът му достига 1,35 милиарда кубически километра. Покрива около 72% от земната повърхност. Почти цялата вода на Земята (97%) се намира в океаните. Приблизително 2,1% от водата е концентрирана в полярните ледове и ледници. Цялата прясна вода в езерата, реките и подземните води е само 0,6%. Останалите 0,1% от водата се състои от солена вода от кладенци и солени води.

20 век се характеризира с интензивен растеж на световното население и развитие на урбанизация. Появиха се гигантски градове с население над 10 милиона души. Развитието на промишлеността, транспорта, енергетиката и индустриализацията на селското стопанство доведоха до факта, че антропогенното въздействие върху околната среда стана глобално.

Повишаването на ефективността на мерките за опазване на околната среда е свързано преди всичко с широкото въвеждане на ресурсоспестяващи, нискоотпадъчни и безотпадни технологични процеси и намаляване на замърсяването на въздуха и водата. Опазването на околната среда е многостранен проблем, чието решение се занимава по-специално от инженери и технически работници от почти всички специалности, които са свързани с икономически дейности в населени места и промишлени предприятия, които могат да бъдат източник на замърсяване главно в въздушна и водна среда.

Водна среда. Водната среда включва повърхностни и подземни води.

Повърхностните води са концентрирани главно в океана, съдържащ 1 милиард 375 милиона кубически километра - около 98% от цялата вода на Земята. Океанската повърхност (водната площ) е 361 милиона квадратни километра. Той е приблизително 2,4 пъти по-голям от площта на територията, заемаща 149 милиона квадратни километра. Водата в океана е солена и по-голямата част от нея (повече от 1 милиард кубически километра) поддържа постоянна соленост от около 3,5% и температура от приблизително 3,7oC. Забележими разлики в солеността и температурата се наблюдават почти изключително в повърхностния слой на водата, както и в маргиналните и особено в Средиземно море. Съдържанието на разтворен кислород във водата намалява значително на дълбочина 50-60 метра.

Подземните води могат да бъдат солени, бракични (по-малко солени) и пресни; съществуващите геотермални води имат повишена температура (повече от 30 °C). За производствената дейност на човечеството и неговите битови нужди е необходима прясна вода, чието количество е едва 2,7% от общия обем вода на Земята, като много малък дял от нея (само 0,36%) е наличен на места, които са лесно достъпни за извличане. По-голямата част от прясната вода се съдържа в снега и сладководните айсберги, намиращи се в райони главно в Антарктическия кръг. Годишният глобален дебит на прясна вода в реката е 37,3 хиляди кубически километра. Освен това може да се използва част от подпочвените води, равна на 13 хиляди кубически километра. За съжаление, по-голямата част от речния поток в Русия, възлизащ на около 5000 кубични километра, се среща в неплодородните и слабо населени северни територии. При липса на прясна вода се използва солена повърхностна или подпочвена вода, която се обезсолява или хиперфилтрира: прекарва се при висока разлика в налягането през полимерни мембрани с микроскопични отвори, които улавят молекулите на солта. И двата процеса са много енергоемки, така че интересно предложение е да се използват сладководни айсберги (или части от тях) като източник на прясна вода, които за тази цел се теглят през водата до брегове, които нямат прясна вода, където те са организирани да се стопят. Според предварителните изчисления на разработчиците на това предложение получаването на прясна вода ще бъде приблизително наполовина по-малко енергоемко от обезсоляването и хиперфилтрацията. Важно обстоятелство, присъщо на водната среда е, че инфекциозните болести се предават основно чрез нея (приблизително 80% от всички болести). Някои от тях обаче, като магарешка кашлица, варицела и туберкулоза, се предават и по въздуха. За да се бори с разпространението на болести чрез водата, Световната здравна организация (СЗО) обяви настоящото десетилетие за Десетилетие на питейната вода.

Прясна вода. Ресурсите от прясна вода съществуват благодарение на вечния кръговрат на водата. В резултат на изпарението се образува гигантски обем вода, достигащ 525 хиляди км годишно. (поради проблеми с шрифта водните обеми са посочени без кубични метри).

86% от това количество идва от солените води на Световния океан и вътрешните морета - Каспийско. Аралски и др.; останалото се изпарява на сушата, половината поради транспирация на влага от растенията. Всяка година се изпарява слой вода с дебелина около 1250 mm. Част от него пада отново с валежите в океана, а част се носи от ветровете на сушата и тук захранва реки и езера, ледници и подземни води. Естественият дестилатор се захранва от енергията на Слънцето и отнема приблизително 20% от тази енергия.

Само 2% от хидросферата е прясна вода, но тя постоянно се обновява. Скоростта на обновяване определя ресурсите, с които разполага човечеството. По-голямата част от прясната вода - 85% - е концентрирана в ледовете на полярните зони и ледниците. Скоростта на обмен на вода тук е по-малка от тази в океана и възлиза на 8000 години. Повърхностните води на сушата се обновяват приблизително 500 пъти по-бързо, отколкото в океана. Речните води се обновяват още по-бързо, за около 10-12 дни. Пресните води от реките са от най-голямо практическо значение за човечеството.

Реките винаги са били източник на прясна вода. Но в съвременната епоха те започнаха да транспортират отпадъци. Отпадъците във водосборния басейн текат по речните корита в моретата и океаните. По-голямата част от използваната речна вода се връща обратно в реките и водоемите под формата на отпадъчни води. Досега растежът на пречиствателните станции изостава от растежа на потреблението на вода. И на пръв поглед това е коренът на злото. В действителност всичко е много по-сериозно. Дори при най-напредналото пречистване, включително биологично пречистване, всички разтворени неорганични вещества и до 10% органични замърсители остават в пречистените отпадъчни води. Такава вода може да стане отново годна за консумация само след многократно разреждане с чиста натурална вода. И тук съотношението на абсолютното количество отпадъчни води, дори пречистени, и водния поток на реките е важно за хората.

Световният воден баланс показа, че 2200 км вода годишно се изразходват за всички видове водоползване. Разреждането на отпадъчните води изразходва почти 20% от световните сладководни ресурси. Изчисленията за 2000 г., като се приеме, че стандартите за потребление на вода ще намалеят и пречистването ще обхване всички отпадъчни води, показаха, че все още ще са необходими 30 - 35 хиляди километра прясна вода годишно за разреждане на отпадъчните води. Това означава, че общите ресурси на речния поток в света ще бъдат близо до изчерпване, а в много райони на света те вече са изчерпани. В крайна сметка 1 км пречистена отпадъчна вода „разваля” 10 км речна вода, а непречистената отпадъчна вода разваля 3-5 пъти повече. Количеството прясна вода не намалява, но качеството й рязко пада и тя става негодна за консумация.

Човечеството ще трябва да промени стратегията си за използване на водата. Необходимостта ни принуждава да изолираме антропогенния воден цикъл от естествения. На практика това означава преход към затворено водоснабдяване, към нисководна или нискоотпадъчна, а след това към „суха“ или безотпадна технология, придружена от рязко намаляване на обема на потреблението на вода и пречистените отпадъчни води.

Запасите от прясна вода са потенциално големи. Въпреки това във всяка част на света те могат да бъдат изчерпани поради неустойчиво използване на водата или замърсяване. Броят на такива места нараства, обхващайки цели географски области. Нуждите от вода са незадоволени за 20% от градското и 75% от селското население в света. Обемът на консумираната вода зависи от региона и стандарта на живот и варира от 3 до 700 литра на ден на човек. Промишленото потребление на вода също зависи от икономическото развитие на района. Например в Канада индустрията консумира 84% от всички изтеглени води, а в Индия - 1%. Най-водоемките отрасли са стоманодобивната, химическата, нефтохимическата, целулозно-хартиената и хранително-вкусовата промишленост. Те консумират почти 70% от цялата вода, изразходвана в промишлеността. Средно промишлеността използва приблизително 20% от цялата вода, консумирана в световен мащаб. Основният потребител на прясна вода е селското стопанство: 70-80% от цялата прясна вода се използва за нуждите му. Поливното земеделие заема само 15-17% от земеделските земи, но произвежда половината от цялата продукция. Почти 70% от световните култури от памук зависят от напояването.

Общият дебит на реките в ОНД (СССР) на година е 4720 км. Но водните ресурси са разпределени изключително неравномерно. В най-населените райони, където се намира до 80% от промишленото производство и 90% от земята, подходяща за земеделие, делът на водните ресурси е само 20%. Много райони на страната са недостатъчно водоснабдени. Това са южната и югоизточната част на европейската част на ОНД, Каспийската низина, южната част на Западен Сибир и Казахстан и някои други региони на Централна Азия, южната част на Забайкалия и Централна Якутия. Северните райони на ОНД, балтийските държави и планинските райони на Кавказ, Централна Азия, Саяните и Далечния изток са най-снабдени с вода.

Речните потоци варират в зависимост от климатичните колебания. Човешката намеса в природните процеси вече е повлияла на речния поток. В селското стопанство по-голямата част от водата не се връща в реките, а се изразходва за изпаряване и образуване на растителна маса, тъй като по време на фотосинтезата водородът от водните молекули се превръща в органични съединения. За регулиране на речния отток, който не е равномерен през цялата година, са изградени 1500 резервоара (те регулират до 9% от общия отток). Икономическата дейност на човека досега почти не е повлияла на речния поток в Далечния изток, Сибир и северната част на европейската част на страната. Въпреки това, в най-населените райони той е намалял с 8%, а в близост до реки като Терек, Дон, Днестър и Урал - с 11-20%. Водният поток в Волга, Сирдаря и Амударя значително е намалял. В резултат на това притокът на вода към Азовско море е намалял с 23%, а към Аралско море - с 33%. Нивото на Аралско море спадна с 12,5 м.

Ограничените и дори оскъдни запаси от прясна вода в много страни са значително намалени поради замърсяването. Обикновено замърсителите се разделят на няколко класа в зависимост от тяхната природа, химична структура и произход.

Замърсяване на водните обекти Сладките водоеми се замърсяват главно в резултат на заустването в тях на отпадъчни води от промишлени предприятия и населени места. В резултат на изхвърлянето на отпадъчни води физическите свойства на водата се променят (температурата се повишава, прозрачността намалява, появяват се цвят, вкусове и миризми); на повърхността на резервоара се появяват плаващи вещества, а на дъното се образува утайка; химичният състав на водата се променя (съдържанието на органични и неорганични вещества се увеличава, появяват се токсични вещества, съдържанието на кислород намалява, активната реакция на околната среда се променя и др.); Променя се качественият и количественият бактериален състав и се появяват патогенни бактерии. Замърсените водоеми стават негодни за пиене, а често и за техническо водоснабдяване; губят своето рибарско значение и др. Общите условия за изпускане на отпадъчни води от всяка категория в повърхностни водни обекти се определят от тяхното национално стопанско значение и естеството на водоползването. След изпускането на отпадъчните води се допуска известно влошаване на качеството на водата в резервоарите, но това не трябва да влияе значително върху живота му и възможността за по-нататъшно използване на резервоара като източник на водоснабдяване, за културни и спортни събития или за риболовни цели.

Контролът за изпълнение на условията за заустване на промишлени отпадъчни води във водни обекти се извършва от санитарно-епидемиологични станции и басейнови отдели.

Стандартите за качество на водата за водни обекти за битово и питейно-битово водоснабдяване установяват качеството на водата за резервоари за два вида водоползване: първият тип включва зони на резервоари, използвани като източник за централизирано или нецентрализирано битово и питейно водоснабдяване , както и за водоснабдяване на предприятия от хранително-вкусовата промишленост; към втория вид - територии от водоеми, използвани за плуване, спорт и отдих на населението, както и разположените в границите на населените места.

Присвояването на резервоари към един или друг вид използване на водата се извършва от органите на Държавната санитарна инспекция, като се вземат предвид перспективите за използване на резервоарите.

Стандартите за качество на водата за водоеми, дадени в правилата, се прилагат за обекти, разположени върху течащи водоеми на 1 km над най-близката точка на водоползване надолу по течението, както и на безпроточни резервоари и резервоари на 1 km от двете страни на водоползвателната точка.

Много внимание се обръща на предотвратяването и премахването на замърсяването на крайбрежните зони на моретата. Стандартите за качество на морската вода, които трябва да бъдат осигурени при заустване на отпадъчни води, се прилагат за водоползването в определените граници и за обекти на разстояние 300 m в страни от тези граници. При използване на крайбрежните райони на моретата като реципиент на промишлени отпадъчни води съдържанието на вредни вещества в морето не трябва да надвишава максимално допустимите концентрации, установени от санитарно-токсикологичните, общите санитарни и органолептичните гранични показатели за опасност. Същевременно изискванията за заустване на отпадъчните води са диференцирани в зависимост от характера на водоползването. Морето се разглежда не като източник на водоснабдяване, а като лечебен, оздравителен, културен и битов фактор.

Замърсителите, постъпващи в реките, езерата, водоемите и моретата, внасят значителни промени в установения режим и нарушават равновесното състояние на водните екологични системи. В резултат на процесите на трансформация на вещества, замърсяващи водните обекти, протичащи под въздействието на природни фактори, водоизточниците претърпяват пълно или частично възстановяване на първоначалните си свойства. В този случай могат да се образуват вторични продукти на гниене на замърсители, които оказват негативно влияние върху качеството на водата.

Самопречистването на водата в резервоарите е съвкупност от взаимосвързани хидродинамични, физикохимични, микробиологични и хидробиологични процеси, водещи до възстановяване на първоначалното състояние на водния обект.

Поради факта, че отпадъчните води от промишлени предприятия могат да съдържат специфични замърсители, тяхното изхвърляне в градската канализационна мрежа е ограничено от редица изисквания. Производствените отпадъчни води, изпускани в дренажната мрежа, не трябва: да нарушават работата на мрежите и съоръженията; имат разрушителен ефект върху материала на тръбите и елементите на пречиствателните съоръжения; съдържа повече от 500 mg/l суспендирани и плаващи вещества; съдържат вещества, които могат да запушат мрежите или да се отлагат по стените на тръбите; съдържат запалими примеси и разтворени газообразни вещества, способни да образуват експлозивни смеси; съдържат вредни вещества, които пречат на биологичното пречистване на отпадъчните води или изхвърлянето им във водно тяло; имат температура над 40 °C.

Промишлените отпадъчни води, които не отговарят на тези изисквания, трябва да бъдат предварително пречистени и едва след това да бъдат заустени в градската канализационна мрежа.

маса 1

Световни водни резерви

Не.	Име на обекти	Площ на разпространение в милиони кубични км	Обем, хиляди кубически метра км	Дял в световните резерви,
1	Световен океан	361,3	1338000	96,5
2	Подпочвените води	134,8	23400	1,7
3	включително под земята: пресни води	10530	0,76
4	Влажност на почвата	82,0	16,5	0,001
5	Ледници и постоянен сняг	16,2	24064	1,74
6	Подземен лед	21,0	300	0,022
7	Езерна вода
8	свежи	1,24	91,0	0,007
9	солено	0,82	85.4	0,006
10	Блатна вода	2,68	11,5	0,0008
11	Речна вода	148,2	2,1	0,0002
12	Вода в атмосферата	510,0	12,9	0,001
13	Вода в организмите	1,1	0,0001
14	Общи запаси от вода	1385984,6	100,0
15	Общи запаси от прясна вода	35029,2	2,53

Заключение.

Водата е един от основните ресурси на Земята. Трудно е да си представим какво би се случило с нашата планета, ако прясната вода изчезне. Човек трябва да пие около 1,7 литра вода на ден. И всеки от нас се нуждае от около 20 пъти повече дневно за пране, готвене и т.н. Има заплаха от изчезване на прясна вода. Всички живи същества страдат от замърсяването на водата, което е вредно за човешкото здраве.

Водата е познато и необичайно вещество. Известният съветски учен академик И.В. Петрянов нарече научно-популярната си книга за водата „Най-необикновеното вещество в света“. И докторът на биологичните науки Б. Ф. Сергеев започна книгата си „Забавна физиология“ с глава за водата - „Веществото, което създаде нашата планета“.

Учените са прави: на Земята няма по-важно за нас вещество от обикновената вода и в същото време няма друго вещество от същия тип, чиито свойства да имат толкова много противоречия и аномалии, колкото свойствата му.

Библиография:

1. Коробкин В.И., Переделски Л.В. Екология. Учебник за ВУЗ. - Ростов/на/Дон. Финикс, 2005 г.

2. Моисеев Н. Н. Взаимодействие на природата и обществото: глобални проблеми // Бюлетин на Руската академия на науките, 2004. Т. 68. № 2.

3. Опазване на околната среда. Учебник ръководство: В 2т / Изд. В. И. Данилов - Данилян. – М.: Издателство МНЕПУ, 2002.

4. Белов С. В. Опазване на околната среда / С. В. Белов. – М. Висше училище, 2006. – 319 с.

5. Дерпголц В. Ф. Водата във Вселената. - Л.: "Недра", 2000.

6. Крестов Г. А. От кристал до разтвор. - Л.: Химия, 2001.

7. Хомченко Г.П. Химия за постъпващите в университети. - М., 2003