Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Вода та її властивості



1. До складу молекули води входить один атом оксигену і два атоми гідрогену. Вода H2O на 99,73 % складається з 1H216O, але в природі зустрічається ще дейтерій (стабільний) 2D і тритій (3T), а якщо взяти до уваги, що окрім 16O є ще 17O і 18O, то в природі зустрічається дев’ять різновидів води. Молекула води н.каподібн, полярна,трохядерна, має кутову будову:

Схема структури молекули води

Оксиген в молекулі знаходиться в стані sp3 гібридизації.

В силу своєї будови вода утворює диполі, а електронна густина зміщена до оксисену від гідрогену. Полярна будова обумовлює високу діелектричну проникність, а це в свою чергу її високу здатність розчиняти. Кожна молекула води має здатність утворювати 4 водневих зв’язки, які найміцніші у рідкому стані, а в газоподібну стані реалізуються слабо.

Водневі зв’язки у молекулі води міцніші ніж у решти речовин.

Молекулярна структура води вивчена недостатньо.

В природі вода може знаходитись в трьох агрегатних станах: рідкому, твердому та газоподібному (Потрійна точка: 610 Па (4,58 мм.рт.ст), 273 К).

Важливо, що випаровування з поверхні льоду, снігу, вологої поверхні іде тим інтенсивніше чим більший дефіцит вологи в повітрі.

Загальні запаси води на Землі дуже великі (0,025 % від маси Землі). Але не у зв’язку з величезною кількістю, а виключно завдяки ряду аномальних характеристик сполука гідрогену з оксигеном Н2О виділена в самостійну земну оболонку. Серед аномальних (фізичних властивостей, які не характерні для інших речовин в природі) властивостей води, що грають важливу роль в підтримці життя на Землі, потрібно відзначити наступні.

1. Аномалії густини:

а) Густина стрибкоподібно змінюється при фазових переходах. При цьому густина води є більшою від густини льоду. Це пов’язано з тим, що хоча лід і є впорядкованою гексагональною структурою, він є доволі рихлим, і водневі зв’язки міцніші у рідкому стані. Це забезпечує не замерзання водойм до дна.

Б) Як і для усіх рідин густина зменшується з температурою, і лише від 0 до +40С (та від 999,87 до 10000C) густина зростає. Тому як правило температура води біля дна водойм +40С, і є вищою як біля поверхні, що важливо для виживання гідробіонтів.

(Максимум густини води спостерігається при температурі близько 4 оС. Так, при 0 оС дистильована вода, має густину 0,999841 кг/м3, при 25 оС – 0,9977047 кг/м3, а при 4 оС щільність дистильованої води складає 0,999973 кг/м3. Завдяки цьому з настанням морозів поверхневий шар води охолоджений до 4 оС, як важчий опускається на дно водоймища, витісняючи більш теплі і легкі шари на поверхню. Надалі, коли все водоймище охолодиться до 4 оС, охолоджуватиметься тільки поверхневий шар, який як легший залишатиметься на поверхні водоймища. Лід легший за воду, і він плаватиме на поверхні водоймища.)

2. Аномально високі температури замерзання та кипіння. Враховуючи масове число слід було б очікувати, що tзам=-900С, tкип=-700С. Очевидно, це обумовлюється утворенням водневих зв’язків. Це один з чинників, що забезпечив виникнення та існування життя на Землі.

1. Аномально високі теплоти фазових переходів – випаровування та плавлення. Qпл=333кДж/кг; Qвип=2500кДж/кг. Значення: немає дуже різких перепадів температури.

(Питома ентальпія плавлення. Значення питомої ентальпії плавлення води, рівне 6,012 кДж/моль при 273 К, є найбільш високим серед твердих і рідких тіл, за винятком аміаку і водню. Завдяки високій теплоті плавлення на Землі згладжуються сезонні переходи; весну і осінь в середніх і високих широтах можна розглядати як сезон фазових переходів води. Порівняно легко нагріваючись або охолоджуючись до 0 оС, вода, сніг і лід для переходу в інший агрегатний стан вимагають значних витрат енергії тому ці переходи зазвичай розтягуються в часі. Слід зазначити наприклад, що при замерзанні 1 м3 води виділяється стільки ж тепла, скільки при спалюванні приблизно 10 кг вугілля.

Питома ентальпія випаровування. Високе значення питомої ентальпії випаровування, рівне 40,683 кДж/моль при 373 К, приводить до того, що велика частина сонячній енергії, що досягає Землі, витрачається на випаровування води перешкоджаючи перегріву її поверхні. При конденсації пари води в атмосфері відбувається виділення цій енергії, яка може переходити в кінетичну енергію компонентів атмосфери, викликаючи ураганні вітри.)

2. Аномально високе значення теплоємності води Ср=4,19 кДж/кг К. Зміна Ср від температури також своєрідна – мін. При 330С. При цьому теплоємність льоду в два рази менша ніж води.

Все це забезпечує терморегуляцію планети. Земля охолоджується і нагрівається повільно, що забезпечує підтримання життя.

(Теплоємність води. Питома теплоємність води вища, ніж у всіх твердих і рідких речовин, за винятком рідкого аміаку і водню. При 273 К вона рівна 75,3 Дж/(моль·К). Завдяки величезній теплоємності води океани згладжують коливання температури, і перепад температур від екватора до полюса в Світовому океані складає всього 30 К.)

3. Низьке значення молекулярної теплопровідності води – 0,6 Вт/м К (гарний термоізолятор). Меншу теплопровідність має лише повітря. Це забезпечує повільніше охолодження водойм.

(Лід і сніг, що покриває його, є хорошим захистом водоймища від промерзання, оскільки володіють малою теплопровідністю. Так, наприклад, сніг який щойно випав при температурі 273 К має теплопровідність 90·10-3 Вт/(м·К), а теплопровідність ущільненого снігу близька до теплопровідності будівельної повсті (н.ка), яка дорівнює 44·10-3 Вт/(м·К). Це сприяє збереженню життю у водоймищах середніх і високих широт в зимову пору року.)

6. Низьке значення внутрішнього тертя. Порівняно з іншими рідинами в’язкість невисока. Завдяки цьому вода надзвичайно текуча і навіть невеликі зовнішні сили здатні приводити її в рух, що забезпечує перенесення тепла і речовини. Чим солоніша вода тим вона в’язкіша.

7. Високе значення поверхневого натягу (71,9 10-3Дж/м2). Це забезпечує капілярні явища та інтенсифікацію теплообміну .

(Поверхневий натяг. Аномально високий поверхневий натяг води, рівний 71,9·10-3 Дж/м2 при 298 К, приводить до появи брижів і хвиль на водній поверхні вже при слабкому вітрі. В результаті цього різко зростає площа водної поверхні і інтенсифікуються процеси тепло- та масообміну між атмосферою і гідросферою. З високим поверхневим натягом води пов’язані і капілярні сили, завдяки дії яких, вода здатна підніматися на висоту до 10-12 м від рівня ґрунтових вод.)

8. Діелектрична проникність води має аномально високе значення, рівне 78,3 при 298 К. Це визначає саму велику розчинювальну здатність води по відношенню до речовин з полярною і іонною структурою. Тому в природі немає хімічно чистої води, людина завжди має справу з розчинами. Навіть найчистіші атмосферні осідання над Антарктидою містять до 5 мг/л розчинених солей. А вміст солей в дощовій воді в районах з інтенсивною вулканічною діяльністю досягає 1000 мг/л.

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.