Атом какого химического элемента содержится в молекуле воды

Атом какого химического элемента содержится в молекуле воды thumbnail

Вода является источником жизни для всех живых организмов.

Молекула воды имеет уникальное строение. В ней удивительным образом сочетаются прочность и устойчивость кристаллической структуры (льда), и подвижность жидкого вещества.

В статье мы подробно рассмотрим особенности строения молекулы воды в различных агрегатных состояниях: жидком, твердом, газообразном.

Какое строение имеет молекула воды

Долгое время химики считали воду простым соединением, не вступающим в сложные реакции.

Состав воды как сложного вещества был установлен Лавуазье в 1783 г.

Одна молекула воды состоит из трех атомов: двух атомов водорода и одного атома кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. Химическая формула: H₂O

Характерные свойства ковалентной связи — направленность, насыщаемость, полярность, поляризуемость. Они определяют химические и физические свойства соединений.

молекула воды

Молекула воды, картинка № 1

По форме молекула воды напоминает равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два атома водорода.Связь между атомом кислорода и атомами водорода полярная, т.к. кислород притягивает электроны сильнее, чем водород.

Межъядерные расстояния О—Н близки к 0,1 нм, расстояние между ядрами атомов водорода равно 0,15 нм, угол между связями Н—О—Н равен 104,5°.

Молекула воды имеет два положительных и два отрицательных полюса и поэтому в большинстве случаев ведёт себя как диполь (т.е. на одной стороне – положительный заряд, на другой – отрицательный)

Значения эффективных зарядов на атомах составляет ±0,17 от заряда электрона.

Водородная связь

В жидкой воде происходит ассоциация молекул, т. е. соединение их в более сложные агрегаты за счёт особой химической связи, которая называется водородной.

Особенностями водородной связи, по которым её выделяют в отдельный вид, является её не очень высокая прочность.

Водородная связь также играет важную роль в процессах растворения, поскольку растворимость зависит и от способности соединения давать водородные связи с растворителем. В результате содержащие ОН-группы такие вещества, как сахар, глюкоза, спирты, карбоновые кислоты, как правило, хорошо растворимы в воде.

Димер воды с водородной связью

На картинке № 2 показано образование димера воды с одной водородной связью.

Димер — это две молекулы Н2О, соединенные водородной связью. Связь между молекулами воды водородная.

Каждая молекула способна образовать четыре водородные связи: две между неподеленными электронными парами её атома кислорода и атомами водорода соседних молекул и ещё две – между атомами водорода и атомами кислорода двух других молекул.

Энергия водородной связи может изменяться от 17 до 33 кДж/моль.

Строение молекулы в различных агрегатных состояниях

Вода может быть в нескольких состояниях:

  1. Жидком. Это ее преимущественное состояние в нормальных условиях. Жидкая вода образует многочисленные реки, ручьи, озёра, Мировой океан.
  2. Твердом – это лед, а его кристаллы часто образуют иней или снег.
  3. Газообразном — водяной пар.

Существуют также и переходные состояния жидкости, которые возникают при замерзании или испарении.

Примечательно, что различные формы воды могут одновременно находиться рядом и даже взаимодействовать, например реки с ледниками, айсберги с морской водой, облака на небе с водяным паром.

Строение молекулы воды, водородная связь способствует расположению молекул воды. Рассмотрим особенности каждого агрегатного состояния по отдельности.

Агрегатные состояния воды

Лед

Представляет собой твердое состояние воды.

Молекулы воды образуют слои, причём каждая молекула связана с тремя молекулами в своём слое и с одной молекулой соседнего слоя. Расстояние между атомами кислорода ближайших молекул равно 0,276 нм.

Атом кислорода связан с четырьмя атомами водорода: с двумя, расположенными на расстоянии 0,096 — 0,102 нм посредством валентных связей, и с двумя другими, находящимися на расстоянии 0,174 — 0,180 нм посредством водородных связей.

Схема льда

Жидкая вода

В отличие от структуры льда структура жидкой воды исследована ещё недостаточно.

Предполагается, что жидкая вода по своему строению представляет нечто среднее между кристаллами льда и паром.

В результате изучения молекулы воды с помощью инфракрасных и рентгеновых лучей было видно, что при температуре близкой к точке замерзания, молекулы жидкой воды собираются в небольшие группы, практически так, как в кристаллах.

При температуре близкой к точке кипения они располагаются более свободно.

Водяной пар

Это газообразное агрегатное состояние воды.

При данном состоянии молекула воды не имеет структуры и состоит преимущественно из мономерных молекул воды, которые находятся на расстояние относительно друг друга.

Из чего состоит вода

При обычных условиях вода выглядит как прозрачная жидкость. У нее отсутствуют вкус и запах. При небольшой толщине слоя не наблюдается даже цвета.

Вода является отличным растворителем. В природе в ней постоянно находятся растворенные газы и соли. При соединении атомов кислорода с водородом получается молекула воды. Поскольку более сильными являются водородные соединения, то, когда происходит их разрыв, они прикрепляются к иным веществам, помогая тем растворяться.

Из-за своего малого размера каждую молекулу растворенного вещества окружают очень много молекул воды. Благодаря этому в ней присутствуют отрицательные и положительные ионы.

Чистая вода является еще и хорошим изолятором с концентрацией протонов и гидроксильных ионов в количестве 10-7 моль/л, это позволяет ей проводить электричество. Именно по ее электропроводности можно оценивать чистоту жидкости.

При взаимодействии с другими веществами состав воды не изменяется, что играет особую роль в жизни любого живого организма. Ведь очень важно, чтобы жидкостные растворы, через которые в организм поступают полезные вещества, не изменялись.

Кроме того, вода хорошо поглощает инфракрасное и микроволновое излучение, а также способна хранить в себе память о веществах, которые были в ней растворены.

Элементы

Проходя гидрологический цикл: испарение, конденсацию и выпадение в виде осадков вода может дополняться разными химическими элементами, которые можно разделить на 6 категорий. Рассмотрим информацию в таблице № 1.

Таблица № 1 «Элементы, которые могут входить в состав воды».

ИоныNa, K, Mg, Ca, анионы: Cl, HCO3 и SO4. Эти компоненты находятся в воде в наибольшем, по сравнению с другими, количестве.
Растворенные газыКислород, азот, сероводород, углекислый газ и прочие. Количество каждого газа в воде напрямую зависит от ее температуры.
Биогенные элементыГлавными из них являются фосфор и азот, которые поступают в жидкость из осадков
МикроэлементыИх насчитывается около 30 видов: бром, селен, медь, цинк и т. д. Показатели их в составе воды очень малы и колеблются от 0,1 до микрограмма на 1 литр.
Органические веществаСпирты, углеводы, альдегиды, фенолы, пептиды и прочее.
ТоксиныТяжелые металлы и продукты нефтепереработки.

В настоящий момент доступны специальные методы очистки, которые эффективно борются с вредными химическими соединениями.

Вода также может содержать в себе магний и катионы кальция. В зависимости от этого ее подразделяют на мягкую и жесткую.

По изотопам водорода в молекуле воды можно говорить о легкой воде, тяжелой и сверхтяжелой воде.

Подводим итоги

Вода необходима для жизни всего живого на Земле. Она участвует в мировом круговороте воды в природе. Благодаря испарению с поверхности водоемов, почвы, растений образуются облака. Затем они выпадают в виде дождя, снега, града, питая собой подземные воды и родники. Родниковые воды по рекам попадает в море.

Таким образом, количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы — это и есть круговорот воды в природе.

Уникальное строение молекулы воды помогает ей трансформироваться в три агрегатных состояния.

При замерзании воды ее молекулы собираются в небольшие группы. При испарении находится на расстоянии относительно друг друга. Жидкая вода по своему строению представляет нечто среднее между кристаллами льда и паром.

Список литературы

  1. Химия и микробиология воды. Учебное пособие В. В. Котов, Г.А. Нетесова
  2. Конспект лекций ГИДРОГЕОХИМИЯ. Киреева Т.А., МГУ им. М.В. Ломоносова, 2016

Источник

данил суханов

15 июня  · 1,6 K

Автор вопроса считает этот ответ лучшим

Ну, сами химические элементы использовались с древнейших времён – люди занимались металлургией, керамикой, изготовлением красок и прочими подобными делами задолго до того, как хотя бы приблизились к пониманию строения вещества.
Сама идея молекул и атомов была предложена философами Древней Греции – Демокрит и кто-то ещё (сходу не вспомню) пришли к… Читать далее

Не ожидал настолько развернутого ответа) спс от души????

Объясните гуманитарию, что означает понятие “энтропия”?

Филолог, мечтающий стать астрофизиком

Я понимаю так (если понимаю неправильно, пусть знающие люди меня поправят), что, в общем смысле, энтропия – это степень упорядоченности какой-либо системы, мера беспорядка, хаоса. И чем выше беспорядок, тем, соответственно, выше энтропия. И наоборот. Понятие энтропии используется во многих науках, но чаще, как правило, связывается со вторым законом термодинамики, который гласит, что в изолированной системе энтропия не может уменьшаться. Если говорить совсем простыми словами, то система – это нечто организованное, то, что имеет свою структуру, а изолированной можно назвать систему, на которую не оказывается воздействие извне (хотя совсем уж независимую систему найти трудно, так как все предметы и объекты друг с другом взаимодействуют, но это детали). Так вот, оставленное на солнце яблоко со временем сгниет, человек постареет. Энтропия всегда растет. Вселенная стремится к беспорядку. И именно из-за действия энтропии, как предполагается, время не может идти назад, хотя в физике не существует точного закона, постулирующего, что время обязательно должно идти только вперед. Если время пойдет назад, то все явления и вещи начнут сами по себе магическим образом упорядочиваться: разлетевшиеся бумаги сложатся ровной стопочкой, разбитый стакан соберется в целый без единой трещины, люди начнут молодеть. Повернуть время вспять значит упорядочить систему, то есть нарушить второй закон термодинамики. Нет, разбитый стакан, конечно, можно склеить в целый, и дома можно сделать уборку, однако при этом придется затратить какую-то часть энергии, и никакого нарушения в итоге не выйдет. Склеивание стакана и уборка дома – это только видимость уменьшения энтропии, так как даже аккуратно разложенные по местам вещи имеют свойство со временем разлагаться, так что от вездесущей энтропии нам не уйти.

Такие дела.

Прочитать ещё 5 ответов

Как узнать сколько протонов, нейтронов и электронов находится в атоме фтора?

Книги, звери и еда – это хобби навсегда.

Количество протонов в атоме совпадает с количеством электронов, поскольку атом электрически нейтрален, и совпадает с порядковым номером элемента в периодической таблице Менделеева. Поскольку номер фтора 9, то атом фтора содержит 9 протонов и 9 электронов. Число нейтронов является разностью между массой атома и количеством протонов. Для фтора единственный стабильный изотоп имеет массу 19, он содержит 19-9=10 нейтронов.

Объясните максимально понятно: как было доказано, что все состоит из атомов?

Музыкант, химик – технолог

В конце XVIII века были открыты химические законы сохранения:

Закон сохранения массы, открытый в 1789 году Антуаном Лораном Лавуазье, гласит, что масса реактивов во время химической реакции не меняется;

Закон постоянства состава, открытый в 1799 году Жозефом Луи Прустом, гласит, что любое определённое химическое соединение, не зависимо от способа его получения, состоит из одних и тех же химических элементов;

Закон кратных отношений, открытый в 1803 году Джоном Дальтоном, гласит, что отношения масс одного элемента к другому будет целым числом.

Для выполнения этих законов материя должна обладать разделённой(делимой) структурой. Но в то время была не совсем ясна структура того, что сейчас мы называем «молекулой». В 1811 году Амедео Авогадро провёл серию опытов с газом и выяснил, что два литра водорода реагируют только с одним литром кислорода при получении водяного пара (h2o). В результате исследования броуновского движения открытого в 1827 году стало очевидно, что материя состоит из отдельных частиц — атомов, способных собираться в группы — молекулы, то есть была создана атомная теория строения вещества.

Само же броуновское движение было открыто так: в 1827 году Роберт Броун открыл движение пыльцевых зёрен в жидкости. Исследуя пыльцу под микроскопом, он установил, что в растительном соке плавающие пыльцевые зёрна двигаются совершенно хаотически во все стороны. Связано это было с тем, что частицы пыльцы сталкивались с элементарными частицами жидкости.

Могут ли или существуют ли вещества во Вселенной, которых нет в таблице Менделеева?

ALBA synchrotron, postdoc

Безусловно. Потому что в таблице Менделеева вообще нет веществ, там только элементы.

Могут ли быть элементы, которых нет в таблице Менделеева? Тоже да. Можно делать атомы не только из протонов, нейтронов и электронов. Есть позитроний, есть мюоний, есть мюонные атомы. Для них в принципе нет места в таблице, но их умеют делать и даже заставлять вступать в реакции.

Далее, по сути, любая нейтронная звезда – это огромное атомное ядро, при  желании можно прикинуть количество оставшихся в живых после коллапса  протонов и выдать получившемуся атому полагающееся ему место в  периодической системе.

Прочитать ещё 2 ответа

Источник

Андрей 40

13 июня  · 1,2 K

Автор вопроса считает этот ответ лучшим

Вы знаете, Вам, пожалуй надо не с воды начинать, а с изучения того что такое атомы и что такое молекулы. Так вот H2O – это не атом, а молекула воды, состоящая из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Вопрос почему молекула воды именно такая неуместен – это надо спросить у того, кто создал нашу Вселенную. Мы можем только лишь экспериментально установить как выглядит эта молекула и из каких атомов состоит.

Мне вот интересно, почему именно 2 атома водорода, а не 1 или 3

В чём отличие живого от неживого? Почему атом считается неживым, а тело, которое из атомов состоит – живое?

Преподаватель биологических дисциплин, физиолог

Это же в учебнике по биологии написано – раньше это была программа за 6 класс. Сейчас не знаю.

Живое обладает несколькими характеристиками, главная из которых – способность к размножению (именно самовоспроизведению). Есть ещё такие, как, например, гомеостаз, наследственность и т.п.

Ну и единица живого – это клетка либо её аналог, как у вируса и фага. 

Всё живое неизменно содержит РНК и/или ДНК, как носитель той самой наследственности.

Прочитать ещё 1 ответ

Если запах состоит из молекул, то апельсин, постоянно издавая запах (тратя свои молекулы), через какое-то время исчезнет?

мои ответы не являются “глубокомысленными” статьями для ЯДзен. пользователь…

Да, ощущение запаха, это результат взаимодействия вещества с обонятельными рецепторами.

Запах апельсина, который мы чувствуем, это эфирные масла содержащиеся в его кожуре.

Эфи́рные масла — летучие, с характерным сильным запахом и вкусом, маслоподобные (маслянистые), нерастворимые в воде, в основном бесцветные или слабо окрашенные жидкости. В отличие от настоящих жиров большинство эфирных масел, состоящих из легких фракций, не оставляют жировых пятен на бумаге, потому что испаряются (улетучиваются) уже при комнатной температуре.

Когда масла содержащиеся в кожуре закончатся, то мы просто перестанем ощущать запах апельсина ))

Прочитать ещё 1 ответ

Откуда в космосе вода?

программист, предприниматель

Ну давайте разбираться. Рецепт получения воды довольно простой: берем водород, добавляем кислород в соотношении 2 к 1 (по числу атомов) и сильно нагреваем. 

Теперь по частям. Где взять водород? Да где угодно. Вселенная – огромное скопление облаков водорода (с некоторой примесью гелия и совсем крохотным содержанием лития). Водород – самый распространенный элемент в ней (кстати, в человеческом теле тоже).

С кислородом уже чуть сложнее. Облака водорода и гелия, чуть более плотные, чем окружающее пространство, благодаря гравитационному притяжению постепенно схлопываются и стягиваются, параллельно нагреваясь и при достижении примерно 10 млн градусов зажигаются термоядерные реакции и начинается горение звезды. В этом реакторе водород соединяется в гелий. Когда почти весь водород (по оценкам ученых примерно 97-99%) выгорает, звезда схлопывается еще сильнее, еще сильнее нагревается и синтез продолжается: из гелия получаются углерод, азот и кислород и далее вплоть до железа. Когда дело доходит до него, звезда схлопывается дальше и если она достаточно массивна, то происходит взрыв сверхновой, в котором синтезируются все тяжелые элементы (если нет, она просто сбрасывает внешнюю оболочку). Вот в ошметках от этого взрыва, пока они имеют необходимую температуру, оставшийся от горения водород встречается с кислородом и образует воду (среди множества других соединений).

Прочитать ещё 2 ответа

Объясните гуманитарию, что означает понятие “энтропия”?

Филолог, мечтающий стать астрофизиком

Я понимаю так (если понимаю неправильно, пусть знающие люди меня поправят), что, в общем смысле, энтропия – это степень упорядоченности какой-либо системы, мера беспорядка, хаоса. И чем выше беспорядок, тем, соответственно, выше энтропия. И наоборот. Понятие энтропии используется во многих науках, но чаще, как правило, связывается со вторым законом термодинамики, который гласит, что в изолированной системе энтропия не может уменьшаться. Если говорить совсем простыми словами, то система – это нечто организованное, то, что имеет свою структуру, а изолированной можно назвать систему, на которую не оказывается воздействие извне (хотя совсем уж независимую систему найти трудно, так как все предметы и объекты друг с другом взаимодействуют, но это детали). Так вот, оставленное на солнце яблоко со временем сгниет, человек постареет. Энтропия всегда растет. Вселенная стремится к беспорядку. И именно из-за действия энтропии, как предполагается, время не может идти назад, хотя в физике не существует точного закона, постулирующего, что время обязательно должно идти только вперед. Если время пойдет назад, то все явления и вещи начнут сами по себе магическим образом упорядочиваться: разлетевшиеся бумаги сложатся ровной стопочкой, разбитый стакан соберется в целый без единой трещины, люди начнут молодеть. Повернуть время вспять значит упорядочить систему, то есть нарушить второй закон термодинамики. Нет, разбитый стакан, конечно, можно склеить в целый, и дома можно сделать уборку, однако при этом придется затратить какую-то часть энергии, и никакого нарушения в итоге не выйдет. Склеивание стакана и уборка дома – это только видимость уменьшения энтропии, так как даже аккуратно разложенные по местам вещи имеют свойство со временем разлагаться, так что от вездесущей энтропии нам не уйти.

Такие дела.

Прочитать ещё 5 ответов

Источник