Какие физические свойства имеет молекула воды
Оксид водорода (H2O), гораздо более известный всем нам под названием “вода”, без преувеличения, является главной жидкостью в жизнедеятельности организмов на Земле, ибо все химико-билогические реакции проходят, либо с участием воды, либо в растворах.
Вода является вторым, после воздуха, самым важным веществом для организма человека. Прожить без воды человек может не более 7-8 суток.
Чистая вода в природе может существовать в трех агрегатных состояниях: в твердом – в виде льда, в жикдом, собственно вода, в газообразном – в виде пара. Таким разнообразием агрегатных состояний в природе больше не может похвастаться ни одно вещество.
Физические свойства воды
- при н.у. – это жидкость без цвета, запаха и вкуса;
- вода обладает высокой теплоёмкостью и низкой электропроводностью;
- температура плавления 0°C;
- температура кипения 100°C;
- максимальная плотность воды при 4°C равна 1 г/см3;
- вода – хороший растворитель.
Строение молекулы воды
Молекула воды состоит из одного атома кислорода, который соединен с двумя атомами водорода, при этом связи O-H образуют угол в 104,5°, при при этом общие электронные пары смещены к атому кислорода, который более электроотрицателен по сравнению с атомами водорода, поэтому, на атоме кислорода формируется частичный отрицательный заряд, соответственно, на атомах водорода – положительный. Таким образом, молекулу воды можно рассматривать, как диполь.
Молекулы воды могут между собой образовывать водородные связи, притягиваясь противоположно заряженными частями (на рисунке водородные связи показаны пунктиром):
Формирование водородных связей объясняет высокую плотность воды, температуру ее кипения и плавления.
Количество водородных связей зависит от температуры – чем выше температура, тем меньшее кол-во связей образуется: в парах воды присутствуют только отдельные ее молекулы; в жидком состоянии – образуются ассоциаты (H2O)n, в кристаллическом состоянии каждая молекула воды связана с соседними молекулами четырьмя водородными связями.
Химические свойства воды
Вода “охотно” вступает в реакции с другими веществами:
- с щелочными и щелочноземельными металлами вода реагирует при н.у.:
2Na+2H2O = 2NaOH+H2↑
- с менее активными металлами и неметаллами вода реагирует только при высокой температуре:
3Fe+4H2O=FeO → Fe2O3+4H2↑
C+2H2O → CO2+2H2↑ - с основными оксидами при н.у. вода реагирует с образованием оснований:
CaO+H2O = Ca(OH)2
- с кислотными оксидами при н.у. вода реагирует с образованием кислот:
CO2+H2O = H2CO3
- вода является главным участником реакций гидролиза (подробнее см. Гидролиз солей);
- вода участвует в реакциях гидратации, присоединяясь к органическим веществам с двойными и тройными связями.
Растворимость веществ в воде
- хорошо растворимые вещества – в 100 г воды растворяется более 1 г вещества при н.у.;
- малорастворимые вещества – в 100 г воды растворяется 0,01-1 г вещества;
- практически нерастворимые вещества – в 100 г водры растворяется менее 0,01 г вещества.
Совершенно нерастворимых веществ в природе не существует.
При растворении многих веществ в воде вокруг их молекул образуется оболочка из молекул воды – такой “слоеный пирог” называется гидратом. После кристаллизации в составе таких комплексов сохраняются некоторая часть молекул воды, образуя кристаллогидрат:
CuSO4+5H2O = CuSO4·5H2O
См. далее:
- Жесткость воды
- Пероксид водорода (H2O2)
Источник
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, 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.
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:
- Жидком. Это ее преимущественное состояние в нормальных условиях. Жидкая вода образует многочисленные реки, ручьи, озёра, Мировой океан.
- Твердом – это лед, а его кристаллы часто образуют иней или снег.
- 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.
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.
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».
| Ионы | Na, K, Mg, Ca, анионы: Cl, HCO3 и SO4. Эти компоненты находятся в воде в наибольшем, по сравнению с другими, количестве. |
| Растворенные газы | Кислород, азот, сероводород, углекислый газ и прочие. Количество каждого газа в воде напрямую зависит от ее температуры. |
| Биогенные элементы | Главными из них являются фосфор и азот, которые поступают в жидкость из осадков |
| Микроэлементы | Их 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 вещества | Спирты, углеводы, альдегиды, фенолы, пептиды и прочее. |
| Токсины | Тяжелые 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
- Химия и микробиология воды. Учебное пособие В. В. Котов, Г.А. Нетесова
- Конспект лекций ГИДРОГЕОХИМИЯ. Киреева Т.А., МГУ им. М.В. Ломоносова, 2016
Источник
Nurjan Isaeva
11 мая · 1,9 K
Автор вопроса считает этот ответ лучшим
На сайте https://tvoiklas.ru/ представлены уроки географии, биологии и истории на… · tvoiklas.ru
- Химические:
а) реагирует со многими металлами с выделением кислорода;
б) разлагается на кислород и водород при действии электрического тока;
в) реагирует со многими оксидами неметаллов;
г) реагирует с некоторыми оксидами металлов.
- Физические:
а) высокая теплопроводность (теплоёмкость) и низкая теплоотдача;
б) несжимаемость;
в) способность к поверхностному натяжению;
г) жидкость без цвета, вкуса и запаха;
д) сцепление – водородные связи удерживают молекулы воды вместе;
е) высокая удельная температура парообразования и конденсации;
ж) способность растворять многие вещества;
з) гидроксид водорода может находиться в трёх состояниях: в жидком – вода, парообразном – водяной пар и твёрдом – лёд. При этом лёд имеет более низкую плотность;
и) при замерзании расширяется и т.д.
- Биологические
а) сохраняет объём и тургор клеток и тканей;
б) обеспечивает
охлаждение благодаря испарению с поверхности тела,
- доставку питательных веществ и кислорода ко всем клеткам тела,
- буферизацию (поддержание кислотности) внутренней среды,
- регуляцию температуры тела,
- преобразование пищи в энергию,
- усвоение питательных веществ клетками,
- вывод шлаков и отходов, появившиеся в процессе жизнедеятельности и целый ряд других функций.
Биологически вода это жизнь!!! Без воды и не туды и не сюды)) у воды много не обьяснимых функций, как она достигает самых верхних листьев дерева ведь у деревьев нет насосов))
Физические свойства воды: лед, вода, пар, ещё есть 4-ое но я не знаю вода бывает в виде плазмы, может это молния, при раскатах молнии вода делится на водород, и озон,
Химические свойства воды: растворяет практически любой состав, даже вода налитая в стакан, растворяет стекло но очень медленно, при взаимодействии с металлами вступает в реакцию и вызывает ВОДОРОД,
Каким свойством обладает чистая вода?
Вода является прозрачной, безвкусной жидкостью, которая не имеет никакого запаха, но при этом основные её характеристики поистине поразительны:
показатель молекулярной массы равен 18,0160;
уровень плотности — 1 г/см³;
вода является уникальным растворителем: она окисляет практически все известные виды металла и способна разрушить любую твёрдую горную породу;
сферическая капля воды отличается наименьшей (оптимальной) поверхностью объёма;
коэффициент поверхностного натяжения равен 72,75*10‾³Н/м;
вода превосходит большинство веществ по степени удельной теплоёмкости;
удивительно и то, что вода способна поглощать огромное количество тепла и при этом сама очень мало нагревается;
вода отличается и полимеризационными способностями. В таком случае свойства её становятся несколько иными, например, кипение полимеризованной воды происходит при более высоких температурах (порядка 6–7 раз выше), чем обычной.
Наш организм в основном состоит из воды. Эмбрион человека на 97% составляет вода. У новорожденного на долю воды приходится около 80% от массы тела. Наиболее интенсивно он теряет жидкость в первые дни жизни — происходит физиологическая убыль массы тела (5-7 %).
С годами количество воды в организме постоянно уменьшается. У детей в возрасте до 5 лет содержание воды в организме составляет уже около 70% от массы тела. К тому времени, когда мы достигаем 50-60-летнего возраста, наше тело содержит не более 50-60% воды.
Все мы знаем, какая эластичная и мягкая кожа у младенцев. Они изгибаются и скручиваются, оставаясь пухлыми, как наполненный водой шарик. Степень гибкости, свойственная младенцам и маленьким детям, к сожалению, с возрастом снижается.
Содержание воды в разных тканях варьирует от 20% в жировой ткани до 83-90% в почках и крови, у женщин в связи с большим количеством жировой клетчатки содержание воды ниже, чем у мужчин. Наш мозг представляет собой влажную субстанцию и состоит из воды на 85%, слюна из неё состоит на 99%, мышцы на 60%. Особенно много воды в крови — до 90%, а стекловидное тел глаза содержит ее даже 96-99%. В костях 20% воды и около 10% в верхних слоях кожи.
Именно благодаря воде обеспечивается тонкое регулирование всех процессов в организме. Вода регулирует массу и температуру нашего тела, разносит питательные вещества к клеткам и выводит шлаки и продукты распада из организма, защищает внутренние органы, участвует в процессе дыхания, растворяет минеральные соли, помогает организму усваивать питательные вещества и преобразовывать пищу в энергию.
Водный обмен регулируется жаждой, метаболизмом, ведущим к образованию воды вследствие процессов окисления, кислотно-щелочным балансом (ацидоз увеличивает диурез, алкалоз — уменьшает), а также функциональным состоянием почек, играющих решающую роль в водном обмене. Резкие сдвиги водного баланса как в сторону гипо-, так и гипергидратации неблагоприятно отражаются на общем состоянии организма человека. При этом избыток воды переносится легче, чем ее недостаток. При понижении содержания воды в организме всего на 2% человек чувствует усталость. Если оно понизится на 8%, следует ожидать серьезных проблем со здоровьем, а на 12% — вероятна остановка сердца. Попробуйте чистую воду тут: https://257267.ru/product/voda-pitevaya-admiral/
Прочитать ещё 1 ответ
Почему когда происходит кораблекрушение, люди прыгают в воду и потом тонут?
мои ответы не являются “глубокомысленными” статьями для ЯДзен. пользователь…
Во-первых, сложно тем, что психически далеко не все подготовлены. Одно дело плавать в бассейне или у берега моря, другое дело в ситуации паники.
Во-вторых, вы не учитываете принципиально важное. Вода отличный проводник тепла и когда ее температура ниже ваших 36 она будет вас охлаждать:
Я не знаю как считают, но гугл дает для Тихого океана, например, температуру среднюю 15 градусов.
А, например, во время крушения Титаника температура воды составляла минус 2 градуса. Как такое может быть? Да просто соленая вода замерзает ниже нуля и как раз -2 порог замерзания.
Прочитать ещё 62 ответа
Какова роль воды на нашей планете?
Всем трям, то есть здравствуйте. 🙂 Я по жизни оптимист, натуралист, огородник-г…
Вода на нашей планете играет огромную роль. Вода – источник жизни, главный компонент всех организмов и ни одно живое существо не может прожить без воды. Также вода участвует в создании самой земли – поверзность нашей планеты на 70% состоит из воды, благодаря мировому запасу воды формируются материки, она влияет на климат, благодаря воде существуют растения, атмосфера вокруг земли тоже образовалась в том числе благодаря воде.
Прочитать ещё 2 ответа
Почему человек тонет в воде?
Утопление происходит по разным причинам. Часто люди тонут, пренебрегая элементарными мерами предосторожности (не заплывать за буйки, не купаться в нетрезвом виде, не купаться в сомнительных водоёмах, не купаться в шторм).
Эффект поплавка
1. Человек чувствует, что тонет. А может быть, ему это только кажется.
2. Он пугается и старается высунуться из воды как можно выше.
3. Архимедова сила, поддерживающая его тело, уменьшается. Поэтому он глубже погружается в воду.
4. Затем архимедова сила возрастает и выталкивает его тело наверх. Снова повторяется пункт 3. И т.д.
5. Возникает процесс раскачивания верх–вниз, который развивается стремительно. А человек от всех этих качаний ещё больше пугается.
6. Человек не успевает вдыхать воздух, тем более что когда его лицо над водой, по лицу ручьями стекает вода. Поэтому он не в состоянии нормально дышать, кричать или звать на помощь.
7. Человек захлёбывается и идёт ко дну.
Со стороны это действительно выглядит как поплавок. Всё происходит бесшумно и очень быстро, за два десятка секунд.
Так, что будьте бдительны и осторожны!
Прочитать ещё 2 ответа
Источник