Свойства воды

Чистая вода — жидкость без запаха, вкуса и цвета (лишь в слое толщиной более 2 м голубоватая). Основные физические характеристики воды (при давлении 0,1 МПа) следующие:

Температура:
  замерзания, плавления 0°C
  кипения 100°C
Плотность, при температуре, °C:
  0 0,99984 г/см3
  3,98 0,99997 г/см3
  20 0,9982 г/см3
Удельная теплоемкость при t- 20°C 4,178 Дж/(г.К)
Вязкость при температуре, °C:
  0 0,001792 Па·с
  25 0,000895 Па·с
Удельная электрическая проводимость при t-20 °C 4,2·10-6 см/м
Относительная диэлектрическая постоянная при t-20°C 81
Поверхностное натяжение при t-18°C 73·10-3Н/м

По сравнению с другими химическими соединениями вода обнаруживает необычные отклонения по ряду физических свойств — плотности, удельной теплоемкости и др. Эти аномалии воды в значительной степени связаны с ассоциацией ее молекул.

Уникальным свойством воды является ее способность при обычных температурах и давлении находиться в трех агрегатных состояниях: твердом (лед), жидком и газообразном (пар).

Повышение температуры воды действует двояко: вызывает нарушение регулярной структуры и приводит к тепловому расширению. В интервале температур от 0 до 4°С (плавление льда) происходит разрушение части водородных связей, т.е. нарушается структура льда, достигается более плотная упаковка молекул в результате размещения отдельных молекул воды в пустотах оставшихся агрегатов. В этом интервале температур фактор нарушения структуры преобладает над тепловым расширением, и плотность воды повышается, достигая максимального значения при 3,98°С. При 3,98°С оба фактора взаимно уравновешиваются. Дальнейшее нагревание воды до 100°С сопровождается нормальным снижением плотности, так как преобладает действие теплового расширения. Эта аномалия обусловливает возможность жизни в водоемах, замерзающих в зимнее время. Поскольку лед легче воды (его плотность меньше), то он располагается на поверхности и защищает лежащие ниже слои воды от промерзания. При дальнейшем понижении температуры увеличивается толщина слоя льда, но температура воды подо льдом остается на уровне 4°С, что позволяет водным организмам сохранять жизнь.

Большое значение в жизни природы имеет также и тот факт, что вода обладает аномально высокой теплоемкостью — 4,18 Дж/(г.К). Высокая теплоемкость воды есть следствие расхода части теплоты на разрыв водородных связей. В природных условиях вода медленно остывает и медленно нагревается, являясь регулятором температуры на Земле.

Вязкость (способность жидкости оказывать сопротивление различным формам движения) воды закономерно изменяется в зависимости от температуры: уменьшается с ее возрастанием. С повышением концентрации растворенных в воде солей вязкость увеличивается. В то же время действие давления на вязкость воды довольно специфично: с понижением температуры при умеренном давлении вязкость воды снижается, хотя логично было бы ожидать ее повышения, а если давление увеличить значительно, то поведение воды подчиняется общему правилу.

Относительная диэлектрическая постоянная воды равна 81 — это очень высокая величина, чем и объясняется такая большая ионизирующая сила воды.

Вода имеет максимальное для жидкостей (кроме ртути) поверхностное натяжение, благодаря чему обеспечивается возможность движения соков в растениях, крови в сосудах животных и человека. С повышением температуры поверхностное натяжение воды уменьшается.

Оптические свойства воды оцениваются по ее прозрачности, которая в свою очередь зависит от длины волны луча, проходящего через воду. Ультрафиолетовые лучи легко проходят через воду, поэтому растительные организмы способны развиваться в толще воды и на дне водоемов, инфракрасные лучи проникают только в поверхностный слой и а незначительной степени. Вследствие поглощения оранжевых и красных компонентов видимого света вода приобретает голубоватую окраску.

Химически чистая вода очень плохо проводит электрический ток, но все же обладает некоторой электропроводимостью, так как она способна в очень незначительной степени диссоциировать на ионы водорода и гидроксил-ионы

Н2O H+ + OH-

По величине электропроводимости чистой воды вычислено, что при температуре 18°С в 10 млн л воды в диссоциированном состоянии находится 0,86 моля воды, при 22°С — 1 моль, при 25°С — 1,109 моля.

По закону Гульберга и Вааге скорость химической реакции прямо пропорциональна действующим массам, т.е. концентрациям реагирующих веществ. Поэтому можно написать

v1 = K1[H2O]; v2 = K2[H+][OH-],

где v1 и v2 — скорости прямой и обратной реакций; K1 и K2 — коэффициенты пропорциональности в выражениях скоростей, называемые константами реакций.

В момент равновесия процесса скорости v1 и v2 равны друг другу, следовательно

[H+][OH-]/[H2O] = K1/K2= K',

где K' — константа равновесия реакции при данной температуре, или константа диссоциации воды.

Уравнение можно переписать в таком виде:

[H+][OH-] = K'[H2O]

Поскольку степень диссоциации воды очень мала, то концентрация недиссоциированных молекул воды практически равна общей концентрации воды, т.е. 55,55 моль/л, а поэтому произведение K'[H2O] можно считать константой. Эту константу обозначают Kw и называют ионным произведением воды

Для воды и разбавленных водных растворов при неизменной температуре произведение концентраций ионов водорода и гидроксил-ионов есть величина постоянная. Численное значение ионного произведения воды при 22°С составляет 10-14.

Вода — весьма реакционноспособное соединение. Она реагирует с оксидами многих металлов (Na2O, СаО и др.) и неметаллов (ClO2, СO2 и др.), образует кристаллогидраты с некоторыми солями [Al2(SO4)3'18H2O], вступает во взаимодействие с активными металлами (Na, К и др.).

Вода — катализатор многих химических реакций, и иногда для прохождения реакции необходимы хотя бы ее следы. Взаимодействуя с некоторыми солями, вода вызывает процесс обменного разложения их — гидролиз. Вода — участник и среда для протекания множества биохимических реакций в живых организмах. Жизнь человека, растений, животных и микроорганизмов связана с водными растворами. В частности, процессы питания включают перевод вещества в раствор.

Online сервис antiplagius.ru. Повышение плагиата.

www.ovode.net 2011