Što znači h2o u kemiji. Formule za kovalentne veze

Voda je jedna od najzastupljenijih tvari u prirodi (hidrosfera zauzima 71% Zemljine površine). Voda igra važnu ulogu u geologiji i povijesti planeta. Živi organizmi ne mogu postojati bez vode. Činjenica je da se ljudsko tijelo sastoji od gotovo 63% - 68% vode. Gotovo sve biokemijske reakcije u svakoj živoj stanici su reakcije u vodenim otopinama... U otopinama (uglavnom vodenim) odvija se većina tehnoloških procesa u kemijskoj industriji, u proizvodnji lijekova i prehrambenih proizvoda. I u metalurgiji je voda iznimno važna, i to ne samo za hlađenje. Nije slučajno da je hidrometalurgija - ekstrakcija metala iz ruda i koncentrata pomoću otopina raznih reagensa - postala važna industrija.

Vodo, nemaš boje, okusa, mirisa,
ne možeš se opisati, u tebi se uživa,
a da ne znam što si. Ne mogu reći
ono što je potrebno za život: ti si sam život.
Ispunjavaš nas radošću
što se ne može objasniti našim osjećajima.
S tobom nam se vraća snaga,
s kojom smo se već oprostili.
Tvojom milošću, počinjemo ispočetka
prokuhati suhe bunare srca naših.
(A. de Saint-Exupery. Planet ljudi)

Napisao sam esej na temu "Voda je najčudesnija tvar na svijetu." Odabrao sam ovu temu jer je to najrelevantnija tema, jer je voda najvažnija tvar na Zemlji bez koje ne može postojati nijedan živi organizam niti se odvijaju biološke, kemijske reakcije i tehnološki procesi.

Voda je najčudesnija tvar na Zemlji

Voda je poznata i neobična tvar. Poznati sovjetski znanstvenik akademik I. V. Petryanov nazvao je svoju znanstveno-popularnu knjigu o vodi "najneobičnijom tvari na svijetu". A "Zabavna fiziologija", koju je napisao doktor bioloških znanosti B.F. Sergeev, počinje poglavljem o vodi - "Tvar koja je stvorila naš planet."
Znanstvenici su potpuno u pravu: na Zemlji ne postoji tvar koja je za nas važnija od obične vode, a u isto vrijeme ne postoji nijedna takva tvar u čijim bi svojstvima bilo toliko proturječja i anomalija kao u njezinim svojstvima.

Gotovo 3/4 površine našeg planeta zauzimaju oceani i mora. Čvrsta voda - snijeg i led - prekriva 20% kopna. Klima planeta ovisi o vodi. Geofizičari kažu da bi se Zemlja davno ohladila i pretvorila u beživotni komad kamena da nije vode. Ona ima vrlo visok toplinski kapacitet. Kada se zagrije, apsorbira toplinu; hladeći se, daje. Kopnena voda i apsorbira i vraća puno topline i tako "nivelira" klimu. A Zemlju od kozmičke hladnoće štite one molekule vode koje su raspršene u atmosferi - u oblacima iu obliku para...ne može se bez vode - to je najvažnija tvar na Zemlji.
Struktura molekule vode

Ponašanje vode je "nelogično". Ispostavilo se da se prijelazi vode iz krutog stanja u tekuće i plinovito stanje događaju na temperaturama mnogo višim nego što bi trebale. Za ove anomalije pronađeno je objašnjenje. Molekula vode H 2 O građena je u obliku trokuta: kut između dviju veza kisik-vodik je 104 stupnja. Ali budući da se oba atoma vodika nalaze na istoj strani kisika, električni naboji u njemu se raspršuju. Molekula vode je polarna, što je razlog posebne interakcije između njezinih različitih molekula. Atomi vodika u molekuli H 2 O, s djelomičnim pozitivnim nabojem, međusobno djeluju s elektronima atoma kisika susjednih molekula. Takva kemijska veza naziva se vodikova veza. Kombinira molekule H 2 O u jedinstvene prostorne polimere; ravnina u kojoj se nalaze vodikove veze okomita je na ravninu atoma iste molekule H 2 O. Interakcija među molekulama vode prvenstveno objašnjava nepravilno visoke temperature njezina taljenja i vrenja. Potrebna je dodatna energija za labavljenje, a potom i raskid vodikovih veza. A ova energija je vrlo značajna. Zbog toga je, usput rečeno, toplinski kapacitet vode tako visok.

Kakve veze ima H 2 O?

Molekula vode ima dvije polarne H-O kovalentne veze.

Nastaju preklapanjem dvaju jednoelektronskih p - oblaka atoma kisika i jednoelektronskih S - oblaka dvaju atoma vodika.

Atom kisika u molekuli vode ima četiri elektronska para. Dva od njih sudjeluju u stvaranju kovalentnih veza, tj. su obvezujući. Druga dva elektronska para su nevezujuća.

U molekuli postoje četiri pola naboja: dva su pozitivna i dva negativna. Pozitivni naboji koncentrirani su na atomima vodika, jer je kisik elektronegativniji od vodika. Dva negativna pola padaju na dva nevezujuća elektronska para kisika.

Takva ideja o strukturi molekule omogućuje objašnjenje mnogih svojstava vode, posebno strukture leda. U kristalnoj rešetki leda svaka od molekula okružena je s četiri druge. Na ravnoj slici to se može prikazati na sljedeći način:

Dijagram pokazuje da se veza između molekula odvija preko atoma vodika:
Pozitivno nabijeni atom vodika jedne molekule vode privlači negativno nabijeni atom kisika druge molekule vode. Takva veza naziva se vodikova veza (označava se točkama). Što se tiče čvrstoće, vodikova veza je približno 15-20 puta slabija od kovalentne veze. Zbog toga se vodikova veza lako prekida, što se opaža, na primjer, tijekom isparavanja vode.

Struktura tekuće vode nalikuje strukturi leda. U tekućoj vodi molekule su također međusobno povezane vodikovim vezama, ali je struktura vode manje "kruta" od strukture leda. Zbog toplinskog gibanja molekula u vodi neke vodikove veze se prekidaju, druge nastaju.

Fizička svojstva H 2 O

Voda, H 2 O, tekućina bez mirisa, okusa, bez boje (plavkasta u debelim slojevima); gustoća 1 g / cm 3 (na 3,98 stupnjeva), t pl \u003d 0 stupnjeva, t kip \u003d 100 stupnjeva.
Postoje različite vrste vode: tekuće, čvrste i plinovite.
Voda je jedina tvar u prirodi koja u kopnenim uvjetima postoji u sva tri agregatna stanja:

tekućina - voda
čvrsto - led
plinovito – para

Sovjetski znanstvenik V. I. Vernadsky je napisao: "Voda se izdvaja u povijesti našeg planeta. Nema prirodnog tijela koje bi se moglo usporediti s njom u smislu svog utjecaja na tijek glavnih, najgrandioznijih geoloških procesa. Ne postoji zemaljski tvar - kameni mineral, živo tijelo, koje ga ne bi sadržavalo, Njime je prožeta i obuhvaćena sva materija zemaljska.

Kemijska svojstva H 2 O

Od kemijskih svojstava vode posebno je važna sposobnost njezinih molekula da disocijacije (razgradnju) na ione i sposobnost vode da otapa tvari različite kemijske prirode. Uloga vode kao glavnog i univerzalnog otapala određena je prvenstveno polaritetom njezinih molekula (pomicanjem središta pozitivnih i negativnih naboja) i, kao rezultat toga, njezinom iznimno visokom dielektričnom konstantom. Suprotni električni naboji, a posebno ioni, privlače se u vodi 80 puta slabije nego što bi se privlačili u zraku. Sile međusobnog privlačenja između molekula ili atoma tijela uronjenog u vodu također su slabije nego u zraku. U tom je slučaju toplinskom gibanju lakše razdvojiti molekule. Zato dolazi do otapanja, uključujući i mnoge teško topljive tvari: kap istroši kamen ...

Disocijacija (razgradnja) molekula vode na ione:
H 2 O → H + + OH, ili 2H 2 O → H 3 O (hidroksilni ion) + OH
u normalnim uvjetima je krajnje beznačajan; u prosjeku disocira jedna molekula od 500 000 000. Mora se imati na umu da je prva od gornjih jednadžbi čisto uvjetna: proton H bez elektronske ljuske ne može postojati u vodenom mediju. On se odmah spaja s molekulom vode, tvoreći hidroksidni ion H 3 O. Uzmite u obzir čak i to da se asocijati molekula vode zapravo raspadaju u puno teže ione, kao što je npr.
8H 2 O → HgO 4 +H 7 O 4, a reakcija H 2 O → H + +OH - samo je jako pojednostavljena shema stvarnog procesa.

Reaktivnost vode je relativno niska. Istina, neki aktivni metali mogu istisnuti vodik iz njega:
2Na+2H2O → 2NaOH+H2,

a u atmosferi slobodnog fluora voda može gorjeti:
2F 2 +2H 2 O → 4HF+O 2 .

Obični kristali leda također se sastoje od sličnih molekularnih asocijata molekularnih spojeva. "Pakiranje" atoma u takvom kristalu nije ionsko, a led ne provodi dobro toplinu. Gustoća tekuće vode na temperaturi blizu nule veća je od gustoće leda. Na 0°C 1 gram leda zauzima volumen od 1,0905 cm 3 , a 1 gram tekuće vode - 1,0001 cm 3 . A led pluta, zato se rezervoari ne smrzavaju, već su samo prekriveni ledenim pokrivačem. Ovo je još jedna anomalija vode: ona se nakon topljenja prvo skuplja, a tek onda, na prijelazu od 4 stupnja, daljnjim procesom počinje da se širi. Pri visokim tlakovima obični led može se pretvoriti u tzv. led - 1, led - 2, led - 3 itd. - teže i gušće kristalne oblike ove tvari. Najtvrđi, najgušći i najvatrostalniji dosad je led - 7 - dobiven pri tlaku od 3 kilo Pa. Topi se na 190 stupnjeva.

Kruženje vode u prirodi

Ljudsko tijelo prožeto je milijunima krvnih žila. Velike arterije i vene međusobno povezuju glavne organe tijela, manje ih pletu sa svih strana, a najtanje kapilare dopiru do gotovo svake pojedine stanice. Bilo da kopate rupu, sjedite na satu ili blaženo spavate, kroz njih neprestano teče krv povezujući mozak i želudac, bubrege i jetru, oči i mišiće u jedinstveni sustav ljudskog tijela. Čemu služi krv?

Krv prenosi kisik iz pluća i hranjive tvari iz želuca do svake stanice u vašem tijelu. Krv skuplja otpadne tvari iz svih, pa i najzabačenijih kutaka tijela, oslobađajući ga od ugljičnog dioksida i drugih nepotrebnih, uključujući i opasne tvari. Krv kroz tijelo nosi posebne tvari - hormone koji reguliraju i usklađuju rad različitih organa. Drugim riječima, krv povezuje različite dijelove tijela u jedinstven sustav, u dobro usklađen i učinkovit organizam.

Naš planet također ima krvožilni sustav. Krv Zemlje je voda, a krvne žile su rijeke, rječice, potoci i jezera. I to nije samo usporedba, umjetnička metafora. Voda na Zemlji ima istu ulogu kao krv u ljudskom tijelu, a kako su znanstvenici nedavno primijetili, struktura riječne mreže vrlo je slična strukturi ljudskog krvožilnog sustava. "Kočijašica prirode" - tako je veliki Leonardo da Vinci nazvao vodu, ona je bila ta koja, prelazeći iz tla u biljke, iz biljaka u atmosferu, teče rijekama od kontinenata do oceana i vraća se natrag zračnim strujama , povezujući različite komponente prirode jedne s drugima, pretvarajući ih u jedan geografski sustav. Voda ne prelazi samo iz jedne prirodne komponente u drugu. Poput krvi, nosi sa sobom golemu količinu kemikalija, izvozeći ih iz tla u biljke, s kopna u jezera i oceane, iz atmosfere na zemlju. Sve biljke mogu konzumirati hranjive tvari sadržane u tlu samo s vodom, gdje su u otopljenom stanju. Da nije dotoka vode iz tla u biljke, sve bilje, pa i ono koje raste na najbogatijem tlu, umrlo bi "od gladi", poput trgovca koji je umro od gladi na škrinji zlata. Voda opskrbljuje hranjivim tvarima stanovnike rijeka, jezera i mora. Potoci koji veselo teku s polja i livada tijekom proljetnog otapanja snijega ili nakon ljetnih kiša usput skupljaju kemikalije pohranjene u tlu i nose ih stanovnicima akumulacija i mora, povezujući kopno i vodene površine našeg planeta. Najbogatiji "stol" formira se na onim mjestima gdje se rijeke bogate hranjivim tvarima ulijevaju u jezera i mora. Stoga se takvi dijelovi obale - estuariji - odlikuju bujnošću podvodnog života. A tko odlaže otpad koji stvaraju različiti geografski sustavi? Opet voda, i to kao akcelerator, radi mnogo bolje od ljudskog krvožilnog sustava koji tu funkciju samo djelomično obavlja. Pročišćavajuća uloga vode posebno je važna sada, kada čovjek truje okoliš otpadom iz gradova, industrijskih i poljoprivrednih poduzeća. Tijelo odrasle osobe sadrži oko 5-6 kg. krvi, od koje većina neprekidno cirkulira između različitih dijelova njegova tijela. A koliko vode služi životu našeg svijeta?

Sve vode na zemlji koje nisu dio stijena ujedinjene su pojmom "hidrosfera". Njegova težina je toliko velika da se obično ne mjeri u kilogramima ili tonama, već u kubičnim kilometrima. Jedan kubični kilometar je kocka s veličinom svakog ruba od 1 km, stalno okupirana vodom. Težina 1 km 3 vode jednaka je 1 milijardi tona.Cijela Zemlja sadrži 1,5 milijardi km 3 vode, što je otprilike 150000000000000000000000 tona težine! Na svakog čovjeka dolazi 1,4 km 3 vode ili 250 milijuna tona. Pij, ne želim!
No, nažalost, sve nije tako jednostavno. Činjenica je da 94% ovog volumena čine vode oceana, koje nisu prikladne za većinu gospodarskih svrha. Samo 6% je kopnena voda, od čega je samo 1/3 slatka, tj. samo 2% ukupnog volumena hidrosfere. Većina te slatke vode koncentrirana je u ledenjacima. Znatno manje ih se nalazi ispod površine zemlje (u plitkom podzemlju, vodenim horizontima, u podzemnim jezerima, u tlu, kao iu atmosferskim parama. Vrlo malo otpada na udio rijeka, iz kojih ljudi uglavnom crpe vodu - 1,2 tisuće). km 3. Ukupna količina vode sadržana u živim organizmima u jednom trenutku apsolutno je zanemariva. Dakle, na našem planetu nema toliko vode koju mogu konzumirati ljudi i drugi živi organizmi. Ali zašto ne prestaje? Uostalom, ljudi i životinje stalno piju vodu, biljke je isparavaju u atmosferu, a rijeke je nose u ocean.

Zašto zemlja ne ostaje bez vode?

Ljudski krvožilni sustav zatvoreni je krug kroz koji krv neprekidno teče noseći kisik i ugljični dioksid, hranjive tvari i otpadne tvari. Ovaj tok nikada ne prestaje, jer je krug ili prsten, a, kao što znate, "prsten nema kraja". Vodena mreža našeg planeta uređena je po istom principu. Voda na Zemlji je u stalnoj cirkulaciji, a njen gubitak u jednoj karici odmah se nadoknađuje zbog protoka iz druge. Pokretačka snaga ciklusa vode su sunčeva energija i gravitacija. Zbog ciklusa vode, svi dijelovi hidrosfere su usko povezani i međusobno povezuju ostale komponente prirode. U svom najopćenitijem obliku, ciklus vode na našem planetu je sljedeći. Pod utjecajem sunčeve svjetlosti voda isparava s površine oceana i kopna i ulazi u atmosferu, a isparavanje s površine kopna provode kako rijeke i akumulacije, tako i tlo i biljke. Dio vode odmah se s kišom vraća natrag u ocean, a dio vjetrovi nose na kopno, gdje pada u obliku kiše i snijega. Ulaskom u tlo, voda se djelomično upija u njega, nadopunjavajući rezerve vlage u tlu i podzemne vode, djelomično teče niz površinu u rijeke i akumulacije, vlaga iz tla djelomično prelazi u biljke koje je isparavaju u atmosferu, a djelomično otječe u rijeke. , samo pri manjoj brzini. Rijeke, koje se napajaju vodom iz površinskih tokova i podzemnih voda, nose vodu u Svjetski ocean, nadoknađujući njezin gubitak. Voda isparava s njegove površine, ponovno ulazi u atmosferu i ciklus se zatvara. Isto kretanje vode između svih sastavnica prirode i svih dijelova zemljine površine događa se neprestano i kontinuirano tijekom mnogo milijuna godina.

Mora se reći da vodeni ciklus nije potpuno zatvoren. Dio toga, ulazeći u gornje slojeve atmosfere, razgrađuje se pod djelovanjem sunčeve svjetlosti i odlazi u svemir. Ali ti beznačajni gubici stalno se nadopunjuju zbog protoka vode iz dubokih slojeva zemlje tijekom vulkanskih erupcija. Zbog toga se volumen hidrosfere postupno povećava. prema nekim izračunima, prije 4 milijarde godina, njegov volumen iznosio je 20 milijuna km 3, tj. bio sedam tisuća puta manji od modernog. U budućnosti će se količina vode na Zemlji, po svemu sudeći, također povećati, s obzirom da se volumen vode u Zemljinom plaštu procjenjuje na 20 milijardi km 3 - to je 15 puta više od sadašnjeg volumena hidrosfere. Uspoređujući volumen vode u pojedinim dijelovima hidrosfere s dotokom vode u njih i susjednim karikama ciklusa, moguće je odrediti aktivnost izmjene vode, tj. vrijeme tijekom kojeg se volumen vode u Svjetskom oceanu, atmosferi ili tlu može potpuno obnoviti. Najsporije se obnavlja voda u polarnim ledenjacima (jednom u 8000 godina). A najbrža je riječna voda koja se u svim rijekama na Zemlji potpuno promijeni za 11 dana.

Glad planeta za vodom

"Zemlja je planet nevjerojatnog plavetnila"! - oduševljeno su izvijestili vraćajući se iz svemira nakon slijetanja na Mjesec američki astronauti. A kako bi naš planet izgledao drugačije ako više od 2/3 njegove površine zauzimaju mora i oceani, ledenjaci i jezera, rijeke, bare i akumulacije. No, što onda znači fenomen čije je ime u naslovima? Kakva "glad" može postojati ako na Zemlji postoji toliko vodenih tijela? Da, vode na Zemlji ima više nego dovoljno. Ali ne smijemo zaboraviti da se život na planeti Zemlji, prema znanstvenicima, prvo pojavio u vodi, a tek onda došao na kopno. Organizmi su tijekom evolucije zadržali svoju ovisnost o vodi milijunima godina. Voda je glavni "građevni materijal" od kojeg se sastoji njihovo tijelo. To se lako može provjeriti analizom brojeva u sljedećim tablicama:

Posljednji broj ove tablice označava da kod osobe težine 70 kg. sadrži 50 kg. voda! Ali još ga više ima u ljudskom fetusu: u trodnevnom razdoblju - 97%, u tromjesečnom razdoblju - 91%, u osmomjesečnom razdoblju - 81%.

Problem "gladi za vodom" je potreba za inkontinencijom određene količine vode u tijelu, budući da dolazi do stalnog gubitka vlage tijekom različitih fizioloških procesa. Za normalan život u umjerenoj klimi, osoba treba primiti oko 3,5 litara vode dnevno s hranom i pićem, u pustinji se ta stopa povećava na najmanje 7,5 litara. Bez hrane, osoba može postojati oko četrdeset dana, a bez vode, mnogo manje - 8 dana. Prema posebnim medicinskim pokusima, s gubitkom vlage u količini od 6-8% tjelesne težine, osoba pada u polusvjesno stanje, s gubitkom od 10% počinju halucinacije, s 12% osoba može više se ne oporavi bez posebne medicinske skrbi, a uz gubitak od 20%, neizbježna smrt. Mnoge se životinje dobro prilagođavaju nedostatku vlage. Najpoznatiji i najupečatljiviji primjer ovoga je "pustinjski brod", deva. Može živjeti vrlo dugo u vrućoj pustinji, bez konzumiranja vode za piće i izgubiti do 30% svoje početne težine bez ugrožavanja svojih performansi. Dakle, u jednom od posebnih testova, deva je radila pod užarenim ljetnim suncem 8 dana, izgubivši 100 kg. od 450 kg. svoju početnu težinu. A kad su ga doveli do vode, popio je 103 litre i vratio se na težinu. Utvrđeno je da deva može dobiti i do 40 litara vlage pretvaranjem masnoće nakupljene u svojoj grbi. Pustinjske životinje poput jerboa i klokana uopće ne koriste vodu za piće – imaju dovoljno vlage koju dobivaju iz hrane i vode koja nastaje u njihovom tijelu tijekom oksidacije vlastite masti, baš kao i deve. Još više vode troši se za njihov rast i razvoj biljaka. Glavica kupusa "popije" više od jedne litre vode dnevno, jedno stablo u prosjeku više od 200 litara vode. Naravno, ovo je prilično približna brojka - različite vrste drveća u različitim prirodnim uvjetima troše vrlo, vrlo različite količine vlage. Dakle, saxaul koji raste u pustinji troši minimalnu količinu vlage, a eukaliptus, koji se na nekim mjestima naziva "stablo pumpe", prolazi kroz sebe veliku količinu vode, pa se zbog toga njegove plantaže koriste za isušivanje močvara. . Tako su močvarna malarična područja kolhidske nizine pretvorena u prosperitetno područje.

Već oko 10% svjetske populacije nema čistu vodu. A ako uzmemo u obzir da 800 milijuna kućanstava u ruralnim područjima, u kojima živi oko 25% cjelokupnog čovječanstva, nema tekuću vodu, onda problem „gladi za vodom“ postaje uistinu globalan. To je posebno akutno u zemljama u razvoju, gdje oko 90% stanovništva koristi lošu vodu. Nedostatak čiste vode postaje jedan od najvažnijih čimbenika koji ograničava progresivni razvoj čovječanstva.

Pitanja o očuvanju vode koja se mogu kupiti

Voda se koristi u svim područjima ljudske gospodarske djelatnosti. Gotovo je nemoguće navesti bilo koji proizvodni proces koji ne koristi vodu. Zbog brzog razvoja industrije, porasta stanovništva gradova, potrošnja vode raste. Od iznimne važnosti su pitanja zaštite vodnih resursa i izvora od iscrpljivanja, kao i od onečišćenja otpadnim vodama. Svima je poznata šteta koju kanalizacija uzrokuje stanovnicima akumulacija. Još strašnije za osobu i sav život na Zemlji je pojava u riječnim vodama pesticida ispranih s polja. Dakle, prisutnost u vodi od 2,1 dijela pesticida (endrina) na milijardu dijelova vode dovoljna je da ubije sve ribe u njoj. Veliku prijetnju čovječanstvu predstavlja neprečišćena kanalizacija naselja koja se ispušta u rijeke. Ovaj problem se rješava razumijevanjem takvih tehnoloških procesa u kojima se otpadna voda ne ispušta u vodospreme, već se nakon čišćenja ponovno vraća u tehnološki proces.

Trenutno se velika pažnja posvećuje zaštiti okoliša, a posebno prirodnih rezervoara. S obzirom na važnost ovog problema, kod nas se ne donosi zakon o zaštiti i racionalnom korištenju prirodnih resursa. Ustav kaže: "Građani Rusije dužni su štititi prirodu, štititi njezina bogatstva."

Vrste vode

Bromna voda - zasićena otopina Br 2 u vodi (3,5% težine Br 2). Bromna voda je oksidacijsko sredstvo, sredstvo za bromiranje u analitičkoj kemiji.

Amonijačna voda - Nastaje kada sirovi koksni plin dođe u dodir s vodom koja se koncentrira zbog hlađenja plina ili se u nju posebno ubrizgava radi ispiranja NH3. U oba slučaja dobiva se takozvana slaba, ili čistačka, amonijačna voda. Destilacijom ove amonijačne vode s vodenom parom i naknadnim refluksom i kondenzacijom dobiva se koncentrirana amonijačna voda (18 - 20% NH3 po masi), koja se koristi u proizvodnji sode, kao tekuće gnojivo itd.

Molekula vode sastoji se od jednog atoma kisika i dva atoma vodika (H 2 O). Shematski, struktura molekule vode može se prikazati na sljedeći način:

Molekula vode je takozvana polarna molekula, jer njeni pozitivni i negativni naboji nisu ravnomjerno raspoređeni oko nekog središta, već su postavljeni asimetrično, tvoreći pozitivne i negativne polove. Slika na krajnje pojednostavljen način prikazuje kako su dva atoma vodika spojena na jedan atom kisika, tvoreći molekulu vode.

Kut označen na slici i udaljenost između atoma ovise o agregatnom stanju vode (podrazumijeva se ravnotežni parametri, budući da se događaju stalne fluktuacije). Dakle, u stanju pare, kut je 104° 40", udaljenost O-H je 0,096 nm; u ledu, kut je 109° 30", udaljenost O-H je 0,099 nm. Razlika između parametara molekule u parovitom (slobodnom) stanju i u ledu uzrokovana je utjecajem susjednih molekula. Zahvaćene su i molekule u tekućoj fazi, u kojoj, osim utjecaja susjednih molekula vode, postoji jak utjecaj otopljenih iona drugih tvari.

Povijest određivanja sastava molekule vode

Počevši od nastanka kemije, znanstvenici su prilično dugo smatrali vodu jednostavnom tvari, budući da se nije mogla razgraditi kao rezultat reakcija koje su bile poznate u to vrijeme. Osim toga, postojanost svojstava vode, takoreći, potvrdila je ovu poziciju.

U proljeće 1783. Kanendish je u svom laboratoriju u Cambridgeu radio s novootkrivenim "vitalnim zrakom" - kako se u to vrijeme nazivao kisik, i "zapaljivim zrakom" (kako se zvao vodik). Pomiješao je jedan volumen "vitalnog zraka" s dva volumena "zapaljivog zraka" i kroz smjesu pustio električno pražnjenje. Smjesa je bljesnula, a stijenke tikvice bile su prekrivene kapljicama tekućine. Ispitujući tekućinu, znanstvenik je došao do zaključka da se radi o čistoj vodi. Ranije je sličan fenomen opisao francuski kemičar Pierre Maker: u plamen "zapaljivog zraka" unio je porculanski tanjurić na kojem su se stvorile kapljice tekućine. Kakvo je bilo Makerovo iznenađenje kada je ispitao dobivenu tekućinu i ustanovio da je to voda. Ispostavilo se da je neka vrsta paradoksa: voda koja sama gasi vatru nastaje tijekom izgaranja. Kao što sada razumijemo, voda je sintetizirana iz kisika i vodika:

H 2 + O 2 → 2H 2 O + 136,74 kcal.

U normalnim uvjetima do te reakcije ne dolazi, a da bi vodik postao aktivan, potrebno je povisiti temperaturu smjese, na primjer, uz pomoć električne iskre, kao u Cavendishevim pokusima. Henry Cavendish imao je dovoljno podataka da utvrdi omjere kisika i vodika u vodi. Ali nije. Možda ga je sputavala duboka vjera u teoriju flogistona, u smislu koje je pokušavao protumačiti svoje eksperimente.

Vijest o Cavendishovim eksperimentima stigla je u Pariz u lipnju te godine. Lavoisier je odmah ponovio te pokuse, zatim proveo čitav niz sličnih pokusa, a nekoliko mjeseci kasnije, 12. studenog 1783., na dan svetog Martina, izvijestio je o rezultatima svojih istraživanja na tradicionalnom skupu Francuske akademije znanosti. . Naslov njegova izvještaja je neobičan, karakterističan za cijelo to bezbrižno pedantno doba velikih otkrića prirodne znanosti: "O prirodi vode i pokusima, očito potvrđujući da ta tvar nije, strogo govoreći, element, ali da se može razgraditi i ponovno formirana." Izvješće je naišlo na žestoke prigovore - Lavoisierovi podaci jasno su proturječili tada cijenjenoj i popularnoj teoriji o flogistonu. Ispravno je zaključio da voda nastaje spojem "zapaljivog plina" s kisikom i sadrži (po masi) 15% prvog i 85% drugog (suvremeni podaci - 11,19% i 88,81%).

Dvije godine kasnije Lavoisier se ponovno vratio eksperimentima s vodom. Akademija znanosti postavila je pred Lavoisiera praktičan zadatak - pronaći jeftin način proizvodnje vodika kao najlakšeg plina za potrebe aeronautike u nastajanju. Lavoisier je na posao doveo vojnog inženjera, matematičara i kemičara Jeana Meuniera. Odabrali su vodu kao početnu tvar - jedva da je bilo moguće pronaći jeftinije sirovine. Znajući da je voda kombinacija vodika i kisika, pokušali su pronaći način da joj oduzmu kisik. U tu svrhu bili su prikladni različiti redukcijski agensi, ali najpristupačnije je bilo metalno željezo. Iz retortnog kotla vodena je para ulazila u cijev punu željeznih strugotina, užarenih na žeravnici. Na temperaturi crvene topline (800 ° C), željezo reagira s vodenom parom, a vodik se oslobađa:

3Fe + 4H 2 O → Fe 3 O 4 + 4H 2

Dobiveni vodik je sakupljen, a neizreagirana vodena para kondenzirana je u hladnjaku i odvojena od vodika kao kondenzat. Za svakih 100 graina vode dobiveno je 15 graina vodika i 85 graina kisika (1 grain = 62,2 mg). Ovaj je rad bio i od velike teorijske važnosti. Ona je potvrdila ranije zaključke (iz iskustva spaljivanja vodika u kisiku pod zvonom) da voda sadrži 15% vodika i 85% kisika (suvremeni podaci - 11,19% i 88,81%).

Na temelju činjenice da je "zapaljivi zrak" uključen u stvaranje vode, francuski kemičar Guiton de Morvo 1787. predložio je da se ona nazove hidrogen (od riječi hidro-voda i gennao-rađam). Ruska riječ "vodik", tj. "rađanje vode" je točan prijevod latinskog naziva.

Joseph Louis Gay-Lussac i Alexander Humboldt su zajedničkim pokusima 1805. prvi ustanovili da su za nastanak vode potrebna dva volumena vodika i jedan volumen kisika. Slične misli iznio je i talijanski znanstvenik Amedeo Avogadro. Godine 1842. Jean Baptiste Dumas ustanovio je težinski omjer vodika i kisika u vodi kao 2:16.

Međutim, zbog činjenice da je u prvoj polovici 19. stoljeća bilo dosta konfuzije s atomskim masama elemenata i da je ova situacija postala još kompliciranija uvođenjem koncepta "ekvivalentne težine", dugo je U to vrijeme formula vode pisana je na različite načine: ponekad kao HO, zatim kao H 2 O, pa čak i kao H 2 O 2. O tome je pisao D.I. Mendeleev: "U 50-ima su neki uzimali O \u003d 8, drugi O \u003d 16, ako je H \u003d 1. Voda za prvu bila je HO, vodikov peroksid HO 2, za drugu, kao i sada, voda H 2 O, vodikov peroksid H 2 O 2 ili HO. Nevolja, nedosljednost je prevladala ... ".

Nakon Međunarodnog kongresa kemičara u Karlsruheu, održanog 1860. godine, uspjela su se razjasniti neka pitanja koja su odigrala značajnu ulogu u daljnjem razvoju atomsko-molekularne teorije, a posljedično i u ispravnom tumačenju atomskog sastava vode. . Uspostavljena je jedinstvena kemijska simbolika.

Eksperimentalna istraživanja provedena u 19. stoljeću metodom težine i volumena konačno su uvjerljivo pokazala da se voda kao kemijski spoj može izraziti formulom H 2 O.

Kao što je već poznato, molekula vode je prilično "jednostrana" - oba atoma vodika su uz kisik s jedne strane. Zanimljivo je da je ovu iznimno važnu značajku molekule vode čisto spekulativno davno prije ere spektroskopskih istraživanja ustanovio engleski profesor D. Bernal. Polazio je od činjenice da voda ima vrlo jak električni moment (u to se vrijeme, 1932. godine, to znalo). Najlakši način je, naravno, "konstruirati" molekulu vode postavljanjem svih njenih sastavnih atoma u ravnu liniju, tj. H-O-H. “Međutim”, piše Bernal, “molekula vode ne može se izgraditi na ovaj način, jer bi s takvom strukturom molekula koja sadrži dva pozitivna atoma vodika i negativni atom kisika bila električki neutralna, ne bi imala određeni smjer... električni moment može postojati samo ako su oba atoma vodika uz kisik s iste strane.

, gips, itd.), prisutan u tlu, potreban je. sastavni dio svih živih organizama.

Izotopni sastav. Postoji 9 stabilnih izotopskih varijanti vode. Njihov sadržaj u slatkoj vodi je prosječno sljedeći (mol.%): 1 H 2 16 O - 99,13; 1H2180 - 0,2; 1H217 0-0,04; 1H20160-0,03; preostalih pet izotopskih varijanti prisutno je u vodi u zanemarivim količinama. Osim stabilnih izotopskih varijanti, voda sadrži malu količinu radioaktivnog 3H 2 (ili T 2 O). Izotopni sastav prirodnih voda različitog podrijetla varira. Omjer 1 H / 2 H je posebno nestabilan: u slatkim vodama - prosječno 6900, u morskoj vodi - 5500, u ledu - 5500-9000. Prema tjelesnom svojstva D 2 O značajno se razlikuje od obične vode (vidi teška voda). Voda koja sadrži 18 O bliža je vodi s 16 O.

Phys. svojstva vode su abnormalna. Taljenje leda na atm. tlak je popraćen smanjenjem volumena za 9%. Temperaturni koeficijent volumetrijska ekspanzija leda i tekuće vode je negativna pri t-pax odn. ispod -210°C i 3,98°C. Toplinski kapacitet od C ° tijekom taljenja gotovo se udvostručuje iu rasponu od 0-100 ° C gotovo je neovisan o temperaturi (postoji minimum na 35 ° C). Minimalna izotermalna kompresibilnost (44,9*10 -11 Pa -1), opažena na 46°C, prilično je jasno izražena. Pri niskim tlakovima i temperaturama do 30 °C, viskoznost vode opada s povećanjem tlaka. Visoki dielektrik. propusnost i dipolni moment vode određuju njezinu dobru moć otapanja u odnosu na polarne i ionogene tvari. Zbog visokih vrijednosti C°, voda je važan klimatski regulator. uvjeta na zemlji, stabilizirajući t-ru na njezinoj površini. Osim toga, blizina kuta H-O-H tetraedarskom (109 ° 28 ") uzrokuje krhkost struktura leda i tekuće vode i, kao rezultat toga, anomalnu ovisnost gustoće o t-ry. Stoga, veliki rezervoari ne smrzavaju do dna, što čini postojanje života u njima.

tab. 1 - SVOJSTVA VODE I VODENE PARE U RAVNOTEŽI

Ali gustoća modifikacija II-VI puno je niža od one koju bi led mogao imati s gustim pakiranjem molekula. Samo u modifikacijama VII i VIII postiže se dovoljno velika gustoća pakiranja: u njihovoj strukturi dvije pravilne mreže izgrađene od tetraedra (slične onima koje postoje u kubičnom niskotemperaturnom ledu Ic, koji je izostrukturan dijamantu), umetnute su jedna u drugu ; pritom se čuva sustav pravocrtnih vodikovih veza i koordinacija. broj za kisik se udvostručuje i doseže 8. Raspored atoma kisika u ledima VII i VIII sličan je rasporedu atoma u željezu i mnogim drugim metalima. Kod običnog (Ih) i kubičnog (Ic) leda, kao i kod leda HI, V-VII, orijentacija molekula nije određena: oba protona najbliža atomu O stvaraju s njim kovalentne veze, što može biti. usmjeren na bilo koja dva od četiri susjedna atoma kisika u vrhovima tetraedra. Dielektrik propusnost ovih modifikacija je visoka (veća nego kod tekuće vode). Modifikacije II, VIII i IX su orijentacijski poredane; njihov dielektrik. propusnost je niska (cca. 3). Led VIII je protonski uređena varijanta leda VII, a led IX je led III. Gustoće orijentacijski uređenih modifikacija (VIII, IX) bliske su gustoćama odgovarajućih nesređenih modifikacija (VII, III).

Voda kao otapalo. Voda se dobro otapa. polarne i disocirajuće na ione in-va. Obično se p-vrijednost povećava s porastom temperature, ali ponekad je ovisnost o temperaturi složenija. Dakle, r-rijetkost pl. sulfata, karbonata i fosfata s povećanjem t-ry opada ili prvo raste, a zatim prolazi kroz maksimum. P-vrijednost in-in-a niske polarnosti (uključujući plinove koji čine atmosferu) u vodi je niska i s povećanjem t-ry obično prvo opada, a zatim prelazi kroz minimum. S povećanjem tlaka, p-vrijednost plinova raste, prolazeći kroz maksimum pri visokim tlakovima. Mnoge se tvari otapaju u vodi i reagiraju s njom. Na primjer, ioni NH 4 mogu biti prisutni u otopinama NH 3 (vidi također Hidroliza). Između iona otopljenih u vodi, atoma, molekula koji s njom ne stupaju u kemijske odnose. okruga, i

Najvažnija tvar našeg planeta, jedinstvena po svojim svojstvima i sastavu, je, naravno, voda. Uostalom, zahvaljujući njoj postoji život na Zemlji, dok ga nema na drugim danas poznatim objektima Sunčevog sustava. Čvrsto, tekuće, u obliku pare - potrebno je i važno za bilo koga. Voda i njena svojstva predmet su proučavanja cijele jedne znanstvene discipline – hidrologije.

Količina vode na planetu

Ako uzmemo u obzir pokazatelj količine ovog oksida u svim agregatnim stanjima, onda je to oko 75% ukupne mase na planetu. Pri tome treba uzeti u obzir vezanu vodu u organskim spojevima, živa bića, minerale i druge elemente.

Ako uzmemo u obzir samo tekuće i kruto stanje vode, brojka će pasti na 70,8%. Razmotrite kako su ti postoci raspoređeni, gdje se dotična tvar nalazi.

Slane vode u oceanima i morima, slanih jezera na Zemlji ima 360 milijuna km 2.
Slatka voda raspoređena je neravnomjerno: u ledenjacima Grenlanda, Arktika i Antarktike 16,3 milijuna km 2 okovano je ledom.
U svježim rijekama, močvarama i jezerima koncentrirano je 5,3 milijuna km 2 vodikovog oksida.
Podzemne vode su 100 milijuna m 3 .

Zato astronauti iz dalekog svemira mogu vidjeti Zemlju u obliku plave lopte s rijetkim komadićima zemlje. Voda i njezina svojstva, poznavanje strukturnih značajki važni su elementi znanosti. Osim toga, posljednjih godina čovječanstvo je počelo osjećati jasan nedostatak svježe vode. Možda će takvo znanje pomoći u rješavanju ovog problema.

Sastav vode i struktura molekule

Ako uzmemo u obzir ove pokazatelje, odmah će postati jasna svojstva koja ova nevjerojatna tvar pokazuje. Dakle, molekula vode sastoji se od dva atoma vodika i jednog atoma kisika, stoga ima empirijsku formulu H 2 O. Osim toga, elektroni oba elementa igraju važnu ulogu u izgradnji same molekule. Pogledajmo kakva je struktura vode i njezina svojstva.

Očito je da je svaka molekula orijentirana oko druge, a zajedno tvore zajedničku kristalnu rešetku. Zanimljivo je da je oksid građen u obliku tetraedra - u središtu je atom kisika, a oko njega asimetrično dva para njegovih elektrona i dva atoma vodika. Ako povučete linije kroz središta jezgri atoma i povežete ih, tada ćete dobiti točno tetraedarski geometrijski oblik.

Kut između središta atoma kisika i jezgri vodika iznosi 104,5 0 C. Duljina O-H veze je 0,0957 nm. Prisutnost elektronskih parova kisika, kao i njegov veći afinitet prema elektronima u odnosu na vodik, osiguravaju stvaranje negativno nabijenog polja u molekuli. Nasuprot tome, jezgre vodika čine pozitivno nabijeni dio spoja. Dakle, ispada da je molekula vode dipol. To određuje što voda može biti, a njezina fizikalna svojstva ovise i o strukturi molekule. Za živa bića ove značajke igraju vitalnu ulogu.

Osnovna fizikalna svojstva

To uključuje kristalnu rešetku, vrelište i talište te posebne individualne karakteristike. Razmotrit ćemo ih sve.

Struktura kristalne rešetke vodikovog oksida ovisi o agregacijskom stanju. Može biti kruto - led, tekuće - bazična voda u normalnim uvjetima, plinovito - para kada temperatura vode poraste iznad 100 0 C. Led stvara prekrasne šarene kristale. Rešetka je u cjelini labava, ali veza je vrlo jaka, gustoća je niska. To možete vidjeti na primjeru snježnih pahuljica ili mraznih uzoraka na staklu. U običnoj vodi rešetka nema stalan oblik, ona se mijenja i prelazi iz jednog stanja u drugo.
Molekula vode u svemiru ima pravilan oblik lopte. Međutim, pod utjecajem zemljine teže ona se iskrivljuje i u tekućem stanju poprima oblik posude.
Činjenica da je struktura vodikovog oksida dipol određuje sljedeća svojstva: visoku toplinsku vodljivost i toplinski kapacitet, što se može pratiti u brzom zagrijavanju i dugom hlađenju tvari, sposobnost orijentacije iona i pojedinačnih elektrona oko sebe, spojevi. To vodu čini univerzalnim otapalom (i polarnim i neutralnim).
Sastav vode i struktura molekule objašnjavaju sposobnost ovog spoja da formira više vodikovih veza, uključujući i druge spojeve koji imaju nepodijeljene elektronske parove (amonijak, alkohol i drugi).
Vrelište tekuće vode je 100 0 C, kristalizacija se javlja na +4 0 C. Ispod ovog pokazatelja - led. Ako povećate tlak, vrelište vode će naglo porasti. Dakle, pri visokoj atmosferi, olovo se u njemu može rastaliti, ali u isto vrijeme neće niti prokuhati (preko 300 0 C).
Svojstva vode vrlo su značajna za živa bića. Na primjer, jedna od najvažnijih je površinska napetost. Ovo je stvaranje najtanjeg zaštitnog filma na površini vodikovog oksida. Govorimo o tekućoj vodi. Vrlo je teško razbiti ovaj film mehaničkim djelovanjem. Znanstvenici su otkrili da će za to biti potrebna sila jednaka težini od 100 tona. Kako to primijetiti? Film je vidljiv kada voda polako kaplje iz slavine. Vidi se da je kao u nekakvoj ljusci, koja je rastegnuta do određene granice i težine i odvaja se u obliku okrugle kapi, lagano iskrivljene gravitacijom. Zbog površinske napetosti mnogi predmeti mogu plutati na površini vode. Insekti s posebnim prilagodbama mogu se slobodno kretati duž njega.
Voda i njena svojstva su neobična i jedinstvena. Prema organoleptičkim parametrima ovaj spoj je bezbojna tekućina, mirisa i okusa. Ono što nazivamo okusom vode su minerali i druge komponente otopljene u njoj.
Električna vodljivost vodikovog oksida u tekućem stanju ovisi o tome koliko i kakve soli su u njemu otopljene. Destilirana voda, koja ne sadrži nikakve nečistoće, ne provodi struju.

Led je posebno stanje vode. U strukturi ovog stanja molekule su međusobno povezane vodikovim vezama i tvore prekrasnu kristalnu rešetku. Ali dosta je nestabilan i lako se može rascijepiti, rastopiti, odnosno deformirati. Između molekula postoji mnogo šupljina čije dimenzije premašuju dimenzije samih čestica. Zbog toga je gustoća leda manja od gustoće tekućeg vodikovog oksida.

Ovo je od velike važnosti za rijeke, jezera i druga slatkovodna tijela. Doista, zimi se voda u njima ne smrzava u potpunosti, već je samo prekrivena gustom korom svjetlijeg leda koji pluta. Da ovo svojstvo nije karakteristično za kruto stanje vodikovog oksida, tada bi se rezervoari smrzavali. Život pod vodom bio bi nemoguć.

Osim toga, čvrsto stanje vode je od velike važnosti kao izvor ogromne količine svježih zaliha za piće. To su ledenjaci.

Fenomen trojne točke može se nazvati posebnim svojstvom vode. Ovo je stanje u kojem led, para i tekućina mogu postojati istovremeno. To zahtijeva uvjete kao što su:

visoki tlak - 610 Pa;
temperatura 0,01 0 S.

Prozirnost vode varira ovisno o stranim nečistoćama. Tekućina može biti potpuno prozirna, opalescentna, mutna. Valovi žute i crvene boje se apsorbiraju, zrake ljubičaste prodiru duboko.

Kemijska svojstva

Voda i njena svojstva važan su alat u razumijevanju mnogih životnih procesa. Stoga su vrlo dobro proučeni. Dakle, hidrokemiju zanima voda i njena kemijska svojstva. Među njima su sljedeći:

Krutost. To je takvo svojstvo, što se objašnjava prisutnošću soli kalcija i magnezija, njihovih iona u otopini. Dijeli se na trajne (soli navedenih metala: kloridi, sulfati, sulfiti, nitrati), privremene (hidrokarbonati), koje se uklanjaju kuhanjem. U Rusiji se voda prije upotrebe kemijski omekšava radi bolje kvalitete.
Mineralizacija. Svojstvo koje se temelji na dipolnom momentu vodikovog oksida. Zbog njegove prisutnosti, molekule su u stanju pričvrstiti na sebe mnoge druge tvari, ione i zadržati ih. Tako nastaju suradnici, klatrati i druga udruženja.
redoks svojstva. Kao univerzalno otapalo, katalizator, suradnik, voda može djelovati s mnogim jednostavnim i složenim spojevima. Kod nekih djeluje kao oksidans, kod drugih obrnuto. Kao redukcijski agens reagira s halogenima, solima, nekim manje aktivnim metalima te s mnogim organskim tvarima. Posljednje transformacije proučava organska kemija. Voda i njezina svojstva, posebice njezina kemijska svojstva, pokazuju koliko je svestrana i jedinstvena. Kao oksidacijsko sredstvo, reagira s aktivnim metalima, nekim binarnim solima, mnogim organskim spojevima, ugljikom i metanom. Općenito, kemijske reakcije koje uključuju određenu tvar zahtijevaju odabir određenih uvjeta. Od njih će ovisiti ishod reakcije.
biokemijska svojstva. Voda je sastavni dio svih biokemijskih procesa u tijelu, otapalo, katalizator i medij.
Interakcija s plinovima uz stvaranje klatrata. Obična tekuća voda može apsorbirati čak i kemijski neaktivne plinove i smjestiti ih u šupljine između molekula unutarnje strukture. Takvi spojevi nazivaju se klatrati.
S mnogim metalima vodikov oksid stvara kristalne hidrate u koje je ugrađen nepromijenjen. Na primjer, bakar sulfat (CuSO 4 * 5H 2 O), kao i obični hidrati (NaOH * H 2 O i drugi).
Vodu karakteriziraju reakcije spojeva u kojima nastaju nove klase tvari (kiseline, lužine, baze). Nisu redoks.
Elektroliza. Pod djelovanjem električne struje molekula se raspada na sastavne plinove - vodik i kisik. Jedan od načina da ih se dobije je u laboratoriju i industriji.

S gledišta Lewisove teorije, voda je slaba kiselina i slaba baza u isto vrijeme (amfolit). To jest, možemo reći o određenoj amfoternosti u kemijskim svojstvima.

Voda i njena blagotvorna svojstva za živa bića

Teško je precijeniti važnost koju vodikov oksid ima za sva živa bića. Uostalom, voda je sam izvor života. Poznato je da bez njega čovjek ne bi mogao živjeti ni tjedan dana. Voda, njena svojstva i značaj su jednostavno kolosalni.

To je univerzalno, odnosno sposobno otapati i organske i anorganske spojeve, otapalo koje djeluje u živim sustavima. Zato je voda izvor i medij za odvijanje svih katalitičkih biokemijskih transformacija, uz stvaranje složenih vitalnih kompleksnih spojeva.
Sposobnost stvaranja vodikovih veza čini ovu tvar univerzalnom u održavanju temperature bez promjene agregacijskog stanja. Da nije tako, onda bi se pri najmanjem smanjenju stupnjeva pretvorilo u led u živim bićima, uzrokujući smrt stanica.
Čovjeku je voda izvor svih osnovnih kućanskih dobara i potreba: kuhanje, pranje, čišćenje, kupanje, kupanje i plivanje itd.
Industrijska postrojenja (kemijska, tekstilna, inženjerska, prehrambena, rafinerije nafte i druga) ne bi mogla obavljati svoj rad bez sudjelovanja vodikovog oksida.
Od davnina se vjerovalo da je voda izvor zdravlja. Koristio se i danas se koristi kao ljekovito sredstvo.
Biljke ga koriste kao glavni izvor prehrane, zahvaljujući kojem proizvode kisik, plin koji omogućuje život na našem planetu.

Postoje još deseci razloga zašto je voda najrasprostranjenija, najvažnija i najpotrebnija tvar za sve žive i umjetno stvorene objekte. Dali smo samo najočiglednije, glavne.

Hidrološki ciklus vode

Drugim riječima, to je njezin ciklus u prirodi. Vrlo važan proces koji vam omogućuje stalno obnavljanje nestalih zaliha vode. Kako se to događa?

Tri su glavna sudionika: podzemne (ili podzemne) vode, površinske vode i oceani. Važna je i atmosfera koja se kondenzira i ispušta oborine. Također aktivni sudionici u procesu su biljke (uglavnom drveće) koje mogu apsorbirati veliku količinu vode dnevno.

Dakle, proces ide ovako. Podzemna voda ispunjava podzemne kapilare i otječe prema površini iu Svjetski ocean. Biljke zatim preuzimaju površinsku vodu i transpiriraju je u okoliš. Isparavanje se također događa iz golemih područja oceana, mora, rijeka, jezera i drugih vodenih tijela. Što voda radi kad jednom uđe u atmosferu? Kondenzira se i razlijeva natrag kao oborina (kiša, snijeg, tuča).

Da se ti procesi nisu dogodili, opskrba vodom, posebice slatkom vodom, odavno bi prestala. Zbog toga ljudi posvećuju veliku pozornost zaštiti i normalnom hidrološkom ciklusu.

Pojam teške vode

U prirodi vodikov oksid postoji kao mješavina izotopologa. To je zbog činjenice da vodik tvori tri vrste izotopa: protij 1 H, deuterij 2 H, tricij 3 H. Kisik, pak, također ne zaostaje i tvori tri stabilna oblika: 16 O, 17 O, 18 O. Zahvaljujući tome, ne postoji samo obična protijska voda sastava H 2 O (1 H i 16 O), već i deuterij i tricij.

Istovremeno, strukturno i oblikno stabilan je deuterij (2H) koji ulazi u sastav gotovo svih prirodnih voda, ali u malim količinama. To oni zovu teškim. Nešto je drugačiji od uobičajenog ili jednostavnog u svim aspektima.

Tešku vodu i njezina svojstva karakterizira nekoliko točaka.

Kristalizira na temperaturi od 3,82 0 C.
Vrenje se opaža na 101,42 0 C.
Gustoća je 1,1059 g/cm 3 .
Kao otapalo je nekoliko puta lošiji od lake vode.
Ima kemijsku formulu D 2 O.

Prilikom provođenja pokusa koji pokazuju učinak takve vode na žive sustave, utvrđeno je da samo određene vrste bakterija mogu živjeti u njoj. Trebalo je vremena da se kolonije prilagode i aklimatiziraju. Ali, nakon što su se prilagodili, potpuno su obnovili sve vitalne funkcije (reprodukcija, prehrana). Osim toga, čelici su vrlo otporni na djelovanje radioaktivnog zračenja. Pokusi na žabama i ribama nisu dali pozitivan rezultat.

Suvremena područja primjene deuterija i njegove teške vode su nuklearna i nuklearna energetika. Takva se voda može dobiti u laboratorijskim uvjetima elektrolizom obične vode – nastaje kao nusproizvod. Sam deuterij nastaje opetovanom destilacijom vodika u posebnim uređajima. Njegova primjena temelji se na sposobnosti usporavanja sinteze neutrona i protonskih reakcija. Upravo su teška voda i izotopi vodika osnova za stvaranje nuklearne i vodikove bombe.

Eksperimenti o korištenju deuterijske vode od strane ljudi u malim količinama pokazali su da se ona ne zadržava dugo - potpuno povlačenje uočeno je nakon dva tjedna. Nemoguće ga je koristiti kao izvor vlage za život, ali tehnički značaj je jednostavno ogroman.

Otopljena voda i njena primjena

Od davnina su svojstva takve vode ljudi prepoznavali kao ljekovita. Dugo je uočeno da kada se snijeg otopi, životinje pokušavaju piti vodu iz stvorenih lokvi. Kasnije su pažljivo proučavani njegova struktura i biološki učinci na ljudski organizam.

Otopljena voda, njezini znakovi i svojstva nalaze se u sredini između obične svjetlosti i leda. Iznutra ga ne tvore samo molekule, već skup klastera formiranih od kristala i plina. To jest, unutar šupljina između strukturnih dijelova kristala nalaze se vodik i kisik. Općenito, struktura otopljene vode slična je strukturi leda - struktura je sačuvana. Fizička svojstva takvog vodikovog oksida malo se mijenjaju u usporedbi s uobičajenim. Međutim, biološki učinak na tijelo je odličan.

Kada se voda smrzne prvom frakcijom, teži dio se pretvara u led - to su izotopi deuterija, soli i nečistoće. Stoga ovu jezgru treba ukloniti. Ali ostalo je čista, strukturirana i zdrava voda. Kakav je učinak na tijelo? Znanstvenici Donjeckog istraživačkog instituta nazvali su sljedeće vrste poboljšanja:

Ubrzanje procesa oporavka.
Jačanje imuniteta.
Nakon udisanja takve vode djeca oporavljaju i liječe prehladu, kašalj, curenje iz nosa i sl.
Poboljšava disanje, stanje grkljana i sluznice.
Opće blagostanje osobe, povećanje aktivnosti.

Danas postoji niz pristaša tretmana otopljenom vodom, koji pišu svoje pozitivne kritike. Međutim, postoje znanstvenici, uključujući i liječnike, koji ne podržavaju ova stajališta. Vjeruju da od takve vode neće biti štete, ali će biti malo koristi.

energija

Zašto se svojstva vode mogu promijeniti i vratiti nakon prijelaza u različita agregatna stanja? Odgovor na ovo pitanje je sljedeći: ovaj spoj ima vlastitu informacijsku memoriju, koja bilježi sve promjene i dovodi do obnove strukture i svojstava u pravo vrijeme. Bioenergetsko polje kroz koje prolazi dio vode (one koja dolazi iz svemira) nosi snažan naboj energije. Ovaj obrazac se često koristi u liječenju. Međutim, s medicinske točke gledišta, nije svaka voda u stanju imati blagotvoran učinak, uključujući informacije.

Strukturirana voda - što je to?

Riječ je o vodi koja ima malo drugačiju strukturu molekula, raspored kristalnih rešetki (kao što je uočeno u ledu), ali je ipak tekućina (ovom tipu pripada i otapanje). U ovom slučaju, sastav vode i njezina svojstva, sa znanstvenog gledišta, ne razlikuju se od onih karakterističnih za obični vodikov oksid. Stoga strukturirana voda ne može imati toliko široko ljekovito djelovanje kakvo joj pripisuju ezoteričari i pristaše alternativne medicine.

O.V. Mosin

Teška voda (deuterijev oksid) – ima istu kemijsku formulu kao obična voda, ali umjesto atoma vodika sadrži dva teška izotopa vodika – atome deuterija. Formula za tešku vodikovu vodu obično se piše kao: D2O ili 2H2O. Izvana, teška voda izgleda kao obična voda - bezbojna tekućina bez okusa i mirisa.

Po svojim svojstvima teška voda se znatno razlikuje od obične vode. Reakcije s teškom vodom odvijaju se sporije nego s običnom vodom; konstante disocijacije molekule teške vode niže su od onih za običnu vodu.

Molekule teške vodikove vode prvi je u prirodnoj vodi otkrio Harold Urey 1932. godine. A već 1933. Gilbert Lewis je elektrolizom obične vode dobio čistu tešku vodikovu vodu.

U prirodnim vodama omjer između teške i obične vode je 1:5500 (pod pretpostavkom da je sav deuterij u obliku teške vode D2O, iako je zapravo dijelom u sastavu poluteške vode HDO).

Teška voda je samo malo otrovna, kemijske reakcije u njenom okruženju su nešto sporije u odnosu na običnu vodu, vodikove veze s deuterijem nešto su jače nego inače. Pokusi na sisavcima pokazali su da zamjena 25% vodika u tkivima deuterijem dovodi do sterilnosti, a veće koncentracije dovode do brze smrti životinje. Međutim, neki mikroorganizmi mogu živjeti u 70% teškoj vodi (protozoe), pa čak i u čistoj teškoj vodi (bakterije). Osoba može popiti čašu teške vode bez vidljive štete po zdravlje, sav deuterij će se ukloniti iz tijela za nekoliko dana. U tom smislu, teška voda je manje toksična od kuhinjske soli, na primjer.

Teška voda nakuplja se u ostatku elektrolita tijekom ponovljene elektrolize vode. Na otvorenom, teška voda brzo upija pare obične vode, pa možemo reći da je higroskopna. Proizvodnja teške vode je vrlo energetski intenzivna, pa je njezin trošak dosta visok (otprilike 200-250 USD po kg).

Fizikalna svojstva obične i teške vode

Fizička svojstva

Molekulska masa

Gustoća na 20°C (g/cm3)

t° kristalizacije (°C)

temperatura vrenja (°C)

svojstva teške vode

Najvažnije svojstvo teške vode je da praktički ne apsorbira neutrone, stoga se koristi u nuklearnim reaktorima za usporavanje neutrona i kao rashladno sredstvo. Također se koristi kao izotopni tragač u kemiji i biologiji. U fizici čestica, teška voda se koristi za detekciju neutrina; na primjer, najveći solarni detektor neutrina u Kanadi sadrži 1 kilotonu teške vode.

Ruski znanstvenici iz PNPI razvili su originalne tehnologije za proizvodnju i pročišćavanje teške vode u pilot postrojenjima. Godine 1995. pušteno je u rad prvo u Rusiji i jedno od prvih pilot-postrojenje u svijetu temeljeno na metodi izmjene izotopa u sustavu voda-vodik i elektrolizi vode (EVIO).

Visoka učinkovitost EVIO postrojenja omogućuje dobivanje teške vode sa sadržajem deuterija > 99,995% at. Provjerena tehnologija osigurava visoku kvalitetu teške vode, uključujući duboko pročišćavanje teške vode od tricija do rezidualne aktivnosti, što omogućuje korištenje teške vode u medicinske i znanstvene svrhe bez ograničenja. Mogućnosti pogona omogućuju potpuno zadovoljenje potreba ruskih poduzeća i organizacija u teškoj vodi i deuteriju, kao i izvoz dijela proizvoda. Tijekom radova proizvedeno je više od 20 tona teške vode i deseci kilograma plinovitog deuterija za potrebe Rosatoma i drugih ruskih poduzeća.

Postoji i poluteška (ili deuterijska) voda, u kojoj je samo jedan atom vodika zamijenjen deuterijem. Formula za takvu vodu napisana je na sljedeći način: DHO.

Izraz teška voda također se koristi u odnosu na vodu u kojoj je bilo koji od atoma zamijenjen teškim izotopom:

Teškoj kisikovoj vodi (u njoj je laki izotop kisika 16O zamijenjen teškim izotopima 17O ili 18O),

Na tricij i supertešku vodu (koja sadrži svoj radioaktivni izotop tricij 3H umjesto atoma 1H).

Ako računamo sve moguće različite spojeve s općom formulom H2O, tada će ukupan broj mogućih "teških voda" doseći 48. Od njih je 39 opcija radioaktivno, a postoji samo devet stabilnih opcija: H216O, H217O, H218O, HD16O , HD17O, HD18O, D216O, D217O , D218O. Do danas nisu sve varijante teške vode dobivene u laboratorijima.

Teška voda ima značajnu ulogu u raznim biološkim procesima.. Ruski su istraživači odavno otkrili da teška voda inhibira rast bakterija, algi, gljivica, viših biljaka i kultura životinjskog tkiva. No voda s koncentracijom deuterija smanjenom na 50% (tzv. voda bez deuterija) ima antimutagena svojstva, povećava biomasu i broj sjemenki, ubrzava razvoj spolnih organa i potiče spermatogenezu kod ptica.

U inozemstvu su pokušali dati tešku vodu miševima s malignim tumorima. Pokazalo se da je ta voda doista mrtva: ubija tumore i miševe. Razni istraživači su otkrili da teška voda ima negativan učinak na biljke i žive organizme. Pokusnim psima, štakorima i miševima davana je voda, od koje je trećina zamijenjena teškom vodom. Nakon kratkog vremena počeo je metabolički poremećaj životinja, bubrezi su uništeni. S povećanjem udjela teške vode, životinje su uginule. Nasuprot tome, smanjenje sadržaja deuterija za 25% ispod norme u vodi koja je davana životinjama povoljno je utjecalo na njihov razvoj: svinje, štakori i miševi rađali su potomstvo višestruko brojnije i veće od uobičajenog, a proizvodnja jaja kod kokoši se udvostručila.

Tada su ruski istraživači prihvatili "laku" vodu. Eksperimenti su provedeni na 3 transplantabilna modela tumora: Lewisov karcinom pluća, brzorastući sarkom maternice i spororastući rak vrata maternice. Vodu "bez deuterija" istraživači su dobili tehnologijom razvijenom na Institutu za svemirsku biologiju. Metoda se temelji na elektrolizi destilirane vode. U pokusnim skupinama životinje s transplantiranim tumorima dobivale su vodu sa smanjenim sadržajem deuterija, u kontrolnim skupinama - običnu vodu. Životinje su počele piti "osvijetljenu" i kontrolnu vodu na dan inokulacije tumora i primale su je do posljednjeg dana života.

Voda sa smanjenim sadržajem deuterija odgađa pojavu prvih čvorića na mjestu transplantacije raka grlića maternice. U vrijeme nastanka čvorova drugih vrsta tumora, lagana voda ne djeluje. Ali u svim eksperimentalnim skupinama, počevši od prvog dana mjerenja pa gotovo do kraja eksperimenta, volumen tumora bio je manji nego u kontrolnoj skupini. Nažalost, iako teška voda inhibira razvoj svih proučavanih tumora, ona ne produljuje život pokusnim miševima.

A onda su se čuli glasovi u korist potpunog uklanjanja deuterija iz vode koja se koristi za hranu. To bi dovelo do ubrzanja metaboličkih procesa u ljudskom tijelu, a time i do povećanja njegove tjelesne i intelektualne aktivnosti. No ubrzo su se pojavili strahovi da bi potpuno uklanjanje deuterija iz vode dovelo do smanjenja ukupnog trajanja ljudskog života. Uostalom, poznato je da se naše tijelo gotovo 70% sastoji od vode. I ova voda sadrži 0,015% deuterija. Po kvantitativnom sadržaju (u atomskim postocima) nalazi se na 12. mjestu među kemijskim elementima koji čine ljudski organizam. S tim u vezi treba ga klasificirati kao mikronutrijent. Sadržaj takvih elemenata u tragovima kao što su bakar, željezo, cink, molibden, mangan u našem tijelu je desetke i stotine puta manji od deuterija. Što se događa ako se ukloni sav deuterij? Znanost tek treba odgovoriti na ovo pitanje. U međuvremenu, nedvojbena je činjenica da promjenom kvantitativnog sadržaja deuterija u biljnom ili životinjskom organizmu možemo ubrzati ili usporiti tijek životnih procesa.