Apakah maksud h2o dalam kimia. Formula untuk ikatan kovalen

Air adalah salah satu bahan yang paling biasa di alam semula jadi (hidrosfera menduduki 71% daripada permukaan Bumi). Air memainkan peranan penting dalam geologi dan sejarah planet ini. Organisma hidup tidak boleh wujud tanpa air. Hakikatnya badan manusia hampir 63% - 68% air. Hampir semua tindak balas biokimia dalam setiap sel hidup adalah tindak balas dalam larutan akueus ... Dalam larutan (terutamanya akueus), kebanyakan proses teknologi berlaku dalam industri kimia, dalam pengeluaran ubat-ubatan dan produk makanan. Dan dalam metalurgi, air sangat penting, dan bukan sahaja untuk penyejukan. Bukan kebetulan bahawa hidrometalurgi - pengekstrakan logam daripada bijih dan pekat menggunakan penyelesaian pelbagai reagen - telah menjadi industri penting.

Air, kamu tiada warna, tiada rasa, tiada bau,
anda tidak boleh digambarkan, anda menikmati,
tanpa mengetahui siapa diri anda. tak boleh cakap
apa yang perlu untuk hidup: anda adalah kehidupan itu sendiri.
Anda mengisi kami dengan kegembiraan
yang tidak dapat dijelaskan oleh perasaan kita.
Dengan anda, kekuatan kembali kepada kami,
yang telah kami ucapkan selamat tinggal.
Dengan rahmat-Mu, kami mulakan semula
mendidih telaga hati kita yang kering.
(A. de Saint-Exupery. Planet manusia)

Saya menulis esei mengenai topik "Air adalah bahan yang paling menakjubkan di dunia." Saya memilih topik ini kerana ia adalah topik yang paling relevan, kerana air adalah bahan terpenting di Bumi yang tanpanya tiada organisma hidup boleh wujud dan tiada tindak balas biologi, kimia dan proses teknologi boleh berlaku.

Air adalah bahan yang paling menakjubkan di Bumi

Air adalah bahan yang biasa dan luar biasa. Ahli sains Soviet terkenal Academician I. V. Petryanov memanggil buku sains popularnya tentang air "bahan yang paling luar biasa di dunia." Dan "Fisiologi Menghiburkan", yang ditulis oleh Doktor Sains Biologi B.F. Sergeev, bermula dengan bab air - "Bahan yang mencipta planet kita."
Para saintis benar-benar betul: tidak ada bahan di Bumi yang lebih penting bagi kita daripada air biasa, dan pada masa yang sama tidak ada bahan lain seperti itu, yang sifatnya akan terdapat banyak percanggahan dan anomali seperti dalam sifatnya.

Hampir 3/4 daripada permukaan planet kita diduduki oleh lautan dan lautan. Air pepejal - salji dan ais - meliputi 20% daripada tanah. Iklim planet bergantung kepada air. Ahli geofizik mengatakan bahawa Bumi telah lama menjadi sejuk dan berubah menjadi sekeping batu yang tidak bernyawa, jika bukan kerana air. Dia mempunyai kapasiti haba yang sangat tinggi. Apabila dipanaskan, ia menyerap haba; menyejukkan, berikannya. Air terestrial kedua-duanya menyerap dan mengembalikan banyak haba dan dengan itu "meningkatkan" iklim. Dan Bumi dilindungi daripada kesejukan kosmik oleh molekul air yang bertaburan di atmosfera - dalam awan dan dalam bentuk wap ... anda tidak boleh melakukannya tanpa air - ini adalah bahan yang paling penting di Bumi.
Struktur molekul air

Kelakuan air adalah "tidak logik". Ternyata peralihan air daripada keadaan pepejal kepada keadaan cecair dan gas berlaku pada suhu yang lebih tinggi daripada yang sepatutnya. Penjelasan telah ditemui untuk anomali ini. Molekul air H 2 O dibina dalam bentuk segi tiga: sudut antara dua ikatan oksigen-hidrogen ialah 104 darjah. Tetapi oleh kerana kedua-dua atom hidrogen terletak pada bahagian oksigen yang sama, cas elektrik di dalamnya tersebar. Molekul air adalah polar, yang merupakan sebab untuk interaksi istimewa antara molekul yang berbeza. Atom hidrogen dalam molekul H 2 O, mempunyai cas positif separa, berinteraksi dengan elektron atom oksigen molekul jiran. Ikatan kimia sedemikian dipanggil ikatan hidrogen. Ia menggabungkan molekul H 2 O menjadi polimer spatial yang unik; satah di mana ikatan hidrogen terletak berserenjang dengan satah atom molekul H 2 O yang sama. Interaksi antara molekul air terutamanya menerangkan suhu lebur dan pendidihannya yang tidak sekata. Tenaga tambahan diperlukan untuk melonggarkan dan kemudian memutuskan ikatan hidrogen. Dan tenaga ini sangat penting. Itulah sebabnya, dengan cara ini, kapasiti haba air sangat tinggi.

Apakah ikatan yang ada pada H 2 O?

Molekul air mempunyai dua ikatan kovalen H-O polar.

Ia terbentuk kerana pertindihan dua satu elektron p - awan atom oksigen dan satu elektron S - awan dua atom hidrogen.

Atom oksigen dalam molekul air mempunyai empat pasangan elektron. Dua daripadanya terlibat dalam pembentukan ikatan kovalen, i.e. adalah mengikat. Dua pasangan elektron yang lain adalah tidak berikatan.

Terdapat empat kutub cas dalam molekul: dua positif dan dua negatif. Caj positif tertumpu pada atom hidrogen, kerana oksigen lebih elektronegatif daripada hidrogen. Dua kutub negatif jatuh pada dua pasangan elektron tak berikatan oksigen.

Idea struktur molekul sedemikian memungkinkan untuk menerangkan banyak sifat air, khususnya struktur ais. Dalam kekisi kristal ais, setiap molekul dikelilingi oleh empat yang lain. Dalam imej satah, ini boleh diwakili seperti berikut:

Rajah menunjukkan bahawa sambungan antara molekul dijalankan melalui atom hidrogen:
Atom hidrogen bercas positif bagi satu molekul air tertarik kepada atom oksigen bercas negatif molekul air lain. Ikatan sedemikian dipanggil ikatan hidrogen (ia dilambangkan dengan titik). Dari segi kekuatan, ikatan hidrogen adalah kira-kira 15-20 kali lebih lemah daripada ikatan kovalen. Oleh itu, ikatan hidrogen mudah pecah, yang diperhatikan, sebagai contoh, semasa penyejatan air.

Struktur air cecair menyerupai ais. Dalam air cecair, molekul juga disambungkan antara satu sama lain melalui ikatan hidrogen, tetapi struktur air kurang "tegar" daripada ais. Oleh kerana pergerakan terma molekul dalam air, beberapa ikatan hidrogen dipecahkan, yang lain terbentuk.

Sifat fizikal H 2 O

Air, H 2 O, tidak berbau, tidak berasa, cecair tidak berwarna (kebiruan dalam lapisan tebal); ketumpatan 1 g / cm 3 (pada 3.98 darjah), t pl \u003d 0 darjah, t kip \u003d 100 darjah.
Terdapat pelbagai jenis air: cecair, pepejal dan gas.
Air adalah satu-satunya bahan dalam alam semula jadi yang, di bawah keadaan daratan, wujud dalam ketiga-tiga keadaan pengagregatan:

cecair - air
pepejal - ais
gas - wap

Saintis Soviet V. I. Vernadsky menulis: "Air berdiri berasingan dalam sejarah planet kita. Tidak ada badan semula jadi yang dapat dibandingkan dengannya dari segi pengaruhnya terhadap perjalanan proses geologi utama yang paling hebat. Tidak ada terestrial bahan - mineral batu, jasad hidup, yang tidak akan mengandunginya. Semua bahan daratan meresap dan dipeluk olehnya.

Sifat kimia H 2 O

Daripada sifat kimia air, keupayaan molekulnya untuk mencerai (terurai) menjadi ion dan keupayaan air untuk melarutkan bahan yang berbeza sifat kimia adalah amat penting. Peranan air sebagai pelarut utama dan universal ditentukan terutamanya oleh kekutuban molekulnya (anjakan pusat cas positif dan negatif) dan, akibatnya, pemalar dielektriknya yang sangat tinggi. Caj elektrik yang bertentangan, dan khususnya ion, tertarik antara satu sama lain dalam air 80 kali lebih lemah daripada yang akan ditarik di udara. Daya tarikan bersama antara molekul atau atom badan yang direndam dalam air juga lebih lemah daripada udara. Dalam kes ini, lebih mudah untuk gerakan haba untuk memisahkan molekul. Itulah sebabnya pembubaran berlaku, termasuk banyak bahan yang sukar larut: setitik melelehkan batu ...

Pemisahan (pemecahan) molekul air menjadi ion:
H 2 O → H + + OH, atau 2H 2 O → H 3 O (ion hidroksil) + OH
dalam keadaan biasa adalah sangat tidak penting; secara purata, satu molekul daripada 500,000,000 terurai. Perlu diingat bahawa persamaan pertama di atas adalah bersyarat semata-mata: proton H tanpa kulit elektron tidak boleh wujud dalam medium akueus. Ia serta-merta bergabung dengan molekul air, membentuk ion hidroksida H 3 O. Pertimbangkan walaupun sekutu molekul air sebenarnya terpecah menjadi ion yang lebih berat, seperti, sebagai contoh,
8H 2 O → HgO 4 +H 7 O 4 , dan tindak balas H 2 O → H + +OH - hanyalah skema yang sangat dipermudahkan bagi proses sebenar.

Kereaktifan air agak rendah. Benar, beberapa logam aktif dapat menggantikan hidrogen daripadanya:
2Na+2H 2 O → 2NaOH+H 2 ,

dan dalam suasana fluorin bebas, air boleh membakar:
2F 2 +2H 2 O → 4HF+O 2 .

Hablur ais biasa juga terdiri daripada sekutu molekul sebatian molekul yang serupa. "Pembungkusan" atom dalam kristal sedemikian bukanlah ionik, dan ais tidak mengalirkan haba dengan baik. Ketumpatan air cecair pada suhu hampir sifar adalah lebih besar daripada ais. Pada 0°C, 1 gram ais menempati isipadu 1.0905 cm 3 , dan 1 gram air cecair - 1.0001 cm 3 . Dan ais terapung, itulah sebabnya takungan tidak membeku, tetapi hanya ditutup dengan penutup ais. Ini adalah satu lagi anomali air: selepas cair, ia mula-mula mengecut, dan hanya kemudian, pada giliran 4 darjah, dengan proses selanjutnya, ia mula berkembang. Pada tekanan tinggi, ais biasa boleh diubah menjadi apa yang dipanggil ais - 1, ais - 2, ais - 3, dsb. - bentuk kristal yang lebih berat dan lebih padat bagi bahan ini. Yang paling sukar, paling tumpat dan paling tahan api setakat ini ialah ais - 7 - diperoleh pada tekanan 3 kilo Pa. Ia cair pada 190 darjah.

Kitaran air di alam semula jadi

Tubuh manusia diserap dengan berjuta-juta saluran darah. Arteri dan urat besar menghubungkan organ-organ utama badan antara satu sama lain, yang lebih kecil mengikatnya dari semua sisi, kapilari paling nipis mencapai hampir setiap sel. Sama ada anda menggali lubang, duduk di kelas atau tidur dengan gembira, darah sentiasa mengalir melaluinya, menghubungkan otak dan perut, buah pinggang dan hati, mata dan otot ke dalam satu sistem tubuh manusia. Darah untuk apa?

Darah membawa oksigen dari paru-paru dan nutrien dari perut ke setiap sel dalam badan anda. Darah mengumpul bahan buangan dari semua, malah sudut badan yang paling terpencil, membebaskannya daripada karbon dioksida dan lain-lain yang tidak diperlukan, termasuk bahan berbahaya. Darah membawa ke seluruh badan bahan khas - hormon yang mengawal dan menyelaraskan kerja organ yang berbeza. Dalam erti kata lain, darah menghubungkan bahagian tubuh yang berlainan ke dalam satu sistem, menjadi organisma yang diselaraskan dengan baik dan cekap.

Planet kita juga mempunyai sistem peredaran darah. Darah Bumi adalah air, dan saluran darah adalah sungai, anak sungai, sungai dan tasik. Dan ini bukan sekadar perbandingan, metafora artistik. Air di Bumi memainkan peranan yang sama seperti darah dalam tubuh manusia, dan seperti yang baru-baru ini diperhatikan saintis, struktur rangkaian sungai sangat serupa dengan struktur sistem peredaran manusia. "Pemandu kereta alam" - inilah cara Leonardo da Vinci yang hebat memanggil air, dialah yang, berpindah dari tanah ke tumbuhan, dari tumbuhan ke atmosfera, mengalir di sepanjang sungai dari benua ke lautan dan kembali dengan arus udara , menghubungkan pelbagai komponen alam antara satu sama lain, mengubahnya menjadi satu sistem geografi tunggal. Air tidak hanya berpindah dari satu komponen semula jadi ke yang lain. Seperti darah, ia membawa sejumlah besar bahan kimia bersamanya, mengeksportnya dari tanah ke tumbuhan, dari darat ke tasik dan lautan, dari atmosfera ke bumi. Semua tumbuhan boleh mengambil nutrien yang terkandung dalam tanah hanya dengan air, di mana ia berada dalam keadaan terlarut. Jika bukan kerana kemasukan air dari tanah ke dalam tumbuhan, semua herba, bahkan yang tumbuh di tanah yang paling kaya, akan mati "kebuluran", seperti seorang pedagang yang mati kelaparan di atas peti emas. Air membekalkan nutrien kepada penduduk sungai, tasik dan laut. Aliran yang mengalir riang dari ladang dan padang rumput semasa pencairan salji musim bunga atau selepas hujan musim panas mengumpul bahan kimia yang disimpan di dalam tanah di sepanjang jalan dan membawanya ke penduduk takungan dan laut, dengan itu menghubungkan kawasan darat dan air di planet kita. "Meja" terkaya terbentuk di tempat-tempat di mana sungai yang mengandungi nutrien mengalir ke tasik dan laut. Oleh itu, bahagian pantai seperti itu - muara - dibezakan oleh rusuhan kehidupan bawah air. Dan siapakah yang membuang sisa yang dihasilkan oleh pelbagai sistem geografi? Sekali lagi, air, dan sebagai pemecut, ia berfungsi lebih baik daripada sistem peredaran darah manusia, yang hanya sebahagiannya melaksanakan fungsi ini. Peranan pembersihan air amat penting sekarang, apabila seseorang meracuni alam sekitar dengan sisa dari bandar, perusahaan perindustrian dan pertanian. Badan orang dewasa mengandungi kira-kira 5-6 kg. darah, yang kebanyakannya beredar secara berterusan antara bahagian tubuhnya yang berlainan. Dan berapa banyak air berfungsi untuk kehidupan dunia kita?

Semua air di bumi yang bukan sebahagian daripada batuan disatukan dengan konsep "hidrosfera". Beratnya sangat besar sehingga ia biasanya diukur bukan dalam kilogram atau tan, tetapi dalam kilometer padu. Satu kilometer padu ialah kubus dengan saiz setiap tepi 1 km, sentiasa diduduki oleh air. Berat 1 km 3 air bersamaan dengan 1 bilion tan.Seluruh bumi mengandungi 1.5 bilion km 3 air, iaitu kira-kira 1500000000000000000 tan berat! Bagi setiap orang, terdapat 1.4 km 3 air, atau 250 juta tan. Minum, saya tidak mahu!
Tetapi malangnya, semuanya tidak begitu mudah. Hakikatnya ialah 94% daripada jumlah ini adalah perairan lautan, yang tidak sesuai untuk kebanyakan tujuan ekonomi. Hanya 6% adalah air darat, di mana hanya 1/3 daripadanya adalah segar, i.e. hanya 2% daripada jumlah isipadu hidrosfera. Sebahagian besar air tawar ini tertumpu di glasier. Secara ketara kurang daripada mereka ditemui di bawah permukaan bumi (di bawah tanah cetek, ufuk air, di tasik bawah tanah, dalam tanah, serta dalam wap atmosfera. Sangat sedikit yang jatuh di bahagian sungai, dari mana orang ramai mengambil air - 1.2 ribu km 3. Jumlah isipadu air yang terkandung dalam organisma hidup pada satu-satu masa adalah sangat diabaikan. Jadi tidak banyak air di planet kita yang boleh dimakan oleh manusia dan organisma hidup yang lain. Tetapi mengapa ia tidak berakhir? Lagipun, manusia dan haiwan mereka sentiasa minum air, tumbuhan menyejat ke atmosfera, dan sungai membawanya ke lautan.

Mengapa bumi tidak kehabisan air?

Sistem peredaran darah manusia ialah litar tertutup yang melaluinya darah mengalir secara berterusan, membawa oksigen dan karbon dioksida, nutrien dan bahan buangan. Strim ini tidak pernah berakhir, kerana ia adalah bulatan atau cincin, dan, seperti yang anda ketahui, "gelang itu tiada penghujungnya." Rangkaian air planet kita disusun mengikut prinsip yang sama. Air di Bumi berada dalam peredaran berterusan, dan kehilangannya dalam satu pautan serta-merta diisi semula kerana aliran dari yang lain. Daya penggerak di sebalik kitaran air ialah tenaga suria dan graviti. Disebabkan oleh kitaran air, semua bahagian hidrosfera bersatu rapat dan menghubungkan komponen alam yang lain. Dalam bentuk yang paling umum, kitaran air di planet kita adalah seperti berikut. Di bawah pengaruh cahaya matahari, air menyejat dari permukaan lautan dan tanah dan memasuki atmosfera, dan penyejatan dari permukaan tanah dilakukan oleh sungai dan takungan, dan oleh tanah dan tumbuhan. Sebahagian daripada air segera kembali dengan hujan kembali ke lautan, dan sebahagiannya dibawa oleh angin ke darat, di mana ia jatuh dalam bentuk hujan dan salji. Masuk ke dalam tanah, air sebahagiannya diserap ke dalamnya, mengisi semula rizab kelembapan tanah dan air bawah tanah, sebahagiannya mengalir ke bawah permukaan ke dalam sungai dan takungan, kelembapan tanah sebahagiannya masuk ke dalam tumbuhan, yang menguap ke atmosfera, dan sebahagiannya mengalir ke sungai. , hanya pada kelajuan yang lebih rendah. Sungai, diberi makan oleh air dari aliran permukaan dan air bawah tanah, membawa air ke Lautan Dunia, menambah kehilangannya. Air menyejat dari permukaannya, memasuki semula atmosfera, dan kitaran ditutup. Pergerakan air yang sama antara semua komponen alam dan semua bahagian permukaan bumi berlaku secara berterusan dan berterusan selama berjuta-juta tahun.

Ia mesti dikatakan bahawa kitaran air tidak ditutup sepenuhnya. Sebahagian daripadanya, masuk ke lapisan atas atmosfera, terurai di bawah tindakan cahaya matahari dan pergi ke angkasa. Tetapi kerugian yang tidak ketara ini sentiasa diisi semula kerana aliran air dari lapisan dalam bumi semasa letusan gunung berapi. Disebabkan ini, isipadu hidrosfera secara beransur-ansur meningkat. mengikut beberapa pengiraan, 4 bilion tahun dahulu, isipadunya ialah 20 juta km 3, i.e. adalah tujuh ribu kali lebih kecil daripada yang moden. Pada masa hadapan, jumlah air di Bumi, nampaknya, juga akan meningkat, memandangkan jumlah air dalam mantel Bumi dianggarkan pada 20 bilion km 3 - ini adalah 15 kali lebih banyak daripada jumlah semasa hidrosfera. Membandingkan isipadu air di bahagian berasingan hidrosfera dengan aliran masuk air ke dalamnya dan pautan jiran kitaran, adalah mungkin untuk menentukan aktiviti pertukaran air, i.e. masa di mana isipadu air di Lautan Dunia, di atmosfera atau tanah boleh diperbaharui sepenuhnya. Pembaharuan air yang paling perlahan adalah di glasier kutub (sekali setiap 8,000 tahun). Dan yang paling cepat adalah air sungai, yang di semua sungai di Bumi berubah sepenuhnya dalam 11 hari.

Kelaparan air di planet ini

"Bumi ialah planet kebiruan yang menakjubkan"! - dilaporkan bersemangat kembali dari angkasa lepas selepas mendarat di bulan, angkasawan Amerika. Dan bagaimana planet kita boleh kelihatan berbeza jika lebih daripada 2/3 permukaannya diduduki oleh laut dan lautan, glasier dan tasik, sungai, kolam dan takungan. Tetapi, apakah maksud fenomena yang namanya dalam tajuk berita? Apakah jenis "kelaparan" yang boleh berlaku jika terdapat banyak badan air di Bumi? Ya, terdapat lebih daripada cukup air di Bumi. Tetapi kita tidak boleh lupa bahawa kehidupan di planet Bumi, menurut saintis, pertama kali muncul di dalam air, dan hanya kemudian datang ke darat. Organisma telah mengekalkan pergantungan mereka kepada air dalam perjalanan evolusi selama berjuta-juta tahun. Air adalah "bahan binaan" utama yang terdiri daripada badan mereka. Ini boleh disahkan dengan mudah dengan menganalisis nombor dalam jadual berikut:

Nombor terakhir jadual ini menunjukkan bahawa pada seseorang dengan berat 70 kg. mengandungi 50 kg. air! Tetapi lebih banyak lagi dalam janin manusia: dalam tempoh tiga hari - 97%, dalam tempoh tiga bulan - 91%, dalam tempoh lapan bulan - 81%.

Masalah "kelaparan air" adalah keperluan untuk menahan sejumlah air dalam badan, kerana terdapat kehilangan kelembapan yang berterusan semasa pelbagai proses fisiologi. Untuk kewujudan normal dalam iklim sederhana, seseorang perlu menerima kira-kira 3.5 liter air sehari dengan makanan dan minuman, di padang pasir kadar ini meningkat kepada sekurang-kurangnya 7.5 liter. Tanpa makanan, seseorang boleh wujud selama kira-kira empat puluh hari, dan tanpa air, lebih kurang - 8 hari. Menurut eksperimen perubatan khas, dengan kehilangan kelembapan dalam jumlah 6-8% berat badan, seseorang jatuh ke dalam keadaan separuh sedar, dengan kehilangan 10%, halusinasi bermula, dengan 12%, seseorang boleh tidak lagi pulih tanpa rawatan perubatan khas, dan dengan kehilangan 20%, kematian yang tidak dapat dielakkan. Banyak haiwan menyesuaikan diri dengan baik dengan kekurangan kelembapan. Contoh yang paling terkenal dan menarik adalah "kapal padang pasir," unta. Dia boleh hidup untuk masa yang sangat lama di padang pasir yang panas, tanpa mengambil air minuman dan kehilangan sehingga 30% daripada berat asalnya tanpa menjejaskan prestasinya. Jadi, dalam salah satu ujian khas, unta bekerja di bawah terik matahari musim panas selama 8 hari, kehilangan 100 kg. daripada 450 kg. berat permulaannya. Dan apabila mereka membawanya ke air, dia minum 103 liter dan beratnya kembali. Telah ditetapkan bahawa seekor unta boleh mendapat sehingga 40 liter kelembapan dengan menukarkan lemak yang terkumpul di bonggolnya. Haiwan padang pasir seperti jerboa dan tikus kanggaru tidak menggunakan air minuman sama sekali - mereka mempunyai kelembapan yang mencukupi yang mereka peroleh daripada makanan dan air yang terbentuk dalam badan mereka semasa pengoksidaan lemak mereka sendiri, sama seperti unta. Malah lebih banyak air digunakan untuk pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan mereka. Kepala kubis "minum" lebih daripada satu liter air setiap hari, satu pokok secara purata - lebih daripada 200 liter air. Sudah tentu, ini adalah angka yang agak anggaran - spesies pokok yang berbeza dalam keadaan semula jadi yang berbeza menggunakan jumlah kelembapan yang sangat berbeza. Jadi saxaul yang tumbuh di padang pasir menghabiskan jumlah kelembapan yang minimum, dan kayu putih, yang di beberapa tempat dipanggil "pokok pam", melalui dirinya sendiri sejumlah besar air, dan untuk sebab ini ladangnya digunakan untuk mengalirkan paya. . Oleh itu, tanah malaria paya di dataran rendah Colchis telah bertukar menjadi wilayah yang makmur.

Sudah, kira-kira 10% penduduk dunia kekurangan air bersih. Dan jika kita mengambil kira bahawa 800 juta isi rumah di kawasan luar bandar, di mana kira-kira 25% daripada semua manusia hidup, tidak mempunyai air yang mengalir, maka masalah "kebuluran air" menjadi benar-benar global. Ia adalah akut terutamanya di negara membangun, di mana kira-kira 90% penduduk menggunakan air yang tidak baik. Kekurangan air bersih menjadi salah satu faktor terpenting yang mengehadkan pembangunan manusia yang progresif.

Soalan Pemuliharaan Air Boleh Beli

Air digunakan dalam semua bidang aktiviti ekonomi manusia. Hampir mustahil untuk menamakan mana-mana proses pengeluaran yang tidak menggunakan air. Oleh kerana perkembangan pesat industri, pertumbuhan penduduk bandar, penggunaan air semakin meningkat. Perkara yang paling penting ialah isu melindungi sumber dan sumber air daripada kehabisan, serta daripada pencemaran oleh kumbahan. Semua orang tahu kerosakan yang disebabkan oleh kumbahan kepada penduduk takungan. Lebih dahsyat lagi bagi seseorang dan semua kehidupan di Bumi adalah kemunculan racun perosak di air sungai yang dibuang dari ladang. Jadi kehadiran dalam air 2.1 bahagian racun perosak (endrin) per bilion bahagian air sudah cukup untuk membunuh semua ikan di dalamnya. Ancaman besar kepada manusia ialah kumbahan yang tidak dirawat di kawasan penempatan yang dibuang ke sungai. Masalah ini diselesaikan dengan memahami proses teknologi sedemikian di mana air sisa tidak dibuang ke dalam takungan, tetapi selepas dibersihkan ia kembali kepada proses teknologi semula.

Pada masa ini, perhatian besar diberikan kepada perlindungan alam sekitar dan, khususnya, takungan semula jadi. Memandangkan kepentingan masalah ini, di negara kita mereka tidak menerima pakai undang-undang mengenai perlindungan dan penggunaan sumber asli secara rasional. Perlembagaan berkata: "Rakyat Rusia wajib melindungi alam semula jadi, melindungi kekayaannya."

Jenis-jenis air

Air bromin - larutan tepu Br 2 dalam air (3.5% mengikut berat Br 2). Air bromin adalah agen pengoksidaan, agen brominasi dalam kimia analitik.

air ammonia - Ia terbentuk apabila gas ketuhar kok mentah bersentuhan dengan air, yang tertumpu kerana penyejukan gas atau disuntik khas ke dalamnya untuk membasuh NH3. Dalam kedua-dua kes, air ammonia yang dipanggil lemah, atau menggosok, diperolehi. Dengan penyulingan air ammonia ini dengan wap air dan refluks dan pemeluwapan seterusnya, air ammonia pekat (18 - 20% NH 3 mengikut jisim) diperoleh, yang digunakan dalam pengeluaran soda, sebagai baja cecair, dsb.

Molekul air terdiri daripada satu atom oksigen dan dua atom hidrogen (H 2 O). Secara skematik, struktur molekul air boleh digambarkan seperti berikut:

Molekul air adalah molekul polar yang dipanggil, kerana caj positif dan negatifnya tidak diagihkan sama rata di sekitar beberapa pusat, tetapi diletakkan secara tidak simetri, membentuk kutub positif dan negatif. Rajah menunjukkan, dengan cara yang sangat mudah, bagaimana dua atom hidrogen dilekatkan pada satu atom oksigen, membentuk molekul air.

Sudut yang ditandakan dalam rajah dan jarak antara atom bergantung pada keadaan pengagregatan air (parameter keseimbangan tersirat, kerana turun naik berterusan berlaku). Oleh itu, dalam keadaan wap, sudut ialah 104° 40", jarak O-H ialah 0.096 nm; dalam ais, sudut ialah 109° 30", jarak O-H ialah 0.099 nm. Perbezaan antara parameter molekul dalam keadaan wap (bebas) dan dalam ais disebabkan oleh pengaruh molekul jiran. Molekul dalam fasa cecair juga terjejas, di mana, sebagai tambahan kepada pengaruh molekul air jiran, terdapat pengaruh kuat ion terlarut bahan lain.

Sejarah menentukan komposisi molekul air

Bermula dengan asal-usul kimia, saintis untuk jangka masa yang agak lama menganggap air sebagai bahan yang mudah, kerana ia tidak dapat diuraikan hasil daripada tindak balas yang diketahui pada masa itu. Di samping itu, keteguhan sifat-sifat air, seolah-olah, mengesahkan kedudukan ini.

Pada musim bunga tahun 1783, Kanendish di makmal Cambridgenya bekerja dengan "udara vital" yang baru ditemui - kerana oksigen dipanggil pada masa itu, dan "udara mudah terbakar" (seperti dipanggil hidrogen). Dia mencampurkan satu isipadu "udara penting" dengan dua jilid "udara mudah terbakar" dan melepasi nyahcas elektrik melalui campuran itu. Campuran itu berkelip, dan dinding kelalang ditutup dengan titisan cecair. Meneliti cecair, saintis membuat kesimpulan bahawa ia adalah air tulen. Terdahulu, fenomena serupa diterangkan oleh ahli kimia Perancis Pierre Maker: dia memperkenalkan piring porselin ke dalam nyalaan "udara mudah terbakar", di mana titisan cecair terbentuk. Apa yang mengejutkan Maker apabila dia memeriksa cecair yang terhasil, dan mendapati ia adalah air. Ternyata semacam paradoks: air yang memadamkan api itu sendiri terbentuk semasa pembakaran. Seperti yang kita faham sekarang, air disintesis daripada oksigen dan hidrogen:

H 2 + O 2 → 2H 2 O + 136.74 kcal.

Di bawah keadaan biasa, tindak balas ini tidak berlaku, dan agar hidrogen menjadi aktif, perlu untuk menaikkan suhu campuran, contohnya, dengan bantuan percikan elektrik, seperti dalam eksperimen Cavendish. Henry Cavendish mempunyai data yang mencukupi untuk menentukan perkadaran oksigen dan hidrogen dalam air. Tetapi dia tidak. Mungkin dia dihalang oleh kepercayaan yang mendalam terhadap teori phlogiston, yang mana dia cuba mentafsir eksperimennya.

Berita tentang eksperimen Cavendish sampai ke Paris pada bulan Jun tahun itu. Lavoisier segera mengulangi eksperimen ini, kemudian menjalankan keseluruhan siri eksperimen serupa, dan beberapa bulan kemudian, pada 12 November 1783, pada hari St. Martin, dia melaporkan hasil penyelidikannya pada mesyuarat tradisional Akademi Sains Perancis. . Tajuk laporannya adalah ingin tahu, ciri-ciri keseluruhan era pedantik yang tidak cerewet tentang penemuan hebat dalam sains semula jadi: "Mengenai sifat air dan eksperimen, nampaknya mengesahkan bahawa bahan ini, secara tegasnya, bukan unsur, tetapi boleh diuraikan dan terbentuk semula." Laporan itu mendapat bantahan hebat - data Lavoisier jelas bercanggah dengan teori phlogiston yang dihormati dan popular ketika itu. Dia membuat kesimpulan dengan betul bahawa air terbentuk oleh gabungan "gas mudah terbakar" dengan oksigen dan mengandungi (mengikut jisim) 15% daripada yang pertama dan 85% daripada yang kedua (data moden - 11.19% dan 88.81%).

Dua tahun kemudian, Lavoisier kembali bereksperimen dengan air. Akademi Sains menetapkan tugas praktikal untuk Lavoisier - untuk mencari cara murah untuk menghasilkan hidrogen sebagai gas paling ringan untuk keperluan aeronautik yang baru muncul. Lavoisier membawa bekerja seorang jurutera tentera, ahli matematik dan ahli kimia Jean Meunier. Mereka memilih air sebagai bahan awal - sukar untuk mencari bahan mentah yang lebih murah. Mengetahui bahawa air adalah gabungan hidrogen dan oksigen, mereka cuba mencari cara untuk mengambil oksigen daripadanya. Pelbagai agen pengurangan sesuai untuk tujuan ini, tetapi besi logam adalah yang paling mudah diakses. Dari retort-boiler, wap air memasuki laras senapang yang diisi dengan pemfailan besi, merah-panas di atas brazier. Pada suhu haba merah (800 ° C), besi bertindak balas dengan wap air, dan hidrogen dibebaskan:

3Fe + 4H 2 O → Fe 3 O 4 + 4H 2

Hidrogen yang terhasil dikumpulkan, dan wap air yang tidak bertindak balas terpeluwap di dalam peti sejuk dan dipisahkan daripada hidrogen sebagai kondensat. Bagi setiap 100 butir air, 15 butir hidrogen dan 85 butir oksigen diperolehi (1 butir = 62.2 mg). Kerja ini juga mempunyai kepentingan teori yang besar. Dia mengesahkan kesimpulan awal (dari pengalaman membakar hidrogen dalam oksigen di bawah loceng) bahawa air mengandungi 15% hidrogen dan 85% oksigen (data moden - 11.19% dan 88.81%).

Berdasarkan fakta bahawa "udara mudah terbakar" terlibat dalam pembentukan air, ahli kimia Perancis Guiton de Morvo pada tahun 1787 mencadangkan memanggilnya hidrogen (dari perkataan hidro-air dan gennao-I melahirkan). Perkataan Rusia "hidrogen", i.e. "melahirkan air" adalah terjemahan tepat nama Latin.

Joseph Louis Gay-Lussac dan Alexander Humboldt, setelah menjalankan eksperimen bersama pada tahun 1805, mula-mula menetapkan bahawa dua isipadu hidrogen dan satu isipadu oksigen diperlukan untuk membentuk air. Pemikiran yang sama diungkapkan oleh saintis Itali Amedeo Avogadro. Pada tahun 1842, Jean Baptiste Dumas menetapkan nisbah berat hidrogen dan oksigen dalam air sebagai 2:16.

Walau bagaimanapun, disebabkan oleh fakta bahawa terdapat banyak kekeliruan dengan jisim atom unsur pada separuh pertama abad ke-19 dan keadaan ini menjadi lebih rumit kerana pengenalan konsep "berat setara", untuk masa yang lama. masa formula air ditulis dalam pelbagai cara: kadangkala sebagai H O, kemudian sebagai H 2 O dan juga H 2 O 2. D.I menulis tentang ini. Mendeleev: "Pada tahun 50-an, ada yang mengambil O \u003d 8, yang lain O \u003d 16, jika H \u003d 1. Air untuk yang pertama ialah H O, hidrogen peroksida HO 2, untuk yang kedua, seperti sekarang, air H 2 O, hidrogen peroksida H 2 O 2 atau H O. Masalah, ketidakkonsistenan berlaku ... ".

Selepas Kongres Ahli Kimia Antarabangsa di Karlsruhe, yang diadakan pada tahun 1860, adalah mungkin untuk menjelaskan beberapa isu yang memainkan peranan penting dalam perkembangan selanjutnya teori atom-molekul, dan, akibatnya, dalam tafsiran yang betul tentang komposisi atom air. . Simbolisme kimia bersatu telah ditubuhkan.

Kajian eksperimen yang dijalankan pada abad ke-19 mengikut kaedah berat dan isipadu akhirnya secara meyakinkan menunjukkan bahawa air sebagai sebatian kimia boleh dinyatakan dengan formula H 2 O.

Seperti yang telah diketahui, molekul air agak "sebelah" - kedua-dua atom hidrogen bersebelahan dengan oksigen di satu sisi. Menariknya, ciri molekul air yang sangat penting ini telah ditubuhkan secara spekulatif jauh sebelum era penyelidikan spektroskopi oleh profesor Inggeris D. Bernal. Dia meneruskan dari fakta bahawa air mempunyai momen elektrik yang sangat kuat (pada masa itu, pada tahun 1932, ini diketahui). Cara paling mudah, sudah tentu, adalah untuk "membina" molekul air dengan meletakkan semua atom konstituennya dalam garis lurus, i.e. H-O-H. "Walau bagaimanapun," tulis Bernal, "molekul air tidak boleh dibina dengan cara ini, kerana dengan struktur sedemikian molekul yang mengandungi dua atom hidrogen positif dan atom oksigen negatif akan menjadi neutral elektrik, tidak akan mempunyai arah tertentu ... momen elektrik hanya boleh berlaku jika kedua-dua atom hidrogen bersebelahan dengan oksigen pada bahagian yang sama.

, gipsum, dsb.), yang terdapat di dalam tanah, diperlukan. komponen semua organisma hidup.

Komposisi isotop. Terdapat 9 jenis isotop air yang stabil. Kandungan mereka dalam air tawar secara purata adalah berikut (mol.%): 1 H 2 16 O - 99.13; 1 H 2 18 O - 0.2; 1 H 2 17 0-0.04; 1 H 2 O 16 O-0.03; lima jenis isotop yang selebihnya terdapat dalam air dalam jumlah yang boleh diabaikan. Sebagai tambahan kepada varieti isotop yang stabil, air mengandungi sejumlah kecil radioaktif 3 H 2 (atau T 2 O). Komposisi isotop air semula jadi yang berbeza asal usul berbeza-beza. Nisbah 1 H / 2 H sangat tidak stabil: di perairan tawar - purata 6900, dalam air laut - 5500, dalam ais - 5500-9000. Mengikut fizikal sifat D 2 O berbeza dengan ketara daripada air biasa (lihat air berat). Air yang mengandungi 18 O lebih hampir kepada air dengan 16 O.

Fizik. sifat air adalah tidak normal. Pencairan ais di atm. tekanan disertai dengan penurunan jumlah sebanyak 9%. Pekali suhu pengembangan isipadu ais dan air cecair adalah negatif pada t-pax resp. di bawah -210°C dan 3.98°C. Kapasiti haba C ° semasa lebur hampir dua kali ganda dan dalam julat 0-100 ° C hampir bebas daripada suhu (terdapat minimum pada 35 ° C). Iso-terma minimum kebolehmampatan (44.9*10 -11 Pa -1), diperhatikan pada 46°C, dinyatakan dengan jelas. Pada tekanan dan suhu rendah sehingga 30 ° C, kelikatan air berkurangan dengan peningkatan tekanan. Dielektrik tinggi. kebolehtelapan dan momen dipol air menentukan kuasa larutnya yang baik berhubung dengan bahan kutub dan ionogenik. Oleh kerana nilai C ° yang tinggi, dan air adalah pengawal selia iklim yang penting. keadaan di bumi, menstabilkan t-ru di permukaannya. Di samping itu, kedekatan sudut H-O-H dengan satu tetrahedral (109 ° 28 ") menyebabkan kerapuhan struktur ais dan air cecair dan, akibatnya, pergantungan anomali ketumpatan pada t-ry. Oleh itu, takungan besar jangan membeku ke bawah, yang menjadikan kewujudan kehidupan di dalamnya.

Tab. 1 - SIFAT AIR DAN WAP AIR DALAM KESEIMBANGAN

Tetapi ketumpatan pengubahsuaian II-VI adalah jauh lebih rendah daripada yang boleh dimiliki oleh ais dengan pembungkusan padat molekul. Hanya dalam pengubahsuaian VII dan VIII ketumpatan pembungkusan yang cukup tinggi dicapai: dalam strukturnya, dua rangkaian biasa yang dibina daripada tetrahedra (sama seperti yang wujud dalam Ic ais suhu rendah padu, yang isostruktur kepada berlian), dimasukkan satu ke dalam yang lain. ; pada masa yang sama, sistem ikatan hidrogen rectilinear dipelihara, dan koordinasi. bilangan oksigen berganda dan mencapai 8. Susunan atom oksigen dalam ais VII dan VIII adalah serupa dengan susunan atom dalam besi dan banyak logam lain. Dalam ais biasa (Ih) dan padu (Ic), serta dalam ais HI, V-VII, orientasi molekul tidak ditentukan: kedua-dua proton yang paling hampir dengan atom O membentuk ikatan kovalen dengannya, yang boleh. diarahkan kepada mana-mana dua daripada empat atom oksigen yang bersebelahan di bucu tetrahedron. Dielektrik kebolehtelapan pengubahsuaian ini adalah tinggi (lebih tinggi daripada air cecair). Pengubahsuaian II, VIII dan IX disusun mengikut orientasi; dielektrik mereka. kebolehtelapan adalah rendah (lebih kurang 3). Ais VIII ialah varian tertib proton bagi ais VII, dan ais IX ialah ais III. Ketumpatan pengubahsuaian tertib berorientasikan (VIII, IX) adalah hampir dengan ketumpatan pengubahsuaian bercelaru yang sepadan (VII, III).

Air sebagai pelarut. Air larut dengan baik. polar dan tercerai menjadi ion in-va. Biasanya, nilai-p meningkat dengan peningkatan suhu, tetapi kadangkala pergantungan suhu lebih kompleks. Jadi, r-rarity pl. sulfat, karbonat dan fosfat dengan peningkatan t-ry berkurangan atau pertama meningkat, dan kemudian melalui maksimum. Nilai p bagi kekutuban rendah dalam-dalam (termasuk gas yang membentuk atmosfera) dalam air adalah rendah dan dengan peningkatan dalam t-ry ia biasanya mula-mula berkurangan dan kemudian melepasi minimum. Dengan peningkatan tekanan, nilai p gas meningkat, melalui maksimum pada tekanan tinggi. Banyak bahan larut dalam air dan bertindak balas dengannya. Sebagai contoh, ion NH 4 mungkin terdapat dalam larutan NH 3 (lihat juga Hidrolisis). Antara ion yang larut dalam air, atom, molekul yang tidak memasuki hubungan kimia dengannya. daerah, dan

Bahan yang paling penting di planet kita, unik dalam sifat dan komposisinya, sudah tentu, air. Lagipun, ia adalah terima kasih kepadanya bahawa kehidupan wujud di Bumi, sementara ia tidak wujud pada objek lain sistem suria yang diketahui hari ini. Pepejal, cecair, dalam bentuk stim - ia adalah perlu dan penting untuk mana-mana. Air dan sifatnya adalah subjek kajian keseluruhan disiplin saintifik - hidrologi.

Jumlah air di planet ini

Jika kita mempertimbangkan penunjuk jumlah oksida ini dalam semua keadaan pengagregatan, maka ia adalah kira-kira 75% daripada jumlah jisim di planet ini. Dalam kes ini, air terikat dalam sebatian organik, makhluk hidup, mineral dan unsur-unsur lain perlu diambil kira.

Jika kita hanya mengambil kira keadaan cecair dan pepejal air, angka itu akan turun kepada 70.8%. Pertimbangkan bagaimana peratusan ini diagihkan, di mana bahan yang dipersoalkan terkandung.

Air masin di lautan dan laut, tasik masin di Bumi adalah 360 juta km 2.
Air tawar diagihkan secara tidak sekata: di glasier Greenland, Artik, dan Antartika, 16.3 juta km 2 terbungkus dalam ais.
Di sungai segar, paya dan tasik, 5.3 juta km 2 hidrogen oksida tertumpu.
Air bawah tanah ialah 100 juta m 3 .

Itulah sebabnya angkasawan dari angkasa lepas dapat melihat Bumi dalam bentuk bola biru dengan tompok tanah yang jarang ditemui. Air dan sifat-sifatnya, pengetahuan tentang ciri-ciri struktur adalah elemen penting sains. Di samping itu, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, manusia telah mula mengalami kekurangan air tawar yang jelas. Mungkin pengetahuan sebegini akan membantu dalam menyelesaikan masalah ini.

Komposisi air dan struktur molekul

Jika kita mempertimbangkan penunjuk ini, maka sifat-sifat yang dipamerkan oleh bahan yang menakjubkan ini akan segera menjadi jelas. Oleh itu, molekul air terdiri daripada dua atom hidrogen dan satu atom oksigen, oleh itu ia mempunyai formula empirik H 2 O. Selain itu, elektron kedua-dua unsur memainkan peranan penting dalam pembinaan molekul itu sendiri. Mari kita lihat apakah struktur air dan sifat-sifatnya.

Jelas sekali, setiap molekul berorientasikan satu sama lain, dan bersama-sama mereka membentuk kekisi kristal biasa. Adalah menarik bahawa oksida dibina dalam bentuk tetrahedron - atom oksigen di tengah, dan dua pasang elektron dan dua atom hidrogen di sekelilingnya secara tidak simetri. Jika anda melukis garisan melalui pusat nukleus atom dan menyambungkannya, maka anda akan mendapat bentuk geometri tetrahedral.

Sudut antara pusat atom oksigen dan nukleus hidrogen ialah 104.5 0 C. Panjang ikatan O-H ialah 0.0957 nm. Kehadiran pasangan elektron oksigen, serta pertalian elektronnya yang lebih tinggi berbanding hidrogen, memastikan pembentukan medan bercas negatif dalam molekul. Sebaliknya, nukleus hidrogen membentuk bahagian bercas positif sebatian. Oleh itu, ternyata molekul air adalah dipol. Ini menentukan apa yang boleh menjadi air, dan sifat fizikalnya juga bergantung pada struktur molekul. Bagi makhluk hidup, ciri-ciri ini memainkan peranan penting.

Sifat fizikal asas

Ini termasuk kekisi kristal, takat didih dan lebur, dan ciri individu istimewa. Kami akan mempertimbangkan kesemuanya.

Struktur kekisi kristal hidrogen oksida bergantung pada keadaan pengagregatan. Ia boleh menjadi pepejal - ais, cecair - air asas dalam keadaan biasa, gas - wap apabila suhu air meningkat melebihi 100 0 C. Ais membentuk kristal bercorak cantik. Kekisi secara keseluruhannya longgar, tetapi sambungannya sangat kuat, ketumpatannya rendah. Anda boleh melihatnya pada contoh kepingan salji atau corak sejuk pada kaca. Dalam air biasa, kekisi tidak mempunyai bentuk yang tetap, ia berubah dan berpindah dari satu keadaan ke keadaan lain.
Molekul air di angkasa lepas mempunyai bentuk bola yang betul. Walau bagaimanapun, di bawah pengaruh graviti bumi, ia diherotkan dan dalam keadaan cair mengambil bentuk kapal.
Hakikat bahawa struktur hidrogen oksida adalah dipol menentukan sifat-sifat berikut: kekonduksian haba yang tinggi dan kapasiti haba, yang boleh dikesan dalam pemanasan pesat dan penyejukan lama bahan, keupayaan untuk mengorientasikan di sekelilingnya kedua-dua ion dan elektron individu, sebatian. Ini menjadikan air sebagai pelarut universal (kedua-dua polar dan neutral).
Komposisi air dan struktur molekul menjelaskan keupayaan sebatian ini untuk membentuk beberapa ikatan hidrogen, termasuk dengan sebatian lain yang mempunyai pasangan elektron yang tidak dikongsi (ammonia, alkohol, dan lain-lain).
Takat didih air cecair ialah 100 0 C, penghabluran berlaku pada +4 0 C. Di bawah penunjuk ini - ais. Jika anda meningkatkan tekanan, takat didih air akan naik secara mendadak. Jadi, pada atmosfera yang tinggi, plumbum boleh dicairkan di dalamnya, tetapi pada masa yang sama ia tidak akan mendidih (lebih 300 0 C).
Sifat air sangat penting bagi makhluk hidup. Sebagai contoh, salah satu yang paling penting ialah ketegangan permukaan. Ini adalah pembentukan filem pelindung paling nipis pada permukaan hidrogen oksida. Kita bercakap tentang air cair. Amat sukar untuk memecahkan filem ini dengan aksi mekanikal. Para saintis telah mendapati bahawa ia akan mengambil daya yang sama dengan berat 100 tan. Bagaimana untuk melihatnya? Filem ini jelas apabila air menitis perlahan dari paip. Ia boleh dilihat bahawa ia seolah-olah dalam beberapa jenis cangkang, yang diregangkan ke had dan berat tertentu dan keluar dalam bentuk penurunan bulat, sedikit diputarbelitkan oleh graviti. Oleh kerana ketegangan permukaan, banyak objek boleh terapung di permukaan air. Serangga dengan penyesuaian khas boleh bergerak dengan bebas di sepanjangnya.
Air dan sifatnya adalah anomali dan unik. Mengikut parameter organoleptik, sebatian ini adalah cecair tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. Apa yang kita panggil rasa air ialah mineral dan komponen lain yang terlarut di dalamnya.
Kekonduksian elektrik hidrogen oksida dalam keadaan cecair bergantung kepada berapa banyak dan jenis garam yang terlarut di dalamnya. Air suling, yang tidak mengandungi sebarang kekotoran, tidak mengalirkan elektrik.

Ais adalah keadaan air yang istimewa. Dalam struktur keadaan ini, molekul disambungkan antara satu sama lain oleh ikatan hidrogen dan membentuk kekisi kristal yang indah. Tetapi ia agak tidak stabil dan boleh dengan mudah berpecah, cair, iaitu, ubah bentuk. Terdapat banyak lompang antara molekul, dimensi yang melebihi dimensi zarah itu sendiri. Disebabkan ini, ketumpatan ais adalah kurang daripada cecair hidrogen oksida.

Ini sangat penting untuk sungai, tasik dan badan air tawar yang lain. Sesungguhnya, pada musim sejuk, air di dalamnya tidak membeku sepenuhnya, tetapi hanya ditutup dengan kerak padat ais yang lebih ringan yang terapung. Jika sifat ini bukan ciri keadaan pepejal hidrogen oksida, maka takungan akan membeku. Kehidupan di bawah air akan menjadi mustahil.

Di samping itu, keadaan pepejal air adalah sangat penting sebagai sumber sejumlah besar bekalan minuman segar. Ini adalah glasier.

Fenomena titik tiga boleh dipanggil sifat khas air. Ini adalah keadaan di mana ais, wap dan cecair boleh wujud secara serentak. Ini memerlukan syarat seperti:

tekanan tinggi - 610 Pa;
suhu 0.01 0 С.

Ketelusan air berbeza-beza bergantung kepada kekotoran asing. Cecair boleh menjadi telus sepenuhnya, opalescent, mendung. Gelombang warna kuning dan merah diserap, sinar ungu menembusi secara mendalam.

Sifat kimia

Air dan sifatnya adalah alat penting dalam memahami banyak proses kehidupan. Oleh itu, mereka dikaji dengan sangat baik. Jadi, hidrokimia berminat dengan air dan sifat kimianya. Antaranya adalah seperti berikut:

Ketegaran. Ini adalah harta sedemikian, yang dijelaskan oleh kehadiran garam kalsium dan magnesium, ion mereka dalam larutan. Ia dibahagikan kepada kekal (garam logam yang dinamakan: klorida, sulfat, sulfit, nitrat), sementara (hidrokarbonat), yang disingkirkan dengan mendidih. Di Rusia, air dilembutkan secara kimia sebelum digunakan untuk kualiti yang lebih baik.
Mineralisasi. Sifat berdasarkan momen dipol hidrogen oksida. Oleh kerana kehadirannya, molekul dapat melekat pada diri mereka sendiri banyak bahan lain, ion dan menahannya. Beginilah bagaimana sekutu, klatrat dan persatuan lain dibentuk.
sifat redoks. Sebagai pelarut universal, mangkin, bersekutu, air mampu berinteraksi dengan banyak sebatian ringkas dan kompleks. Dengan sesetengahnya, ia bertindak sebagai agen pengoksidaan, dengan yang lain - sebaliknya. Sebagai agen pengurangan, ia bertindak balas dengan halogen, garam, beberapa logam kurang aktif, dan dengan banyak bahan organik. Transformasi terakhir dikaji oleh kimia organik. Air dan sifatnya, khususnya sifat kimianya, menunjukkan betapa serba boleh dan uniknya. Sebagai agen pengoksidaan, ia bertindak balas dengan logam aktif, beberapa garam binari, banyak sebatian organik, karbon, dan metana. Secara umumnya, tindak balas kimia yang melibatkan bahan tertentu memerlukan pemilihan keadaan tertentu. Ia adalah daripada mereka bahawa hasil tindak balas akan bergantung.
sifat biokimia. Air adalah sebahagian daripada semua proses biokimia badan, sebagai pelarut, pemangkin dan medium.
Interaksi dengan gas dengan pembentukan klatrat. Air cecair biasa boleh menyerap walaupun gas tidak aktif secara kimia dan meletakkannya di dalam rongga antara molekul struktur dalaman. Sebatian sedemikian dipanggil clathrates.
Dengan banyak logam, hidrogen oksida membentuk hidrat kristal, di mana ia digabungkan tidak berubah. Sebagai contoh, kuprum sulfat (CuSO 4 * 5H 2 O), serta hidrat biasa (NaOH * H 2 O dan lain-lain).
Air dicirikan oleh tindak balas sebatian di mana kelas bahan baru (asid, alkali, bes) terbentuk. Mereka bukan redoks.
Elektrolisis. Di bawah tindakan arus elektrik, molekul terurai menjadi gas konstituen - hidrogen dan oksigen. Salah satu cara untuk mendapatkannya adalah di makmal dan industri.

Dari sudut pandangan teori Lewis, air ialah asid lemah dan bes lemah pada masa yang sama (ampholyte). Iaitu, kita boleh mengatakan tentang amfoterisiti tertentu dalam sifat kimia.

Air dan khasiatnya untuk makhluk hidup

Sukar untuk menilai terlalu tinggi kepentingan hidrogen oksida untuk semua makhluk hidup. Lagipun, air adalah sumber kehidupan. Adalah diketahui bahawa tanpanya seseorang tidak dapat hidup walaupun seminggu. Air, sifat dan kepentingannya adalah sangat besar.

Ia adalah universal, iaitu, mampu melarutkan kedua-dua sebatian organik dan bukan organik, pelarut yang bertindak dalam sistem hidup. Itulah sebabnya air adalah sumber dan medium untuk aliran semua transformasi biokimia pemangkin, dengan pembentukan sebatian kompleks penting yang kompleks.
Keupayaan untuk membentuk ikatan hidrogen menjadikan bahan ini universal dalam mengekalkan suhu tanpa mengubah keadaan pengagregatan. Jika ini tidak begitu, maka pada penurunan sedikit pun dalam darjah, ia akan bertukar menjadi ais di dalam makhluk hidup, menyebabkan kematian sel.
Bagi seseorang, air adalah sumber semua barangan dan keperluan asas rumah: memasak, membasuh, membersihkan, mandi, mandi dan berenang, dan sebagainya.
Loji industri (kimia, tekstil, kejuruteraan, makanan, kilang penapisan minyak dan lain-lain) tidak akan dapat menjalankan kerja mereka tanpa penyertaan hidrogen oksida.
Sejak dahulu lagi dipercayai bahawa air adalah sumber kesihatan. Ia digunakan dan digunakan hari ini sebagai bahan perubatan.
Tumbuhan menggunakannya sebagai sumber pemakanan utama mereka, kerana ia menghasilkan oksigen, gas yang memungkinkan kehidupan di planet kita.

Terdapat berpuluh-puluh lagi sebab mengapa air adalah bahan yang paling meluas, penting dan diperlukan untuk semua objek hidup dan buatan. Kami hanya memberikan yang paling jelas, yang utama.

Kitaran air hidrologi

Dalam erti kata lain, ini adalah kitaran semula jadinya. Proses yang sangat penting yang membolehkan anda sentiasa menambah bekalan air yang hilang. Bagaimana ia berlaku?

Terdapat tiga peserta utama: perairan bawah tanah (atau tanah), perairan permukaan dan lautan. Atmosfera, yang mengembun dan mengeluarkan kerpasan, juga penting. Juga peserta aktif dalam proses ini adalah tumbuhan (terutamanya pokok) yang boleh menyerap sejumlah besar air setiap hari.

Jadi prosesnya seperti ini. Air bawah tanah memenuhi kapilari bawah tanah dan mengalir turun ke permukaan dan Lautan Dunia. Air permukaan kemudiannya diambil oleh tumbuhan dan dibawa ke alam sekitar. Penyejatan juga berlaku dari kawasan luas lautan, laut, sungai, tasik dan badan air lain. Apabila berada di atmosfera, apakah yang dilakukan oleh air? Ia terpeluwap dan tumpah kembali sebagai pemendakan (hujan, salji, hujan batu).

Sekiranya proses ini tidak berlaku, maka bekalan air, terutamanya air tawar, sudah lama berakhir. Itulah sebabnya orang ramai memberi perhatian yang besar kepada perlindungan dan kitaran hidrologi biasa.

Konsep air berat

Secara semula jadi, hidrogen oksida wujud sebagai campuran isotopologi. Ini disebabkan oleh fakta bahawa hidrogen membentuk tiga jenis isotop: protium 1 H, deuterium 2 H, tritium 3 H. Oksigen, seterusnya, juga tidak ketinggalan dan membentuk tiga bentuk stabil: 16 O, 17 O, 18 O Ia adalah terima kasih kepada Oleh itu, terdapat bukan sahaja air protium biasa daripada komposisi H 2 O (1 H dan 16 O), tetapi juga deuterium dan tritium.

Pada masa yang sama, ia adalah deuterium (2 H) yang stabil dalam struktur dan bentuk, yang termasuk dalam komposisi hampir semua perairan semula jadi, tetapi dalam kuantiti yang kecil. Itu yang mereka panggil berat. Ia agak berbeza daripada biasa atau mudah dalam semua aspek.

Air berat dan sifatnya dicirikan oleh beberapa titik.

Menghablur pada suhu 3.82 0 C.
Mendidih diperhatikan pada 101.42 0 C.
Ketumpatan ialah 1.1059 g/cm 3 .
Sebagai pelarut, ia adalah beberapa kali lebih teruk daripada air ringan.
Ia mempunyai formula kimia D 2 O.

Apabila menjalankan eksperimen yang menunjukkan kesan air tersebut ke atas sistem hidupan, didapati hanya jenis bakteria tertentu sahaja yang boleh hidup di dalamnya. Ia mengambil masa untuk koloni untuk menyesuaikan diri dan menyesuaikan diri. Tetapi, setelah menyesuaikan diri, mereka memulihkan sepenuhnya semua fungsi penting (pembiakan, pemakanan). Selain itu, keluli sangat tahan terhadap kesan sinaran radioaktif. Eksperimen terhadap katak dan ikan tidak memberikan hasil yang positif.

Bidang moden penggunaan deuterium dan air berat yang terbentuk olehnya ialah kejuruteraan tenaga nuklear dan nuklear. Air sedemikian boleh diperolehi di bawah keadaan makmal dengan elektrolisis air biasa - ia terbentuk sebagai produk sampingan. Deuterium sendiri terbentuk melalui penyulingan berulang hidrogen dalam peranti khas. Penggunaannya adalah berdasarkan keupayaan untuk memperlahankan sintesis neutron dan tindak balas proton. Ia adalah air berat dan isotop hidrogen yang menjadi asas untuk mencipta bom nuklear dan hidrogen.

Eksperimen mengenai penggunaan air deuterium oleh orang dalam kuantiti yang kecil telah menunjukkan bahawa ia tidak bertahan lama - pengeluaran lengkap diperhatikan selepas dua minggu. Tidak mustahil untuk menggunakannya sebagai sumber kelembapan sepanjang hayat, tetapi kepentingan teknikalnya sangat besar.

Air cair dan penggunaannya

Sejak zaman purba, sifat-sifat air tersebut telah dikenal pasti oleh manusia sebagai penyembuhan. Telah lama diperhatikan bahawa apabila salji mencair, haiwan cuba minum air dari lopak yang terbentuk. Kemudian, struktur dan kesan biologinya pada tubuh manusia dikaji dengan teliti.

Air cair, tanda dan sifatnya berada di tengah-tengah antara cahaya biasa dan ais. Dari dalam, ia terbentuk bukan sahaja oleh molekul, tetapi oleh satu set kelompok yang dibentuk oleh kristal dan gas. Iaitu, di dalam lompang antara bahagian struktur kristal adalah hidrogen dan oksigen. Secara umum, struktur air cair adalah serupa dengan struktur ais - strukturnya dipelihara. Sifat fizikal hidrogen oksida tersebut berubah sedikit berbanding dengan yang biasa. Walau bagaimanapun, kesan biologi pada badan adalah sangat baik.

Apabila air dibekukan oleh pecahan pertama, bahagian yang lebih berat bertukar menjadi ais - ini adalah isotop deuterium, garam dan kekotoran. Oleh itu, teras ini harus dikeluarkan. Tetapi selebihnya adalah air yang tulen, tersusun dan sihat. Apakah kesan pada badan? Para saintis Institut Penyelidikan Donetsk menamakan jenis penambahbaikan berikut:

Percepatan proses pemulihan.
Menguatkan imuniti.
Selepas menyedut air sedemikian, kanak-kanak pulih dan menyembuhkan selsema, batuk, hidung berair dan sebagainya.
Memperbaiki pernafasan, keadaan laring dan membran mukus.
Kesejahteraan umum seseorang, peningkatan aktiviti.

Hari ini, terdapat beberapa penyokong rawatan dengan air cair, yang menulis ulasan positif mereka. Walau bagaimanapun, terdapat saintis, termasuk pakar perubatan, yang tidak menyokong pandangan ini. Mereka percaya bahawa tidak akan ada mudarat dari air tersebut, tetapi akan ada sedikit manfaat.

Tenaga

Mengapakah sifat air boleh berubah dan dipulihkan apabila peralihan kepada keadaan pengagregatan yang berbeza? Jawapan kepada soalan ini adalah seperti berikut: sebatian ini mempunyai ingatan maklumat sendiri, yang merekodkan semua perubahan dan membawa kepada pemulihan struktur dan sifat pada masa yang tepat. Medan biotenaga yang melaluinya sebahagian daripada air (yang berasal dari angkasa lepas) membawa cas tenaga yang kuat. Corak ini sering digunakan dalam rawatan. Walau bagaimanapun, dari sudut perubatan, tidak setiap air mampu memberi kesan yang baik, termasuk maklumat.

Air berstruktur - apakah itu?

Ini adalah air yang mempunyai struktur molekul yang sedikit berbeza, susunan kekisi kristal (seperti yang diperhatikan dalam ais), tetapi ia masih cecair (cairan juga tergolong dalam jenis ini). Dalam kes ini, komposisi air dan sifatnya, dari sudut pandangan saintifik, tidak berbeza daripada ciri-ciri hidrogen oksida biasa. Oleh itu, air berstruktur tidak boleh mempunyai kesan penyembuhan yang begitu luas yang disifatkan oleh esoterik dan penyokong perubatan alternatif kepadanya.

O.V. Mosin

Air berat (deuterium oksida) - mempunyai formula kimia yang sama seperti air biasa, tetapi bukannya atom hidrogen ia mengandungi dua isotop hidrogen berat - atom deuterium. Formula untuk air hidrogen berat biasanya ditulis sebagai: D2O atau 2H2O. Secara luaran, air berat kelihatan seperti air biasa - cecair tidak berwarna tanpa rasa dan bau.

Menurut sifatnya, air berat berbeza dengan ketara daripada air biasa. Tindak balas dengan air berat berjalan lebih perlahan daripada air biasa; pemalar pemisahan molekul air berat adalah lebih rendah daripada air biasa.

Molekul air hidrogen berat pertama kali ditemui dalam air semula jadi oleh Harold Urey pada tahun 1932. Dan sudah pada tahun 1933, Gilbert Lewis memperoleh air hidrogen berat tulen dengan elektrolisis air biasa.

Di perairan semula jadi, nisbah antara air berat dan biasa ialah 1:5500 (dengan mengandaikan bahawa semua deuterium adalah dalam bentuk air berat D2O, walaupun sebenarnya ia sebahagiannya dalam komposisi HDO air separuh berat).

Air berat hanya beracun sedikit, tindak balas kimia dalam persekitarannya agak perlahan berbanding air biasa, ikatan hidrogen yang melibatkan deuterium agak kuat daripada biasa. Eksperimen ke atas mamalia telah menunjukkan bahawa penggantian 25% hidrogen dalam tisu dengan deuterium membawa kepada kemandulan, kepekatan yang lebih tinggi membawa kepada kematian pesat haiwan itu. Walau bagaimanapun, sesetengah mikroorganisma mampu hidup dalam 70% air berat (protozoa) dan juga dalam air berat tulen (bakteria). Seseorang boleh minum segelas air berat tanpa bahaya yang ketara kepada kesihatan, semua deuterium akan dikeluarkan dari badan dalam beberapa hari. Dalam hal ini, air berat adalah kurang toksik daripada garam meja, sebagai contoh.

Air berat terkumpul dalam baki elektrolit semasa elektrolisis air berulang. Di udara terbuka, air berat cepat menyerap wap air biasa, jadi kita boleh mengatakan bahawa ia adalah higroskopik. Pengeluaran air berat adalah sangat intensif tenaga, jadi kosnya agak tinggi (kira-kira $200-250 per kg).

Sifat fizikal air biasa dan berat

Ciri-ciri fizikal

Jisim molekul

Ketumpatan pada 20°C (g/cm3)

t° penghabluran (°C)

suhu mendidih (°C)

sifat air berat

Sifat terpenting air berat ialah ia boleh dikatakan tidak menyerap neutron, oleh itu ia digunakan dalam reaktor nuklear untuk memperlahankan neutron dan sebagai penyejuk. Ia juga digunakan sebagai pengesan isotop dalam kimia dan biologi. Dalam fizik zarah, air berat digunakan untuk mengesan neutrino; sebagai contoh, pengesan neutrino suria terbesar di Kanada mengandungi 1 kiloton air berat.

Para saintis Rusia dari PNPI telah membangunkan teknologi asli untuk pengeluaran dan penulenan air berat di loji perintis. Pada tahun 1995, yang pertama di Rusia dan salah satu loji perintis pertama di dunia telah mula beroperasi berdasarkan kaedah pertukaran isotop dalam sistem hidrogen air dan elektrolisis air (EVIO).

Kecekapan tinggi loji EVIO memungkinkan untuk mendapatkan air berat dengan kandungan deuterium > 99.995% pada. Teknologi terbukti memastikan kualiti air berat yang tinggi, termasuk pembersihan air berat yang mendalam daripada tritium kepada aktiviti sisa, yang membolehkan penggunaan air berat untuk tujuan perubatan dan saintifik tanpa sekatan. Keupayaan kemudahan itu memungkinkan untuk memenuhi sepenuhnya keperluan perusahaan dan organisasi Rusia dalam air berat dan deuterium, serta untuk mengeksport sebahagian daripada produk. Semasa kerja, lebih daripada 20 tan air berat dan puluhan kilogram deuterium gas telah dihasilkan untuk keperluan Rosatom dan perusahaan Rusia yang lain.

Terdapat juga air separa berat (atau deuterium), di mana hanya satu atom hidrogen digantikan oleh deuterium. Formula untuk air tersebut ditulis seperti berikut: DHO.

Istilah air berat juga digunakan berhubung dengan air di mana mana-mana atom telah digantikan oleh isotop berat:

Kepada air oksigen berat (di dalamnya isotop oksigen ringan 16O digantikan oleh isotop berat 17O atau 18O),

Kepada tritium dan air sangat berat (mengandungi isotop radioaktif tritium 3H dan bukannya atom 1H).

Jika kita mengira semua sebatian yang mungkin berbeza dengan formula am H2O, maka jumlah "air berat" yang mungkin akan mencapai 48. Daripada jumlah ini, 39 pilihan adalah radioaktif, dan terdapat hanya sembilan pilihan yang stabil: H216O, H217O, H218O, HD16O , HD17O, HD18O, D216O, D217O , D218O. Sehingga kini, tidak semua varian air berat diperoleh di makmal.

Air berat memainkan peranan penting dalam pelbagai proses biologi.. Penyelidik Rusia telah lama mendapati bahawa air berat menghalang pertumbuhan bakteria, alga, kulat, tumbuhan yang lebih tinggi, dan kultur tisu haiwan. Tetapi air dengan kepekatan deuterium dikurangkan kepada 50% (yang dipanggil "air bebas deuterium") mempunyai sifat antimutagenik, meningkatkan biojisim dan bilangan benih, mempercepatkan perkembangan organ kemaluan dan merangsang spermatogenesis pada burung.

Di luar negara, mereka cuba minum tikus dengan tumor malignan dengan air yang berat. Air itu ternyata benar-benar mati: ia membunuh tumor dan tikus. Pelbagai penyelidik telah mendapati bahawa air berat mempunyai kesan negatif terhadap tumbuhan dan organisma hidup. Anjing eksperimen, tikus dan tikus diberi air, satu pertiga daripadanya digantikan dengan air berat. Selepas masa yang singkat, gangguan metabolik haiwan bermula, buah pinggang dimusnahkan. Dengan peningkatan dalam bahagian air yang berat, haiwan itu mati. Sebaliknya, penurunan kandungan deuterium sebanyak 25% di bawah norma dalam air yang diberikan kepada haiwan mempunyai kesan yang baik terhadap perkembangan mereka: babi, tikus dan tikus melahirkan anak berkali-kali lebih banyak dan lebih besar daripada biasa, dan pengeluaran telur ayam meningkat dua kali ganda.

Kemudian penyelidik Rusia mengambil air "ringan". Eksperimen telah dilakukan pada 3 model tumor yang boleh dipindahkan: karsinoma paru-paru Lewis, sarkoma rahim yang berkembang pesat, dan kanser serviks yang tumbuh perlahan. Air "bebas Deuterium" diperoleh oleh penyelidik menggunakan teknologi yang dibangunkan di Institut Biologi Angkasa. Kaedah ini berdasarkan elektrolisis air suling. Dalam kumpulan eksperimen, haiwan dengan tumor yang dipindahkan menerima air dengan kandungan deuterium yang dikurangkan, dalam kumpulan kawalan - air biasa. Haiwan mula minum "diringankan" dan mengawal air pada hari inokulasi tumor dan menerimanya sehingga hari terakhir kehidupan.

Air yang dikurangkan dengan Deuterium melambatkan penampilan nodul pertama di tapak pemindahan kanser serviks. Pada masa berlakunya nodul jenis tumor lain, air ringan tidak berfungsi. Tetapi dalam semua kumpulan eksperimen, bermula dari hari pertama pengukuran dan hampir sehingga akhir eksperimen, jumlah tumor adalah kurang daripada kumpulan kawalan. Malangnya, walaupun air berat menghalang perkembangan semua tumor yang dikaji, ia tidak memanjangkan hayat tikus eksperimen.

Dan kemudian ada suara yang menyokong penyingkiran sepenuhnya deuterium dari air yang digunakan untuk makanan. Ini akan membawa kepada pecutan proses metabolik dalam tubuh manusia, dan, akibatnya, kepada peningkatan dalam aktiviti fizikal dan inteleknya. Tetapi kebimbangan tidak lama kemudian timbul bahawa penyingkiran sepenuhnya deuterium dari air akan membawa kepada pengurangan dalam keseluruhan tempoh kehidupan manusia. Lagipun, kita tahu bahawa badan kita hampir 70% air. Dan air ini mengandungi 0.015% deuterium. Dari segi kandungan kuantitatif (dalam peratusan atom), ia menduduki tempat ke-12 di antara unsur kimia yang membentuk tubuh manusia. Dalam hal ini, ia harus dikelaskan sebagai mikronutrien. Kandungan unsur surih seperti tembaga, besi, zink, molibdenum, mangan dalam badan kita adalah berpuluh-puluh dan ratusan kali kurang daripada deuterium. Apakah yang berlaku jika semua deuterium dikeluarkan? Sains masih belum menjawab soalan ini. Sementara itu, fakta yang tidak diragukan ialah dengan mengubah kandungan kuantitatif deuterium dalam organisma tumbuhan atau haiwan, kita boleh mempercepatkan atau memperlahankan perjalanan proses kehidupan.