Hva betyr vann i kjemi. Formler for kovalente bindinger

Vann er et av de vanligste stoffene i naturen (hydrosfæren opptar 71 % av jordens overflate). Vann spiller en viktig rolle i planetens geologi og historie. Levende organismer kan ikke eksistere uten vann. Faktum er at menneskekroppen er nesten 63% - 68% vann. Nesten alle biokjemiske reaksjoner i hver levende celle er reaksjoner i vandige løsninger ... I løsninger (hovedsakelig vandige) foregår de fleste teknologiske prosesser i kjemisk industri, i produksjon av medisiner og matprodukter. Og i metallurgi er vann ekstremt viktig, og ikke bare for kjøling. Det er ingen tilfeldighet at hydrometallurgi – utvinning av metaller fra malm og konsentrater ved bruk av løsninger av ulike reagenser – har blitt en viktig industri.

Vann, du har ingen farge, ingen smak, ingen lukt,
du kan ikke beskrives, du nyter,
uten å vite hva du er. Kan ikke si
det som er nødvendig for livet: du er livet selv.
Du fyller oss med glede
som ikke kan forklares med våre følelser.
Med deg kommer styrken tilbake til oss,
som vi allerede har sagt farvel.
Ved din nåde begynner vi på nytt
koke de tørre brønnene i våre hjerter.
(A. de Saint-Exupery. Planet of people)

Jeg skrev et essay om emnet "Vann er det mest fantastiske stoffet i verden." Jeg valgte dette emnet fordi det er det mest relevante emnet, siden vann er det viktigste stoffet på jorden uten som ingen levende organisme kan eksistere og ingen biologiske, kjemiske reaksjoner og teknologiske prosesser kan finne sted.

Vann er det mest fantastiske stoffet på jorden

Vann er et kjent og uvanlig stoff. Den kjente sovjetiske vitenskapsmannen akademiker I. V. Petryanov kalte sin populærvitenskapelige bok om vann "det mest ekstraordinære stoffet i verden." Og "Entertaining Physiology", skrevet av Doctor of Biological Sciences B.F. Sergeev, begynner med et kapittel om vann - "Substansen som skapte planeten vår."
Forskere har helt rett: det er ingen substans på jorden som er viktigere for oss enn vanlig vann, og samtidig er det ikke noe annet slikt stoff, i hvis egenskaper det ville være like mange motsetninger og anomalier som i dets egenskaper.

Nesten 3/4 av overflaten på planeten vår er okkupert av hav og hav. Fast vann - snø og is - dekker 20 % av landet. Planetens klima er avhengig av vann. Geofysikere sier at jorden ville ha kjølt seg ned for lenge siden og blitt til et livløst stykke stein, hvis ikke for vann. Hun har veldig høy varmekapasitet. Ved oppvarming absorberer den varme; kjøler seg ned, gir det bort. Terrestrisk vann både absorberer og returnerer mye varme og «jevner» dermed klimaet. Og jorden er beskyttet mot kosmisk kulde av de vannmolekylene som er spredt i atmosfæren - i skyer og i form av damper ... du kan ikke klare deg uten vann - dette er det viktigste stoffet på jorden.
Strukturen til vannmolekylet

Vannets oppførsel er "ulogisk". Det viser seg at overgangene av vann fra fast tilstand til flytende og gassform skjer ved temperaturer som er mye høyere enn de burde. Det er funnet en forklaring på disse anomaliene. Vannmolekylet H 2 O er bygget i form av en trekant: vinkelen mellom de to oksygen-hydrogenbindingene er 104 grader. Men siden begge hydrogenatomene er plassert på samme side av oksygen, spres de elektriske ladningene i den. Vannmolekylet er polart, noe som er årsaken til det spesielle samspillet mellom dets forskjellige molekyler. Hydrogenatomene i H 2 O-molekylet, som har en delvis positiv ladning, samhandler med elektronene til oksygenatomene til nabomolekylene. En slik kjemisk binding kalles en hydrogenbinding. Den kombinerer H 2 O-molekyler til unike romlige polymerer; planet som hydrogenbindingene befinner seg i, er vinkelrett på planet til atomene til det samme H 2 O-molekylet. Samspillet mellom vannmolekyler forklarer først og fremst de uregelmessig høye temperaturene ved dets smelting og koking. Ytterligere energi er nødvendig for å løsne og deretter bryte hydrogenbindingene. Og denne energien er veldig viktig. Det er derfor forresten varmekapasiteten til vann er så høy.

Hvilke bindinger har H 2 O?

Vannmolekylet har to polare H-O kovalente bindinger.

De dannes på grunn av overlapping av to en-elektron p - skyer av et oksygenatom og ett-elektron S - skyer av to hydrogenatomer.

Oksygenatomet i vannmolekylet har fire elektronpar. To av dem er involvert i dannelsen av kovalente bindinger, dvs. er bindende. De to andre elektronparene er ikke-bindende.

Det er fire ladningspoler i et molekyl: to er positive og to er negative. Positive ladninger er konsentrert ved hydrogenatomer, siden oksygen er mer elektronegativt enn hydrogen. To negative poler faller på to ikke-bindende elektronpar med oksygen.

En slik idé om strukturen til molekylet gjør det mulig å forklare mange egenskaper til vann, spesielt strukturen til is. I krystallgitteret av is er hvert av molekylene omgitt av fire andre. I et plant bilde kan dette representeres som følger:

Diagrammet viser at forbindelsen mellom molekyler utføres gjennom et hydrogenatom:
Det positivt ladede hydrogenatomet til ett vannmolekyl tiltrekkes av det negativt ladede oksygenatomet til et annet vannmolekyl. En slik binding kalles en hydrogenbinding (den er betegnet med prikker). Når det gjelder styrke, er en hydrogenbinding omtrent 15–20 ganger svakere enn en kovalent binding. Derfor brytes hydrogenbindingen lett, noe som for eksempel observeres under fordampning av vann.

Strukturen til flytende vann ligner den til is. I flytende vann er molekylene også forbundet med hverandre gjennom hydrogenbindinger, men strukturen til vann er mindre «stiv» enn isens. På grunn av den termiske bevegelsen til molekyler i vann brytes noen hydrogenbindinger, andre dannes.

Fysiske egenskaper til H 2 O

Vann, H 2 O, luktfri, smakløs, fargeløs væske (blåaktig i tykke lag); tetthet 1 g / cm 3 (ved 3,98 grader), t pl \u003d 0 grader, t kip \u003d 100 grader.
Det finnes forskjellige typer vann: flytende, fast og gassformig.
Vann er det eneste stoffet i naturen som, under terrestriske forhold, eksisterer i alle tre aggregeringstilstander:

væske - vann
solid - is
gass - damp

Den sovjetiske forskeren V. I. Vernadsky skrev: "Vann skiller seg ut i historien til planeten vår. Det er ingen naturlig kropp som kan sammenlignes med den når det gjelder dens innflytelse på løpet av de viktigste, mest grandiose geologiske prosessene. Det er ingen terrestrisk substans - et steinmineral, en levende kropp, som ikke ville inneholde det.All jordisk materie er gjennomsyret og omfavnet av den.

Kjemiske egenskaper til H 2 O

Av de kjemiske egenskapene til vann er molekylenes evne til å dissosiere (dekomponere) til ioner og vannets evne til å løse opp stoffer av ulik kjemisk natur spesielt viktig. Vannets rolle som hoved- og universalløsningsmiddel bestemmes først og fremst av polariteten til molekylene (forskyvningen av sentrene for positive og negative ladninger) og som et resultat av dens ekstremt høye dielektriske konstant. Motsatte elektriske ladninger, og spesielt ioner, tiltrekkes av hverandre i vann 80 ganger svakere enn de ville bli tiltrukket i luft. Kraftene til gjensidig tiltrekning mellom molekylene eller atomene i en kropp nedsenket i vann er også svakere enn i luft. I dette tilfellet er det lettere for termisk bevegelse å skille molekylene. Det er derfor oppløsning skjer, inkludert mange vanskelig løselige stoffer: en dråpe sliter bort en stein ...

Dissosiasjon (desintegrasjon) av vannmolekyler til ioner:
H 2 O → H + + OH, eller 2H 2 O → H 3 O (hydroksylion) + OH
under normale forhold er ekstremt ubetydelig; i gjennomsnitt dissosierer ett molekyl av 500 000 000. Det må tas i betraktning at den første av ligningene ovenfor er rent betinget: et proton H uten et elektronskall kan ikke eksistere i et vandig medium. Det kombineres umiddelbart med et vannmolekyl, danner et hydroksidion H 3 O. Tenk selv på at tilknytningene til vannmolekyler faktisk brytes opp til mye tyngre ioner, som f.eks.
8H 2 O → HgO 4 + H 7 O 4 , og reaksjonen H 2 O → H + + OH - er bare et sterkt forenklet skjema for den virkelige prosessen.

Reaktiviteten til vann er relativt lav. Riktignok er noen aktive metaller i stand til å fortrenge hydrogen fra det:
2Na+2H2O → 2NaOH+H2,

og i en atmosfære av fritt fluor kan vann brenne:
2F2 +2H20 -> 4HF+02.

Vanlige iskrystaller består også av lignende molekylære forbindelser av molekylære forbindelser. "Pakkningen" av atomer i en slik krystall er ikke ionisk, og is leder dårlig varme. Tettheten til flytende vann ved en temperatur nær null er større enn for is. Ved 0°C opptar 1 gram is et volum på 1,0905 cm 3 og 1 gram flytende vann - 1,0001 cm 3 . Og isen flyter, det er derfor reservoarene ikke fryser gjennom, men er bare dekket med et isdekke. Dette er en annen anomali av vann: etter smelting trekker det seg først sammen, og først da, ved overgangen til 4 grader, med en ytterligere prosess, begynner det å utvide seg. Ved høye trykk kan vanlig is gjøres om til såkalt is - 1, is - 2, is - 3 osv. - tyngre og tettere krystallinske former av dette stoffet. Den hardeste, tetteste og mest ildfaste hittil er is - 7 - oppnådd ved et trykk på 3 kilo Pa. Den smelter ved 190 grader.

Vannets kretsløp i naturen

Menneskekroppen er gjennomsyret av millioner av blodårer. Store arterier og vener forbinder kroppens hovedorganer med hverandre, mindre fletter dem fra alle sider, de tynneste kapillærene når nesten hver eneste celle. Enten du graver et hull, sitter på en leksjon eller sover lykkelig, strømmer blodet hele tiden gjennom dem, og kobler hjernen og magen, nyrene og leveren, øynene og musklene sammen til et enkelt system i menneskekroppen. Hva er blodet til?

Blod frakter oksygen fra lungene og næringsstoffer fra magen til hver celle i kroppen din. Blod samler opp avfallsstoffer fra alle, selv de mest bortgjemte hjørnene av kroppen, og frigjør det fra karbondioksid og annet unødvendig, inkludert farlige stoffer. Blod bærer gjennom hele kroppen spesielle stoffer - hormoner som regulerer og koordinerer arbeidet til forskjellige organer. Med andre ord, blod forbinder forskjellige deler av kroppen til et enkelt system, til en godt koordinert og effektiv organisme.

Planeten vår har også et sirkulasjonssystem. Jordens blod er vann, og blodårene er elver, bekker, bekker og innsjøer. Og dette er ikke bare en sammenligning, en kunstnerisk metafor. Vann på jorden spiller samme rolle som blod i menneskekroppen, og som forskere nylig har lagt merke til, er strukturen til elvenettverket veldig lik strukturen til det menneskelige sirkulasjonssystemet. "Naturens vognfører" - slik kalte den store Leonardo da Vinci vann, det var hun som gikk fra jord til planter, fra planter til atmosfæren, strømmet langs elver fra kontinentene til havene og returnerte tilbake med luftstrømmer , forbinder ulike komponenter i naturen med hverandre, og gjør dem om til et enkelt geografisk system. Vann går ikke bare fra en naturlig komponent til en annen. Som blod bærer det en enorm mengde kjemikalier med seg, og eksporterer dem fra jorda til planter, fra land til innsjøer og hav, fra atmosfæren til jorden. Alle planter kan konsumere næringsstoffene som finnes i jorda bare med vann, der de er i oppløst tilstand. Hvis det ikke var for tilstrømningen av vann fra jorda til plantene, ville alle urter, også de som vokser på de rikeste jordene, dø «av sult», som en kjøpmann som sultet i hjel på en gullkiste. Vann tilfører næringsstoffer til innbyggerne i elver, innsjøer og hav. Bekker som flyter lystig fra åkre og enger under vårens snøsmelting eller etter sommerregn samler kjemikalier som er lagret i jorda underveis og fører dem til innbyggerne i reservoarer og havet, og forbinder derved land- og vannområdene på planeten vår. Det rikeste "bordet" er dannet på de stedene hvor næringsholdige elver renner ut i innsjøer og hav. Derfor er slike deler av kysten - elvemunninger - preget av et opprør av undervannsliv. Og hvem disponerer avfallet som genereres av de ulike geografiske systemene? Igjen, vann, og som en akselerator, fungerer det mye bedre enn det menneskelige sirkulasjonssystemet, som bare delvis utfører denne funksjonen. Vannets rensende rolle er spesielt viktig nå, når en person forgifter miljøet med avfall fra byer, industri- og landbruksbedrifter. Kroppen til en voksen inneholder omtrent 5-6 kg. blod, hvorav det meste sirkulerer kontinuerlig mellom ulike deler av kroppen hans. Og hvor mye vann tjener livet i vår verden?

Alle vannet på jorden som ikke er en del av bergartene er forent av konseptet "hydrosfære". Vekten er så stor at den vanligvis ikke måles i kilogram eller tonn, men i kubikkilometer. En kubikkkilometer er en kube med størrelsen på hver kant på 1 km, konstant okkupert av vann. Vekten av 1 km 3 vann er lik 1 milliard tonn. Hele jorden inneholder 1,5 milliarder km 3 vann, som er omtrent 1500000000000000000000 tonn i vekt! For hver person er det 1,4 km 3 vann, eller 250 millioner tonn. Drikk, jeg vil ikke!
Men dessverre er ikke alt så enkelt. Faktum er at 94% av dette volumet er vannet i havene, som ikke er egnet for de fleste økonomiske formål. Kun 6 % er landvann, hvorav kun 1/3 er fersk, d.v.s. bare 2 % av det totale volumet av hydrosfæren. Hovedtyngden av dette ferskvannet er konsentrert i isbreer. Betydelig mindre av dem finnes under jordens overflate (i grunne underjordiske, vannhorisonter, i underjordiske innsjøer, i jordsmonn, så vel som i atmosfæriske damper. Svært få faller på andelen elver, hvorfra folk hovedsakelig tar vann - 1,2 tusen km 3. Det totale volumet av vann som finnes i levende organismer om gangen er absolutt ubetydelig. Så det er ikke så mye vann på planeten vår som kan konsumeres av mennesker og andre levende organismer. Men hvorfor tar det ikke slutt? mennesker og dyr de drikker konstant vann, planter fordamper det inn i atmosfæren, og elver fører det ut i havet.

Hvorfor går ikke jorden tom for vann?

Det menneskelige sirkulasjonssystemet er et lukket kretsløp som blod strømmer kontinuerlig gjennom, og bærer oksygen og karbondioksid, næringsstoffer og avfallsstoffer. Denne strømmen tar aldri slutt, fordi den er en sirkel eller en ring, og som du vet, "ringen har ingen ende." Vannnettverket til planeten vår er ordnet etter samme prinsipp. Vann på jorden er i konstant sirkulasjon, og tapet i en kobling fylles umiddelbart på grunn av strømmen fra en annen. Drivkraften bak vannets kretsløp er solenergi og tyngdekraft. På grunn av vannets kretsløp er alle deler av hydrosfæren tett forent og forbinder andre komponenter i naturen. I sin mest generelle form er vannets syklus på planeten vår som følger. Under påvirkning av sollys fordamper vann fra overflaten av havet og landet og kommer inn i atmosfæren, og fordampning fra landoverflaten utføres både av elver og reservoarer, og av jord og planter. En del av vannet returnerer umiddelbart med regn tilbake til havet, og en del bæres av vinden til land, hvor det faller i form av regn og snø. Når det kommer inn i jorda, absorberes vann delvis inn i det, fyller opp reservene av jordfuktighet og grunnvann, strømmer delvis nedover overflaten til elver og reservoarer, jordfuktighet passerer delvis inn i planter, som fordamper det inn i atmosfæren, og strømmer delvis inn i elver. , bare ved lavere hastighet. Elver, matet av vann fra overflatebekker og grunnvann, fører vann til verdenshavet og fyller på tapet. Vann fordamper fra overflaten, kommer inn i atmosfæren igjen, og syklusen lukkes. Den samme bevegelsen av vann mellom alle komponentene i naturen og alle deler av jordens overflate skjer konstant og kontinuerlig i mange millioner år.

Det skal sies at vannets kretsløp ikke er helt lukket. En del av det, kommer inn i de øvre lagene av atmosfæren, brytes ned under påvirkning av sollys og går ut i verdensrommet. Men disse ubetydelige tapene etterfylles stadig på grunn av strømmen av vann fra de dype lagene av jorden under vulkanutbrudd. På grunn av dette øker volumet av hydrosfæren gradvis. ifølge noen beregninger, for 4 milliarder år siden, var volumet 20 millioner km 3, dvs. var syv tusen ganger mindre enn den moderne. I fremtiden vil mengden vann på jorden tilsynelatende også øke, gitt at volumet av vann i jordens mantel er estimert til 20 milliarder km 3 - dette er 15 ganger mer enn det nåværende volumet av hydrosfæren. Ved å sammenligne volumet av vann i separate deler av hydrosfæren med tilstrømningen av vann inn i dem og tilstøtende ledd i syklusen, er det mulig å bestemme aktiviteten til vannutveksling, dvs. tiden hvor volumet av vann i verdenshavet, i atmosfæren eller jorda kan fornyes fullstendig. Den tregeste fornyelsen av vann er i polarbreene (en gang hvert 8000. år). Og raskest er elvevannet, som i alle elvene på jorden endres fullstendig på 11 dager.

Vann sult av planeten

"Jorden er en planet med fantastisk blåhet"! - rapporterte entusiastisk tilbake fra verdensrommet etter landing på månen, amerikanske astronauter. Og hvordan kan planeten vår se annerledes ut hvis mer enn 2/3 av overflaten er okkupert av hav og hav, isbreer og innsjøer, elver, dammer og reservoarer. Men hva betyr fenomenet hvis navn står i overskriftene? Hva slags "sult" kan det være hvis det er en slik overflod av vannforekomster på jorden? Ja, det er mer enn nok vann på jorden. Men vi må ikke glemme at livet på planeten Jorden, ifølge forskere, først dukket opp i vann, og først da kom til land. Organismer har opprettholdt sin avhengighet av vann i løpet av evolusjonen i mange millioner år. Vann er det viktigste "byggematerialet" som kroppen deres består av. Dette kan enkelt verifiseres ved å analysere tallene i følgende tabeller:

Det siste tallet i denne tabellen indikerer at i en person som veier 70 kg. inneholder 50 kg. vann! Men enda mer av det er i det menneskelige fosteret: i en tre-dagers periode - 97%, i en tre-måneders periode - 91%, i en åtte-måneders periode - 81%.

Problemet med "vannsult" er behovet for å inkontinere en viss mengde vann i kroppen, da det er et konstant tap av fuktighet under forskjellige fysiologiske prosesser. For en normal tilværelse i et temperert klima, trenger en person å motta omtrent 3,5 liter vann per dag med mat og drikke, i ørkenen øker denne hastigheten til minst 7,5 liter. Uten mat kan en person eksistere i omtrent førti dager, og uten vann, mye mindre - 8 dager. I følge spesielle medisinske eksperimenter, med et tap av fuktighet i mengden 6-8% av kroppsvekten, faller en person inn i en halvbevisst tilstand, med et tap på 10% begynner hallusinasjoner, med 12% kan en person ikke lenger komme seg uten spesiell medisinsk behandling, og med et tap på 20 %, uunngåelig død. Mange dyr tilpasser seg godt til mangel på fuktighet. Det mest kjente og slående eksemplet på dette er «ørkenens skip», kamelen. Han kan leve veldig lenge i en varm ørken, uten å konsumere drikkevann og miste opptil 30 % av sin opprinnelige vekt uten å gå på akkord med ytelsen. Så i en av de spesielle testene jobbet en kamel under den brennende sommersolen i 8 dager og gikk ned 100 kg. fra 450 kg. startvekten. Og da de førte ham til vannet, drakk han 103 liter og gikk opp i vekt igjen. Det er slått fast at en kamel kan få opp til 40 liter fuktighet ved å omdanne fettet som er akkumulert i pukkelen. Ørkendyr som jerboer og kengururter bruker ikke drikkevann i det hele tatt – de har nok fuktighet som de får fra mat og vann som dannes i kroppen deres under oksideringen av deres eget fett, akkurat som kameler. Enda mer vann forbrukes for deres vekst og utvikling av planter. Et kålhode "drikker" mer enn en liter vann per dag, ett tre i gjennomsnitt - mer enn 200 liter vann. Selvfølgelig er dette en ganske omtrentlig figur - forskjellige treslag under forskjellige naturlige forhold forbruker veldig, veldig forskjellige mengder fuktighet. Så saksaulen som vokser i ørkenen bruker en minimumsmengde fuktighet, og eukalyptusen, som noen steder kalles "pumpetreet", passerer gjennom seg selv en enorm mengde vann, og av denne grunn brukes plantasjene til å drenere sumper . Dermed ble de myrlendte malarialandene i Colchis-lavlandet omgjort til et velstående territorium.

Allerede mangler rundt 10 % av verdens befolkning rent vann. Og hvis vi tar med i betraktningen at 800 millioner husstander i landlige områder, hvor omtrent 25 % av hele menneskeheten bor, ikke har rennende vann, så blir problemet med "vannsult" virkelig globalt. Det er spesielt akutt i utviklingsland, hvor omtrent 90 % av befolkningen bruker dårlig vann. Mangelen på rent vann er i ferd med å bli en av de viktigste faktorene som begrenser menneskehetens progressive utvikling.

Kjøpbare spørsmål om vannsparing

Vann brukes i alle områder av menneskelig økonomisk aktivitet. Det er nesten umulig å nevne noen produksjonsprosess som ikke bruker vann. På grunn av den raske utviklingen av industri, veksten av befolkningen i byer, øker vannforbruket. Av største betydning er spørsmålene om å beskytte vannressurser og kilder mot uttømming, så vel som mot forurensning fra kloakk. Alle vet skadene som kloakk forårsaker for innbyggerne i reservoarene. Enda mer forferdelig for en person og alt liv på jorden er utseendet i elvevannet av plantevernmidler vasket av åkrene. Så tilstedeværelsen i vannet av 2,1 deler av plantevernmiddelet (endrin) per milliard deler vann er nok til å drepe all fisken i det. En stor trussel mot menneskeheten er urenset kloakk fra bosetninger som slippes ut i elvene. Dette problemet løses ved å forstå slike teknologiske prosesser der avløpsvann ikke slippes ut i reservoarer, men etter rensing går det tilbake til den teknologiske prosessen igjen.

For tiden rettes stor oppmerksomhet mot beskyttelse av miljøet og spesielt naturlige reservoarer. Gitt viktigheten av dette problemet, vedtar de i vårt land ikke en lov om beskyttelse og rasjonell bruk av naturressurser. Grunnloven sier: «Russlands borgere er forpliktet til å beskytte naturen, beskytte dens rikdom».

Typer vann

Bromvann - en mettet løsning av Br 2 i vann (3,5 vekt% Br 2). Bromvann er et oksidasjonsmiddel, et bromeringsmiddel i analytisk kjemi.

Ammoniakkvann - Den dannes når rå koksovnsgass kommer i kontakt med vann, som konsentreres på grunn av gasskjøling eller injiseres spesielt inn i den for å vaske ut NH3. I begge tilfeller oppnås såkalt svakt, eller skrubbende, ammoniakkvann. Ved destillasjon av dette ammoniakkvannet med vanndamp og påfølgende tilbakeløp og kondensering oppnås konsentrert ammoniakkvann (18 - 20% NH 3 i masse), som brukes til produksjon av brus, som flytende gjødsel, etc.

Vannmolekylet består av ett oksygenatom og to hydrogenatomer (H 2 O). Skjematisk kan strukturen til et vannmolekyl avbildes som følger:

Vannmolekylet er et såkalt polart molekyl, fordi dets positive og negative ladninger ikke er jevnt fordelt rundt et eller annet senter, men er plassert asymmetrisk og danner positive og negative poler. Figuren viser, på en ekstremt forenklet måte, hvordan to hydrogenatomer er festet til ett oksygenatom, og danner et vannmolekyl.

Vinkelen markert i figuren og avstanden mellom atomene avhenger av aggregeringstilstanden til vann (likevektsparametere er underforstått, siden konstante svingninger finner sted). Så i damptilstanden er vinkelen 104° 40", OH-avstanden er 0,096 nm; i is er vinkelen 109° 30", OH-avstanden er 0,099 nm. Forskjellen mellom parametrene til et molekyl i damp (fri) tilstand og i is er forårsaket av påvirkning av nabomolekyler. Molekyler i væskefasen påvirkes også, der det i tillegg til påvirkning av nabovannmolekyler er sterk påvirkning av oppløste ioner av andre stoffer.

Historien om å bestemme sammensetningen av vannmolekylet

Fra og med opprinnelsen til kjemi, anså forskere i en ganske lang periode vann for å være et enkelt stoff, siden det ikke kunne dekomponeres som et resultat av reaksjonene som var kjent på den tiden. I tillegg bekreftet konstanten av egenskapene til vann, så å si, denne posisjonen.

Våren 1783 jobbet Kanendish i sitt Cambridge-laboratorium med den nyoppdagede «vital air» – som oksygen ble kalt på den tiden, og «brennbar luft» (som hydrogen ble kalt). Han blandet ett volum "vital luft" med to volumer "brennbar luft" og førte en elektrisk utladning gjennom blandingen. Blandingen blinket, og veggene i kolben ble dekket med væskedråper. Ved å undersøke væsken kom forskeren til den konklusjon at det er rent vann. Tidligere ble et lignende fenomen beskrevet av den franske kjemikeren Pierre Maker: han introduserte en porselensfat i flammen til "brennbar luft", som det dannet seg væskedråper på. Hva var Makers overraskelse da han undersøkte den resulterende væsken, og fant ut at det var vann. Det viste seg et slags paradoks: vannet som slukker selve brannen dannes under forbrenning. Som vi nå forstår, ble vann syntetisert fra oksygen og hydrogen:

H2 + O2 -> 2H20 + 136,74 kcal.

Under normale forhold finner ikke denne reaksjonen sted, og for at hydrogen skal bli aktivt, er det nødvendig å heve temperaturen på blandingen, for eksempel ved hjelp av en elektrisk gnist, som i eksperimentene til Cavendish. Henry Cavendish hadde tilstrekkelige data til å fastslå proporsjonene av oksygen og hydrogen i vann. Men det gjorde han ikke. Kanskje ble han hindret av en dyp tro på teorien om flogiston, som han prøvde å tolke eksperimentene sine i.

Nyheten om Cavendishs eksperimenter nådde Paris i juni samme år. Lavoisier gjentok umiddelbart disse eksperimentene, utførte deretter en hel serie lignende eksperimenter, og noen måneder senere, den 12. november 1783, på St. Martins dag, rapporterte han resultatene av sin forskning på det tradisjonelle møtet i det franske vitenskapsakademiet. . Tittelen på rapporten hans er merkelig, karakteristisk for hele den uklare pedantiske epoken med naturvitenskapens store oppdagelser: "Om naturen til vann og eksperimenter, som tilsynelatende bekrefter at dette stoffet strengt tatt ikke er et element, men kan dekomponeres og dannet seg igjen." Rapporten ble møtt med heftige innvendinger - Lavoisiers data var tydelig i strid med den da respekterte og populære teorien om flogiston. Han konkluderte riktig med at vann dannes av kombinasjonen av "brennbar gass" med oksygen og inneholder (i masse) 15% av den første og 85% av den andre (moderne data - 11,19% og 88,81%).

To år senere kom Lavoisier igjen tilbake til eksperimenter med vann. Vitenskapsakademiet satte en praktisk oppgave for Lavoisier - å finne en billig måte å produsere hydrogen på som den letteste gassen for behovene til den nye luftfarten. Lavoisier tok med seg en militæringeniør, matematiker og kjemiker Jean Meunier på jobb. De valgte vann som utgangsstoff – det var knapt mulig å finne råvarer billigere. Da de visste at vann er en kombinasjon av hydrogen og oksygen, prøvde de å finne en måte å ta oksygen bort fra det. Ulike reduksjonsmidler var egnet til dette formålet, men metallisk jern var det mest tilgjengelige. Fra retortkjelen kom vanndamp inn i en pistolløp fylt med jernspon, glødende på en brenner. Ved rød varmetemperatur (800 ° C) reagerer jern med vanndamp, og hydrogen frigjøres:

3Fe + 4H2O → Fe304 + 4H2

Det resulterende hydrogenet ble samlet, og den ureagerte vanndampen kondensert i kjøleskapet og separert fra hydrogenet som kondensat. For hver 100 korn vann ble det oppnådd 15 korn hydrogen og 85 korn oksygen (1 korn = 62,2 mg). Dette arbeidet var også av stor teoretisk betydning. Hun bekreftet tidligere konklusjoner (fra erfaring med å brenne hydrogen i oksygen under en bjelle) at vann inneholder 15 % hydrogen og 85 % oksygen (moderne data - 11,19 % og 88,81 %).

Basert på det faktum at "brennbar luft" er involvert i dannelsen av vann, foreslo den franske kjemikeren Guiton de Morvo i 1787 å kalle det hydrogen (fra ordene hydro-vann og gennao-I føder). Det russiske ordet "hydrogen", dvs. «å føde vann» er den nøyaktige oversettelsen av det latinske navnet.

Joseph Louis Gay-Lussac og Alexander Humboldt, etter å ha utført felles eksperimenter i 1805, slo først fast at to volumer hydrogen og ett volum oksygen er nødvendig for å danne vann. Lignende tanker ble uttrykt av den italienske forskeren Amedeo Avogadro. I 1842 etablerte Jean Baptiste Dumas vektforholdet mellom hydrogen og oksygen i vann til 2:16.

Men på grunn av det faktum at det var mye forvirring med atommassene til grunnstoffer i første halvdel av 1800-tallet, og denne situasjonen ble enda mer komplisert på grunn av introduksjonen av konseptet "ekvivalent vekt", i lang tid gang formelen for vann ble skrevet på en rekke måter: noen ganger som HO, deretter som H 2 O og til og med H 2 O 2. D.I. skrev om dette. Mendeleev: "På 50-tallet tok noen O \u003d 8, andre O \u003d 16, hvis H \u003d 1. Vann for den første var HO, hydrogenperoksid HO 2, for den andre, som nå, vann H 2 O, hydrogenperoksid H 2 O 2 eller HO. Problemer, inkonsekvens rådde ... ".

Etter den internasjonale kjemikerkongressen i Karlsruhe, holdt i 1860, var det mulig å avklare noen spørsmål som spilte en betydelig rolle i videreutviklingen av atom-molekylteorien, og følgelig i den riktige tolkningen av atomsammensetningen til vann . En enkelt kjemisk symbolikk ble etablert.

Eksperimentelle studier utført på 1800-tallet etter vekt- og volummetoder viste til slutt overbevisende at vann som en kjemisk forbindelse kan uttrykkes med formelen H 2 O.

Som allerede kjent er vannmolekylet ganske "ensidig" - begge hydrogenatomene ligger ved siden av oksygen på den ene siden. Interessant nok ble denne ekstremt viktige egenskapen til vannmolekylet etablert rent spekulativt lenge før epoken med spektroskopisk forskning av den engelske professoren D. Bernal. Han gikk ut fra det faktum at vann har et veldig sterkt elektrisk øyeblikk (på den tiden, i 1932, var dette kjent). Den enkleste måten er selvfølgelig å "konstruere" et vannmolekyl ved å plassere alle dets inngående atomer i en rett linje, dvs. H-O-H. "Men," skriver Bernal, "et vannmolekyl kan ikke bygges på denne måten, fordi med en slik struktur vil et molekyl som inneholder to positive hydrogenatomer og et negativt oksygenatom være elektrisk nøytralt, ikke ha en bestemt retning ... elektrisk moment kan bare være hvis begge hydrogenatomene er ved siden av oksygen på samme side.

, gips, etc.), som finnes i jorda, er nødvendig. en del av alle levende organismer.

Isotopisk sammensetning. Det er 9 stabile isotopiske varianter av vann. Deres innhold i ferskvann er i gjennomsnitt følgende (mol.%): 1 H 2 16 O - 99,13; 1H2180 - 0,2; 1H217 0-0,04; 1 H20160-0,03; de resterende fem isotopvariantene er tilstede i vann i ubetydelige mengder. I tillegg til stabile isotopiske varianter inneholder vann en liten mengde radioaktivt 3 H 2 (eller T 2 O). Isotopisk sammensetning av naturlig vann av forskjellig opprinnelse varierer. Forholdet 1 H / 2 H er spesielt ustabilt: i ferskvann - et gjennomsnitt på 6900, i sjøvann - 5500, i is - 5500-9000. I følge fysisk egenskaper D 2 O skiller seg markant fra vanlig vann (se tungtvann). Vann som inneholder 18 O er nærmere vann med 16 O.

Phys. egenskapene til vann er unormale. Smelting av is ved atm. trykket er ledsaget av en reduksjon i volum med 9%. Temperaturkoeffisient volumetrisk ekspansjon av is og flytende vann er negativ ved t-pax hhv. under -210°C og 3,98°C. Varmekapasiteten til C ° under smelting nesten dobles og i området 0-100 ° C er nesten uavhengig av temperatur (det er et minimum ved 35 ° C). Minimum isotermisk komprimerbarhet (44,9*10 -11 Pa -1), observert ved 46°C, er ganske tydelig uttrykt. Ved lave trykk og temperaturer opp til 30 ° C avtar vannets viskositet med økende trykk. Høy dielektrisk. permeabiliteten og dipolmomentet til vann bestemmer dets gode oppløsningsevne i forhold til polare og ionogene stoffer. På grunn av de høye verdiene av C °, og vann er en viktig klimaregulator. forholdene på jorden, stabiliserer t-ru på overflaten. I tillegg forårsaker nærheten av H-O-H-vinkelen til den tetraedriske (109 ° 28 ") sprø strukturene til is og flytende vann og, som et resultat, en unormal avhengighet av tetthet på t-ry. Derfor store reservoarer ikke fryse til bunnen, noe som gjør at det eksisterer liv i dem.

Tab. 1 - EGENSKAPER TIL VANN OG VANNDAMP I LIKEVIKT

Men tettheten av modifikasjoner II-VI er mye lavere enn den isen kunne ha med tett pakking av molekyler. Bare i modifikasjoner VII og VIII oppnås en tilstrekkelig høy pakningstetthet: i deres struktur blir to vanlige nettverk bygget av tetraedre (lik de som eksisterer i kubisk lavtemperaturis Ic, som er isostrukturell for diamant), satt inn i hverandre ; samtidig bevares et system av rettlinjede hydrogenbindinger, og koordinering. tallet for oksygen dobles og når 8. Arrangementet av oksygenatomer i isene VII og VIII ligner på arrangementet av atomer i jern og mange andre metaller. I vanlige (Ih) og kubiske (Ic) iser, så vel som i isene HI, V-VII, er ikke orienteringen til molekylene bestemt: begge protonene nærmest O-atomet danner kovalente bindinger med det, som kan være. rettet mot to av de fire nærliggende oksygenatomene ved toppunktene til tetraederet. Dielektrisk permeabiliteten til disse modifikasjonene er høy (høyere enn for flytende vann). Modifikasjoner II, VIII og IX er orienteringsordnet; deres dielektriske. permeabiliteten er lav (ca. 3). Is VIII er en protonordnet variant av is VII, og is IX er is III. Tetthetene til de orienteringsordnede modifikasjonene (VIII, IX) er nær tetthetene til de tilsvarende uordnede modifikasjonene (VII, III).

Vann som løsemiddel. Vann løses godt opp. polar og dissosieres til ioner in-va. Vanligvis øker p-verdien med økende temperatur, men noen ganger er temperaturavhengigheten mer kompleks. Så, r-raritet pl. sulfater, karbonater og fosfater med økende t-ry reduseres eller først øker, og passerer deretter gjennom et maksimum. P-verdien til lavpolaritet in-in (inkludert gasser som utgjør atmosfæren) i vann er lav og med en økning i t-ry synker den vanligvis først og går deretter gjennom et minimum. Med økende trykk øker p-verdien til gasser, og passerer gjennom et maksimum ved høye trykk. Mange stoffer løses opp i vann og reagerer med det. For eksempel kan NH 4 -ioner være tilstede i NH 3 -løsninger (se også Hydrolyse). Mellom ioner oppløst i vann, atomer, molekyler som ikke inngår kjemiske relasjoner med det. distrikter, og

Det viktigste stoffet på planeten vår, unikt i sine egenskaper og sammensetning, er selvfølgelig vann. Tross alt er det takket være henne at det eksisterer liv på jorden, mens det ikke eksisterer på andre objekter i solsystemet kjent i dag. Fast, flytende, i form av damp - det er nødvendig og viktig for enhver. Vann og dets egenskaper er gjenstand for studier av en hel vitenskapelig disiplin - hydrologi.

Mengden vann på planeten

Hvis vi vurderer indikatoren for mengden av dette oksydet i alle aggregeringstilstander, er det omtrent 75% av den totale massen på planeten. I dette tilfellet bør bundet vann i organiske forbindelser, levende vesener, mineraler og andre grunnstoffer tas i betraktning.

Hvis vi bare tar hensyn til væskens og faste tilstand av vann, vil tallet falle til 70,8%. Vurder hvordan disse prosentene er fordelt, hvor det aktuelle stoffet finnes.

Saltvann i hav og hav, saltholdige innsjøer på jorden er 360 millioner km 2.
Ferskvann er ujevnt fordelt: i isbreene på Grønland, Arktis og Antarktis er 16,3 millioner km 2 innkapslet i is.
I ferske elver, sumper og innsjøer er det konsentrert 5,3 millioner km 2 hydrogenoksid.
Grunnvann er 100 millioner m 3 .

Det er grunnen til at astronauter fra det ytre rom kan se jorden i form av en blå ball med sjeldne landflekker. Vann og dets egenskaper, kunnskap om strukturelle trekk er viktige elementer i vitenskapen. I tillegg har menneskeheten de siste årene begynt å oppleve en klar mangel på ferskvann. Kanskje slik kunnskap vil hjelpe til med å løse dette problemet.

Sammensetningen av vann og strukturen til molekylet

Hvis vi vurderer disse indikatorene, vil egenskapene som dette fantastiske stoffet viser umiddelbart bli tydelige. Et vannmolekyl består altså av to hydrogenatomer og ett oksygenatom, derfor har det den empiriske formelen H 2 O. I tillegg spiller elektronene til begge grunnstoffene en viktig rolle i konstruksjonen av selve molekylet. La oss se hva strukturen til vannet og dets egenskaper er.

Det er klart at hvert molekyl er orientert rundt det andre, og sammen danner de et felles krystallgitter. Det er interessant at oksidet er bygget i form av et tetraeder - et oksygenatom i sentrum, og to par av elektronene og to hydrogenatomer rundt det asymmetrisk. Hvis du tegner linjer gjennom sentrene til atomkjernene og forbinder dem, får du nøyaktig en tetraedrisk geometrisk form.

Vinkelen mellom sentrum av oksygenatomet og hydrogenkjernene er 104,5 0 C. Lengden på O-H-bindingen er 0,0957 nm. Tilstedeværelsen av oksygenelektronpar, samt dens høyere elektronaffinitet sammenlignet med hydrogen, sikrer dannelsen av et negativt ladet felt i molekylet. Derimot danner hydrogenkjerner den positivt ladede delen av forbindelsen. Dermed viser det seg at vannmolekylet er en dipol. Dette bestemmer hva vann kan være, og dets fysiske egenskaper avhenger også av strukturen til molekylet. For levende vesener spiller disse egenskapene en viktig rolle.

Grunnleggende fysiske egenskaper

Disse inkluderer krystallgitteret, koke- og smeltepunkter, og spesielle individuelle egenskaper. Vi vil vurdere dem alle.

Strukturen til krystallgitteret av hydrogenoksid avhenger av aggregeringstilstanden. Det kan være fast - is, flytende - basisk vann under normale forhold, gassformig - damp når vanntemperaturen stiger over 100 0 C. Is danner vakre mønstrede krystaller. Gitteret som helhet er løst, men forbindelsen er veldig sterk, tettheten er lav. Du kan se det på eksemplet med snøflak eller frostige mønstre på glass. I vanlig vann har gitteret ikke en konstant form, det endrer seg og går fra en tilstand til en annen.
Vannmolekylet i det ytre rom har riktig form som en ball. Men under påvirkning av jordens tyngdekraft er den forvrengt og tar i flytende form form av et fartøy.
Det faktum at strukturen til hydrogenoksid er en dipol bestemmer følgende egenskaper: høy varmeledningsevne og varmekapasitet, som kan spores i rask oppvarming og langvarig avkjøling av et stoff, evnen til å orientere seg rundt seg selv både ioner og individuelle elektroner, forbindelser. Dette gjør vann til et universelt løsningsmiddel (både polart og nøytralt).
Sammensetningen av vann og strukturen til molekylet forklarer denne forbindelsens evne til å danne flere hydrogenbindinger, inkludert med andre forbindelser som har udelte elektronpar (ammoniakk, alkohol og andre).
Kokepunktet for flytende vann er 100 0 C, krystallisering skjer ved +4 0 C. Under denne indikatoren - is. Øker du trykket vil kokepunktet til vannet stige kraftig. Så ved høye atmosfærer kan bly smeltes i det, men samtidig vil det ikke engang koke (over 300 0 C).
Vannets egenskaper er svært viktige for levende vesener. For eksempel er en av de viktigste overflatespenningen. Dette er dannelsen av den tynneste beskyttende filmen på overflaten av hydrogenoksid. Vi snakker om flytende vann. Det er veldig vanskelig å bryte denne filmen ved mekanisk handling. Forskere har funnet ut at den vil ta en kraft som tilsvarer en vekt på 100 tonn. Hvordan legge merke til det? Filmen er tydelig når vannet drypper sakte fra kranen. Det kan sees at det er som i et slags skall, som er strukket til en viss grense og vekt og kommer av i form av en rund dråpe, litt forvrengt av tyngdekraften. På grunn av overflatespenning kan mange gjenstander flyte på overflaten av vannet. Insekter med spesielle tilpasninger kan bevege seg fritt langs den.
Vann og dets egenskaper er unormale og unike. I henhold til organoleptiske parametere er denne forbindelsen en fargeløs væske, luktfri og smakløs. Det vi kaller smaken av vann er mineralene og andre komponenter som er oppløst i det.
Den elektriske ledningsevnen til hydrogenoksid i flytende tilstand avhenger av hvor mye og hva slags salter som er oppløst i den. Destillert vann, som ikke inneholder noen urenheter, leder ikke strøm.

Is er en spesiell vanntilstand. I strukturen til denne tilstanden er molekylene forbundet med hverandre ved hjelp av hydrogenbindinger og danner et vakkert krystallgitter. Men den er ganske ustabil og kan lett splittes, smelte, det vil si deformeres. Det er mange tomrom mellom molekylene, hvis dimensjoner overstiger dimensjonene til selve partiklene. På grunn av dette er tettheten til is mindre enn den for flytende hydrogenoksid.

Dette er av stor betydning for elver, innsjøer og andre ferskvannsforekomster. Om vinteren fryser vannet i dem ikke helt, men er bare dekket med en tett skorpe av lettere is som flyter opp. Hvis denne egenskapen ikke var karakteristisk for den faste tilstanden til hydrogenoksid, ville reservoarene fryse gjennom. Livet under vann ville være umulig.

I tillegg er den faste tilstanden til vann av stor betydning som kilde til en enorm mengde friske drikkeforsyninger. Dette er isbreer.

Fenomenet trippelpunktet kan kalles en spesiell egenskap ved vann. Dette er en tilstand der is, damp og væske kan eksistere samtidig. Dette krever forhold som:

høyt trykk - 610 Pa;
temperatur 0,01 0 С.

Vannets gjennomsiktighet varierer avhengig av fremmede urenheter. Væsken kan være helt gjennomsiktig, opaliserende, uklar. Bølger av gule og røde farger absorberes, stråler av fiolett trenger dypt inn.

Kjemiske egenskaper

Vann og dets egenskaper er et viktig verktøy for å forstå mange livsprosesser. Derfor er de veldig godt studert. Så, hydrokjemi er interessert i vann og dets kjemiske egenskaper. Blant dem er følgende:

Stivhet. Dette er en slik egenskap, som forklares av tilstedeværelsen av kalsium- og magnesiumsalter, deres ioner i løsning. Det er delt inn i permanente (salter av de navngitte metallene: klorider, sulfater, sulfitter, nitrater), midlertidige (hydrokarbonater), som elimineres ved koking. I Russland blir vann kjemisk myknet før bruk for bedre kvalitet.
Mineralisering. En egenskap basert på dipolmomentet til hydrogenoksid. På grunn av sin tilstedeværelse er molekyler i stand til å feste seg til mange andre stoffer, ioner og holde dem. Dette er hvordan medarbeidere, klatrater og andre foreninger dannes.
redoksegenskaper. Som et universelt løsningsmiddel, katalysator, assosiasjon, er vann i stand til å samhandle med mange enkle og komplekse forbindelser. Med noen fungerer det som et oksidasjonsmiddel, med andre - omvendt. Som et reduksjonsmiddel reagerer det med halogener, salter, noen mindre aktive metaller og med mange organiske stoffer. De siste transformasjonene studeres av organisk kjemi. Vann og dets egenskaper, spesielt dets kjemiske egenskaper, viser hvor allsidig og unikt det er. Som et oksidasjonsmiddel reagerer det med aktive metaller, noen binære salter, mange organiske forbindelser, karbon og metan. Generelt krever kjemiske reaksjoner som involverer et gitt stoff valg av visse forhold. Det er fra dem at utfallet av reaksjonen vil avhenge.
biokjemiske egenskaper. Vann er en integrert del av alle biokjemiske prosesser i kroppen, og er et løsningsmiddel, katalysator og medium.
Interaksjon med gasser med dannelse av klatrater. Vanlig flytende vann kan absorbere selv kjemisk inaktive gasser og plassere dem inne i hulrommene mellom molekylene i den indre strukturen. Slike forbindelser kalles klatrater.
Med mange metaller danner hydrogenoksid krystallinske hydrater, der det er inkorporert uendret. For eksempel kobbersulfat (CuSO 4 * 5H 2 O), samt vanlige hydrater (NaOH * H 2 O og andre).
Vann er preget av sammensatte reaksjoner der nye klasser av stoffer (syrer, alkalier, baser) dannes. De er ikke redoks.
Elektrolyse. Under påvirkning av en elektrisk strøm brytes molekylet ned i gasser - hydrogen og oksygen. En måte å få dem på er i laboratoriet og industrien.

Fra Lewis-teoriens synspunkt er vann en svak syre og en svak base på samme tid (amfolytt). Det vil si at vi kan si om en viss amfoterisitet i kjemiske egenskaper.

Vann og dets fordelaktige egenskaper for levende vesener

Det er vanskelig å overvurdere betydningen som hydrogenoksid har for alt levende. Tross alt er vann selve kilden til liv. Det er kjent at uten det kunne en person ikke leve en uke. Vann, dets egenskaper og betydning er rett og slett kolossale.

Det er en universal, det vil si i stand til å løse opp både organiske og uorganiske forbindelser, et løsningsmiddel som virker i levende systemer. Det er grunnen til at vann er kilden og mediet for flyten av alle katalytiske biokjemiske transformasjoner, med dannelse av komplekse vitale komplekse forbindelser.
Evnen til å danne hydrogenbindinger gjør dette stoffet universelt for å opprettholde temperaturer uten å endre aggregeringstilstanden. Hvis dette ikke var slik, ville det ved den minste nedgang i grader blitt til is inne i levende vesener, og forårsake celledød.
For en person er vann kilden til alle grunnleggende husholdningsartikler og behov: matlaging, vask, rengjøring, bading, bading og svømming, og så videre.
Industrielle anlegg (kjemikalier, tekstil, ingeniørfag, mat, oljeraffinerier og andre) ville ikke være i stand til å utføre arbeidet sitt uten deltakelse av hydrogenoksid.
Fra gammelt av ble det antatt at vann er en kilde til helse. Det ble brukt og brukes i dag som et medisinsk stoff.
Planter bruker den som sin viktigste ernæringskilde, på grunn av hvilken de produserer oksygen, gassen som gjør livet mulig på planeten vår.

Det er flere titalls grunner til at vann er det mest utbredte, viktige og nødvendige stoffet for alle levende og kunstig skapte gjenstander. Vi har gitt bare de mest åpenbare, de viktigste.

Hydrologisk vannsyklus

Dette er med andre ord hennes syklus i naturen. En veldig viktig prosess som lar deg hele tiden fylle på forsvinnende vannforsyninger. Hvordan skjer det?

Det er tre hoveddeltakere: underjordisk (eller bakke) vann, overflatevann og havene. Atmosfæren, som kondenserer og gir ut nedbør, er også viktig. Også aktive deltakere i prosessen er planter (hovedsakelig trær) som kan absorbere en enorm mengde vann per dag.

Så prosessen går slik. Grunnvann fyller underjordiske kapillærer og strømmer ned til overflaten og verdenshavet. Overvannet blir deretter tatt opp av planter og transpirert ut i miljøet. Fordampning skjer også fra store områder av havene, hav, elver, innsjøer og andre vannmasser. En gang i atmosfæren, hva gjør vann? Det kondenserer og renner tilbake som nedbør (regn, snø, hagl).

Hvis disse prosessene ikke hadde skjedd, ville vannforsyningen, spesielt ferskvann, ha sluttet for lenge siden. Det er derfor folk legger stor vekt på beskyttelse og normal hydrologisk syklus.

Konseptet med tungtvann

I naturen eksisterer hydrogenoksid som en blanding av isotopologer. Dette skyldes at hydrogen danner tre typer isotoper: protium 1 H, deuterium 2 H, tritium 3 H. Oksygen henger på sin side heller ikke etter og danner tre stabile former: 16 O, 17 O, 18 O Det er takket være Derfor er det ikke bare vanlig protiumvann med sammensetningen H 2 O (1 H og 16 O), men også deuterium og tritium.

Samtidig er det deuterium (2 H) som er stabil i struktur og form, som inngår i sammensetningen av nesten alle naturlige vann, men i små mengder. Det er det de kaller tungt. Det er noe annerledes enn det vanlige eller lett på alle måter.

Tungtvann og dets egenskaper er preget av flere punkter.

Krystalliserer ved en temperatur på 3,82 0 C.
Koking observeres ved 101,42 0 C.
Tettheten er 1,1059 g/cm 3 .
Som løsemiddel er det flere ganger verre enn lettvann.
Den har den kjemiske formelen D 2 O.

Da man utførte eksperimenter som viste effekten av slikt vann på levende systemer, ble det funnet at bare visse typer bakterier er i stand til å leve i det. Det tok tid for koloniene å tilpasse seg og akklimatisere seg. Men etter å ha tilpasset seg, gjenopprettet de alle vitale funksjoner (reproduksjon, ernæring). I tillegg er stål svært motstandsdyktige mot effekten av radioaktiv stråling. Forsøk på frosker og fisk ga ikke positivt resultat.

Moderne bruksområder for deuterium og tungtvannet som dannes av det er kjernekraft- og kjernekraftteknikk. Slikt vann kan fås under laboratorieforhold ved elektrolyse av vanlig vann - det dannes som et biprodukt. Deuterium i seg selv dannes ved gjentatt destillasjon av hydrogen i spesielle enheter. Dens anvendelse er basert på evnen til å bremse nøytronsyntese og protonreaksjoner. Det er tungtvann og hydrogenisotoper som er grunnlaget for å lage en atom- og hydrogenbombe.

Eksperimenter med bruk av deuteriumvann av mennesker i små mengder har vist at det ikke henger lenge - en fullstendig tilbaketrekning observeres etter to uker. Det er umulig å bruke det som en kilde til fuktighet for livet, men den tekniske betydningen er rett og slett enorm.

Smeltevann og dets anvendelse

Siden antikken har egenskapene til slikt vann blitt identifisert av mennesker som helbredende. Det har lenge vært observert at når snøen smelter, prøver dyr å drikke vann fra vannet som dannes. Senere ble dens struktur og biologiske effekter på menneskekroppen nøye studert.

Smeltevann, dets tegn og egenskaper er midt mellom vanlig lys og is. Fra innsiden dannes det ikke bare av molekyler, men av et sett med klynger dannet av krystaller og gass. Det vil si at inne i hulrommene mellom de strukturelle delene av krystallen er hydrogen og oksygen. Generelt sett er strukturen til smeltevann lik strukturen til is - strukturen er bevart. De fysiske egenskapene til slikt hydrogenoksid endres litt sammenlignet med den vanlige. Den biologiske effekten på kroppen er imidlertid utmerket.

Når vann fryses av den første fraksjonen, blir den tyngre delen til is - disse er deuteriumisotoper, salter og urenheter. Derfor bør denne kjernen fjernes. Men resten er rent, strukturert og sunt vann. Hva er effekten på kroppen? Forskerne ved Donetsk Research Institute navnga følgende typer forbedringer:

Akselerasjon av gjenopprettingsprosesser.
Styrking av immunitet.
Etter innånding av slikt vann blir barn frisk og kurerer forkjølelse, hoste, rennende nese og så videre.
Forbedrer pusten, tilstanden til strupehodet og slimhinnene.
En persons generelle velvære, aktivitetsøkning.

I dag er det en rekke tilhengere av behandlingen med smeltevann, som skriver sine positive anmeldelser. Imidlertid er det forskere, inkludert leger, som ikke støtter disse synspunktene. De tror at det ikke vil være noen skade av slikt vann, men det vil være liten nytte.

Energi

Hvorfor kan egenskapene til vannet endres og gjenopprettes ved overgang til forskjellige aggregeringstilstander? Svaret på dette spørsmålet er som følger: denne forbindelsen har sitt eget informasjonsminne, som registrerer alle endringer og fører til restaurering av strukturen og egenskapene til rett tid. Bioenergifeltet som en del av vannet passerer gjennom (det som kommer fra verdensrommet) bærer en kraftig ladning av energi. Dette mønsteret brukes ofte i behandling. Men fra et medisinsk synspunkt er ikke alle vann i stand til å ha en gunstig effekt, inkludert informasjon.

Strukturert vann - hva er det?

Dette er vann som har en litt annen struktur av molekyler, arrangementet av krystallgitter (som det som observeres i is), men det er fortsatt en væske (tine tilhører også denne typen). I dette tilfellet er sammensetningen av vann og dets egenskaper, fra et vitenskapelig synspunkt, ikke forskjellig fra de som er karakteristiske for vanlig hydrogenoksid. Derfor kan ikke strukturert vann ha en så bred helbredende effekt som esoterikere og tilhengere av alternativ medisin tilskriver det.

O.V. Mosin

Tungt vann (deuteriumoksid) - har samme kjemiske formel som vanlig vann, men i stedet for hydrogenatomer inneholder det to tunge hydrogenisotoper - deuteriumatomer. Formelen for tungt hydrogenvann skrives vanligvis som: D2O eller 2H2O. Utad ser tungt vann ut som vanlig vann - en fargeløs væske uten smak og lukt.

I henhold til egenskapene skiller tungtvann seg markant fra vanlig vann. Reaksjoner med tungtvann går langsommere enn med vanlig vann; dissosiasjonskonstantene til et tungtvannsmolekyl er lavere enn for vanlig vann.

Molekyler av tungt hydrogenvann ble først oppdaget i naturlig vann av Harold Urey i 1932. Og allerede i 1933 oppnådde Gilbert Lewis rent tungt hydrogenvann ved elektrolyse av vanlig vann.

I naturlige farvann er forholdet mellom tungt og vanlig vann 1:5500 (forutsatt at alt deuterium er i form av tungtvann D2O, selv om det faktisk delvis er i sammensetningen av halvtungt vann HDO).

Tungt vann er bare litt giftig, kjemiske reaksjoner i miljøet er noe langsommere sammenlignet med vanlig vann, hydrogenbindinger som involverer deuterium er noe sterkere enn vanlig. Eksperimenter på pattedyr har vist at erstatning av 25 % av hydrogen i vev med deuterium fører til sterilitet, høyere konsentrasjoner fører til rask død av dyret. Noen mikroorganismer er imidlertid i stand til å leve i 70 % tungtvann (protozoer) og til og med i rent tungtvann (bakterier). En person kan drikke et glass tungt vann uten synlig skade på helsen, alt deuterium vil bli fjernet fra kroppen om noen dager. I så måte er tungtvann mindre giftig enn bordsalt, for eksempel.

Tungt vann samler seg i resten av elektrolytten under gjentatt elektrolyse av vann. I friluft absorberer tungtvann raskt dampene til vanlig vann, så vi kan si at det er hygroskopisk. Produksjonen av tungtvann er veldig energikrevende, så kostnadene er ganske høye (omtrent $200-250 per kg).

Fysiske egenskaper til vanlig og tungt vann

Fysiske egenskaper

Molekylær masse

Tetthet ved 20°C (g/cm3)

t° av krystallisering (°C)

koketemperatur (°C)

egenskaper til tungtvann

Den viktigste egenskapen til tungtvann er at det praktisk talt ikke absorberer nøytroner, derfor brukes det i atomreaktorer for å bremse nøytroner og som kjølevæske. Det brukes også som isotopsporer innen kjemi og biologi. I partikkelfysikk brukes tungtvann for å oppdage nøytrinoer; for eksempel inneholder den største solenerginøytrino-detektoren i Canada 1 kiloton tungtvann.

Russiske forskere fra PNPI har utviklet originale teknologier for produksjon og rensing av tungtvann på pilotanlegg. I 1995 ble det første i Russland og et av verdens første pilotanlegg satt i drift basert på metoden for isotoputveksling i vann-hydrogen-systemet og vannelektrolyse (EVIO).

Den høye effektiviteten til EVIO-anlegget gjør det mulig å oppnå tungtvann med et deuteriuminnhold > 99,995 % ved. Den utprøvde teknologien sikrer høy kvalitet på tungtvann, inkludert dyprensing av tungtvann fra tritium til restaktivitet, som tillater bruk av tungtvann til medisinske og vitenskapelige formål uten restriksjoner. Anleggets evner gjør det mulig å fullt ut møte behovene til russiske bedrifter og organisasjoner innen tungtvann og deuterium, samt å eksportere deler av produktene. Under arbeidet ble det produsert mer enn 20 tonn tungtvann og titalls kilo gassformig deuterium for behovene til Rosatom og andre russiske bedrifter.

Det er også halvtungt (eller deuterium) vann, der bare ett hydrogenatom er erstattet med deuterium. Formelen for slikt vann er skrevet som følger: DHO.

Begrepet tungtvann brukes også i forhold til vann der noen av atomene er erstattet av en tung isotop:

Til tungt oksygenvann (i det er den lette oksygenisotopen 16O erstattet av tunge isotoper 17O eller 18O),

Til tritium og supertungt vann (som inneholder dens radioaktive isotop tritium 3H i stedet for 1H-atomer).

Hvis vi teller alle mulige forskjellige forbindelser med den generelle formelen H2O, vil det totale antallet mulige "tungtvann" nå 48. Av disse er 39 alternativer radioaktive, og det er kun ni stabile alternativer: H216O, H217O, H218O, HD16O , HD17O, HD18O, D216O, D217O, D218O. Til dags dato har ikke alle varianter av tungtvann blitt oppnådd i laboratorier.

Tungtvann spiller en betydelig rolle i ulike biologiske prosesser.. Russiske forskere har lenge oppdaget at tungtvann hemmer veksten av bakterier, alger, sopp, høyerestående planter og dyrevevskulturer. Men vann med en deuteriumkonsentrasjon redusert til 50 % (det såkalte "deuteriumfrie" vannet) har antimutagene egenskaper, øker biomassen og antall frø, akselererer utviklingen av kjønnsorganene og stimulerer spermatogenese hos fugler.

I utlandet forsøkte de å gi tungtvann til mus med ondartede svulster. Det vannet viste seg å være virkelig dødt: det drepte svulster og mus. Ulike forskere har funnet ut at tungtvann har en negativ effekt på planter og levende organismer. Forsøkshunder, rotter og mus fikk vann, hvorav en tredjedel ble erstattet med tungtvann. Etter kort tid begynte en stoffskifteforstyrrelse hos dyr, nyrene ble ødelagt. Med en økning i andelen tungtvann døde dyrene. Omvendt hadde en nedgang i innholdet av deuterium med 25 % under normen i vannet som ble gitt til dyr en gunstig effekt på deres utvikling: griser, rotter og mus fødte avkom mange ganger flere og større enn vanlig, og eggproduksjonen til kyllinger doblet seg.

Så tok de russiske forskerne opp det «lette» vannet. Eksperimenter ble utført på 3 transplanterbare tumormodeller: Lewis lungekarsinom, raskt voksende livmorsarkom og saktevoksende livmorhalskreft. "Deuteriumfritt" vann ble oppnådd av forskere ved å bruke en teknologi utviklet ved Institute of Space Biology. Metoden er basert på elektrolyse av destillert vann. I forsøksgruppene fikk dyr med transplanterte svulster vann med redusert innhold av deuterium, i kontrollgruppene - vanlig vann. Dyr begynte å drikke "lett" og kontrollere vann på dagen for tumorinokulering og mottok det til den siste dagen i livet.

Deuterium-redusert vann forsinker utseendet til de første knutene på transplantasjonsstedet for livmorhalskreft. På tidspunktet for forekomsten av knuter av andre typer svulster, virker ikke lett vann. Men i alle eksperimentelle grupper, fra første dag med målinger og nesten til slutten av forsøket, var volumet av svulster mindre enn i kontrollgruppen. Dessverre, selv om tungt vann hemmer utviklingen av alle studerte svulster, forlenger det ikke livet til eksperimentelle mus.

Og så var det stemmer for fullstendig fjerning av deuterium fra vannet som brukes til mat. Dette vil føre til en akselerasjon av metabolske prosesser i menneskekroppen, og følgelig til en økning i dens fysiske og intellektuelle aktivitet. Men frykten oppsto snart for at fullstendig fjerning av deuterium fra vannet ville føre til en reduksjon i den totale varigheten av menneskeliv. Tross alt er det kjent at kroppen vår består av nesten 70% vann. Og dette vannet inneholder 0,015% deuterium. Når det gjelder kvantitativt innhold (i atomprosent), rangerer den på 12. plass blant de kjemiske elementene som utgjør menneskekroppen. I denne forbindelse bør det klassifiseres som et mikronæringsstoff. Innholdet av slike sporstoffer som kobber, jern, sink, molybden, mangan i kroppen vår er titalls og hundrevis av ganger mindre enn deuterium. Hva skjer hvis alt deuterium fjernes? Vitenskapen har ennå ikke svart på dette spørsmålet. I mellomtiden er det utvilsomme faktum at ved å endre det kvantitative innholdet av deuterium i en plante- eller dyreorganisme, kan vi fremskynde eller bremse livsprosessene.