Що означає h2o у хімії. Формули ковалентних зв'язків

Вода - одна з найпоширеніших речовин у природі (гідросфера займає 71% поверхні Землі). Воді належить найважливіша роль геології, історії планети. Без води неможливе існування живих організмів. Справа в тому, що тіло людини майже на 63% - 68% складається із води. Практично всі біохімічні реакції в кожній живій клітині - це реакції у водних розчинах... У розчинах (переважно водних) протікає більшість технологічних процесів на підприємствах хімічної промисловості, у виробництві лікарських препаратів та харчових продуктів. І в металургії вода надзвичайно важлива, причому не лише для охолодження. Невипадково гідрометалургія - вилучення металів із руд і концентратів з допомогою розчинів різних реагентів - стала важливою галуззю промисловості.

Вода, у тебе немає ні кольору, ні смаку, ні запаху,
тебе неможливо описати, тобою насолоджуються,
не знаючи, що ти таке. Не можна сказати,
що необхідно для життя: ти саме життя.
Ти виконуєш нас із радістю,
яку не поясниш нашими почуттями.
З тобою повертаються до нас сили,
з якими ми вже попрощалися.
З твоєї милості в нас знову починають
вирувати висохлі джерела нашого серця.
(А. де Сент-Екзюпері. Планета людей)

Мною написаний реферат на тему "Вода - найдивовижніша речовина у світі". Я вибрав цю тему тому, що це найактуальніша тема, оскільки вода це найважливіша речовина на Землі без якої не може існувати жоден живий організм і не можуть протікати жодні біологічні, хімічні реакції та технологічні процеси.

Вода - найдивовижніша речовина на Землі

Вода - речовина звична та незвичайна. Відомий радянський вчений академік І. В. Петрянов свою науково-популярну книгу про воду назвав "найзвичайніша речовина у світі". А "Цікава фізіологія", написана доктором біологічних наук Б. Ф. Сергєєвим, починається з глави про воду - "Речовина, яка створила нашу планету".
Вчені абсолютно праві: немає на Землі речовини, більш важливої для нас, ніж звичайна вода, і в той же час не існує іншої такої речовини, у властивостях якої було б стільки протиріч і аномалій, скільки в її властивостях.

Майже 3/4 поверхні нашої планети зайнято океанами та морями. Твердою водою – снігом та льодом – покрито 20% суші. Від води залежить клімат планети. Геофізики стверджують, що Земля давно б охолола і перетворилася на млявий шматок каменю, якби не вода. У неї дуже велика теплоємність. Нагріваючись, вона поглинає тепло; остигаючи, віддає його. Земна вода і поглинає, і повертає дуже багато тепла і тим самим вирівнює клімат. А від космічного холоду оберігає Землю ті молекули води, які розсіяні в атмосфері — у хмарах та у вигляді пари… без води обійтися не можна — це найважливіша речовина на Землі.
Будова молекули води

Поведінка води "нелогічна". Виходить, що переходи води з твердого стану в рідкий і газоподібний відбувається при температурах, набагато вищих, ніж слід. Цим аномаліям знайдено пояснення. Молекула води H 2 O побудована як трикутника: кут між двома зв'язками кисень — водень 104 градуси. Але оскільки обидва водневі атоми розташовані з одного боку від кисню, електричні заряди у ній розосереджуються. Молекула води є полярною, що є причиною особливої взаємодії між різними її молекулами. Атоми водню в молекулі H 2 O, маючи частковий позитивний заряд, взаємодіють із електронами атомів кисню сусідніх молекул. Такий хімічний зв'язок називається водневим. Вона поєднує молекули H 2 O у своєрідні полімери просторової будови; площина, в якій розташовані водневі зв'язки, перпендикулярні площині атомів тієї ж молекули H 2 O. Взаємодіям між молекулами води пояснюються в першу чергу незакономірно високі температури її плавлення та кипіння. Потрібно підвести додаткову енергію, щоб розхитати, а потім зруйнувати водневі зв'язки. І ця енергія дуже значна. Ось чому, до речі, така велика теплоємність води.

Які зв'язки має H2O?

У молекулі води є два полярні ковалентні зв'язки Н-О.

Вони утворені за рахунок перекриття двох одноелектронних р - хмар атома кисню і одноелектронних S - хмар двох атомів водню.

У молекулі води атом кисню має чотири електронні пари. Дві їх беруть участь у освіті ковалентних зв'язків, тобто. є зв'язуючими. Дві інші електронні пари не є зв'язуючими.

У молекулі є чотири полюси зарядів: два - позитивні і два - негативні. Позитивні заряди зосереджені в атомів водню, оскільки кисень електронегативніший за водень. Два негативні полюси припадають на дві електронні пари кисню, що не зв'язують.

Подібне уявлення про будову молекули дозволяє пояснити багато властивостей води, зокрема структуру льоду. У кристалічній решітці льоду кожна молекула оточена чотирма іншими. У площинному зображенні це можна так:

На схемі видно, що зв'язок між молекулами здійснюється за допомогою атома водню:
Позитивно заряджений атом водню однієї молекули води притягується до негативно зарядженого атома кисню іншої молекули води. Такий зв'язок отримав назву водневої (її позначають точками). За міцністю водневий зв'язок приблизно в 15 — 20 разів слабший за ковалентний зв'язок. Тому водневий зв'язок легко розривається, що спостерігається, наприклад, під час випаровування води.

Структура рідкої води нагадує структуру льоду. У рідкій воді молекули також пов'язані один з одним за допомогою водневих зв'язків, проте структура води менш жорстка, ніж у льоду. Внаслідок теплового руху молекул у воді одні водневі зв'язки розриваються, інші утворюються.

Фізичні властивості H 2 O

Вода, H 2 O, рідина без запаху, смаку, кольору (в товстих шарах блакитна); щільність 1 г/см 3 (при 3,98 градусах), t пл = 0 градусів, t кіп = 100 градусів.
Різна буває вода: рідка, тверда та газоподібна.
Вода - це єдина речовина в природі, яка в земних умовах існує у всіх трьох агрегатних станах:

рідкому - вода
твердим - лід
газоподібному - пара

Радянський вчений В. І. Вернадський писав: "Вода стоїть особняком в історії нашої планети. Немає природного тіла, яке могли б зрівнятися з нею за впливом на хід основних, найграндіозніших геологічних процесів. Немає земної речовини - мінералу гірської породи, живого тіла, яке її не укладало. Вся земна речовина нею перейнято і охоплено " .

Хімічні властивості H 2 O

З хімічних властивостей води особливо важливими є здатність її молекул дисоціювати (розпадатися) на іони та здатність води розчиняти речовини різної хімічної природи. Роль води, як головного та універсального розчинника визначається насамперед полярністю її молекул (зміщенням центрів позитивних та негативних зарядів) і, як наслідок, її надзвичайно високою діелектричною проникністю. Різноіменні електричні заряди, і зокрема іони, притягуються один до одного у воді у 80 разів слабше, ніж притягувалися б у повітрі. Сили взаємного тяжіння між молекулами або атомами зануреного у воду тіла також слабші, ніж у повітрі. Тепловому руху у разі легше роз'єднати молекули. Тому і відбувається розчинення, у тому числі багатьох важко розчинних речовин: крапля камінь точить.

Дисоціація (розпадання) молекул води на іони:
H 2 O → H + +OH, або 2H 2 O → H 3 O (іон гідроксія) + ОН
у звичайних умовах украй незначна; дисоціює в середньому одна молекула з 500 000 000. При цьому треба мати на увазі, що перше з наведених рівнянь суто умовне: не може існувати у водному середовищі позбавлений електронної оболонки протон Н. Він відразу з'єднується з молекулою води, утворюючи іон гідроксія H 3 O. Вважають навіть, що асоціанти водних молекул насправді розпадаються на значно важчі іони, такі, наприклад, як
8H 2 O → HgO 4 +H 7 O 4 , а реакція H 2 O → H + +OH - лише сильно спрощена схема реального процесу.

Реакційна здатність води порівняно невелика. Щоправда, деякі активні метали здатні витісняти з неї водень:
2Na+2H 2 O → 2NaOH+H 2 ,

а в атмосфері вільного фтору вода може горіти:
2F 2 +2H 2 O → 4HF+O 2 .

З подібних молекулярних асоціатів сполук молекул складаються і кристали звичайного льоду. "Упаковка" атомів у такому кристалі не іонна, і лід погано проводить тепло. Щільність рідкої води за температури близької до нуля, більша ніж у льоду. При 0°C 1гр льоду займає обсяг 1,0905 см 3 , а 1гр рідкої води - 1,0001 см 3 . І лід плаває, тому й не промерзають наскрізь водоймища, а лише покриваються крижаним покривом. У цьому виявляється ще одна аномалія води: після плавлення вона спочатку стискається, а потім, на рубежі 4 градусів, при подальшому процесі починає розширюватися. При високих тисках звичайний лід можна перетворити на так званий лід – 1, лід – 2, лід – 3, і т. д. – більш важкі та щільні кристалічні форми цієї речовини. Найбільш твердий, щільний і тугоплавкий поки що лід - 7 - отриманий при тиску 3 кіло Па. Він плавиться за 190 градусів.

Кругообіг води в природі

Організм людини пронизаний мільйонами кровоносних судин. Великі артерії та вени з'єднують один з одним основні органи тіла, дрібніші обплітають їх з усіх боків, найтонші капіляри доходять практично до кожної окремої клітини. Чи копаєте ви яму, чи сидите на уроці або блаженно спите, по них безперервно тече кров, пов'язуючи в єдину систему людського організму мозок та шлунок, нирки та печінку, очі та м'язи. Навіщо ж потрібна кров?

Кров доносить до кожної клітини вашого тіла кисень з легких та поживних речовин зі шлунка. Кров збирає відходи життєдіяльності з усіх, навіть затишних куточків організму, звільняючи його від вуглекислого газу та інших непотрібних, зокрема небезпечних речовин. Кров розносить по всьому тілу особливі речовини - гормони, які регулюють та узгоджують роботу різних органів. Іншими словами, кров поєднує різні частини тіла в єдину систему, у злагоджений та працездатний організм.

Так само кровоносна система є і в нашої планети. Кров Землі – це вода, а кровоносні судини – річки, річечки, струмки та озера. І це не просто порівняння, мистецька метафора. Вода Землі грає ту ж роль, як і кров в організмі людини, і як недавно помітили вчені, структура річкової мережі дуже схожа на структуру кровоносної системи людини. "Візник природи" - так назвав воду великий Леонардо да Вінчі саме вона, переходячи з ґрунту в рослини, з рослин в атмосферу, стікаючи по річках з материків в океани і повертаючись назад з повітряними потоками, з'єднуючи один з одним різні компоненти природи, перетворюючи їх у єдину географічну систему. Вода не просто переходить з одного природного компонента до іншого. Як і кров, вона переносить із собою величезну кількість хімічних речовин, експортуючи їх із ґрунту в рослини, із суші в озера та океани, із атмосфери на землю. Всі рослини можуть споживати поживні речовини, що містяться у ґрунті, тільки з водою, де вони знаходяться у розчиненому стані. Якби не приплив води з ґрунту в рослини, всі трави, що навіть ростуть на найбагатших ґрунтах, загинули б "від голоду", уподібнившись до купця, який помер від голоду на скрині із золотом. Вода забезпечує поживними речовинами та мешканців річок, озер та морів. Струмки, що весело стікають з полів і лук під час весняного танення снігу або після літніх дощів, збирають по дорозі хімічні речовини, що зберігаються в грунті, і доносять їх до жителів водойм і моря, пов'язуючи тим самим наземні і водні ділянки нашої планети. Найбагатший "стіл" утворюється в тих місцях, де несучі поживні речовини річки впадають у озера та моря. Тому такі ділянки узбереж – естуарії – відрізняються буянням підводного життя. А хто видаляє відходи, що утворюються внаслідок життєдіяльності різних географічних систем? Знову ж таки вода, причому на посаді акселератора вона працює набагато краще за кровоносну систему людини, яка лише частково виконує цю функцію. Особливо важливою є очисна роль води зараз, коли людина отруює довкілля відходами міст, промислових та сільськогосподарських підприємств. В організмі дорослої людини міститься приблизно 5-6 кг. крові, більшість якої безперервно циркулює між різними частинами його тіла. А скільки води обслуговує життя нашого світу?

Усі води землі не входять до складу гірських порід, об'єднуються поняттям " гідросфера " . Її вага така велика, що зазвичай його вимірюють не в кілограмах або в тоннах, а в кубічних кілометрах. Один кубічний кілометр - це куб з розміром кожного ребра в 1 км, постійно зайнятого водою. Вага 1 км 3 води дорівнює 1 млрд. т. На всій землі міститься 1,5 млрд. км 3 води, що за вагою дорівнює приблизно 1500000000000000000 тонн! На кожну людину припадає по 1,4 км3 води, або по 250 млн. т. Пий, не хочу!
Але, на жаль, все не так просто. Справа в тому, що 94% цього обсягу становлять води світового океану, не придатні для більшості господарських цілей. Лише 6% -це води суші, у тому числі прісної всього 1/3, тобто. лише 2% від обсягу гідросфери. Основна маса цих прісних вод зосереджена у льодовиках. Значно менше їх міститься під земною поверхнею (у неглибоко розташованих підземних, водних горизонтах, у підземних озерах, у ґрунтах, а також у парах атмосфери. На частку річок, з яких в основному і бере воду людина, доводиться зовсім мало – 1,2 тис. км 3. Зовсім нікчемний загальний об'єм води, що одночасно міститься в живих організмах, так що води, яку може споживати людина та інші живі організми, на нашій планеті не так вже й багато. постійно п'ють воду, рослини випаровують в атмосферу, а річки відносять до океану.

Чому не закінчується вода Землі?

Кровоносна система людини є замкнутим ланцюгом, по якому безперервно тече кров, переносячи кисень і вуглекислий газ, поживні речовини та відходи життєдіяльності. Цей потік ніколи не закінчується, тому що є коло або кільце, а, як відомо, "у кільця немає кінця". За цим принципом влаштована і водяна мережа нашої планети. Вода Землі перебуває у постійному кругообігу, і їх у одному ланці відразу ж поповнюється рахунок надходження з іншого. Рушійною силою кругообігу води є сонячна енергія та сила тяжіння. За рахунок кругообігу води всі частини гідросфери тісно об'єднані та пов'язують між собою інші компоненти природи. У найзагальнішому вигляді кругообіг води на нашій планеті виглядає наступним чином. Під дією сонячних променів вода випаровується з поверхні океану і суші і надходить в атмосферу, причому випаровування з поверхні суші здійснюється як річками та водоймами, так ґрунтом, рослинами. Частина води відразу повертається з дощами назад до океану, а частина переноситься вітрами на сушу, де випадають у вигляді дощів та снігу. Потрапляючи в ґрунт, вода частково вбирається в неї, поповнюючи запаси ґрунтової вологи та підземних вод, частково стікає по поверхні в річки та водоймища ґрунтова волога частково переходить у рослини, які випаровують її в атмосферу, і частково стікає у річки, тільки з меншою швидкістю. Річки, що живляться водою з поверхневих струмків та підземних вод, несуть воду у Світовий океан, поповнюючи її спад. Вода випаровується з його поверхні, знову опиняється в атмосфері, і кругообіг замикається. Такий же рух води між усіма компонентами природи та всіма ділянками земної поверхні відбувається постійно і безперервно протягом багатьох мільйонів років.

Треба сказати, що кругообіг води не повністю замкнутий. Частина її, потрапляючи у верхні шари атмосфери, розкладається під впливом сонячних променів і в космос. Але ці незначні втрати постійно поповнюються рахунок надходження води з глибинних шарів землі при вулканічних виверженнях. За рахунок цього обсяг гідросфери поступово зростає. за деякими розрахунками 4 млрд. років тому її становив 20 млн. км 3 , тобто. був у сім тисяч разів менше сучасного. У майбутньому кількість води на Землі, мабуть, так само зростатиме, якщо врахувати, що об'єм води в мантії Землі оцінюється в 20 млрд. км 3 - це в 15 разів більше за сучасний об'єм гідросфери. Порівнюючи обсяг води окремих частинах гідросфери з припливом води у яких і сусідніх ланок круговороту, можна визначити активність водообміну, тобто. час, за який може повністю оновитись об'єм води у Світовому океані, в атмосфері чи ґрунті. Найповільніше оновлюються води в полярних льодовиках (один раз за 8 тис. років). А найшвидше оновлюється річкова вода, яка у всіх річках на Землі повністю змінюється за 11 днів.

Водний голод планети

"Земля - планета разючого блакитності"! — захоплено доповідали американські астронавти, які поверталися з далекого Космосу після висадки на Місяць. Та й чи могла наша планета виглядати інакше, якщо понад 2/3 її поверхні займають моря та океани, льодовики та озера, річки, ставки та водосховища. Але що означає явище, назва якого винесено в заголовках? Який же "голод" може бути, якщо на Землі така велика кількість водойм? Так, води на Землі більш ніж достатньо. Але не можна забувати і про те, що життя на планеті Земля, як вважають учені, вперше з'явилося у воді, а потім вийшли на сушу. Свою залежність від води організми зберегли під час еволюції багато мільйонів років. Вода - головний "будівельний матеріал", з якого складається їхнє тіло. У цьому легко переконатися, проаналізувавши цифри такі таблиці:

Останнє число цієї таблиці свідчить у тому, що у людині вагою 70 кг. міститься 50 кг. води! Але ще більше її в людському зародку: у триденному – 97%, у тримісячному – 91%, у восьмимісячному – 81%.

Проблема "водного голоду" полягає у необхідності нетримання певної кількості води в організмі, оскільки йде постійна втрата вологи в ході різних фізіологічних процесів. Для нормального існування в умовах помірного клімату людині необхідно отримувати з питтям та їжею близько 3,5 літрів води на добу, у пустелі ця норма зростає щонайменше до 7,5 літрів. Без їжі людина може існувати близько сорока днів, без води набагато менше — 8 днів. За даними спеціальних медичних експериментів при втраті вологи у розмірі 6-8% від ваги тіла людина впадає в напівнепритомність, при втраті 10% - починаються галюцинації, при 12% людина вже не може відновлюватися без спеціальної медичної допомоги, а при втраті 20% настає Неминуча смерть. Багато тварин добре пристосовуються до нестачі вологи. Найбільш відомий і яскравий приклад цього - "корабель пустелі", верблюд. Він може дуже довго жити у спекотній пустелі, не споживаючи питної води і втрачаючи без шкоди для своєї працездатності до 30% початкової ваги. Так, в одному із спеціальних випробувань верблюд за 8 днів працював під палючим літнім сонцем втративши 100 кг. із 450 кг. своєї початкової ваги. А коли його підвели до води, він випив 103 літри та відновив свою вагу. Встановлено, що до 40 літрів вологи верблюд може отримати шляхом перетворення жиру, накопиченого в його горбу. Цілком не вживають питну воду такі пустельні тварини, як тушканчики і кенгурові щури, - їм вистачає вологи, яку вони отримують з їжею, і води, що утворюється в їхньому організмі при окисленні власного жиру, так само як у верблюдів. Ще більше води споживають для свого зростання та розвитку рослини. Качан капусти "випиває" за добу більше одного літра води, одне дерево в середньому – понад 200 літрів води. Звичайно, це досить приблизна цифра — різні породи дерев у різних природних умовах витрачають вельми різну кількість вологи. Так саксаул, що росте в пустелі, витрачає мінімальну кількість вологи, а евкаліпт, в який в деяких місцях називають "дерево-насос", пропускає через себе величезну кількість води, і з цієї причини його насадження використовують для осушення боліт. Так перетворили на процвітаючу територію заболочені малярійні землі Колхідської низовини.

Вже зараз близько 10% населення нашої планети відчувають нестачу чистої води. А якщо врахувати, що 800 млн. дворів у сільській місцевості, де живе близько 25% всього людства, не має водопроводу, то проблема "водного голоду" набуває справді глобального характеру. Особливо гостра вона у країнах, де поганою водою користується приблизно 90% населення. Нестача чистої води стає одним із найважливіших факторів, що обмежують прогресивний розвиток людства.

Запитання про охорону водних ресурсів

Вода застосовується у всіх галузях господарську діяльність людини. Практично неможливо назвати будь-який виробничий процес, у якому не використовувалася б вода. У зв'язку з бурхливим розвитком промисловості, зростання населення міст витрата води збільшується. Першорядне значення набувають питання охорони водних ресурсів та джерел від виснаження, а також від забруднення стічними водами. Всім відомо, яку шкоду завдають стічні води мешканцям водойм. Ще страшніша для людини і всього живого на Землі поява в річкових водах отрутохімікатів, що змиваються з полів. Так наявність у воді 2,1 частини пестициду (ендрину) на мільярд частин води достатньо для загибелі всіх риб, що знаходяться в ній. Величезну загрозу для людства становлять неочищені стоки населених пунктів, що скидаються в річки. Ця проблема вирішується шляхом свідомості таких технологічних процесів, у яких відпрацьована вода не скидається у водоймища, а після очищення знову повертається у технологічний процес.

Нині приділяється велику увагу охороні навколишнього середовища проживання і зокрема природних водойм. Враховуючи значення цієї проблеми, у нас у країні не ухвалюють закон про охорону та раціональне використання природних ресурсів. Конституція говорить: " Громадяни Росії мають берегти природу, охороняти її багатства " .

Види води

Бромна воданасичений розчин Br2 у воді (3,5% за масою Br2). Бромова вода - окислювач, бромуючий агент в аналітичній хімії.

Аміачна водаутворюється при контакті сирого коксового газу з водою, що концентрується внаслідок охолодження газу або спеціально впорскується в нього для вимивання NH3. В обох випадках отримують так звану слабку або скруберну, аміачну воду. Дистиляцією цієї аміачної води з водяною парою та подальшою дефлегмацією та конденсацією отримують концентровану аміачну воду (18 - 20% NH 3 за масою), яку використовують у виробництві соди, як рідке добриво та ін.

Молекула води складається з одного атома кисню та двох атомів водню (H2O). Схематично будову молекули води можна зобразити так:

Молекула води є так званою полярною молекулою, тому що її позитивний та негативний заряди не розподілені рівномірно навколо якогось центру, а розміщені асиметрично, утворюючи позитивний та негативний полюси. Малюнок показує надзвичайно спрощеному вигляді, як приєднані два атоми водню до одного атома кисню, утворюючи молекулу води.

Кут позначений малюнку і відстань між атомами залежить від агрегатного стану води (маються на увазі рівноважні параметри, тому що мають місце постійні коливання). Так у пароподібному стані кут дорівнює 104° 40", відстань O-H - 0,096 нм; у льоду кут - 109° 30", відстань O-H - 0,099 нм. Відмінність параметром молекули в пароподібному (вільному) стані та у льоду спричинена впливом сусідніх молекул. Також впливають і молекули в рідкій фазі, в якій крім впливу сусідніх молекул води існує сильний вплив розчинених іонів інших речовин.

Історія визначення складу молекули води

Починаючи з витоків хімії вчені протягом досить великого періоду часу вважали воду простою речовиною, так як вона не могла бути розкладена в результаті тих реакцій, які були відомі в той час. Крім того, сталість властивостей води ніби підтверджувало це положення.

Навесні 1783 р., Канендиш у своїй кембриджській лабораторії працював з нещодавно відкритим "життєвим повітрям" - так на той час називали кисень, і "горючим повітрям" (так називали водень). Він змішував один обсяг "життєвого повітря" з двома обсягами "пального повітря" та пропускав через суміш електричний розряд. Суміш спалахувала, і стінки колби покривалися крапельками рідини. Досліджуючи рідину, вчений дійшов висновку, що це чиста вода. Раніше подібне явище описав французький хімік П'єр Макер: він увів у полум'я "пального повітря" порцелянове блюдце, на якому утворилися краплинки рідини. Яке ж було здивування Макера, коли він дослідив рідину, що утворилася, і виявив що це вода. Виходив якийсь парадокс: вода, що гасить вогонь, сама утворюється при горінні. Як ми тепер розуміємо, відбувався синтез води з кисню та водню:

H 2 + O 2 → 2H 2 O + 136,74 ккал.

У звичайних умовах ця реакція не йде, і щоб водень став активним, потрібно підвищити температуру суміші, наприклад, за допомогою електричної іскри, як у дослідах Кавендіша. Генрі Кавендіш мав достатні дані, щоб встановити, в яких пропорціях входить кисень і водень до складу води. Але він цього не зробив. Можливо, йому завадила глибока віра у теорію флогістона, у межах якої намагався інтерпретувати свої експерименти.

Звістка про досліди Кавендіша досягла Парижа у червні того ж року. Лавуазьє відразу ж повторив ці досліди, потім провів цілу серію подібних експериментів і через кілька місяців 12 листопада 1783 року в день святого Мартіна доповів результати досліджень на традиційних зборах Французької академії наук. Цікаво назва його доповіді, характерне для всієї тієї несуєтної педантичної епохи великих відкриттів природознавства: "Про природу води та експерименти, мабуть, що підтверджують, що ця речовина не є, строго кажучи, елементом, а може бути розкладена і утворена знову". Доповідь була зустрінута гарячими запереченнями - дані Лавуазьє явно суперечили шановній та популярній на той час теорії флогістону. Він зробив правильний висновок, що вода утворюється при з'єднанні "пального газу" з киснем і містить (за масою) 15% першого та 85% другого (сучасні дані - 11,19% та 88,81%).

Через два роки Лавуазьє знову повернувся до дослідів із водою. Академія наук поставила перед Лавуазьє практичне завдання - знайти дешевий спосіб отримання водню як найлегшого газу для потреб повітроплавання, що народжується. Лавуазьє залучив до роботи військового інженера, математика та хіміка Жана Меньє. Як вихідну речовину вони вибрали воду - навряд чи можна було відшукати сировину дешевше. Знаючи, що вода - це з'єднання водню з киснем, вони намагалися знайти спосіб відібрати від неї кисень. Для цієї мети підходили різні відновники, найбільш доступним було металеве залізо. З реторти-кип'ятильника водяні пари надходили в розпечений докрасна на жаровні рушничний ствол із залізною тирсою. При температурі червоного гартування (800 °С) залізо вступає в реакцію з водяною парою, і виділяється водень:

3Fe + 4H 2 O → Fe 3 O 4 + 4H 2

Водень, що утворився при цьому, збирався, а не водяні пари, що прореагували, конденсувалися в холодильнику і відокремлювалися у вигляді конденсату від водню. З кожних 100 гран води виходило 15 гран водню та 85 гран кисню (1 гран = 62,2 мг). Ця робота мала і важливе теоретичне значення. Вона підтвердила раніше зроблені висновки (з досвіду зі спалювання водню в кисні під дзвоном), що вода містить 15% водню та 85% кисню (сучасні дані – 11,19% та 88,81%).

Виходячи з того, що "горюче повітря" бере участь в утворенні води, французький хімік Гітон де Морво в 1787 р. запропонував назвати його hydrogene (від слів гідровода і геннао-роджу). Російське слово "водень", тобто. "народжує воду", є точним перекладом латинської назви.

Жозеф Луї Гей-Люссак та Олександр Гумбольдт, провівши спільні досліди у 1805 році, вперше встановили, що для утворення води необхідні два обсяги водню та один обсяг кисню. Подібні думки було висловлено і італійським ученим Амедео Авогадро. У 1842 р. Жан Батист Дюма встановив вагове співвідношення водень та кисню у воді як 2:16.

Однак через те, що з атомними масами елементів у першій половині XIX століття було багато плутанини і ця обстановка ще більше ускладнилася у зв'язку з введенням поняття "еквівалентна вага", то довгий час формула води записувалася в різних варіантах: то як HO, то як H 2 O і навіть H 2 O 2 . Про це писав Д.І. Менделєєв: "У 50-х роках одні приймали O=8, інші O=16, якщо H=1. Вода для перших була HO, перекис водню HO 2 , для других, як нині, вода H 2 O, перекис водню H 2 O 2 або HO. Смута, плутаність панували ... ".

Після Міжнародного конгресу хіміків у Карлсруе, що відбувся у 1860 році, вдалося внести ясність у деякі питання, які відіграли помітну роль у подальшому розвитку атомно-молекулярної теорії, а отже, і у правильному тлумаченні атомарного складу води. Було встановлено єдину хімічну символіку.

Експериментальні дослідження, виконані в XIX столітті ваговими та об'ємними методами, зрештою переконливо показали, що вода як хімічна сполука може бути виражена формулою H2O.

Як відомо, молекула води досить " однобока " - обидва атома водню примикають до кисню з одного боку. Цікаво, що ця надзвичайно важлива особливість молекули води була встановлена суто умоглядно задовго до епохи спектроскопічних досліджень англійським професором Д. Берналом. Він виходив з того, що вода має дуже сильний електричний момент (тоді, в 1932 р., це було відомо). Найпростіше, звичайно, молекулу води "сконструювати", розташувавши всі атоми, що входять до неї, по прямій лінії, тобто. H-O-H. "Однак, - пише Бернал, - водяна молекула подібним чином побудована бути не може, бо при такій структурі молекула, що містить два позитивні атоми водню і негативний атом кисню, була б електрично нейтральною, не мала б певної спрямованості ... електричний момент може бути тільки, якщо обидва атоми водню примикають до кисню з одного і того ж боку.

, гіпс та ін), присутній у ґрунті, є зобов'язати. компонентом всіх живих організмів.

Ізотопний склад.Існує 9 стійких ізотопних різновидів води. Зміст їх у прісній воді в середньому такий (мол. %): 1 Н 2 16 Про - 99,13; 1 Н 2 18 Про - 0,2; 1 Н 2 17 0-0,04; 1 Н 2 Про 16-0,03; інші п'ять ізотопних різновидів присутні у воді в нікчемних кіл-вах. Крім стабільних ізотопних різновидів, у воді міститься невелика кількість радіоактивного 3 Н 2 (або Т 2 О). Ізотопний склад природної води різного походження дек. варіює. Особливо непостійне відношення 1 Н/2 Н: у прісних водах – у середньому 6900, у морській воді –5500, у льодах – 5500-9000. За фіз. властивостям D 2 O помітно відрізняється від звичайної води (див. Тяжка вода). Вода, що містить 18 Про, по св-вам ближче до води з 16 Про.

Фіз. властивості води аномальні. Плавлення льоду за атм. тиск супроводжується зменшенням обсягу на 9%. Температурний коефіцієнт. об'ємного розширення льоду та рідкої води від'ємний при т-pax соотв. нижче -210°С та 3,98°С. Теплоємність З ° при плавленні зростає майже вдвічі і в інтервалі 0-100 ° С майже не залежить від т-ри (є мінімум при 35 ° С). Мінімум ізо-терміч. стисливості (44,9 * 10 -11 Па -1), що спостерігається при 46 ° С, виражений досить чітко. При низьких тисках і т-рах до 30 ° С в'язкість води зі зростанням тиску падає. Високі діелектрич. проникність і диполъный момент води визначають її хорошу розчинну здатність по відношенню до полярним та іоногенним в-вам. Завдяки високим значенням °, і вода-важливий регулятор кліматич. умов землі, стабілізуючий т-ру з її пов-сти. Крім того, близькість кута Н-О-Н до тетраедричного (109° 28") обумовлює пухкість структур льоду та рідкої води і, як наслідок, аномальну залежність щільності від т-ри. Тому не промерзають до дна великі водоймища, що уможливлює існування у них життя.

Табл. 1 - ВЛАСТИВОСТІ ВОДИ І ВОДЯНОЇ ПАРИ, ЩО ЗНАХОДЯТЬСЯ В РІВНОВАГІ

Але щільність модифікацій II-VI значно нижче тієї, який міг би мати лід при щільній упаковці молекул. Тільки в модифікаціях VII і VIII досягається досить висока щільність упаковки: в їх структурі дві правильні сітки, побудовані з тетраедрів (аналогічні існуючим в кубич. низькотемпературному льоду Iс, ізоструктурному алмазі), вставлені одна в одну; при цьому зберігається система прямолінійних водневих зв'язків, а координація. число по кисню подвоюється і сягає 8. Розташування атомів кисню у льодах VII і VIII подібне до розташування атомів вжелезе і багатьох інших металах. У звичайному (Ih) і кубічному (Iс) льодах, а також у льодах HI, V-VII орієнтація молекул не визначена: обидва найближчих до атома Протону утворюють з ним ковалентні зв'язки, які м. б. спрямовані до будь-яких двох із чотирьох сусідніх атомів кисню у вершинах тетраедра. Діелектрич. проникність цих модифікацій висока (вище, ніж у рідкої води). Модифікації II, VIII та IX орієнтаційно впорядковані; їх діелектрич. проникність низька (бл. 3). Лід VIII є впорядкованим за розміщенням протонів варіантом льоду VII, а лід IX - льоду III. Щільності орієнтаційно впорядкованих модифікацій (VIII, IX) близькі до густин відповідних невпорядкованих (VII, III).

Вода як розчинник. Вода добре розчиняє багато. полярні та дисоціюючі на іони в-ва. Зазвичай р-римість зростає зі збільшенням т-ри, але іноді температурна залежність має більш складний характер. Так, р-римість мн. сульфатів, карбонатів і фосфатів при підвищенні т-ри зменшується або спочатку підвищується, а потім проходить через максимум. Р-римость малополярних в-в (у т. ч. газів, що входять до складу атмосфери) у воді низька і при підвищенні т-ри зазвичай спочатку знижується, а потім проходить через мінімум. Зі зростанням тиску р-римість газів зростає, проходячи при високих тисках через максимум. Багато в-ва, розчиняючись у питній воді, реагують із нею. Напр., в розчинах NH 3 можуть бути іони NH 4 (див. також Гідроліз). Між розчиненими у воді іонами, атомами, молекулами, що не вступають з нею в хім. р-ції, та

Найважливіша, унікальна за властивостями та складом речовина нашої планети – це, звичайно, вода. Адже саме завдяки їй на Землі життя є, тоді як на інших відомих сьогодні об'єктах Сонячної системи її немає. Тверда, рідка, як пара - вона потрібна і важлива будь-яка. Вода та її властивості становлять предмет вивчення цілої наукової дисципліни – гідрології.

Кількість води на планеті

Якщо розглядати показник кількості даного оксиду у всіх агрегатних станах, його на планеті близько 75% від загальної маси. При цьому слід враховувати зв'язану воду в органічних сполуках, живих істотах, мінералах та інших елементах.

Якщо враховувати лише рідкий та твердий стан води, показник впаде до 70,8%. Розглянемо, як розподіляються ці відсотки, де міститься речовина, що розглядається.

Солоної води в океанах та морях, солончакових озерах на Землі 360 млн км 2 .
Прісна вода розподілена нерівномірно: її у льодовиках Гренландії, Арктики, Антарктиди закуто у льоди 16,3 млн км 2 .
У прісних річках, болотах та озерах зосереджено 5,3 млн км 2 оксиду водню.
Підземні води становлять 100 млн м3.

Саме тому космонавтам із далекого космічного простору видно Землю у формі кулі блакитного кольору з рідкісними вкрапленнями суші. Вода та її властивості, знання особливостей будови є важливими елементами науки. До того ж, останнім часом людство починає відчувати явну нестачу прісної води. Можливо, такі знання допоможуть у вирішенні цієї проблеми.

Склад води та будова молекули

Якщо розглянути ці показники, то відразу стануть зрозумілими й властивості, які виявляє ця дивовижна речовина. Так, молекула води складається з двох атомів водню та одного атома кисню, тому має емпіричну формулу Н2О. Крім того, при побудові самої молекули велику роль відіграють електрони обох елементів. Подивимося, що являють собою структура води та її властивості.

Очевидно, що кожна молекула орієнтована навколо іншої, і всі вони формують загальну кристалічну решітку. Цікаво те, що оксид побудований у формі тетраедра - атом кисню в центрі, а дві пари електронів його та два атоми водню навколо асиметрично. Якщо провести через центри ядер атомів лінії і з'єднати їх, то вийде тетраедрична геометрична форма.

Кут між центром атома кисню та ядрами водень становить 104,5 0 С. Довжина зв'язку О-Н = 0,0957 нм. Наявність електронних пар кисню, а також його більша порівняно з воднями спорідненість до електрона забезпечують формування молекули негативно зарядженого поля. На противагу йому ядра водень утворюють позитивно заряджену частину сполуки. Отже, виходить, що молекула води - диполь. Це визначає те, якою може бути вода, та її фізичні властивості також залежать від будови молекули. Для живих істот ці особливості відіграють життєво важливу роль.

Основні фізичні властивості

До таких прийнято відносити кристалічні грати, температури кипіння та плавлення, особливі індивідуальні характеристики. Усі їх і розглянемо.

Будова кристалічних ґрат оксиду водню залежить від агрегатного стану. Воно може бути твердим – лід, рідким – основна вода за звичайних умов, газоподібним – пара при підвищенні температури води понад 100 0 С. Гарні візерункові кристали формує лід. Ґрати в цілому пухкі, але з'єднання дуже міцне, щільність низька. Бачити її можна на прикладі сніжинок чи морозних візерунків на шибках. У звичайної води грати не мають постійної форми, вони змінюються і переходять з одного стану в інший.
Молекула води у космічному просторі має правильну форму кулі. Однак під дією земної сили тяжкості вона спотворюється і в рідкому стані набуває форми судини.
Те, що за структурою оксид водню - диполь, зумовлює такі властивості: висока теплопровідність і теплоємність, яка простежується в швидкому нагріванні та довгому охолодженні речовини, здатність орієнтувати навколо себе як іони, так і окремі електрони, сполуки. Це робить воду універсальним розчинником (як полярним, і нейтральним).
Склад води та будова молекули пояснюють здатність цієї сполуки утворювати численні водневі зв'язки, у тому числі з іншими сполуками, що мають неподілені електронні пари (аміак, спирт та інші).
Температура кипіння рідкої води – 100 0 С, кристалізація настає при +4 0 С. Нижче цього показника – лід. Якщо збільшувати тиск, то температура кипіння води різко зросте. Так, при високих атмосферах у ній можна розтопити свинець, але вона навіть не закипить (понад 300 0 З).
Властивості води дуже значущі живих істот. Наприклад, одне з найважливіших - поверхневий натяг. Це формування найтоншої захисної плівки на поверхні оксиду водню. Йдеться про воду у рідкому стані. Цю плівку розірвати механічною дією дуже складно. Вченими встановлено, що знадобиться сила, що дорівнює вазі 100 тонн. Як її помітити? Плівка очевидна, коли вода капає із крана повільно. Видно, що вона немов у якійсь оболонці, яка розтягується до певної межі та ваги та відривається у вигляді круглої крапельки, трохи спотвореної силою тяжіння. Завдяки поверхневому натягу багато предметів можуть бути на поверхні води. Комахи, що мають спеціальні пристрої, можуть вільно пересуватися по ній.
Вода та її властивості аномальні та унікальні. За органолептичними показниками дана сполука - безбарвна рідина без смаку та запаху. Те, що ми називаємо смаком води, це розчинені в ній мінерали та інші компоненти.
Електропровідність оксиду водню в рідкому стані залежить від того, скільки і яких солей у ньому розчинені. Дистильована вода, яка не містить домішок, електричний струм не проводить.

Лід – це особливий стан води. У структурі цього стану молекули пов'язані один з одним водневими зв'язками і формують красиву кристалічну решітку. Але вона досить нестійка і може розколотися, розтанути, тобто деформуватися. Між молекулами зберігається безліч порожнеч, розміри яких перевищують розміри частинок. Завдяки цьому щільність льоду менша, ніж рідкого оксиду водню.

Це має велике значення для річок, озер та інших прісних водойм. Адже в зимовий період вода в них не замерзає повністю, а лише покривається щільною кіркою легшого льоду, що спливає нагору. Якби ця властивість не була характерною для твердого стану оксиду водню, то водоймища промерзали б наскрізь. Життя під водою було б неможливим.

Крім того, твердий стан води має велике значення як джерело величезної кількості прісних питних запасів. Це льодовики.

Особливою властивістю води можна назвати явище потрійної точки. Це такий стан, при якому лід, пара та рідина можуть існувати одночасно. Для цього потрібні такі умови, як:

високий тиск – 610 Па;
температура 0,010С.

Показник прозорості води залежить від сторонніх домішок. Рідина може бути повністю прозорою, опалесцентною, каламутною. Поглинаються хвилі жовтого та червоного кольорів, глибоко проникають фіолетові промені.

Хімічні властивості

Вода та її властивості – важливий інструмент у розумінні багатьох процесів життєдіяльності. Тому вони вивчені дуже добре. Так, гідрохімію цікавлять вода та її хімічні властивості. Серед них можна назвати такі:

Жорсткість. Це така властивість, яка пояснюється наявністю солей кальцію та магнію, їх іонів у розчині. Поділяється на постійну (солі названих металів: хлоридів, сульфатів, сульфітів, нітратів), тимчасову (гідрокарбонати), яка усувається кип'ятінням. У Росії воду перед використанням пом'якшують хімічним шляхом для кращої якості.
Мінералізація. Властивість, заснована на дипольному моменті оксиду водню. Завдяки його наявності молекули здатні приєднувати себе безліч інших речовин, іонів і утримувати їх. Так формуються асоціати, клатрати та інші об'єднання.
Окисно-відновні властивості. Як універсальний розчинник, каталізатор, асоціат вода здатна взаємодіяти з безліччю простих і складних сполук. З одними вона виступає у ролі окислювача, коїться з іншими - навпаки. Як відновник реагує з галогенами, солями, деякими менш активними металами, з багатьма органічними речовинами. Останні перетворення вивчає органічна хімія. Вода та її властивості, зокрема, хімічні, показують, наскільки вона універсальна та унікальна. Як окислювач вона входить у реакції з активними металами, деякими бінарними солями, багатьма органічними сполуками, вуглецем, метаном. Взагалі хімічні реакції за участю даної речовини потребують добору певних умов. Саме від них і залежатиме результат реакції.
Біохімічні властивості. Вода є невід'ємною частиною всіх біохімічних процесів організму, будучи розчинником, каталізатором та середовищем.
Взаємодія із газами з утворенням клатратів. Звичайна рідка вода може поглинати навіть неактивні хімічні гази та розташовувати їх усередині порожнин між молекулами внутрішньої структури. Такі сполуки прийнято називати клатратами.
З багатьма металами оксид водню формує кристалогідрати, в які він включений у незмінному вигляді. Наприклад, мідний купорос (CuSO 4 *5H 2 O), а також звичайні гідрати (NaOH*H 2 O та інші).
Для води характерні реакції сполуки, у яких відбувається утворення нових класів речовин (кислот, лугів, основ). Вони не є окисно-відновними.
Електроліз. Під впливом електричного струму молекула розкладається складові гази - водень і кисень. Один із способів отримання їх у лабораторії та промисловості.

З погляду теорії Льюїса вода - це слабка кислота і слабка основа одночасно (амфоліт). Тобто можна сказати про якусь амфотерність у хімічних властивостях.

Вода та її корисні властивості для живих істот

Важко переоцінити те значення, яке має оксид водню для живого. Адже вода і є саме джерело життя. Відомо, що без неї людина не змогла б прожити й тижня. Вода, її властивості та значення просто колосальні.

Це універсальний, тобто здатний розчиняти і органічні, і неорганічні сполуки, розчинник, що у живих системах. Саме тому вода – джерело та середовище для протікання всіх каталітичних біохімічних перетворень, з формуванням складних життєво важливих комплексних сполук.
Здатність утворювати водневі зв'язки робить цю речовину універсальною у витримуванні температур без зміни агрегатного стану. Якби це було не так, то при найменшому зниженні градусів вона перетворювалася б на кригу всередині живих істот, викликаючи загибель клітин.
Для людини вода - джерело всіх основних побутових благ та потреб: приготування їжі, прання, прибирання, прийняття ванни, купання та плавання та інше.
Промислові заводи (хімічні, текстильні, машинобудівні, харчові, нафтопереробні та інші) не змогли б здійснювати свою роботу без участі оксиду водню.
З давніх-давен вважалося, що вода - це джерело здоров'я. Вона застосовувалася та застосовується сьогодні як лікувальна речовина.
Рослини використовують її як основне джерело живлення, за рахунок чого вони продукують кисень – газ, завдяки якому існує життя на нашій планеті.

Можна назвати ще десятки причин того, чому вода - це найпоширеніша, важлива і необхідна речовина для всіх живих і штучно створених людиною об'єктів. Ми привели тільки найочевидніші, найголовніші.

Гідрологічний цикл води

Іншими словами, це її кругообіг у природі. Дуже важливий процес, що дозволяє постійно поповнювати запаси води, що зникають. Як воно відбувається?

Основних учасників троє: підземні (або ґрунтові) води, поверхневі води та Світовий океан. Важлива також і атмосфера, що конденсує та видає опади. Також активними учасниками процесу є рослини (переважно дерева), здатні поглинати величезну кількість води на добу.

Отже, процес відбувається в такий спосіб. Ґрунтові води заповнюють підземні капіляри та стікаються до поверхні та Світового океану. Потім поверхневі води поглинаються рослинами та транспіруються у навколишнє середовище. Також відбувається випаровування з величезних площ океанів, морів, річок, озер та інших водойм. Потрапивши в атмосферу, що вода робить? Конденсується і проливається у вигляді опадів (дощ, сніг, град).

Якби не відбувалися ці процеси, то запаси води, особливо прісної, давно вже закінчилися б. Саме тому охороні та нормальному гідрологічному циклу приділяється людьми велика увага.

Поняття про важку воду

У природі оксид водню існує як суміші ізотопологів. Це пов'язано з тим, що водень формує три види ізотопу: протий 1 Н, дейтерій 2 Н, тритій 3 Н. Кисень, у свою чергу, також не відстає і утворює три стійкі форми: 16 О, 17 О, 18 О. Саме завдяки цьому існує не просто звичайна протиєва вода складу Н2О (1Н і 16О), але ще й дейтерієва, і тритієва.

При цьому стійка за структурою та формою саме дейтерієва (2 Н), яка включається до складу практично всіх природних вод, але в малій кількості. Саме її називають тяжкою. Вона дещо відрізняється від звичайної чи легкої за всіма показниками.

Важка вода та її властивості характеризуються кількома пунктами.

Кристалізується при температурі 3,82°С.
Кипіння спостерігається при 101,42°С.
Щільність складає 1,1059 г/см3.
Як розчинник у кілька разів гірший за легку воду.
Має хімічну формулу D2O.

Під час проведення дослідів, що свідчать про вплив подібної води на живі системи, було встановлено, що жити в ній здатні лише деякі види бактерій. Для пристосування та акліматизації колоніям знадобився час. Але, пристосувавшись, вони повністю відновили всі життєво важливі функції (розмноження, харчування). Крім того, стали дуже стійкими до впливу радіоактивного випромінювання. Досліди на жабах та рибах позитивного результату не дали.

Сучасні галузі застосування дейтерію та утвореної ним важкої води - атомна та ядерна енергетика. Отримати в лабораторних умовах таку воду можна за допомогою звичайного електролізу - вона утворюється як побічний продукт. Сам дейтерій формується при багаторазових перегонках водню у спеціальних пристроях. Застосування його ґрунтується на здатності уповільнювати нейтронні синтези та протонні реакції. Саме важка вода та ізотопи водню – основа для створення ядерної та водневої бомби.

Досліди на застосуванні дейтерієвої води людьми у невеликих кількостях показали, що вона затримується недовго - повний висновок спостерігається через два тижні. Вживати її як джерело вологи для життя не можна, проте технічне значення просто величезне.

Тала вода та її застосування

Властивості такої води з давніх-давен були визначені людьми як цілющі. Давно було помічено, що при таненні снігу тварини намагаються напитися водою з калюжок, що утворилися. Пізніше були ретельно досліджені її структура та біологічна дія на організм людини.

Тала вода, її ознаки та властивості знаходяться посередині між звичайною легкою та льодом. Зсередини вона утворена не просто молекулами, а набором кластерів, сформованих кристалами та газом. Тобто всередині порожнин між структурними частинами кристала знаходяться водень і кисень. За загальним виглядом будова талої води схожа з будовою льоду - зберігається структурність. Фізичні властивості такого оксиду водню незначно змінюються порівняно із звичайним. Однак біологічна дія на організм відмінна.

При заморожуванні води першою фракцією перетворюється на лід більш важка частина - це дейтерієві ізотопи, солі та домішки. Тому цю серцевину слід видаляти. А ось інша частина – чиста, структурована та корисна вода. Який вплив на організм? Вченими Донецького НДІ було названо такі види поліпшень:

Прискорення відновлювальних процесів.
Зміцнення імунітету.
У дітей після інгаляцій такою водою відбувається відновлення та лікування простудних захворювань, проходить кашель, нежить та інше.
Поліпшується дихання, стан гортані та слизових оболонок.
Загальне самопочуття людини, активність підвищується.

Сьогодні існує низка прихильників лікування саме талою водою, які пишуть свої позитивні відгуки. Проте є вчені, зокрема медики, які ці погляди не підтримують. Вони вважають, що шкоди від такої води не буде, але й користі мало.

Енергетика

Чому властивості води можуть змінюватися та відновлюватись при переході в різні агрегатні стани? Відповідь це питання наступний: у цього з'єднання існує своя інформаційна пам'ять, яка записує всі зміни і призводить до відновлення структури та властивостей у потрібний час. Біоенергетичне поле, через яке проходить частина води (та, що надходить із космосу), несе у собі потужний заряд енергії. Цю закономірність часто використовують під час лікування. Однак з медичної точки зору не кожна вода здатна мати сприятливий ефект, у тому числі й інформаційний.

Структурована вода – що це?

Це така вода, яка має дещо іншу будову молекул, розташування кристалічних грат (таке, що спостерігається біля льоду), але це все ж таки рідина (тала також відноситься до цього типу). В цьому випадку склад води та її властивості з наукової точки зору не відрізняються від тих, що характерні для звичайного оксиду водню. Тому структурована вода не може мати такого широкого лікувального ефекту, який їй приписують езотерики та прихильники нетрадиційної медицини.

О.В.Мосін

Тяжка вода (оксид дейтерію) - має ту ж хімічну формулу, що і звичайна вода, але замість атомів водню містить два важкі ізотопи водню - атоми дейтерію. Формула важководневої води зазвичай записується як: D2O або 2H2O. Зовні важка вода виглядає як звичайна – безбарвна рідина без смаку та запаху.

За своїми властивостями важка вода помітно відрізняється від звичайної води. Реакції з важкою водою протікають повільніше, ніж із звичайною, константи дисоціації молекули важкої води менше для звичайної води.

Молекули важководневої води були вперше виявлені в природній воді Гарольдом Юрі в 1932 році. А вже в 1933 році Гільберт Льюїс отримав чисту водоводню шляхом електролізу звичайної води.

У природних водах співвідношення між важкою та звичайною водою становить 1:5500 (у припущенні, що весь дейтерій знаходиться у вигляді важкої води D2O, хоча насправді він частково знаходиться у складі напівважкої води HDO).

Важка вода токсична лише слабкою мірою, хімічні реакції у її середовищі проходять трохи повільніше, проти звичайної водою, водневі зв'язку з участю дейтерію дещо сильніше звичайних. Експерименти над ссавцями показали, що заміщення 25% водню в тканинах дейтерієм призводить до стерильності, вищі концентрації призводять до швидкої загибелі тварини. Однак деякі мікроорганізми здатні жити в 70% важкій воді) (найпростіші) і навіть у чистій важкій воді (бактерії). Людина може без видимої шкоди здоров'ю випити склянку важкої води, весь дейтерій буде виведено з організму за кілька днів. У цьому відношенні важка вода менш токсична, ніж, наприклад, сіль.

Тяжка вода накопичується в залишку електроліту при багаторазовому електролізі води. На відкритому повітрі важка вода швидко поглинає пари звичайної води, тому можна сказати, що вона є гігроскопічною. Виробництво важкої води дуже енергоємне, тому її вартість досить висока (орієнтовно 200-250 доларів за кг).

Фізичні властивості звичайної та важкої води

Фізичні властивості

Молекулярна маса

Щільність при 20°C (г/см3)

t° кристалізації (°C)

t° кипіння (°C)

Властивості важкої води

Найважливішою властивістю важкої води є те, що вона практично не поглинає нейтрони, тому використовується в ядерних реакторах для гальмування нейтронів і теплоносія. Вона використовується також як ізотопний індикатор в хімії та біології. У фізиці елементарних частинок важка вода використовується для визначення нейтрино; Так, найбільший детектор сонячних нейтрино в Канаді містить 1 кілотонну важкої води.

Російськими вченими з ПІЯВ розроблені на дослідних установках оригінальні технології отримання та очищення важкої води. У 1995 була введена в експлуатацію перша в Росії та одна з перших у світі дослідно-промислова установка на основі методу ізотопного обміну в системі вода-водень та електролізу води (ЕВІО).

Висока ефективність установки ЭВИО дає можливість отримувати важку воду із вмістом дейтерію > 99,995 % ат. Відпрацьована технологія забезпечує високу якість важкої води, включаючи глибоке очищення важкої води від тритію до залишкової активності, що дозволяє без обмежень використовувати важку воду в медичних та наукових цілях. Можливості установки дозволяють повністю забезпечити потреби російських підприємств та організацій у важкій воді та дейтерії, а також експортувати частину продукції. За час роботи для потреб Росатому та інших підприємств Росії було вироблено понад 20 тонн важкої води та десятки кілограмів газоподібного дейтерію.

Існує також напівважка (або дейтерієва) вода, у якої тільки один атом водню заміщений дейтерієм. Формулу такої води записують так: DHO.

Термін важка вода застосовують також стосовно води, у якої будь-який з атомів замінений важким ізотопом:

До важкокисневої води (у ній легкий ізотоп кисню 16O заміщений важкими ізотопами 17O або 18O),

До тритієвої та надважкої води (що містить замість атомів 1H його радіоактивний ізотоп тритій 3H).

Якщо підрахувати всі можливі різні сполуки із загальною формулою Н2О, то загальна кількість можливих «важких вод» досягне 48. З них 39 варіантів - радіоактивні, а стабільних варіантів всього дев'ять: Н216O, Н217O, Н218O, HD16O, HD17O, HD18O, D216O, D216O , D218O. На сьогоднішній день у лабораторіях отримані не всі варіанти важкої води.

Тяжка вода відіграє значну роль у різних біологічних процесах. Російські дослідники давно виявили, що важка вода гальмує зростання бактерій, водоростей, грибів, вищих рослин та культури тканин тварин. А ось вода зі зниженою до 50% концентрацією дейтерію (так звана "бездейтерієва" вода) має антимутагенні властивості, сприяє збільшенню біомаси та кількості насіння, прискорює розвиток статевих органів та стимулює сперматогенез у птахів.

За кордоном намагалися напувати важкою водою мишей зі злоякісними пухлинами. Та вода виявилася по-справжньому мертвою: і пухлини губила, і мишей. Різні дослідники встановили, що важка вода діє негативно на рослинні та живі організми. Піддослідних собак, щурів та мишей напували водою, третину якої було замінено важкою водою. Через недовгий час починався розлад обміну речовин тварин, руйнувалися нирки. У разі збільшення частки важкої води тварини гинули. І навпаки, зниження вмісту дейтерію на 25% нижче за норму у воді, яку давали тваринам, благотворно позначилося на їх розвитку: свині, щури і миші дали потомство, у багато разів чисельніше й більше звичайного, а несучість курей піднялася вдвічі.

Тоді російські дослідники взялися за "полегшену" воду. Експерименти проводили на 3 моделях пухлин, що перевиваються: карцинома легень Льюїс, швидко зростаюча саркома матки і рак шийки матки, який розвивається повільно. "Бездейтерієву" воду дослідники отримували за технологією, розробленою в Інституті космічної біології. В основі методу лежить електроліз дистильованої води. У дослідних групах тварини з перевитими пухлинами отримували воду зі зниженим вмістом дейтерію, у контрольних групах – звичайну. Тварини почали пити "полегшену" та контрольну воду в день перевивки пухлини та отримували її до останнього дня життя.

Вода зі зниженим вмістом дейтерію затримує появу перших вузликів дома перевивки раку шийки матки. На час виникнення вузликів інших типів пухлини полегшена вода діє. Але у всіх дослідних групах, починаючи з першого дня вимірювань і практично до завершення експерименту, обсяг пухлин був меншим, ніж у контрольній групі. На жаль, хоча важка вода і гальмує розвиток усіх досліджених пухлин, життя експериментальним мишам вона продовжує.

І тоді пролунали голоси на користь повного вилучення дейтерію з вжитої води. Це призвело б до прискорення обмінних процесів в організмі людини, а отже, до збільшення його фізичної та інтелектуальної активності. Але незабаром виникли побоювання, що вилучення з води дейтерію призведе до скорочення загальної тривалості людського життя. Адже відомо, що наш організм майже на 70% складається із води. І у цій воді 0,015% дейтерію. За кількісним змістом (в атомних відсотках) він посідає 12-е місце серед хімічних елементів, у тому числі складається організм людини. У цьому плані його слід віднести до розряду мікроелементів. Вміст таких мікроелементів як мідь, залізо, цинк, молібден, марганець у нашому тілі в десятки та сотні разів менше, ніж дейтерію. Що ж станеться, якщо видалити весь дейтерій? На це питання науці ще доведеться відповісти. Поки що безсумнівним є той факт, що, змінюючи кількісний вміст дейтерію в рослинному чи тваринному організмі, ми можемо прискорювати чи уповільнювати перебіг життєвих процесів.