О трех агрегатных состояниях воды узнал от старшего на 6 лет брата, хваставшегося своими знаниями, неизвестной для 9-летнего меня науки - физики. Для меня, как для любого ребенка рожденного в средней полосе северного полушария, любимое состояние воды в природе – снег. В детстве каждая зима ассоциировалась, прежде всего, с игрой в снежки, катанием на санках и, конечно же, новогодними праздниками. В оттепель огромное удовольствие вызывала возможность совместно с родителями и старшим братом слепить снеговика.
Как весело использовать твердое состояние воды в зимнюю пору
Слепить снеговика - дело нехитрое. Инструкцию по лепке снежной бабы не дают забыть собственные дети:
- Скатайте 3 разных по величине снежных шара.
- Установите снежные комья друг на друга. Снизу – самый большой, сверху – маленький.
- Вместо рук можно использовать сухие ветки деревьев.
- На голову, вместо шапки, наденьте ведро.
- Для носа лучше всего использовать сырую морковку.
- Глаза и рот можно изобразить с помощью камешков или угля.
- Обмотайте стык верхних снежных шаров шарфом.
Снеговик готов.
Зимой, помимо снега, вода приобретает другие прекрасные эстетические формы:
- Иней. Особенно красиво смотрится в колодцах.
- Лед. Прекрасный способ развлечься, катаясь на коньках или спускаясь с горки.
- Наледь на окнах. Узорам, созданным конденсатом и морозом, позавидует любой художник-импрессионист.
Где лучше наблюдать разные состояния воды в природе
Путешествие в Исландию оставило неизгладимые впечатления. Природа северного острова поражает. В долине гейзеров воду одновременно можно наблюдать в трех агрегатных состояниях: жидком (озера), газообразном (выбросы пара гейзеров) и твердом (заснеженные пики гор). Наиболее впечатлила экскурсия на самый большой ледник Исландии – Ватнайёкюдль. Масштабы законсервированной в леднике толщи пресной воды впечатляют. Замороженная водная масса занимает больше 8000 квадратных метров площади. Питается ледник из подземных озер и занимает 8% территории острова. В толще льда есть пещера с кристально чистым голубым сводом. Замерзшая пещера – самое прекрасное состояние воды в природе из увиденных мной воочию.
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
||
О воде много известно, но она по-прежнему не перестает нас удивлять новыми открытиями. Поэтому фраза "Вода - это жизнь" для многих из нас пока что ничего не значит. И за беспечное отношение к ней вода жестоко мстит нам. Задумайтесь, что вы знаете о воде? Как ни удивительно, но вода до сих пор остается наиболее малоизученным веществом Природы. Очевидно, это произошло потому, что ее очень много, она вездесуща, она вокруг нас, над нами, под нами, в нас.
Вода - одно из самых распространенных на Земле соединений. Молекулы воды обнаружены в межзвездном пространстве. Вода входит в состав комет, большинства планет Солнечной системы и их спутников. Количество воды на поверхности земли оценивается в 1,39 ? 1018т. Общий объем воды на Земле составляет около 1 500 000 000 км3. Если эту воду равномерно распределить по поверхности Земли, то толщина ее слоя составила бы почти 4 км.
Из чего же складывается этот запас воды? Большая часть воды - 97% находится в океанах и морях. Объем воды в океане оценивается в 1 370 000 000 км3. Лишь 3% воды находится на континентах. В реках и озерах земного шара содержится примерно 400 000 км3 пресной воды. Большая часть пресных вод (68,7%) сосредоточена в ледниках и залегающем снежном покрове, основные запасы которых находятся в Антарктиде. Ледяной щит включает около 25 млн км3 воды. Масса ледников Арктики, Антарктики и высокогорных районов - 2,4 ? 1016т. Значительное количество воды содержится в земной коре (подземные воды). Общие запасы подземных вод составляют примерно 8 млн км3. В атмосфере находится 1,3 ? 1013т. воды. В каждый момент времени в ней содержится 13000 км3 воды. Если бы атмосферная вода вдруг стала жидкостью и равномерно растеклась по поверхности Земли, то слой осадков составил бы всего 24 мм.
Ученые подсчитали и массу воды, имеющейся на нашей планете - 2 000 000 000 млн.т. Здесь учитывается вся вода: морей, океанов, вода в виде пара в атмосфере, и в виде льда, вода, находящаяся в твердой оболочке Земли и наконец, сосредоточенная в биологических объектах.
Вода входит в состав многих минералов и горных пород, присутствует в почве и во всех организмах. Так, например, тело взрослого человека на 65% состоит из воды. Вода входит в состав всех его органов и тканей: в сердце, легких, почках её около 80%, в крови - 83%, в костях - 30%, в зубной эмали - 0,3%, в биологических жидкостях организма (слюне, желудочном соке, моче и т.д.) - 95-99%.
Тело рыб содержит 80% воды, водорослей - 90%. Подсчитано, что содержание воды в тканях живых организмов примерно в шесть раз превышает ее количество во всех реках земного шара.
Вода является необходимым условием существования всех живых организмов на Земле. "Вода дороже золота" - утверждали бедуины всю жизнь кочевавшие в песках. Они знали, что никакие богатства не спасут путника в пустыне, если иссякнут запасы воды. В живом организме вода - это среда, в которой осуществляются химические реакции. Процессы пищеварения и усвоения пищи человеком и животными связаны с переводом питательных веществ в раствор. Вода вымывает из клеток отработанные продукты обмена веществ и играет важную роль в регуляции температуры тела. Исключение ее из организма может привести к смерти уже через несколько дней.
Человек и животные могут в своем организме синтезировать первичную воду, образовывать ее при сгорании пищевых продуктов и самих тканей. У верблюда, например, жир, содержащийся в горбу, может путем окисления дать 40 л воды.
Связь между водой и жизнью столь велика, что даже позволила В.И. Вернадскому "рассматривать жизнь, как особую коллоидальную водную систему..., как особое царство природных вод".
Количество воды, содержащейся в живых существах, составляет в каждый данный момент громадную величину. Силами жизни в течение одного года перемещаются десятые доли процента всего океана, а за несколько сотен лет через живое вещество проходят массы воды, превышающие массу Мирового океана.
Биохимический состав океанической воды близок к составу крови животных и человека.
СРАВНИТЕЛЬНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ В КРОВИ ЧЕЛОВЕКА И В МИРОВОМ ОКЕАНЕ, %
Элементы Состав крови человека Состав Мирового Океана
Хлор 49,3 55,0
Натрий 30,0 30,6
Кислород 9,9 5,6
Калий 1,8 1,1
Кальций 0,8 1,2
Три состояния воды
Физико-химические свойства воды
Многие столетия люди не знали, что представляет собой вода, и как появилась она на планете. До XIX века люди не знали, что вода - химическое соединение. Ее считали обычным химическим элементом. После этого свыше ста лет все и всюду считали, что вода - соединение, описываемое единственно возможной формулой H2O.
В 1932 году мир облетела сенсация: кроме обычной воды, в природе существует еще и тяжелая вода. Сегодня известно, что изотопных разновидностей воды может быть 135. Состав воды, даже полностью освобожденной от минеральных и органических примесей, сложен и многообразен. Такое непростое это "простейшее соединение" - вода.
Всё многообразие свойств воды и необычность их проявления определяется, в конечном счете, физической природой этих атомов, способом их объединения в молекулу и группировкой образовавшихся молекул. Постоянно соприкасаясь со всевозможными веществами, вода фактически всегда представляет собой раствор различного, зачастую очень сложного состава. Она проявляет себя, как универсальный растворитель. Ее растворяющему действию, в той или иной мере, подвластны и твердые тела, и жидкости, и газы.
Исследователи раскрывают все более тонкие и сложные механизмы "внутренней организации" водной массы. Изучение воды дает все новые факты, углубляя и усложняя наши представления об окружающем мире. Развитие этих представлений помогает нам понять свойства воды и особенности взаимодействия ее с другими веществами.
Воду считают самым трудным из всех веществ, изучаемых физиками и химиками. Химический состав вод может быть одинаков, а их воздействие на организм разным, потому что каждая вода формировалась в конкретных условиях. И если жизнь - это одушевленная вода, то, также как и жизнь, вода многолика и характеристики ее бесконечны.
Вода, на первый взгляд, простое химическое соединение водорода и кислорода, но именно она является универсальным растворителем значительного количества веществ, поэтому в природе химически чистой воды нет. Особенно ярко свойства растворителя проявляются в морской воде, в ней растворяются почти все вещества. Около семидесяти элементов Периодической системы содержатся в ней в обнаруживаемых количествах. Даже редкие и радиоактивные элементы находятся в водах морей и океанов. В наибольшем количестве содержатся хлор, натрий, магний, сера, кальций, калий, бром, углерод, стронций, бор. Одного только золота растворено в водах океана по 3 кг на душу населения Земли.
По содержанию растворенных в ней веществ вода делится на 3 класса: пресная, соленая и рассолы. Наибольшее значение в быту имеет пресная вода. Хотя вода покрывает три четверти поверхности Земли и запасы ее огромны и постоянно поддерживаются кругооборотом воды в природе, проблема обеспечения пресной водой во многих районах земного шара не решена и с развтием научно-технического прогресса обостряется.
Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, которые захватывает из воздуха.
Наличие в воде различных веществ свидетельствует о ее высокой растворяющей способности. Это основное свойство воды. Вся практическая деятельность человека, с самой глубокой древности, связана с использованием воды и водных растворов и для приготовления пищи и для других житейских надобностей.
Роль воды в жизни нашей планеты удивительна и, как ни странно, раскрыта еще не до конца. Океаны, покрывающие Землю, являются единым огромным своеобразным термостатом, который летом не дает Земле перегреваться, а зимой постоянно снабжает континенты теплом. Водная поверхность планеты поглощает избыток углекислого газа в атмосфере, иначе Земля бы перегрелась из-за "парникового эффекта".
Интересно и, оказывается, очень важно, что, в отличие от других веществ, вода при замерзании не уплотняется, а расширяется. Молекулы льдоподобной воды расположены таким образом, что между ними возникают большие пустоты, а поэтому лед рыхлообразный, то есть легче, чем жидкая вода, и поэтому не тонет. Представим себе на минуту, что вода не обладала бы этим чрезвычайно редким свойством. Что могло бы произойти? В этом случае жизнь на нашей планете не могла бы даже возникнуть. Лед, едва появившись на поверхности водоема, как любое другое твердое вещество, тут же погружался бы на дно, и тогда промерзли бы насквозь не только пруды и реки, но и океаны. Молекулярная структура воды. Анализ данных, полученных из спектров поглощения, показал, что три атома в молекуле воды образуют равнобедренный треугольник с двумя атомами водорода в основании и кислородом в вершине: Валентный угол HOH равен 104,31°. Атомы водорода так глубоко "внедрены" в атом кислорода, что молекула оказывается почти сферической.
Температура замерзания и таяния воды 0° С, а кипения - 100° С. Толстый слой воды имеет голубой цвет, что обусловливается не только ее физическими свойствами, но и присутствием взвешенных частиц примесей. Вода горных рек зеленоватая из-за содержащихся в ней взвешенных частиц карбоната кальция. Чистая вода - плохой проводник электричества.
Сжимаемость воды очень мала. Плотность воды максимальна при 4° С. Это объясняется свойствами водородных связей ее молекул. Если оставить воду в открытой емкости, то она постепенно испарится - все ее молекулы перейдут в воздух. В то же время вода, находящаяся в плотно закупоренном сосуде испаряется лишь частично, т.е. при определенном давлении водяных паров между водой и воздухом, находящимся над ней, устанавливается равновесие. Давление паров в равновесии зависит от температуры и называется давлением насыщенного пара (или его упругостью). При обычном давлении 760 мм рт.ст. вода кипит при 100° С, а на высоте 2900 м над уровнем моря атмосферное давление падает до 525 мм рт.ст. и температура кипения оказывается равной 90° С. Испарение происходит даже с поверхности снега и льда, именно поэтому высыхает на морозе мокрое белье. Вязкость воды с ростом температуры быстро уменьшается и при 100° С оказывается в 8 раз меньше, чем при 0° С.
Физико-химико-информационные свойства воды
Основные физико-химические свойства воды влияют на все процессы, в которых вода принимает участие. Наиболее важны, на наш взгляд, следующие свойства.
1. Поверхностное натяжение - это степень сцепления молекул воды друг с другом. Органические и неорганические соединения растворяются в жидких средах, содержащих воду, поэтому поверхностное натяжение потребляемой нами воды имеет большое значение. Любая жидкость в организме содержит воду и, так или иначе, участвует в реакциях. Вода в организме играет роль растворителя, обеспечивает транспортную систему и служит средой обитания наших клеток. Поэтому, чем ниже поверхностное натяжение, соответственно, выше растворяющая способность воды, тем лучше вода выполняет свои основные функции. В том числе и роль транспортной системы. Поверхностное натяжение определяет смачиваемость воды и ее растворяющие свойства. Чем ниже поверхностное натяжение, тем выше растворяющие свойства, тем выше текучесть. Все три величины - поверхностное натяжение, текучесть и растворяющая способность - связаны между собой.
2. Кислотно-щелочное равновесие воды. Основные жизненные среды (кровь, лимфа, слюна, межклеточная жидкость, спинномозговая жидкость и др.) имеют слабощелочную реакцию. При сдвигах их в кислую сторону, меняются биохимические процессы, организм закисляется. Это ведет к развитию болезней.
3. Окислительно-восстановительный потенциал воды. Это способность воды вступать в биохимические реакции. Она определяется наличием свободных электронов в воде. Это очень важный показатель для организма человека.
4. Жесткость воды - наличие в ней различных солей.
5. Температура воды определяет скорость протекания биохимических реакций.
6. Минерализация воды. Наличие в воде макро- и микроэлементов необходимо для жизнедеятельности организма человека. Жидкости организма представляют собой электролиты, восполняемые минералами, в том числе и за счет воды.
7. Экология воды - химическое загрязнение и биогенное загрязнение. Чистота воды - наличие в ней примесей, бактерий, солей тяжелых металлов, хлора и др.
8. Структура воды. Вода представляет собой жидкий кристалл. Диполи молекулы воды ориентируются в пространстве определенным образом, соединяясь в структурные конгломераты. Это позволяет жидкости составлять единую биоэнергоинформационную среду. Когда вода находится в состоянии твердого кристалла (льда), молекулярная решетка жестко ориентирована. При таянии разрываются жесткие структурные молекулярные связи. И часть молекул, высвобождаясь, образует жидкую среду. В организме вся жидкость структурирована особым образом.
9. Информационная память воды. За счет структуры кристалла происходит запись информации, исходящей от биополя. Это одно из очень важных свойств воды, имеющее большое значение для всего живого.
10. Хадо - волновая энергетика воды.
Жесткость-мягкость воды
Жесткостью называют свойство воды, обусловленное наличием в ней растворимых солей кальция и магния.
Понятие жесткости воды принято связывать с катионами кальция (Са2+) и в меньшей степени магния (Mg2+). В действительности, все двухвалентные катионы в той или иной степени влияют на жесткость. Они взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жесткости), способные выпадать в осадок. Одновалентные катионы (например, натрий Na+) таким свойством не обладают.
На практике стронций, железо и марганец оказывают на жесткость столько небольшое влияние, что ими, как правило, пренебрегают. Алюминий (Al3+) и трехвалентное железо (Fe3+) также влияют на жесткость, но при уровнях рН, встречающихся в природных водах, их растворимость и, соответственно, "вклад" в жесткость ничтожно малы. Аналогично, не учитывается и незначительное влияние бария (Ba2+).
Различают следующие виды жесткости.
Общая жесткость - определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.
Карбонатная жесткость - обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов и карбонатов (при рН>8.3) кальция и магния. Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью. При нагреве воды гидрокарбонаты распадаются с образованием угольной кислоты и выпадением в осадок карбоната кальция и гидроксида магния.
Некарбонатная жесткость - обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость).
Ионы кальция (Ca2+) и магния (Mg2+), а также других щелочноземельных металлов, обуславливающих жесткость, присутствуют во всех минерализованных водах. Их источником являются природные залежи известняков, гипса и доломитов. Ионы кальция и магния поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов могут служить также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий.
Обычно в маломинерализованных водах преобладает (до 70-80%) жесткость, обусловленная ионами кальция (хотя в отдельных редких случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%). С увеличением степени минерализации воды содержание ионов кальция (Ca2+) быстро падает и редко превышает 1 г/л, содержание же ионов магния (Mg2+) в высокоминерализованных водах может достигать несколько граммов, а в соленых озерах - десятков граммов на один литр воды.
В целом, жесткость поверхностных вод, как правило, меньше жесткости вод подземных. Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья, когда обильно разбавляется мягкой дождевой и талой водой. Морская и океанская вода имеют очень высокую жесткость (десятки-сотни мг-экв/дм3).
Влияние жесткости на качество воды
С точки зрения применения воды для питьевых нужд, ее приемлемость по степени жесткости может существенно варьироваться в зависимости от местных условий. Порог вкуса для иона кальция лежит (в пересчете на мг-эквивалент) в диапазоне 2-6 мг-экв/л, в зависимости от соответствующего аниона, а порог вкуса для магния и того ниже. В некоторых случаях для потребителей приемлема вода с жесткостью выше 10 мг-экв/л. Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая отрицательное действие на органы пищеварения.
Всемирная Организация Здравоохранения не предлагает какой-либо рекомендуемой величины жесткости по показаниям влияния на здоровье. В материалах ВОЗ говорится о том, что хотя ряд исследований и выявил статистически обратную зависимость между жесткостью питьевой воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями, имеющиеся данные недостаточны для вывода о причинном характере этой связи. Аналогичным образом, однозначно не доказано, что мягкая вода оказывает отрицательный баланс минеральных веществ в организме человека.
Вместе с тем, в зависимости от рН и щелочности, вода с жесткостью выше 4 мг-экв/л может вызвать в распределительной системе отложение шлаков и накипи (карбоната кальция), особенно при нагревании. Именно поэтому нормами Котлонадзора вводятся очень строгие требования к величине жесткости воды, используемой для питания котлов (0,05-0,1 мг-экв/л).
Кроме того, при взаимодействии солей жесткости с моющими веществами (мыло, стиральные порошки, шампуни) происходит образование "мыльных шлаков" в виде пены. Это приводит не только к значительному перерасходу моющих средств. Такая пена после высыхания остается в виде налета на сантехнике, белье, человеческой коже, волосах (неприятное чувство "жестких" волос хорошо известно многим).
Главным отрицательным воздействием этих шлаков на человека является то, что они разрушают естественную жировую пленку, которой всегда покрыта нормальная кожа и забивают ее поры. Признаком такого негативного воздействия является характерный "скрип" чисто вымытой кожи или волос.
Оказывается, что вызывающее у некоторых раздражение чувство "мылкости" после пользования мягкой водой является признаком того, что защитная жировая пленка на коже цела и невредима. Именно она и скользит. В противном случае, приходится тратиться на лосьоны, умягчающие и увлажняющие кремы и прочие хитрости для восстановления той защиты кожи, которой нас и так снабдила матушка Природа.
Вместе с тем, необходимо упомянуть и о другой стороне медали. Мягкая вода с жесткостью менее 2 мг-экв/л имеет низкую буферную емкость (щелочность) и может, в зависимости от уровня рН и ряда других факторов, оказывать повышенное коррозионное воздействие на водопроводные трубы. Поэтому, в ряде применений (особенно в теплотехнике) иногда приходится проводить специальную обработку воды с целью достижения оптимального соотношения между жесткостью воды и ее коррозионной активностью.
Температура воды
Вода - одно из самых удивительных веществ в природе. Например, ее теплоемкость - 4,1868 кДж/кг, что почти вдвое превышает таковую растительных масел, ацетона, фенола, глицерина, спирта, парафина. До сих пор дискутируется проблема 37-градусной температуры в животном мире. Как известно, при нагревании любого вещества теплоемкость его возрастает. Любого, кроме воды: при ее нагревании от 0 до 37 градусов теплоемкость падает, и лишь при дальнейшем нагревании начинает возрастать.
Этот факт означает, что при 36-37 градусах для повышения температуры некоторого объема воды необходимо минимальное количество тепла. Видимо, именно это свойство воды явилось селектирующим фактором эволюции в выработке теплокровности на уровне 37° С.
Температура воды - величина независимая, одинаково влияет на протекание физиологических процессов и физико-химических реакций. При повышении температуры на 10° С в 2-3 раза ускоряется обмен веществ в живом организме, уменьшается растворимость газов, многократно возрастает активный перенос элементов и их взаимодействие.
Человек не может жить при температуре тела выше 42° С. Это последняя отметка на термометре.
Нам еще предстоит разобраться, что происходит в организме с водой, когда температура поднимается с 36,6° до 37,1-37,2° С. Почему резко усиливается иммунитет? Какое состояние воды межклеточной, внутриклеточной и сосудистой обеспечивает активизацию всех защитных процессов. А что несет с собой температура 38° С? И где грань оптимального иммунитета? Вода готовит нам еще много тайн и загадок. И цена этим отгадкам - наша жизнь!
Поверхностное натяжение
Одним из очень важных параметров воды является поверхностное натяжение. Оно определяет силу сцепления между молекулами воды, а также геометрическую форму поверхности жидкости. Например, из-за сил поверхностного натяжения в разных случаях формируется капля, лужица, струя и т.д. Летучесть (испаряемость) жидкости тоже зависит от сил сцепления молекул. Чем меньше поверхностное натяжение, тем более летуча жидкость.
Самым низким поверхностным натяжением обладают спирты и растворители. Это, в свою очередь, определяет их активность, т.е. способность взаимодействовать с другими веществами. Если бы вода имела низкое поверхностное натяжение, она бы улетучилась или испарилась. При выливании воды из сосуда с широким горлом на поверхности воды на мгновение образуется выпуклость и определенное время она удерживается силами межмолекулярного сцепления. Потом происходит разрыв "верхней пленки" и жидкость выливается. Зрительно поверхностное натяжение можно представить следующим образом: если медленно наливать в чашку чай до краев, то какое-то время он не будет выливаться через край и в проходящем свете можно увидеть, что над поверхностью жидкости образовалась тончайшая пленка, которая не дает чаю выливаться. Она набухает по мере доливания, и только при, как говорится, "последней капле" жидкость выливается через край.
Поверхностное натяжение можно измерить. Единицей измерения является дин/см2. Водопроводная вода имеет поверхностное натяжение около 73 дин/см2, внутри- и внеклеточная жидкость около 43 дин/см2.
Существуют способы снижения поверхностного натяжения. Это нагревание, добавление биологически активных веществ (стиральных порошков, мыла, паст и т.д.). Степень поверхностного натяжения определяет "жидкость" воды. Образно говоря, вода бывает более "густая" и более "жидкая". Желательно, чтобы в организм поступала более "жидкая" вода, тогда клеткам не надо будет тратить энергию на преодоление поверхностного натяжения. Вода с низким поверхностным натяжением более биологически доступна. Она легче вступает в межмолекулярные взаимодействия.
Минерализация
Очень важен минеральный состав воды. Человек употребляет для питья воду, содержащую от 0,02 до 2 граммов минеральных веществ в 1 литре. Большое значение имеют вещества, находящиеся в малых дозах, но играющие важную роль во многих физиологических процессах организма. Например, длительное потребление питьевой воды, содержащей фтор в количестве менее 0,6 мг/л, ведет к развитию кариеса зубов.
Чрезвычайно важен баланс минерального состава воды. Фтор, йод, хлор, селен, кальций и многие другие элементы жизненно необходимы.
Недостаток или избыток их ионов в воде на обширных территориях Российской Федерации и зарубежных стран - серьезнейшая проблема, пассивность при решении которой, хотя бы фармакологическими методами, приводит к катастрофическим последствиям - пандемическим заболеваниям.
Минерализация природных вод, определяющая их удельную электропроводность, изменяется в широких пределах. Большинство рек имеет минерализацию от нескольких десятков миллиграммов в литре до нескольких сотен. Их удельная электропроводность варьирует от 20 мкСм/см до 1500 мкСм/см. Минерализация подземных вод и соленых озер изменяется в интервале от 40-50 мг/дм3 до 650 г/кг (плотность в этом случае уже значительно отличается от единицы). Удельная электропроводность атмосферных осадков (с минерализацией от 3 до 60 мг/дм3) составляет величины 20-120 мкСм/см.
Многие производства, сельское хозяйство, предприятия питьевого водоснабжения предъявляют определенные требования к качеству вод, в частности, к минерализации, так как воды, содержащие большое количество солей, отрицательно влияют на растительные и животные организмы, технологию производства и качество продукции, вызывают образование накипи на стенках котлов, коррозию, засоление почв.
В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды суммарная минерализация не должна превышать величины 1000 мг/дм3. По согласованию с органами департамента санэпиднадзора для водопровода, подающего воду без соответствующей обработки (например, из артезианских скважин), допускается увеличение минерализации до 1500 мг/дм3.
Три состояния воды
Известно, что в природе вода может находиться в трех различных состояниях, таких как: твердое, жидкое или газообразное. Облака, снег и дождь представляют собой различные состояния воды. Облако состоит из множества капелек воды или кристалликов льда, снежинка - это совокупность мельчайших кристалликов льда, а дождь - всего лишь жидкая вода.
Вода, находящаяся в газообразном состоянии, называется водяным паром. Когда говорят о количестве влажности в воздухе, обычно подразумевают количество водяных паров. Если воздух описывается как "влажный", это означает, что в воздухе содержится большое количество водяных паров.
Лед - твердое состояние воды. Толстый слой льда имеет голубоватый цвет, что связано с особенностями преломления им света. Сжимаемость льда очень низка. Лед при нормальном давлении существует только при температуре 0° С или ниже и обладает меньшей плотностью, чем холодная вода. Именно поэтому айсберги плавают в воде. При этом, поскольку отношение плотностей льда и воды при 0° С постоянно, лед всегда выступает из воды на определенную часть, а именно на 1/5 своего объема.
Окислительно-восстановительный потенциал
Основными процессами, обеспечивающими жизнедеятельность любого организма, являются окислительно-восстановительные реакции, т.е. реакции, связанные с передачей или присоединением электронов.
Во время окислительных или восстановительных реакций изменяется электрический потенциал окисляемого или восстанавливаемого вещества: одно вещество, отдавая свои электроны и заряжаясь положительно, окисляется, другое, приобретая электроны и заряжаясь отрицательно - восстанавливается. Разность электрических потенциалов между ними и есть окислительно-восстановительный потенциал (ОВП).
Окислительно-восстановительный потенциал является мерой химической активности элементов или их соединений в обратимых химических процессах, связанных с изменением заряда ионов в растворах.
В переводе на более понятный неспециалисту язык это означает, что ОВП, называемый также редокс-потенциал (от английского RedOx - Reduction/Oxidation), характеризует степень активности электронов в окислительно-восстановительных реакциях, т.е. реакциях, связанных с присоединением или передачей электронов. При измерениях (в электрохимии) величина этой разности обозначается как Eh и выражается в милливольтах. Чем выше концентрация компонентов, способных к окислению, к концентрации компонентов, могущих восстанавливаться, тем выше показатель редокс-потенциала. Такие вещества как кислород и хлор стремятся к принятию электронов и имеют высокий электрический потенциал, следовательно, окислителем может быть не только кислород, но и другие вещества (в частности, хлор), а вещества типа водорода, наоборот, охотно отдают электроны и имеют низкий электрический потенциал. Наибольший окислительной способностью обладает кислород, а восстановительной - водород, но между ними располагаются и другие вещества, присутствующие в воде и менее интенсивно выполняющие роль либо окислителей либо восстановителей.
Значение окислительно-восстановительного потенциала для каждой окислительно-восстановительной реакции может иметь как положительное, так и отрицательное значение.
В природной воде значение Eh колеблется от -400 до +700 мВ, что определяется всей совокупностью происходящих в ней окислительных и восстановительных процессов. В условиях равновесия значение ОВП определенным образом характеризует водную среду, и его величина позволяет делать некоторые общие выводы о химическом составе воды.
В биохимии, в отличие от электрохимии, величины редокс-потенциала выражаются не в милливольтах, а в условных единицах rH (reduction Hydrogenii). Перевод результатов измерения ОВП при помощи прибора в условные единицы можно провести используя формулу Нернста или специальные таблицы.
"0" - означает чистый водород
"42" - чистый кислород
"28" - нейтральная среда
pH и rH тесно взаимосвязаны.
Окислительные процессы понижают показатель кислотно-щелочного равновесия (чем выше rH, тем ниже pH), восстановительные - способствуют повышению pH. В свою очередь показатель pH влияет на величину rH.
В организме человека энергия, выделяемая в ходе окислительно-восстановительных реакций, расходуется на поддержание гомеостаза (относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма) и регенерацию клеток организма, т.е. на обеспечение процессов жизнедеятельности организма.
ОВП внутренней среды организма человека, измеренный на платиновом электроде относительно хлорсеребряного электрона сравнения, в норме всегда меньше нуля, т.е. имеет отрицательные значения, которые обычно находятся в пределах от -100 до -200 милливольт. ОВП питьевой воды, измеренный таким же способом, практически всегда больше нуля, обычно находится в пределах от +100 до +400 мВ. Это справедливо практически для всех типов питьевой воды - той, которая течет из водопроводных кранов во всех городах мира, которая продается в стеклянных и пластиковых бутылках, которая получается после очистки в установках обратного осмоса и большинства разнообразных больших и малых водоочистительных систем.
Указанные различия ОВП внутренней среды организма человека и питьевой воды означают, что активность электронов во внутренней среде организма человека намного выше, чем активность электронов в питьевой воде.
Активность электронов является важнейшей характеристикой внутренней среды организма, поскольку напрямую связана с фундаментальными процессами жизнедеятельности. Практически все биологически важные системы, определяющие аккумуляцию и потребление энергии, репликацию и передачу наследственных признаков, всевозможные ферментативные системы организма, содержат молекулярные структуры с разделенными зарядами, напряженность электрического поля между которыми достигает 104 - 106 В/см. Исследования последних лет позволили установить, что именно эти поля в значительной мере определяют перенос зарядов в биологических системах и обусловливают селективность и автоконтроль отдельных стадий сложных биохимических превращений, и что ОВП, как показатель активности электронов, оказывает значительное влияние на функциональные свойства электроактивных компонентов биологических систем.
Когда обычная питьевая вода проникает в ткани человеческого (или иного) организма, она отнимает электроны от клеток и тканей, которые состоят из воды на 80-90%. В результате этого биологические структуры организма (клеточные мембраны, органоиды клеток, нуклеиновые кислоты и другие) подвергаются окислительному разрушению. Так организм изнашивается, стареет, жизненно-важные органы теряют свою функцию. Но эти негативные процессы могут быть замедлены, если в организм с питьем и пищей поступает вода, обладающая свойствами внутренней среды организма, т.е. обладающая защитными восстановительными свойствами. Это подтверждается многочисленными исследованиями в специализированных научных центрах в России и за рубежом.
Для того, чтобы организм оптимальным образом использовал в обменных процессах питьевую воду с положительным значением окислительно-восстановительного потенциала, ее ОВП должен соответствовать значению ОВП внутренней среды организма. Необходимое изменение ОВП воды в организме происходит за счет затраты электрической энергии клеточных мембран, т.е. энергии самого высокого уровня, энергии, которая фактически является конечным продуктом биохимической цепи трансформации питательных веществ.
Количество энергии, затрачиваемой организмом на достижение биосовместимости воды, пропорционально ее количеству и разности ОВП воды и внутренней среды организма.
Если поступающая в организм питьевая вода имеет ОВП близкий к значению ОВП внутренней среды организма человека, то электрическая энергия клеточных мембран (жизненная энергия организма) не расходуется на коррекцию активности электронов воды и вода тотчас же усваивается, поскольку обладает биологической совместимостью по этому параметру. Если питьевая вода имеет ОВП более отрицательный, чем ОВП внутренней среды организма, то она подпитывает его этой энергией, которая используется клетками как энергетический резерв антиоксидантной защиты организма от неблагоприятного влияния внешней среды.
Другие снежинки
Фотографии кристаллов воды, полученные Кеннетом Г. Либрехтом с помощью микроскопа высокого разрешения
Значение воды для живых организмов. Превращения воды. Круговорот воды в природе.
1. Рассказ «Вода - одно из самых главных богатств Земли».
Небольшой ручей журчал в зарослях черёмухи. Вода бежала быстро. Ручей то скрывался в зарослях, то выбегал на луга, и струилась, веселилась вода, сверкая на утреннем солнце.
Он был маленький, этот ручеёк, серебрился, звенел, а со всех сторон сбегались к нему другие ручейки, ещё меньше.
И наш ручей становился всё шире и шире, всё глубже. Течение его постепенно замедлялось.
И вот уже он стал рекой. На речных берегах раскинулись деревни и города. Люди поили речной водой домашних животных, поливали огороды и сады. Воды хватало на всё.
На мелководье у берегов выросли растения, в иле и толще воды поселились различные животные, например маленькие и большие рыбы. В заводях цвели белые кувшинки. Птицы гнездились на берегах.
Вода несёт жизнь и растениям, и животным, и людям. Вода - одно из самых главных богатств Земли.
(По Ю. Аракчееву)
2. Где в природе встречается вода?
Из воды образованыреки, озера, моря, океаны. Кроме рек, озер, морей и океанов, вода содержится в почве, телах растений и животных. А также вода есть во всем грунте, лежащим над почвой: камнях, глине и песке. Вода содержится в воздухе в виде пара, туманов и облаков. Нет ни одного живого организма (растения или животного), в теле которого не было бы воды.
Вода нужна все живым организмам!
Вода для человеческого организма - это второе по значимости вещество после кислорода. Неслучайно человек может жить без пищи более 4 недель, а без воды - не более 7 дней.
Вода входит в состав любого живого организма. Достаточно помять лист растения в руках, и мы обнаружим в нём влагу. Вода содержится во всех частях растений. Вспомни, как много сока в плодах – арбузе, апельсине, лимоне. Это сок – вода с растворёнными в ней различными веществами.
В теле животных вода обычно составляет больше половины массы. Тело медузы на 90-95% состоит из воды.
Много воды и в теле человека. Наше тело почти на 2/3 состоит из воды. Вода входит в состав крови, которая разносит по всему организму питательные вещества. Вода есть в мускулах и внутренних органах. Вода необходима нашему организму для удаления разных вредных веществ. Вода выделяется из организма человека в виде пота, слез, мочи. Живой организм постоянно расходует воду и нуждается в её пополнении.
Много ли воды в твоём теле, ты можешь сосчитать: массу твоего тела нужно разделить на 3 и полученное число умножить на 2.
Человеку в сутки требуется более 2 литров воды.
Воду пьют поля и леса. Без неё не могут жить ни звери, ни птицы.
Вода является средой обитания многих животных и растений.
А также…
Вода «добывает» электрический ток, работая на электростанциях. Без воды не замесить тесто для хлеба, не приготовить раствор для стройки, не сделать ни бумагу, ни ткань, ни резину, ни конфеты, ни лекарства, - ничего не сделать без воды.
Вот она какая, вода!
3. ПРЕВРАЩЕНИЯ ВОДЫ
Запомни!
Вода – это вещество.
Вода находится в природе в трёх состояниях :
жидком , твёрдом и газообразном .
При нагревании вода расширяется, а при охлаждении сжимается.
НАГРЕВАНИЕ И ОХЛАЖДЕНИЕ ВОДЫ
Выясним теперь, что происходит с водой при нагревании и охлаждении.
Колбу с трубкой, заполненную подкрашенной водой, опустим в горячую воду. Мы увидим, что вода в трубке поднимается. Почему? Ту же колбу поставим в тарелку со льдом. Вода в трубке опускается. Как ты это объяснишь? Эти опыты показывают, что вода расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении.
Температура кипения воды – 100 градусов по Цельсию.
Температура превращения воды в твердое состояние 0 градусов и ниже по Цельсию.
Вода постоянно совершает круговорот : испаряется с поверхности земли , образует облака , в виде дождя и снега возвращается на землю .
КОГДА ЖИДКОСТЬ СТАНОВИТСЯ ТВЁРДЫМ ВЕЩЕСТВОМ
Осень... Всё холоднее по ночам. И вот однажды утром можно увидеть на лужах первый лед. Днём пригрело солнце, и лёд растаял. Выпал первый снег. Он недолговечен: солнце быстро растопит его...
Лёд и снег - это вода в твёрдом состоянии.
При температуре 0° и ниже вода превращается в лёд. Это происходит и в реке, и в озере, и в луже. Крошечные льдинки образуются и высоко в облаках. Там они увеличиваются, превращаются в снежинки и падают на землю. Так образуется снег.
СЖИМАЕТСЯ ИЛИ РАСШИРЯЕТСЯ ВОДА ПРИ ПРЕВРАЩЕНИИ В ЛЕД?
Ты знаешь, что вода при охлаждении сжимается. Казалось бы, превращаясь в лёд, она должна особенно сильно сжиматься. На самом деле происходит наоборот: превращаясь в лёд, вода расширяется! Запомни это свойство воды. Из-за него зимой иногда лопаются водопроводные трубы. Вода в них замерзает и, расширяясь, так сильно давит на трубы, что они разрываются.
КОГДА ЖИДКОСТЬ СТАНОВИТСЯ ГАЗОМ
Ты протёр мокрой тряпкой классную доску. Прошло несколько минут, и доска стала сухой. Вода с неё испарилась, то есть превратилась в пар - прозрачный, бесцветный газ. Водяной пар - это вода в газообразном состоянии.
В природе вода постоянно испаряется с поверхности морей, рек, озёр, почвы. Поэтому в воздухе всегда содержится невидимый водяной пар.
Холодная вода испаряется медленно, тёплая - быстрее. (Подумай почему.)
Вода испаряется не только при кипении, она испаряется и тогда, когда вовсе не кипит и даже находится в виде снега и льда на морозе.
Например: мокрое белье хорошо сохнет не только в теплые, но и в морозные дни.
4. ЧТО ТАКОЕ КРУГОВОРОТ ВОДЫ В ПРИРОДЕ?
Проделаем опыт .
Будем нагревать воду, над которой закреплёнхолодный предмет, например тарелка со льдом.
Вскоре нижняя сторона тарелки станет влажной, мы увидим на ней капли, которые начнут падать вниз.
Как же объяснить то, что мы наблюдали?
Вода при нагревании быстро испаряется. Невидимый пар поднимается вверх. Соприкасаясь с холодным предметом, он снова превращается в воду. Капельки воды увеличиваются, отрываются и падают. Получился круговорот воды.
Круговорот воды происходит и в природе. С поверхности морей и рек, озёр и почвы вода в виде пара поднимается высоко вверх. Воздух высоко над землёй всегда холодный (не случайно на горных вершинах обычно лежит лёд и снег). Пар охлаждается там и образует множество водяных капелек или крошечных льдинок. Из этих капелек и льдинок образуются облака. Облака лёгкие, и ветер переносит их порой на очень большие расстояния. Из облака вода возвращается на землю в виде дождя и снега.
5. Самопроверка. Практические задания.
ПОДУМАЙ!
1. Чем водяной пар сходен с воздухом, а чем отличается от него?
2. Когда быстрее высыхают лужи после дождя - летом или осенью? Почему?
3. Что такое туман? Когда вода кипит в чайнике, что ты видишь над ним - пар или туман? Объясни.
ПРОВЕРЬ СЕБЯ . РАССКАЖИ.
1. Почему вода - одно из главных богатств Земли?
2. В каких трёх состояниях находится вода в природе?
3. При каком условии образуется лёд? Отчего он тает?
4. Как образуется пар? При каком условии пар превращается в жидкую воду?
5. Как происходит круговорот воды в природе?
Практические задания
1. Узнай сколько воды содержится в твоем организме.
Много ли воды в твоём теле, ты можешь сосчитать: массу твоего тела нужно разделить на 3 и полученное число умножить на 2. (помощь взрослых)
2. Проделай опыт. Налей в стаканчик немного воды и поставь в морозильную камеру холодильника. Убедись, что через некоторое время в стаканчике образовался лёд.
3. Проделай опыт. В два блюдца налей воды. Одно поставь в тёплое, а другое в прохладное место. Проследи, за сколько дней испарится вода в каждом блюдце. Есть ли разница? Чем ты её объяснишь?
4. Вылепи из пластилина на дощечке или фанерке или нарисуй на плотной бумаге схему круговорота воды в природе.
5. Понаблюдай в природе иней, лёд, снег. Запиши, когда (число, месяц) в этом году впервые увидел иней на поверхности почвы и растениях, лёд на лужах, когда выпал первый снег. Обрати внимание, какой формы бывают снежинки. Нарисуй их.
НА СЛЕДУЮЩЕМ УРОКЕ речь пойдёт о том, что вода Земли в опасности. О том, как надо охранять и беречь воду. О том, что беречь воду - это значит беречь жизнь... Но сначала ответь на вопрос: как люди используют воду?
Внимательно прочитай вопросы, подумай. Напиши ответы, заработай баллы.
| Количество баллов | Вопрос | Ответ |
| ТРИ СОСТОЯНИЯ ВОДЫ |
||
| 10 баллов | Почему лёд во время ледохода плывёт по поверхности реки, а не тонет в ней? | |
| 20 баллов | Может ли быть температура льда и снега выше 0°C? | |
| 30 баллов | Что такое облака? | |
| 40 баллов | Есть ли на материке Антарктида, где температура круглый год ниже 0°C, вода в газообразном состоянии? | |
| 50 баллов | Почему плывущие в тёплых водах океанов ледяные горы-айсберги обычно бывают окутаны тёплым туманом? | |
| СВОЙСТВА ВОДЫ |
||
| 10 баллов | Почему воду хранят в вёдрах, банках, бочках? | |
| 20 баллов | Почему бутылка с водой на морозе лопается? | |
Вода играет исключительно важную роль в природе. Она создает благоприятные условия для жизни растений, животных, микроорганизмов. Вода остается жидкостью в температурном интервале, наиболее благоприятном для их жизненных процессов, для огромной массы организмов она является средой обитания. Уникальные свойства воды представляют неповторимую ценность для жизнедеятельности организмов. В водоемах вода замерзает сверху вниз, что имеет большое значение для обитающих в них организмов.
Аномально высокая удельная теплоемкость воды благоприятствует аккумуляции колоссального количества тепла, способствует медленному нагреванию и охлаждению. Обитающие в воде организмы защищены от резких спонтанных колебаний температуры и состава, так как постоянно приспосабливаются к медленным ритмическим колебаниям - суточным, сезонным, годовым и так далее. Вода оказывает смягчающее влияние на погодно-климатические условия. Она постоянно перемещается во всех сферах Земли, вместе с циркуляционными потоками атмосферы - на большие расстояния. Циркуляция воды в океане (морские течения) приводит к планетарному тепло- и влагообмену. Известна роль воды как мощного геологического фактора. Экзогенные геологические процессы на Земле связаны с деятельностью воды как эродирующего агента. Размыв и разрушение горных пород, эрозия почв, перенос и отложение веществ - важные геологические процессы, связанные с водой.
Большинство органических веществ биосферы представляют собой продукты фотосинтеза, в результате которого в растениях, использующих световую энергию Солнца, образуются органические вещества из углекислого газа и воды. Вода - единственный источник кислорода, выделяемого в атмосферу при фотосинтезе. Вода необходима для биохимических и физиологических процессов, происходящих в организме. Живые организмы, в том числе человек, состоящий на 80 % из воды, не могут обойтись без нее. Потеря 10-20 % воды приводит их к гибели.
Вода играет огромную роль в жизнеобеспечении человека. Она используется им непосредственно для питья и хозяйственных нужд, как средство передвижения и сырье для получения промышленных и сельскохозяйственных продуктов, имеет рекреационное значение, велика ее эстетическая значимость. Таково далеко не полное перечисление роли воды в природе и жизни человека.
В природе вода не встречается в химически чистом виде. Она представляет собой растворы сложного состава, которые включают газы (О 2 , CO 2 , Н 2 S, СН 4 и другие), органические и минеральные вещества. В движущихся потоках воды присутствуют взвешенные частицы. В природных водах найдено подавляющее большинство химических элементов. Воды океанов содержат в среднем 35 г/дм 3 (34,6-35,0 ‰) солей. Их основную часть составляют хлориды (88,7%), сульфаты (10,8 %) и карбонаты (0,3 %). Наименее минерализованы воды атмосферных осадков, ультрапресные воды горных потоков и пресных озер.
В зависимости от содержания растворенных минеральных веществ различают воды: пресные с содержанием растворенных солей до 1 г/дм 3 , солоноватые - до 1-25 г/дм 3 , соленые - более 25 г/дм 3 . Граница между пресными и солоноватыми водами принята по среднему нижнему пределу вкусового восприятия человека. Граница между солоноватыми и солеными водами установлена на том основании, что при минерализации 25 г/дм 3 температура замерзания и максимальной плотности количественно совпадает.
Вода на Земле может существовать в трёх основных состояниях - жидком, газообразном и твёрдом и приобретать различные формы, которые могут одновременно соседствовать друг с другом. Водяной пар и облака в небе, морская вода и айсберги, горные ледники и горные реки, водоносные слои в земле. Вода способна растворять в себе много веществ, приобретая тот или иной вкус. Из-за важности воды, «как источника жизни», её нередко подразделяют на типы по различным принципам.
Итак, вода бывает морская, пресная, речная, озерная, колодезная, водопроводная, сырая, кипяченая, родниковая, дождевая, талая, болотная, минеральная, горячая, теплая, холодная, приятная, бодрящая, газированная (с сиропом или без). Наконец, просто вкусная или невкусная!
Художник воду описывает такой, какой ее видит, в красках: голубая вода горных озер, зеленоватая вода прудов и болот, свинцово-серые волны моря… Поэт и вовсе сравнивает воду с живым существом, обладающим характером. «Вода благоволила литься» - эти слова принадлежат поэту Леониду Мартынову. Сколько в одной строчке восхищения водой!
Как с научной и практической точки зрения можно классифицировать природную воду?
Прежде всего, по содержанию солей. Cуществует морская вода (соленая) и вода пресная. Соленость определяется в граммах солей на литр воды и составляет для пресной воды до 1 г/л, для воды солоноватой - от 1 до 24,7 г/л и для соленой - более 24,7 г/л. Но и морская вода по степени солености бывает разная. Вода Черного моря гораздо солонее воды моря Балтийского. А самой соленой считается вода Мертвого моря. Соленость воды зависит от количества рек, впадающих в морской бассейн, от степени его соединения с Мировым океаном и от климата данной местности (режима испарения). Вода некоторых соленых озер, в том числе находящихся на юге России, а также на территории бывшего СССР (Казахстан, Туркмения), достигает такой концентрации, что больше напоминает соляной раствор.
Вода отличается также по нахождению в Природе и происхождению. Воды бывают поверхностные (реки, озера, моря и пр.) и подземные, в том числе грунтовые, артезианские.
Воду различают и по степени очистки: природная вода, водопроводная, кипяченая, дистиллированная (полученная из охлажденных паров).
Кроме того, вода может быть даже ископаемой (заключенная внутри горных пород и минералов, образовавшихся миллионы лет назад). Она и сама может быть полезным ископаемым! Об этом вам скажут геологи. А вот химики обязательно добавят, что кроме обычной, легкой, воды в Природе существует и тяжелая вода (тритиевая и дейтериевая), которую называют радиоактивной.
Известно, что в природе вода может находиться в трех различных состояниях, таких как: газообразное, жидкое или твердое.
Облака, снег и дождь представляют собой различные состояния воды. Облако состоит из множества капелек воды или кристалликов льда, снежинка-это мельчайшие кристаллики льда, а дождь-это всего лишь жидкая вода.
Вода, находящаяся в газообразном состоянии, называется водяным паром. Когда говорят о количестве влажности в воздухе, обычно подразумевают количество водяных паров. Если воздух описывается как «влажный», это означает, что в воздухе содержится большое количество водяных паров.
Лед – твердое состояние воды. Толстый слой льда имеет голубоватый цвет, что связано с особенностями преломления им света. Сжимаемость льда очень низка. Лед при нормальном давлении существует только при температуре 0° С или ниже и обладает меньшей плотностью, чем холодная вода. Именно поэтому айсберги плавают в воде. При этом, поскольку отношение плотностей льда и воды при 0° С постоянно, лед всегда выступает из воды на определенную часть, а именно на 1/5 своего объема.
Для того, чтобы доказать, что вода переходит из одного состояния в другое я провёл несколько экспериментов.
Эксперимент 1.
Переход воды из жидкого состояния в твердое. (Приложение 1)
Эксперимент 2.
Переход воды из жидкого состояния в газообразное, из газообразного в жидкое и из твердого в жидкое. (Приложение 1).
Переход вещества из газообразного состояния в жидкое или твёрдое вследствие его охлаждения или сжатия называется конденсацией.
Также происходит и в природе. С поверхности океанов, морей, рек и суши вода превращается в пар и поднимается в вверх. Там он охлаждается и превращается в капельки воды, из которых образуются облака.
Из облаков вода выпадает на землю и пополняет реки, а реки несут её в океан.
Это называется круговорот воды в природе.
⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Читайте также:
Состояние воды в природе
Вода — одно из самых распространенных на Земле соединений. Молекулы воды обнаружены в межзвездном пространстве. Вода входит в состав комет, большинства планет Солнечной системы и их спутников. Количество воды на поверхности земли оценивается в 1,39 ?
1018т. Общий объем воды на Земле составляет около 1 500 000 000 км 3 . Если эту воду равномерно распределить по поверхности Земли, то толщина ее слоя составила бы почти 4 км.
Вода входит в состав многих минералов и горных пород, присутствует в почве и во всех организмах. Так, например, тело взрослого человека на 65% состоит из воды. Вода входит в состав всех его органов и тканей: в сердце, легких, почках её около 80%, в крови — 83%, в костях — 30%, в зубной эмали — 0,3%, в биологических жидкостях организма (слюне, желудочном соке, моче и т.д.) — 95-99%.
Тело рыб содержит 80% воды, водорослей — 90%. Подсчитано, что содержание воды в тканях живых организмов примерно в шесть раз превышает ее количество во всех реках земного шара.
Известно, что в природе вода может находиться в трех различных состояниях, таких как: твердое, жидкое или газообразное.
Облака, снег и дождь представляют собой различные состояния воды. Облако состоит из множества капелек воды или кристалликов льда, снежинка — это совокупность мельчайших кристалликов льда, а дождь — всего лишь жидкая вода.
Вода, находящаяся в газообразном состоянии, называется водяным паром. Когда говорят о количестве влажности в воздухе, обычно подразумевают количество водяных паров. Если воздух описывается как "влажный", это означает, что в воздухе содержится большое количество водяных паров.
Лед — твердое состояние воды. Толстый слой льда имеет голубоватый цвет, что связано с особенностями преломления им света. Сжимаемость льда очень низка. Лед при нормальном давлении существует только при температуре 0° С или ниже и обладает меньшей плотностью, чем холодная вода. Именно поэтому айсберги плавают в воде. При этом, поскольку отношение плотностей льда и воды при 0° С постоянно, лед всегда выступает из воды на определенную часть, а именно на 1/5 своего объема.
Лишь недавно, в конце второго тысячелетия, было обнаружено еще одно, четвертое состояние воды - информационное. В поисках ответов на многочисленные вопросы, хоть сколь-нибудь приблизившие бы к пониманию непредсказуемого поведения воды, ученым вдруг стало остро очевидно: вода, словно живое существо, обладает памятью. Она воспринимает и запоминает любое воздействие, как будто понимая все, что происходит в пространстве.
В ходе опытов со структурой жидкости удалось выяснить, что памятью воды можно управлять. Суть сводится к следующему: молекулы того или иного вещества, растворяясь в воде, как бы пронумеровывают и программируют расположение ее структурных элементов. Если записать объемное распределение взаимных ориентацией граней вокруг молекулы вещества, то фактически будет произведена запись вполне определенного состояния воды, отвечающего за то или иное ее свойство (например, горький или сладкий вкус и т. д.). Нетрудно представить, какие громадные возможности направленного задания желаемых свойств воды это открывает.
Сверхкритическую воду систематически исследуют с начала прошлого века. Однако сегодня эти работы привлекательны не только с теоретической точки зрения. Есть надежда, что самый распространённый, дешёвый, безопасный и экологически чистый растворитель займет свою уникальную нишу в химической промышленности.
Сверхкритические состояния первым начал изучать Каньяр де ля Тур в 1822 году. Если любую кипящую жидкость (когда существует равновесие между жидкостью и паром) продолжать нагревать и увеличивать давление, то в какой-то момент плотности жидкости и пара становятся одинаковыми, а граница раздела между этими фазами исчезает. В этой критической точке вещество переходит в промежуточное состояние - становится не газом и не жидкостью. При температуре выше критической точки уже двух фаз не получится, хотя если этот однородный флюид сжимать, то его плотность будет меняться от газоподобного к жидкоподобному. При меньших температурах вода находится в докритическом состоянии, а при изменении давления её плотность меняется скачком: жидкость переходит в пар. Выше - в сверхкритическом, вещество однородно, а плотность меняется непрерывно.
Уже накоплено много экспериментальных данных по сверхкритическому состоянию воды.
Все эти данные подтверждают, что при повышении температуры и давления меняются: её диэлектрическая проницаемость, электропроводность, ионное произведение, структура водородных связей.
Из всех жидкостей вода, наверное, претерпевает самые сильные изменения, переходя в сверхкритическое состояние. Если при нормальном давлении и температуре вода - полярный растворитель, то в сверхкритической воде растворяются почти все органические вещества. Растворимость неорганических веществ также меняется. Даже небольшое отклонение температуры и давления вблизи критической точки изменяет все физико-химические характеристики воды, поэтому при малейших флуктуациях давления и температуры в такой воде могут полностью растворяться или, наоборот, осаждаться оксиды и соли. Собственно, на этом основана технология гидротермального выращивания кристаллов, которой больше полувека.
В сверхкритическом состоянии вода (скH2O) неограниченно смешивается с кислородом, водородом и углеводородами, облегчая их взаимодействие между собой - в ней очень быстро протекают все реакции окисления. Одно из особенно интересных применений такой воды - эффективное уничтожение боевых отравляющих веществ. В смеси с другими веществами скH2O можно использовать не только для окисления, но и в реакциях гидролиза, гидратации, образования и расщепления углерод-углеродных связей, гидрирования и других.
До- и сверхкритическая вода - это нетоксичный растворитель, свойствами которого можно управлять, подстраивая их под конкретную каталитическую реакцию. В процессах со сверхкритическим флюидом нет проблем с диффузией на границе газ-жидкость (ведь это не газ и не жидкость), а значит, легче регулировать скорость такой реакции.
Кроме перечисленных состояний воды открыто новое, в котором она не замерзает даже при температуре, близкой к абсолютному нулю, а также обладает иными необычными свойствами.
Группа американских ученых из Аргоннской национальной лаборатории под руководством Александра Колесникова открыла новое состояние воды, получившее название «нанотрубочная вода» (nanotube water). Несмотря на то что в новом состоянии молекула воды также состоит из атома кислорода и двух атомов водорода, она не замерзает даже при температуре 8 градусов Кельвина.
Поведение воды в сверхмалых объемах, стенки которых не смачиваются водой, очень интересует специалистов в различных областях – от геологов до разработчиков новых материалов. Американские ученые решили исследовать свойства воды, помещенной в «сосуд» из углеродной нанотрубки. «Я с удивлением узнал, — рассказал г-н Колесников, — что никто до сих пор не пытался исследовать поведение воды в нанотрубках. Имеется большое количество расчетов, однако они усложняются еще и тем фактом, что вода крайне сложна для моделирования – в отличие от экспериментального исследования».
Для изучения поведения воды в таких «экстремальных» условиях ученые наполнили водой углеродные нанотрубки размером 1,4 нм в поперечнике и длиной 10 тыс. нм. Для этого они подвергали их воздействию водяного пара на протяжении нескольких часов, после чего изучили структуру атомов внутри нанотрубок с помощью потока нейтронов. «В столь тесном одноразмерном сосуде мы ожидали увидеть что-то необычное, но не настолько, — сказал г-н Колесников.
— Обнаружилось нечто поистине странное».
Оказалось, что вода в нанотрубках находится в новом состоянии, не похожем ни на жидкое, ни на газообразное агрегатные состояния. Выяснилось, в частности, что среднее количество водородных связей, связывающих молекулу воды с соседними (так называемое координатное число) сократилось с 3,8 до 1,86. Вследствие этого повысилась подвижность молекул. «Новая вода» не замерзала даже при температуре, всего на восемь градусов отличающейся от абсолютного нуля.
Ученые продолжают оказавшиеся столь плодотворными исследования. На очереди разработка более корректной математической модели воды с использованием методов параллельных вычислений, изучение свойств воды в нанотрубках меньшего диаметра – например, сравнимого с размером протеинов клеточной мембраны, а также изучение термодинамических свойств "нанотрубочной воды".
