Фізичні та хімічні властивості води

Размещено на http://www.allbest.ru

План

Вступ

1. Вода у природі

2. Фізичні властивості води

3. Діаграма стану води

4. Хімічні властивості води

5. Хімічні елементи у воді

6. Забруднення вод світового океану

7. Заходи для збереження чистоти води

Висновки

Список використаної літератури

Вступ

Вода - найпоширеніша на Землі речовина. Майже 3 / 4 поверхні земної кулі покриті водою, що утворює моря, океани, ріки, озера.

Вода має дуже велике значення у житті рослин, тварин, людини. Згідно з сучасними уявленнями, саме походження життя на пов'язується з морем. У всякому організмі вода є середовищем, в якому відбуваються хімічні процеси, що забезпечують життєдіяльність організму; крім того, вона сама бере участь у ряді біохімічних реакцій.

вода гібридизація гідросфера хімічний

1. Вода у природі

Багато води перебуває у газоподібному стані у вигляді пари в атмосфері; у вигляді величезних мас снігу і льоду лежить цілий рік на вершинах високих гір і в померлих краях. У надрах Землі також є вода, що просочує грунт і гірські породи.

Природна вода не буває цілком чистою. Найчистішою є дощова вода, але й вона містить незначні кількості різних домішок, які захоплює з повітря.

Кількість домішок у прісних водах звичайно лежить у межах від 0,01 до 0,1 % (мас.). Морська вода містить 3,5 % (мас.) розчинених речовин, основну масу яких становить хлорид натрію (кухонна сіль).

Вода, яка містить значну кількість солей, кальцію і магнію, називається твердою на відміну від м'якої води, наприклад дощової. Тверда вода дає мало піни з милом, а на стінках котлів утворюється накип.

2. Фізичні властивості води

Чиста вода - це безбарвна прозора рідина. Густина води при переході її з твердого стану в рідкий не зменшується, як майже в усіх інших речовин, а зростає. При 4 С має максимальну густину і лише при дальшому нагріванні її густина зменшується з підвищенням температури.

Коли б при зниженні температури і переході з рідкого стану в твердий густина води змінювалася б так само, як це буває у більшості речовин, то з наближенням зими поверхневі шари прісних вод охолоджувалися б до 0 С і опускалися б на дно, звільняючи місце теплішим шарам, і так тривало б доти, поки вся маса водойми не мала б температуру 0 С. Далі вода починала б замерзати, а крижини, що утворилися, опускалися б на дно і водойма промерзла б на всю глибину. При цьому багато форм життя у воді було б неможливим. Проте оскільки найбільшої густини вода досягає при 4 С, то процес переміщення її шарів доходить до цієї температури, після чого більше охолоджений шар лишається на поверхні, замерзає і тим самим захищає шари, що лежать нижче, від дальшого охолодження і замерзання.

Велике значення у житті природи має і те, що воді властива аномальна висока температура (теплоємність). Тому в нічний час, а також у період переходу від літа до зими, вода охолоджується повільно, а вдень, або в період переходу від зими до літа, так само повільно нагрівається, будучи, таким чином, регулятором на земній кулі.

Молекула води має кутову будову: ядра, що входять до її складу, утворюють рівнобедрений трикутник, в основі якого лежать розміщенні два протони, а у вершині - ядро атома кисню. Довжина кожного зв'язку Н - О близька до 0,1 нм, відстань між ядрами атомів водню дорівнює близько 0,15 нм. З восьми електронів, що становлять зовнішній електронний шар атома кисню в молекулі води Н:О:Н дві електронні пари утворюють ковалентні зв'язки О - Н, а інші чотири електрони - дві не поділенні електронні пари.

Атом кисню у молекулі перебуває в стані sр - гібридизації. Тому валентний кут Н О Н (104,3) близький до тетраедричного (109,5). Електрони, що утворюють зв'язки О - Н, зміщені до більш електронегативного атома кисню, в результаті чого атоми водню набувають ефективних позитивних зарядів.

Неподілені електронні пари, що перебувають на гібридних sр - орбіталях, зміщені відносно ядра атома кисню і утворюють два негативні плюси.

Під час нагрівання води частина теплоти витрачається на розрив водневих зв'язків (енергія розриву водневого зв'язку у воді становить приблизно 25 кДж / моль). Цим пояснюється теплоємність води.

Водневі зв'язки між молекулами води повністю розривається тільки тоді, коли вода переходить в пару. При 20 С у рідкій воді зберігається ще близько половини водневих зв'язків.

3. Діаграма стану води

Діаграма стану - це графічне зображення залежності між різними величинами, що характеризують стан системи.

Діаграму застосовують у хімії для однокомпонентних систем, що показують залежності між тиском і температурою. Вона складається з трьох кривих, що розмежовують усі можливі температури і тиски на три ділянки, які відповідають льоду, рідині і пару.

Перетворення, які відбуваються з водою при атмосферному тиску, відбито на діаграмі точками або відрізками, розміщеними на горизонталі, що відповідає 101,3 кПа. Так, топлення льоду або кристалізація води відповідає точці D, а кипіння води - точці Е, нагрівання або охолодження - відрізку DЕ.

Якщо точка лежить на ділянці, що перевищує атмосферний тиск, то у цьому випадку нагрівання кристалів при атмосферному тиску приводить не до плавлення цієї речовини, а до її сублілеації - перетворення твердої фази безпосередньо в газоподібну. Діаграми стану вивчають для ряду речовин, що мають наукове і практичне значення.

4. Хімічні властивості води

Молекули води дуже стійкі проти нагрівання. Однак при температурах, вищих за 1000 С, водяна пара починає розкладатися на водень і кисень:

2НО = 2Н + О

Процес розкладання речовин в результаті її нагрівання називається термічною дисоціацією. Термічна дисоціація води відбувається з поглинанням теплоти. При температурі 2000 С ступінь термічної дисоціації все ще залишається зміщеною в бік водяної пари. При охолодженні ж нижче за 1000 С рівновага практично повністю зміщується у цьому напрямі.

Вода - дуже реакційно здатна речовина. Оксиди багатьох металів і неметалів сполучаються з водою, утворюючи основи і кислоти; деякі солі з водою - кристалогідрати; найактивніші метали взаємодіють з водою з виділенням водню.

Вода також має кристалічну здатність. Якщо немає слідів вологи, то практично не відбуваються деякі звичайні реакції: наприклад, хлор не взаємодіє з металами, фтороводень не роз'їдає скло, натрій не окислюється в атмосфері повітря.

Вода здатна утворювати сполуки з рядом речовин, що перебувають за звичайних умов у газоподібному стані і звичайно не мають великої хімічної активності. Такі сполуки утворюються в результаті заповнення молекулами газу міжмолекулярних порожнин, які є в структурі води, і називаються сполуками включення.

5. Хімічні елементи у воді

Всесвітній океан з проникаючою його водяною тропосферою відіграє велику роль в біосфері.

Світовий океан наскрізь пронизаний життям, яке прямо опосередковано, і визначає всі хімічні властивості океану. В океані - гідросфері - велика частина води сама по собі не придатна для життя, але переповнена завжди рухаючими живими істотами, що являються центрами хімічних реакцій. В ньому можна розрізнити скупчення живих організмів, серед яких існують потужні своїм впливом мікроскопічні організмів - бактерії та гриби. Велику роль відіграє планктон, який йде в глибину на десятки і сотні метрів. Тут в планктоні існують більш високоорганізовані організми - одноклітинні рослини і тварини, які знаходяться один з одним в рівновазі. Крім верхніх шарів океану відомі ще три типи скупчення життя в гідросфері:

1) „моря”, які складаються з біогеоценозів, в яких існують вищі водорості;

2) підводні „ліси” і ”поля” на шельфах, в яких зосередженні великі скупчення організмів - бентос (молюски, гриби, ракоподібні і т. д.);

3) окремо стоять коралові острови - рифи, які розвиваються в тропічних і підтропічних областях Землі.

Вся вода планети, в якому б вона стані не була - рідка, тверда або газоподібна - являє собою всю сушу, гідросферу і тропосферу, складає єдину цілу оболонку планети.

Хімічний склад цієї оболонки достатньо відомий. З цієї точки зору виділяють два види води:

- океанічну;

- морську.

Океанічна вода належить до групи солоних вод, у той час як морські води є росолами (Червоне і Мертве море) чи напівпрісними (Азовське море), тобто мають іншу концентрацію, ніж має в середньому складі океанічна вода.

У складі океанічних і морських вод зустрічаються такі елементи: Si, P, Fe, Аl, B, Zn, H, F, Cu, Pb, Аs, I, Ba, Mn, Se, U, Cs, Аg, Mo, Аu, Ce, Hg, Ra, Bi, Ge, Ti, W, Su, Ga, Zn, Th, і гази: He, Ne, Ar, Kr, Хе, Rn.

Склад океанічних вод дуже часто розглядають як головну масу накопичення солей, які утворюються із наземних і океанічних вивержень, або за рахунок виходів вулканів на морському дні.

Особлива частина гідросфери - підземні, грунтові води. Їх хімічний склад, як і склад грунтів, може бути різноманітний. Елементний склад грунтових вод складається з грунтових порід, пов'язаних із зональними особливостями грунтоутворення. Грунтові розчини і водні витяжки із різноманітних грунтів і різних природних зон відрізняється дуже чітко. На Півночі - прісні гідрокарбонаткальцієві води, на півдні збільшена мінералізованість, зростає склад катіонів і аніонів.

В більших розмірах проявляється карбонат - іон, сульфат - іон, а в безвиткових впадинах хлорид - іон.

Змінюється катіонний склад, якщо на Півночі перебувають іони водню, кальцію, частково міді, то і на Півдні починають переходити катіони міді, натрію, інколи калію.

Такий взаємозв'язок різних тварин і рослин і, зв'язані з ними нижчі організми, приводять до того, що мінеральні сполуки вихвачені живими речовинами, та екологічним кругообігом, що захищає її від винесення у світовий океан.

Найбільша доля в складі живих істот припадає на більше число елементів, серед яких С, N, Са - знаходиться у границях від 1 до 10 % , склад S, P, K - від 0,1 до 1,0 %, а склад Fe, Na, Mg, A - від 0,01 до 0,1%.

Всі елементи відіграють значну роль в біосфері, і показують, яке велике значення їх у водному, вуглеводному, мінеральному режимах і продуктивності біосфери.

В підземних водах на значних глибинах є речовини, що своїм хімічним стабільним складом, містять більше корисних для здоров'я людини речовин (сполук кальцію, йоду, флору та ін.). Містяться також високо мінералізовані води хлорнатрієво - кальцієвого складу зі значним вмістом галогенсульфіду, брому та рідкісних елементів. Ці води використовуються у промисловості для добування йоду, брому та інших рідкісних елементів.

6. Забруднення вод світового океану

В результаті діяльності людей гідросфера змінюється кількісно (зменшення кількості води, придатної для використання) та кількісно (забруднення ).

Так наявність сполук нітрогену в верхніх шарах води спричинена органічними речовинами. Вміст аміаку, нітритів, нітратів, вуглеводнів, гумових сполук, кількість яких зменшується взимку і збільшується влітку, що спричиняє кольоровість, так зване „ цвітіння води„

Спостерігається підвищена солоність води. У морських водах міститься також азот, нітрати, сполуки фосфору, та деякі мікроелементи: цезій, літій, арсен, бром, ферум, манган, купрум, ванадій, молібден, аурум, аргентум та інші, що є радіоактивними елементами.

Води океанів і морів забруднюються також промисловими й побутовими твердими відходами. Особливо небезпечним є радіоактивне забруднення, що спричиняється випробуваннями ядерної зброї, роботою ядерних реакторів на військових підводних човнах і криголамах, скиданням контейнерів з радіоактивними відходами.

Забруднюють води при розлитті нафти, а також поверхнево - активними речовинами, що використовуються як миючі засоби. Вони утворюють плівки на поверхні води, що стійкі до біоруйнування.

В останні роки виникла загроза „ сірководневого вибуху„ - підняття до самого виходу рівня сірководню. Цей процес пов'язаний зі скидами в прибережні води великої кількості не окислених побутових відходів нафти, що є надзвичайно стійкою речовиною, і роками зберігається у воді.

При надходженні до водойм різних організмів (бактерій, вірусів) зі стічними водами, а також спор, грибів, яєць геогельмінтів, багато з яких є хворобливими для людей, рослин, тварин, що спричинюють такі небезпечні захворювання, як холера, дизентерія, вірусний гепатит та інші хвороби.

В основному забруднення вод відбувається через викиди відходів з заводів, підприємств, комбінатів.

Для того, щоб забезпечити нормальний стан водних об'єктів, потрібне:

- нормування якості води, тобто розробка критеріїв її придатності для різних видів водокористування;

- скорочення обсягів скидання забруднювачів у водойми вдосконаленням технологічних процесів;

- очищення стічних вод.

Ось наведемо допустимі концентрації шкідливих речовин у воді санітарно - побутового водокористування (табл. 1).

Таблиця 1

Хімічне забруднення водойм несприятливе для процесів самоочищення, тому що гальмує процеси окислення, викликає відмирання мікроорганізмів.

7. Заходи для збереження чистоти води

Метою заходів та раціонального використання водних ресурсів є підтримання оптимального стану малих річок, будівництво обладнаних майданчиків, причалів та під'їздних шляхів для навантажувально - розвантажувальних робіт; ліквідація осередків забруднення підземних вод; розробка та будівництво магістральних колекторів для збирання господарсько - побутових, промислових та зливових стічних вод; розробка та будівництво головних та локальних очисних споруд; створення системи оборотного та безстічного водокористування, розробка пристроїв для збирання і переробки стічних вод.

Якщо дотримуватись цього всього, ми зможемо покращити стан наших вод. В результаті чого покращиться життєдіяльність рослинного, тваринного світу, а також людини.

Висновки

Виконавши індивідуальне навчально - дослідне завдання з теми - хімічні елементи, та їх роль в природі, ми ознайомилися з фізичними, хімічними властивостями води.

Розглянули діаграму стану води, а також, які хімічні елементи містяться у воді, і яку, корисну чи шкідливу функцію вони виконують.

Отже, вода - це така речовина, яка є найпоширенішою на Землі, без неї не може існувати жодна істота. Вода в природі відіграє дуже важливу функцію, основною є живлення живих організмів. Як ми знаємо, вода міститься у різних частинах землі, вона має різні хімічні домішки. Ми знаємо, що у воді через господарську діяльність людини міститься велика кількість шкідливих речовин. На даний час на Землі постало питання з прісною водою. Ці всі проблеми виникають, як зазначалося раніше, через господарську діяльність людини, тому що на даний час людство використовує промисловість тількі у своїх цілях. Воно не замислюється над наслідками.

Отже, давайте будемо думати над нашими діями і проблемами, які створюємо ми самі. І бережімо саме найдорожче, що є на Землі - гідросферу.

Список використаної літератури

1. А.С. Орлов, О. С. Безуглова. Биогеохимия: Фенікс, Ростов - на - Дону, 2000.

2. А.К. Запольський, А.І. Салюк. Основи екології.

3. В.С. Джигирей. Екологія та охорона навколишнього середовища. - Київ: Знання, 2002.

4. Г.О. Бачинський та інші. Основи соціології. - Київ: Вища школа, 1995.

5. М.Л. Глінка. Загальна хімія - Київ: Вища школа, 1982.

Размещено на Allbest.ru