Презентация, доклад на тему Физические свойства воды, Полякова Лариса Сергеевна, г.Евпатория

нашей жизни

тала
И горечи цветущих лоз.

Ей
водорослей не хватало
И рыбы, жирной от стрекоз.

Ей
Не хватало быть волнистой,
Ей не хватало течь везде.

Ей жизни не хватало -
Чистой,
Дистиллированной
Воде!

Леонид Мартынов, 1946 год

кислородом»
(Краткая химическая энциклопедия)

что вода состоит из молекул, каждая из которых содержит два атома водорода и один атом кислорода
В 1932 году мир облетела сенсация: кроме воды обычной, в природе существует еще и тяжелая вода. В молекулах такой воды место водорода занимает его тяжелый изотоп – дейтерий.
Тяжелую воду открыли американские физики Гарольд Юри и Эльберт Осборн. А в 1933 году их соотечественники Герберт Льюис и Ричард Макдональд впервые выделили её в чистом виде.

физическим характеристикам.
В молекулу тяжелой воды входят атомы не легкого водорода - протия ( 1Н ), а его изотопа – дейтерия ( 2D ), атом которого на единицу тяжелее протиевого, следовательно, молекулярная масса (Mr) тяжелой воды (D2O) на 2 единицы больше: 20, а не 18.
Эта вода на 10% плотнее обычной, её вязкость выше на 23%. Кипит она при +101,42о С, замерзает при +3,8о С

– в миллионных долях процента. Преобладает ее разновидность, состав которой можно выразить формулой HDO. В мировом океане содержится 1015 тонн HDO.
Тяжелая вода играет немалую роль в различных биологических процессах. Она действует отрицательно на многие жизненные функции у растений и животных.

В её составе место водорода занимает его природный изотоп, еще более тяжелый, чем дейтерий. Это тритий (Т), он радиоактивен, его атомная масса (Ar) равна 3.
Во всей гидросфере одновременно насчитывается лишь около 20 кг T2O. По своим свойствам сверхтяжелая вода еще заметнее отличается от обычной: кипит при +104о С, замерзает при +9о С; имеет плотность 1330 кг/м3
Перечень изотопов водорода не кончается тритием. Искусственно получены и более тяжелые - 4Н и 5Н.
Таким образом, возможно существование молекул воды, в которых содержатся любые из 5 водородных изотопов в любом сочетании.

т.к. существуют также изотопы кислорода.
В природных водах в среднем на каждые 10 тысяч атомов изотопа 16О приходится 4 атома изотопа 17О и 20 атомов изотопа 18О.
По физическим свойствам тяжелокислородная вода меньше отличается от обычной, чем тяжеловодородная.
Помимо природных, существуют и шесть искусственно созданных изотопов кислорода (они недолговечны и радиоактивны). Это 13О, 14О, 15О, 19О,20О, 24О.

изотопных разновидностей воды может быть 135.
Наиболее распространены в природе 9 устойчивых разновидностей воды:
H216O HD16O D216O
H217O HD17O D217O
H218O HD18O D218O
Основную массу природной воды – свыше 99% - составляет протиевая вода - H216O. Только миллионные доли процента составляет D2O, еще реже встречаются девять радиоактивных естественных видов воды, содержащих тритий:
T216O HT16O DT16O
T217O HT17O DT17O
T218O HT18O DT18O

воду H216O в чистом виде, т.е. без малейших примесей остальных 134 изотопных разновидностей. По понятным причинам, в естественных условиях такой воды не существует. Во всем мире её можно отыскать лишь в немногих специальных лабораториях. Её получают очень сложным путем и хранят с величайшими предосторожностями.


Вот какое непростое это «простейшее соединение» - вода. Теперь, говоря о воде и называя её общепринятую формулу H2O, будем иметь в виду, что состав воды, даже полностью освобожденной от примесей, сложен и многообразен.

свойств воды и необычность их проявления определяется в конечном счете физической природой этих атомов, способом их объединения в молекулу и группировкой образовавшихся молекул.

в виде равнобедренного треугольника, в вершине которого – кислородное ядро, а в углах, прилегающих к основанию – по одному ядру водорода.
Пять электронных пар образуют электронное облако → у кислородного ядра создается избыток электронной плотности, а у водородных ядер – протонов наблюдается её недостаток. Поэтому, почти шарообразная молекула воды имеет заметно выраженную полярность, т.к. электрические заряды расположены в ней ассиметрично. По сути, каждая молекула воды является миниатюрным диполем.

межатомные или межмолекулярные силы на поверхности погруженного в неё вещества. Во многом благодаря этому вода проявляет себя почти как универсальный растворитель – её растворяющему действию в той или иной мере подвластны и твердые тела, и жидкости, и газы.

- ассоциаты различной степени сложности, состав которых можно описать общей формулой (H2O)n
Непосредственной причиной их образования являются водородные связи. Правда, эти связи в десятки раз слабее, чем «стандартные» внутримолекулярные химические связи, и достаточно обычных движений молекул, чтобы разрушить их. Но под влиянием тепловых колебаний так же легко возникают и новые связи этого типа.

Водородные связи

отдельную подгруппу. Они и их соединения имеют много общего в физических и химических свойствах.

Почему вода жидкая?

представлены на рисунке.
У H2Te они отрицательны: выше 0о С это соединение газообразно. По мере перехода к более легким H2Se, H2S температуры кипения и плавления все более снижаются. Следуя этой закономерности, H2O (вода) должна становиться твердой при -90о С и закипать при -70о С.
Но любой школьник знает, что температура кипения воды – +100о С, а плавления - 0о С. В чем же причина такого странного поведения воды?

что её истинная температура кипения почти на 170о С выше, чем та, которая полагается по теории, не учитывающей существование таких связей. Благодаря этому факту вода - единственное вещество, существующее в условиях нашей планеты сразу в трех агрегатных состояниях.

на алмаз. Каркас водородных связей удерживает молекулы воды в структуре льда на несколько большем расстоянии, чем в жидкой воде. В результате – еще одно отклонение от общепринятого поведения: если при понижении температуры плотность большинства веществ обычно возрастает, то здесь картина другая – плотность льда составляет 920 кг/м3, в то время как плотность воды при 4о С равна 1000 кг/м3. Таким образом, при образовании льда объем увеличивается на 10% по сравнению с объемом, занимаемым той же массой воды.
Свойство твердого льда становится легче жидкости того же химического состава оказалось необычайно важным для жизни природы, т.к. с наступлением холодов вода в реках и озерах покрывается льдом только на поверхности, и прочный ледяной панцирь, не опускаясь, защищает от замерзания глубинные слои воды, спасая жизнь водным растениям и животным.

При изучении данной аномалии установили, что все вещества, которые легко смачиваются водой (глина, песок, стекло, бумага и др.), непременно имеют в своем составе атомы кислорода. Для объяснения природы смачивания этот факт оказался ключевым: энергетически неуравновешенные молекулы поверхностного слоя воды получают возможность образовывать дополнительные водородные связи с «посторонними» атомами кислорода.

высокой удельной теплоте ее парообразования. Чтобы испарить воду, уже нагретую до 100о С, требуется вшестеро больше количества теплоты, чем для нагрева этой же массы воды на 80о С (от 20о С до 100о С)
Каждую минуту миллион тонн воды гидросферы испаряется от солнечного нагрева. В результате в атмосферу поступает колоссальное количество теплоты, эквивалентное тому, которое вырабатывали бы 40 тысяч электростанций мощностью по 1 млрд. кВатт каждая!
При плавлении льда тоже немало энергии уходит на преодоление связей ледяных кристаллов, хотя и вшестеро меньше, чем при испарении воды. Это и понятно – ведь молекулы Н2О фактически остаются в той же среде, меняется лишь фазовое состояние воды.

замечательной способностью – высокой теплоемкостью. Поглощая огромное количество теплоты, сама вода существенно не нагревается, т.к тепло, подводимое к воде, с большим трудом разрывает сетку водородных связей. Эта способность воды накапливать большие запасы тепловой энергии позволяет сглаживать капризы погоды на земной поверхности в различные времена года и в разное время суток.

её исключительно высокое поверхностное натяжение – 0,073 Н/м (при 20о С). Из всех жидкостей более высокое поверхностное натяжение имеет только ртуть. Это свойство проявляется в том, что вода постоянно стремится «стянуть», сократить свою поверхность. Она лишь кажется бесформенной, растекаясь по любой поверхности. Сила поверхностного натяжения заставляет молекулы её наружного слоя «сцепляться», создавая внешнюю упругую плёнку, свойство которой также определяется замкнутыми и разомкнутыми водородными связями, т.е ассоциатами. Благодаря плёнке многие насекомые (водомерки, ногохвостки) не только передвигаются по поверхности воды, но взлетают с нее и садятся, как на твердую опору.

или в состоянии невесомости: ведь такая геометрическая форма имеет минимальную для данного объема поверхность.

разрыв не уступает стали того же сечения. Водную струю как бы цементирует сила поверхностного натяжения.

узких вертикальных каналах на высоту гораздо большую, чем та, которую допускает сила тяжести, т.е. вода обладает свойством капиллярности, что имеет огромное значение в жизнедеятельности растений.

лежит самая главная особенность её строения – водородные связи, благодаря которым образуются ассоциаты.

И теперь мы можем с полной уверенностью утверждать, что и причиной гибели «Титаника» в конечном счёте были водородные связи.