Вода, її склад і електронна будова. Фізичні і хімічні властивості, аномальні властивості. Пояснення діаграми стану води
Вода, Н2O — хімічна речовина у вигляді прозорої, безбарвної рідини без запаху і смаку, (в нормальних умовах). У природі існує у трьох агрегатних станах — твердому (лід), рідкому (вода) і газоподібному (водяна пара). Молекула води складається з одного атома оксигену і двох атомів гідрогену. Атоми гідрогену розташовані в молекулі так, що напрямки до них утворюють кут 104,45o із вершиною в центрі атома оксигену. Таке розташування зумовлює молекулі води дипольний момент у 1,844 Дебая. При заміні атомів гідрогену (протонів) на атоми дейтерію утворюється модифікація, яка називається важкою водою.
Вода — одна із найголовніших речовин, потрібних для органічного життя. Рослини та тварини містять понад 60 % води за масою. На Землі водою покрито 70,9 % поверхні. Вона здійснює у природі постійний кругообіг, випаровуючись з поверхні й повертаючись на неї у вигляді атмосферних опадів. Вода має велике значення для економіки: сільського господарства й промисловості. Прісні води, придатні для пиття, становлять лише 2,5 % від загальної кількості води на Землі. Нестача води може стати однією з найгостріших проблем людства в найближчі десятиліття. Чиста вода — безбарвна прозора рідина, без запаху і смаку. На землі вода існує в трьох агрегатних станах — твердому, рідкому та газоподібному. За нормального атмосферного тиску при 0°С вона замерзає і перетворюється у лід, а при 100°С — кипить, перетворюючись у пару. У газоподібному стані вода існує і за нижчої температури, навіть нижче 0°С. Тому лід і сніг теж поступово випаровуються.
Фізичні властивості води
Чиста вода — безбарвна прозора рідина, без запаху і смаку. На Землі вода існує в трьох агрегатних станах — твердому, рідкому та газоподібному. Я дослідила, що за нормального атмосферного тиску при 0°С вона замерзає і перетворюється у лід, а при 100°С — кипить, перетворюючись у пару. У газоподібному стані вода існує і за нижчої температури, навіть нижче 0°С. Тому лід і сніг теж поступово випаровуються.
У рідкому стані вода практично не стискається, при замерзанні розширюється на 1/11 від свого об'єму.
Найбільшу густину вода має при +4°С. Масу 1 см³ чистої води при цій температурі прийняли за одиницю і назвали грамом (сучасне визначення грама основане на точнішому еталоні). На відміну від інших рідин, вода при охолодженні від + 4 до 0°С розширюється. Тому лід легший від води (на 8 %) і не тоне у ній. Завдяки цьому, а також малій теплопровідності шар льоду захищає глибокі водойми від промерзання до дна, і цим забезпечується у них життя.
Потрійна точка води, тобто умови, за яких одночасно у рівноважному стані можуть співіснувати вода, лід та пара, реалізується при температурі 0,01 °C і тиску 611,73 Па. Значення 0,01 °C точне — на ньому основане визначення одиниці вимірювання температури в Міжнародній системі (СІ), кельвіна.
Вода характеризується великою питомою теплоємністю, що дорівнює за означенням калорії 1 кал/г-град. Завдяки цьому температура океанів і морів змінюється досить повільно, і цим регулюється температура на поверхні земної кори. Цим пояснюється також те, що клімат на островах рівномірніший, ніж на материках.
Хімічні властивості
До складу води входить гідроген і оксиген. Хімічна формула води Н2О. Молекули води дуже полярні. Тому вони можуть притягатися одна до одної своїми протилежними полюсами і з'єднуватись у агрегати( Н2О)n. Внаслідок цього вода складається не тільки з простих молекул Н2О, а й агрегатів молекул (Н2О)2, (Н2О)3 і т.д.
У хімічному відношенні вода досить активна. З багатьма речовинами вона вступає в хімічні реакції вже при звичайній температурі. З оксидами лужних і лужноземельних металів вона утворює основи.
Я дослідила, що вода здатна розчинювати багато речовин. З газів, як правило, добре розчиняють ті, що взаємодіють з водою NH3, CO2, SO3 тощо, з неорганічних речовин – електроліти
﴾ солі, кислоти, основи﴿, з органічних – такі, в молекулах яких є функціональні групи – OH, -NH2 , -COOH тощо.
Оксиди лужних металів утворюють гідрати цих оксидів – гідроксиди металів, які є лугами:
Na2O + H2O = 2NaOH + Q
CaO + H2O = Ca﴾OH﴿2 + Q
Майже всі кислотні оксиди утворюють гідрати:
P2O5 + H2O = 2HPO2
N2O5 + H2O = 2HNO3
Деякі метали також реагують з водою 2Na + 2Н2О = 2NaOH + Н2 ↑
Вода бере участь у фотосинтезі:
6n CO2 + 5nH2O= ﴾C6H10O5﴿n + 6nO2)
Отже, у ході дослідження я зробила висновок, що вода є добрим розчинником і часто згадується як універсальний розчинник.
Речовини, які розчиняють у воді, наприклад, солі, цукор, кислоти, луги та деякі гази - особливо кисень, вуглекислий газ відомі як гідрофільні (люблячі воду) речовини, а ті, що не добре змішуються з водою (наприклад, жири та олії), відомі як гідрофобні речовини.
