Розділ І.
ПРОЕКТУВАННЯ СВЕРДЛОВИН НА ВОДУ
Глава 1. ДЕЯКІ ВІДОМОСТІ ПРО ВОДУ

Аномалії води

У складі льоду переважають молекули тригідролю, у складі водяної пари (при температурі понад 100°С) - молекули гідролю, а в краплинно-рідкій воді - суміш гідролю, дигідролю та тригідролю, співвідношення між якими змінюються зі зміною температури.

Особливостями структури води зумовлені її наступні аномалії:

1) найбільшу щільність вода має при 4 ° С, зі зниженням температури до 0 ° С або з підвищенням до 100 ° С щільність її зменшується;

2) обсяг води при замерзанні збільшується приблизно на 10%, при цьому тверда фаза стає легшою за рідку;

3) вода має високу питому теплоємність, яка з підвищенням температури до 40 ° С зменшується, а потім знову збільшується;

4) вода має дуже велику питому внутрішню енергію (318,8 Дж/кг);

5) вода замерзає при 0 ° С, зі збільшенням тиску температура замерзання знижується і досягає свого мінімального значення (-22 ° С) при тиску 211,5 МПа;

6) вода має найбільшу питому кількість теплоти (2156 Дж/кг) при температурі 100 °С;

7) вода має найбільш високу діелектричну проникність при 20 °С;

8) вода має найбільший поверхневий натяг у порівнянні з іншими рідинами.

При взаємодії з лугами вода поводиться, як кислота, а за взаємодії з кислотами - як основа. У процесі реакції активних металів та води виділяється водень. Вода викликає процес обмінного розкладання (гідроліз), взаємодіючи із деякими солями.

7. Аномалії води

Хімічно чиста вода має ряд властивостей, що різко відрізняють її від інших природних тіл і хімічних аналогів (гідридів елементів 6 групи періодичної системи Менделєєва) та інших рідин. Ці особливі властивості відомі за назвою аномалії води.

Досліджуючи воду і, особливо її водні розчини, вчені щоразу переконувалися, що вода має ненормальні - аномальні властивості, властиві тільки їй, її Величність - Воду, що подарувала нам Життя і можливість мислити. Ми навіть не підозрюємо, що такі звичні та природні властивості води в природі, у різних технологіях, нарешті, у повсякденному житті нашому є унікальними та неповторними.

густина

Для всієї біосфери виключно важливою особливістю води є її здатність при замерзанні збільшувати, а чи не зменшувати свій обсяг, тобто. зменшувати густину. Дійсно, при переході будь-якої рідини в твердий стан молекули розташовуються вже, а сама речовина, зменшуючись в обсязі, стає щільнішою. Так, для будь-якої з неоглядно різних рідин, але не води. Вода тут є винятком. При охолодженні вода спочатку веде себе як інші рідини: поступово ущільнюючись, зменшує свій обсяг. Таке явище можна спостерігати до 3,98°С. Потім, при подальшому зниженні температури до 0°С, вода замерзає і розширюється в обсязі. В результаті питома вага льоду стає меншою за воду і лід плаває. Якби лід не спливав, а тонув, то всі водоймища (річки, озера, моря) промерзли б до дна, випаровування різко скоротилося, всі прісноводні тварини і рослини загинули б. Життя на Землі стало б неможливим. Вода - єдина рідина на Землі, лід якої не тоне за рахунок того, що його об'єм на 1/11 більший за об'єм води.

Поверхневий натяг

Завдяки тому, що круглі кульки води дуже пружні, йде дощ, випадає роса. Що ж це за дивовижна сила, яка зберігає краплі роси, а поверхневий шар води у будь-якій калюжці робить еластичним та відносно міцним?

Відомо, що якщо сталеву голку обережно покласти на поверхню води, налитої в блюдце, голка не тоне. Адже питома маса металу значно більша, ніж у води. Молекули води пов'язані силою поверхневого натягу, що дозволяє їм підніматися нагору по капілярах, долаючи силу земного тяжіння. Без цієї властивості води життя на Землі було б також неможливим.

Теплоємність

Жодна речовина у світі не поглинає та не віддає середовищі стільки тепла, скільки вода. Теплоємність води в 10 разів більша за теплоємність сталі і в 30 разів більша за ртуть. Вода зберігає тепло Землі.

З поверхні морів, океанів, суші випаровується за рік 520 000 кубічних кілометрів води, які, конденсуючись, віддають багато тепла холодним і полярним регіонам.

Вода в організмі людини складає 70-90%. від ваги тіла. Не володій водою такою теплоємністю, як зараз, обмін речовин у теплокровних і холоднокровних організмах був би неможливий.

Найлегше вода нагрівається і найшвидше охолоджується у своєрідній "температурній ямі", що відповідає +37°С, температурі людського тіла.

Є ще кілька аномальних властивостей води:

Жодна рідина не поглинає гази з такою жадібністю, як вода. Але вона їх також легко віддає. Дощ розчиняє у собі отруйні гази атмосфери. Вода - її потужний природний фільтр, що очищає атмосферу від усіх шкідливих та отруйних газів. Ще одна дивовижна властивість води проявляється при дії на неї магнітного поля. Вода, піддана магнітній обробці, змінює розчинність солей та швидкість хімічних реакцій.

Але найдивовижніша властивість води - це властивість практично універсального розчинника. І якщо якісь речовини в ній не розчиняються, то і це для життя відіграло величезну роль в еволюції: швидше за все саме гідрофобним властивостям первинних біологічних мембран і зобов'язане життя своєю появою та розвитком у водному середовищі.

Вода відома та невідома. Пам'ять води

Бромна вода - насичений розчин Br2 у воді (3,5% за масою Br2). Бромова вода - окислювач, бромуючий агент в аналітичній хімії. Аміачна вода - утворюється при контакті сирого коксового газу з водою.

Вода як реагент та як середовище для хімічного процесу (аномальні властивості води)

Роль води в нинішній науці та техніці дуже велика. Ось лише частина областей застосування води. 1. У сільському господарстві для поливу рослин та харчування тварин 2. У хімічній промисловості для отримання кислот, основ, органічних речовин. 3...

Вода, що дарує життя

Вода є найважливішою хімічною сполукою, що визначає можливість існування життя на Землі. Щоденне споживання людиною питної води становить у середньому близько 2 л.

Водень - паливо майбутнього

Наступною проблемою, де невагомість знову заявила про себе, стала проблема відведення води, що утворюється в паливному елементі. Якщо її не видаляти, вона покриє електрод плівкою і ускладнить доступ до газу для нього.

Інформаційно-структурна пам'ять води

Молекула води є маленьким дипольом, що містить позитивний і негативний заряди на полюсах. Так як маса і заряд ядра кисню більше ніж у ядер водню, то електронна хмара стягується у бік кисневого ядра.

Визначення жорсткості води комплексонометричним методом

Зважаючи на широку поширеність кальцію, солі його майже завжди містяться в природній воді. З природних солей кальцію тільки гіпс дещо розчинний у воді, проте, якщо вода містить діоксид вуглецю.

Розрахунок та підбір випарної установки

Gв визначають з теплового балансу конденсатора: Gв=W3(hбк-cвtк)/cв(tk-tн), де hбк - ентальпія парів у барометричному конденсаторі; tн = 200С - початкова температура води, що охолоджує; Cв = 4...

Розрахунок та проектування двокорпусної випарної установки

Витрата охолодної води GВ визначають з теплового балансу конденсатора: , де IБК - ентальпія парів у барометричному конденсаторі, Дж?кг; tн - початкова температура охолоджувальної води, 0С.

Сорбційне очищення води

У виробництві встановлюється залежно вимог технологічного процесу. Вода, що використовується у виробництві...

Сорбційне очищення води

Для запобігання розвитку бактеріальних біологічних обростань у теплообмінних апаратах, а також у трубопроводах рекомендується періодично 3-4 рази на добу застосовувати хлорування води, тривалістю кожного періоду 40-60 хвилин.

Сорбційне очищення води

Одним із найпоширеніших видів кондикування води є її пом'якшення. Першим промисловим способом усунення солей жорсткості був содово-вапняний.

Сульфат кальцію, кристалогідрат та безводна сіль

Дивовижна речовина - вода

Гідроломгія - наука, що вивчає природні води, їх взаємодія з атмосферою та літосферою, а також явища та процеси, що в них протікають (випаровування, замерзання тощо). Предметом вивчення гідрології є всі види вод гідросфери в океанах.

Вода. Аномальні властивості води та їх причини

Оскільки вода є універсальним розчинником, розглянемо властивості води. Найпоширеніша речовина землі - це вода. Майже 34 поверхні земної кулі покрита водою. Вона є середовищем в якому протікають хімічні процеси в живих організмах і сама бере участь у біохімічних процесах.

Вода головний каталізатор всіх життєвих процесів. Наш організм на 65-75% складається із води. Добова потреба людини у воді становить від 2 до 6 л і залежність від неї набагато сильніша, ніж від їжі. Багато харчових продуктів (овочі, фрукти, молоко, м'ясо) на 95-65% складаються з води. Людство широко використовує для потреб природну воду. Основна частина води посідає Світовий океан. Запаси прісної води, доступної для використання, становлять 0,15% обсягу гідросфери.

Фізичні властивості. Це рідина без кольору та запаху. Розглянемо особливості фізико-хімічних властивостей ( аномалії) води.

1. У води аномально висока полярність як розчинника.

µ = 1,84 · 10 -29 Клм (у Н 2 S - µ = 0,93 · 10 -29 Клм).

2. Вода має аномально високу теплоємність з = 75,3 Дж/моль К, у спирту в 1.5 рази більше, у зв'язку з цим у нічний час і при переході від літа до зими вона остигає повільно, а при зворотному переході повільно нагрівається, т .о. регулюючи температуру на земній кулі. При нагріванні будь-якої речовини крім води від 0 до 37 о З теплоємність збільшується, а у води зменшується, далі збільшується. Саме за 37 про З організм витрачає менше енергії підтримки температури тіла.

3. Аномально високі температура Тпл = 0оС і температура Ткіп = 100оС порівняно з аналогами.

4. При 0 про З вода замерзає. Щільність льоду менше, ніж у води. При цьому обсяг льоду збільшується на 9%. У інших речовин зменшується.

5. Щільність води під час переходу з твердого стану в рідке не зменшується, а збільшується. При нагріванні води від 0 до 4 про її щільність також збільшується. Щільність води досягає максимального значення при 4 про - ρ = 0,998г/см 3 .

Аномалії пов'язані з будовою молекули води та утворенням водневого зв'язку між ними.

Молекула води має кутову будову. Атом кисню в молекулі води перебуває у стані sp 3 - гібридизації. З цієї причини валентний кут близький до тетраедричного (109 про 28”).

Утворення водневого зв'язку призводить до асоціації молекул. Кожен атом кисню бере участь у освіті двох водневих зв'язків. Молекули при кристалізації утворюють шари, причому кожна пов'язана з трьома молекулами в цьому шарі і з однією з сусідніх. Це призводить до утворення порожнеч.

При плавленні льоду руйнується лише частина водневих зв'язків та об'єм води зменшується. При 0 про З вода містить залишки структури льоду. Від 0 до 4 про З густина води збільшується за рахунок руйнування льоду.

Висока теплоємність води пояснюється витратою тепла розрив водневих зв'язків.

Хімічні властивості. Молекула Н2O стійка до нагрівання. При температурі вище 1000 про вона піддається термічної дисоціації, т.е. розкладання

Н 2 O ↔ 2 Н 2 + О 2

Цей процес протікає із поглинанням тепла.

Вода дуже реакційна речовина. Оксиди багатьох металів і неметалів з'єднуються з Н 2 O утворюючи:

СаО + Н 2 O = Са(ОН) 2

SО 3 + Н 2 O = Н 2 SО 4

Активні метали реагують з водою з виділенням Н 2.

Вода утворює з'єднання з речовинами, що не мають хімічної активності (гідрат ксенону – Хе 6 Н 2 O). Хе заповнює міжмолекулярний простір у структурі Н 2 O, утворюючи з'єднання, які називаються клатратами .

"Вода - це життя" - це висловлювання ми знаємо з дитинства, але не завжди надаємо значення тому, що нас оточує постійно, без чого ми не можемо обійтися.

А Ви знаєте, що таке "ВОДА"?

"Вода, у тебе немає ні смаку, ні кольору, ні запаху, тебе неможливо описати, тобою насолоджуються, не знаючи, що ти таке".

Антуан де Сент-Екзюпері.

Спочатку я наведу кілька прикладів з історії, щоб Ви зрозуміли, що це питання не таке вже й просте!

Згідно з хроніками, в 1472 абат Карл Гастінстінгс був по хибному доносу схоплений і допитаний у справі про наведення хвороби на якусь шановану жінку. Ув'язненому в темницю абату щодня давали лише шматок сухого хліба та ківш гнилої смердючої води. Через 40 днів тюремник зауважив, що за цей час преподобний Карл не тільки не втратив, але здавалося, набув здоров'я та сили, що тільки переконало інквізиторів у зв'язку абата з нечистою силою. Пізніше, під жорстокими катуваннями Карл Ґастінстінґс зізнався, що над гнилою водою, яку йому приносили він читав молитву, завдяки Господу за послані йому випробування. Після чого вода ставала м'якою на смак, свіжою та прозорою.

В історії відомі випадки зміни структури води у вигляді дії думки. Наприклад, взимку 1881 року корабель «Лара» прямував рейсом з Ліверпуля до Сан-Франциско. На третій день колії на кораблі почалася пожежа. Серед судна, що залишили, був капітан Нейл Кері. Потерпілі лихо стали відчувати муки спраги, які зростали з кожною годиною. Потім, коли вони після болісного блукання морем благополучно досягли берега, капітан, людина дуже тверезого ставлення до дійсності в наступних словах описав те, що врятувало їх: «Ми мріяли про прісну воду. Ми стали уявляти, як вода навколо шлюпки з блакитної морської перетворюється на зелену прісну. Я зібрався з силами та зачерпнув її. Коли я спробував, вона виявилася прісною».

Коротко про воду з погляду біохімії

Вода – найпоширеніша Землі речовина. Її кількість досягає 1018 тонн, і вона покриває приблизно чотири п'яті земні поверхні. Вода займає 70% Землі. Стільки ж (70%) їх у організмі людини. Ембріон майже повністю (95%) складається з води, у тілі новонародженого її – 75%. Лише в старості кількість води в організмі людини – 60%. Це єдина хімічна сполука, яка в природних умовах існує у вигляді рідини, твердої речовини (лід) та газу (пари води). Вода відіграє життєво важливу роль у промисловості, та побуті; вона необхідна підтримки життя. З 1018 т води на Землі на прісну воду припадають лише 3%, з яких 80% недоступні для використання, оскільки являють собою лід, що утворює полярні шапки. Прісна вода виявляється доступною людині в результаті участі в гідрологічному циклі, або кругообігу води в природі. Щорічно до кругообігу води, внаслідок її випаровування та випадання опадів у вигляді дощу або снігу, залучається приблизно 500 000 км 3 води. За теоретичними підрахунками максимальна кількість прісної води, доступна для використання, становить приблизно 40 000 км3 на рік. Йдеться про ту воду, яка стікає з поверхні землі до моря та океанів.

Властивості води є унікальними. Прозора рідина без запаху, смаку та кольору (молекулярна маса – 18,0160, щільність – 1 г/см 3 ; унікальний розчинник, здатна окислювати майже всі метали та руйнувати тверді гірські породи). Спроби подати воду як асоційовану рідину з щільною упаковкою молекул води, подібно до кульок будь-якої ємності, не відповідали елементарним фактичним даним. У цьому випадку питома щільність води мала б бути не 1 г/см 3 , а більше 1,8 г/см 3 .

Сферичні краплі води мають найменшу (оптимальну) поверхню об'єму. Поверхневий натяг дорівнює 72,75 дин/див. Питома теплоємність води вища, ніж більшість речовин. Вода поглинає велику кількість теплоти, мало нагріваючись.

Другий важливий доказ на користь особливої ​​структури молекули води полягала в тому, що на відміну від інших рідин вода – це було вже відомо – має сильний електричний момент, що становить її дипольну структуру. Тому не можна було уявити наявність дуже сильного електричного моменту молекули води в симетричній конструкції двох атомів водню щодо атома кисню, розташувавши всі атоми, що входять до неї, по прямій лінії, тобто. Н-О-Н.

Структура води у живому організмі багато в чому нагадує структуру кристалічних ґрат льоду. І саме цим пояснюються зараз унікальні властивості талої води, яка тривалий час зберігає структуру льоду. Тала вода набагато легша за звичайну вступає в реакцію з різними речовинами, і організму не треба витрачати додаткову енергію на перебудову її структури.

У рідкому вигляді зв'язку сусідніх молекул води утворюють непостійні та швидкоплинні структури. У змерзлому вигляді кожна молекула льоду жорстко пов'язана з чотирма іншими.

Доктором біологічних наук С.В.Зеніним було виявлено стабільні довгоживучі кластери води. Виявилося, що вода є ієрархією правильних об'ємних структур. В основі яких лежать кристалоподібні утворення, що складаються з 57 молекул. І це призводить до появи структур вищого порядку у вигляді шестигранників, які з 912 молекул води. Властивості кластерів залежать від співвідношення кисню, що виступає на поверхню, з воднем. Конфігурація реагує на будь-який зовнішній вплив та домішки. Між гранями елементів кластерів діють кулонівські сили тяжіння. Це дозволяє розглядати структурований стан води як особливої ​​інформаційної матриці.

Нерозгадані властивості води

Вода завжди була великою загадкою для людського розуму. Багато незбагненного нашому розуму залишається ще у властивостях та діях води. Спостерігаючи за поточним або струменем води, людина може знімати свою нервову і психічну напругу. Чим це спричинено? Наскільки відомо, вода не містить жодних речовин, здатних дати такий ефект. Вчені стверджують, що вода має здатність приймати та передавати будь-яку інформацію, зберігаючи її в недоторканності. У воді розчинено минуле, сьогодення, майбутнє. Ці властивості води широко використовувалися і використовуються в магії та цілительстві. Досі ще існують народні цілителі та цілительки, які «нашіптують на воду», що виліковують цим хвороби. Поточна вода постійно забирає енергію Космосу і в чистому вигляді віддає її в навколишній навколоземний простір, де вона поглинається всіма живими організмами, що розташовуються в межах досяжності потоку, оскільки утворене поточною водою біополе постійно збільшується за рахунок енергії, що віддається. Чим швидше рухається водний потік, тим сильніше це поле. Під впливом цієї сили відбувається вирівнювання енергетичної оболонки живих організмів, закриваються «пробої» у невидимій простій людині оболонці тіла (аурі), організм зцілюється.

Аномальні властивості води

Перша аномальна властивість води – аномалія точок кипіння та замерзання: Якби вода – гідрид кисню – Н 2 Про була б нормальною мономолекулярною сполукою, такою, наприклад, як її аналоги за шостою групою Періодичної системи елементів Д.І. Менделєєва гідрид сірки Н 2 S, гідрид селену Н 2 Se, гідрид телуру Н 2 Ті, то в рідкому стані вода існувала б в діапазоні від мінус 90 o С до мінус 70 o С. При таких властивостях води життя на Землі не існувало б.

"Ненормальні" температури плавлення та кипіння води далеко не єдина аномальність води. Для всієї біосфери винятково важливою особливістю води є її здатність при замерзанні збільшувати, а чи не зменшувати свій обсяг, тобто. зменшувати густину. Це друга аномалія води, яка називається аномалією щільності. На це особливе властивість води вперше звернув увагу ще Г. Галілей. При переході будь-якої рідини (крім галію та вісмуту) у твердий стан молекули розташовуються вже, а сама речовина, зменшуючись в обсязі, стає щільнішою. Будь-якої рідини, але не води. Вода і тут є винятком. При охолодженні вода спочатку веде себе як інші рідини: поступово ущільнюючись, вона зменшує свій обсяг. Таке явище можна спостерігати до +4 ° С (точніше до +3,98 ° С). Саме за температури +3,98°С вода має найбільшу щільність і найменший об'єм. Подальше охолодження води поступово призводить вже не до зменшення, а збільшення обсягу. Плавність цього процесу раптом переривається і при 0 ° С відбувається різкий стрибок збільшення обсягу майже на 10%! Цієї миті вода перетворюється на лід. Унікальна особливість поведінки води при охолодженні та утворенні льоду відіграє винятково важливу роль у природі та житті. Саме ця особливість води оберігає від суцільного промерзання в зимовий період усі водоймища землі – річки, озера, моря і тим самим рятує життя.

На відміну від прісної води, морська вода при охолодженні поводиться інакше. Замерзає вона при 0°С, а при мінус 1,8-2,1°С – залежно від концентрації розчинених у ній солей. Має максимальну щільність при + 4°С, а при -3,5°С. Таким чином вона перетворюється на кригу, не досягаючи найбільшої щільності. Якщо вертикальне перемішування в прісних водоймищах припиняється при охолодженні всієї маси води до +4°С, то в морській воді вертикальна циркуляція відбувається навіть за температури нижче 0°С. Процес обміну між верхніми та нижніми шарами йде безперервно, створюючи сприятливі умови для розвитку тварин та рослинних організмів.

Усі термодинамічні властивості води помітно чи різко від інших речовин.

Найважливіша з них – аномалія питомої теплоємності. Аномально висока теплоємність води робить моря та океани гігантським регулятором температури нашої планети, внаслідок чого не відбувається різкого перепаду температур взимку та влітку, вдень та вночі. Континенти, розташовані поблизу морів і океанів, мають м'який клімат, де перепади температури в різні пори року бувають незначними.

Потужні атмосферні потоки, що містять величезну кількість теплоти, поглинену у процесі пароутворення, гігантські океанічні течії відіграють виняткову роль у створенні погоди на нашій планеті.

Аномалія теплоємності полягає в наступному:
При нагріванні будь-якої речовини теплоємність постійно підвищується. Так, будь-якої речовини, але не води. Вода - виняток, вона і тут не втрачає можливості бути оригінальною: з підвищенням температури зміна теплоємності води аномально; від 0 до 37 ° С вона знижується і тільки від 37 до 100 ° С теплоємність постійно зростає. У межах температур, близьких до 37 ° С, теплоємність води мінімальна. Саме ці температури – область температур людського тіла, сфера нашого життя. Фізика води в області температур 35-41 ° С (межі можливих, нормально протікають фізіологічних процесів в організмі людини) констатує ймовірність досягнення унікального стану води, коли маси кристалічної та об'ємної води рівні один одному і здатність однієї структури переходити в іншу максимальна. Ця чудова властивість води визначає рівну ймовірність перебігу оборотних та незворотних біохімічних реакцій в організмі людини та забезпечує “легке керування” ними.

Загальновідома виняткова здатність води розчиняти будь-які речовини. І тут вода демонструє незвичайні для рідини аномалії, і в першу чергу аномалії діелектричної постійної води . Це пов'язано з тим, що її діелектрична постійна (або діелектрична проникність) дуже велика і становить 81, у той час як для інших рідин вона не перевищує 10. Відповідно до закону Кулона сила взаємодії двох заряджених частинок у воді буде у 81 раз менше, ніж, наприклад, у повітрі, де ця характеристика дорівнює одиниці. В цьому випадку міцність внутрішньомолекулярних зв'язків зменшується у 81 раз і під дією теплового руху молекули дисоціюють з утворенням іонів. Через виняткову здатність розчиняти інші речовини вода ніколи не буває ідеально чистою.

Слід згадати ще про одну дивовижну аномалію води – виключно високому поверхневому натягу. З усіх відомих рідин тільки ртуть має більш високий поверхневий натяг. Ця властивість проявляється у тому, що вода завжди прагне скоротити свою поверхню. Некомпенсовані міжмолекулярні сили зовнішнього (поверхневого) шару води, спричинені квантовомеханічними причинами, створюють зовнішню пружну плівку. Завдяки плівці багато предметів, будучи важчими за воду, не занурюються у воду. Якщо, наприклад, залізну голку обережно покласти на поверхню води, то голка не тоне. Адже питома вага стала майже у вісім разів більшою за питому вагу води. Усім відома форма краплі води. Високий поверхневий натяг дозволяє воді мати кулясту форму при вільному падінні.

Поверхневий натяг та змочування є основою особливих властивостей води та водних розчинів, названого – капілярністю.Капілярність має значення для життя рослинного, тваринного світу, формування структур природних мінералів і родючості землі. У каналах, які у багато разів вже людського волосся, вода набуває дивовижних властивостей. Вона стає в'язкішою, ущільнюється в 1,5 рази, а замерзає при мінус 80-70°С.

Причиною наданомальності капілярної води є міжмолекулярні взаємодії, таємниці яких ще не розкрито.

Вченим та фахівцям відома так звана порова вода . У вигляді найтоншої плівки вона вистилає поверхню пір і мікропорожнин порід і мінералів земної кори та інших об'єктів живої та неживої природи. Пов'язана міжмолекулярними силами з поверхнею інших тіл, ця вода, як і капілярна вода, має особливу структуру.

Таким чином, аномальні та специфічні властивості води відіграють ключову роль у її різноманітній взаємодії з живою та неживою природою. Всі ці незвичайні особливості властивостей води настільки "вдалі" для живого, що робить воду незамінною основою існування життя на Землі.

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru//

Розміщено на http://www.allbest.ru//

Вступ

Вода в нашому житті - звичайнісінька і найпоширеніша речовина. Проте з наукової точки зору це найнезвичайніша, найзагадковіша рідина. Мабуть, лише рідкий гелій може змагатися з нею. Але незвичайні властивості рідкого гелію (такі, як надплинність) виявляються за дуже низьких температур (поблизу абсолютного нуля) і зумовлені специфічними квантовими законами. Тому рідкий гелій – це екзотична речовина. Вода ж у нашій свідомості є прообразом усіх рідин, і тим більше дивно, коли ми називаємо її незвичайною. Але в чому полягає незвичайність води? Справа в тому, що важко назвати якусь її властивість, яка не була б аномальною, тобто її поведінка (залежно від зміни температури, тиску та інших факторів) суттєво відрізняється від такої у переважної більшості інших рідин, у яких ця поведінка схожа і може бути пояснено із найзагальніших фізичних принципів. До таких звичайних, нормальних рідин відносяться, наприклад, розплавлені метали, зріджені благородні гази (за винятком гелію), органічні рідини (бензин, що є їх сумішшю, або спирти). Вода має першорядне значення при більшості хімічних реакцій, зокрема біохімічних. Стародавнє становище алхіміків - «тіла не діють, доки розчинені» - значною мірою справедливо. Людина та тварини можуть у своєму організмі синтезувати первинну ("ювенільну") воду, утворювати її при згорянні харчових продуктів та самих тканин. У верблюда, наприклад, жир, що міститься в горбі, може шляхом окислення дати 40 л води. Зв'язок між водою та життям настільки великий, що навіть дозволив В. І. Вернадському «розглядати життя, як особливу колоїдальну водну систему... як особливе царство природних вод». Вода - речовина звична та незвичайна. Відомий радянський вчений академік І.В.Петрянов свою науково - популярну книгу про воду назвав "Найнезвичайніша речовина у світі". А доктор біологічних наук Б.Ф.Сергєєв почав свою книгу "Цікава фізіологія" з розділу про воду - "Речовина, яка створила нашу планету". Вчені мають рацію: немає на Землі речовини важливішого для нас, ніж звичайна вода, і в той же час не існує іншої такої ж речовини, у властивостях якої було б стільки протиріч і аномалій, скільки в її властивостях.

Аномалія щільності

Аномалія щільності, що полягає в тому, що щільність льоду менша, ніж у рідкої води, і максимум щільності близько 4 З пояснюються внутрішньою структурою води. При плавленні льоду порушується його регулярна структура та частина комплексів руйнується. У воді поряд з ділянками, що мають структуру, аналогічну кристалічних ґрат льоду, з'являються одиночні молекули. Порушення регулярної структури супроводжується підвищенням щільності та зменшенням об'єму, так як поодинокі молекули води заповнюють порожнини, що збереглися в ділянках з льодоподібною структурою. З підвищенням температури проявляється дія двох факторів: теплового розширення та порушення регулярної структури льоду. Теплове розширення, що супроводжується незначним збільшенням обсягу, пов'язане із зменшенням упорядкованості розташування молекул. При 4 З ці два фактори однакові за абсолютною величиною, але протилежні за спрямованістю дії. При подальшому підвищенні температури знижується дія другого фактора, сильніше проявляється дія теплового розширення та щільність води зменшується.

Аномалія щільності води має великий вплив на клімат планети, а також життя тварин і рослин. Коли вода річок, озер та морів охолоджується нижче 4, вона стає легшою і не йде на дно, а залишається на поверхні, де й замерзає. При цій температурі можливе життя. Якби щільність льоду була більшою за щільність води, то в міру утворення крига йшла б на дно і океани цілком замерзали, оскільки тепла, одержуваного від Сонця в теплий час, було б недостатньо для їхнього розморожування.

Аномалія щільності води має величезне значення для життя живих істот, що населяють водойми, що замерзають. Поверхневі шари води при температурах нижче 4 °С не опускаються на дно, оскільки при охолодженні вони стають легшими. Тому верхні шари води можуть тверднути, тоді як у глибинах водойм зберігається температура 4 СС. У цих умовах життя продовжується.

Аномалію щільності намагаються, отже, пояснити найбільшою щільністю дигідрольної води.

Чим пояснюється аномалія густини води.

Одне з пояснень аномалії щільності води полягає в тому, що їй приписується тенденція до асоціації її молекул, які утворюють різні групи [Н2О, (Н2О) 2, (Н2О) 3], питомий обсяг яких

різний за різних температур різні і концентрації цих груп, отже, різний та його загальний питомий обсяг.

Перше з них означає, що аномалії щільності, що виникають завдяки руху, не створюють потоку тепла через нижню гращу. На верхньому кордоні щільність задається, але в березі (х 0) нормальна компонента горизонтального потоку тепла вважається рівної нулю. Швидкості та і на березі повинні звертатися в нуль через умови непротікання та прилипання. Наближення гідростатики, однак так сильно полегшує динаміку, що умова прилипання для і; може бути виконано.

Для третинних і вторинних спиртів характерна аномалія густини парів при високих температурах (визначення за В. Третичні спирти (до Cj2) дають при температурі кипіння нафталіну (218е) лише половинне значення молекулярної ваги, внаслідок їх розкладання на воду та алкілени; вторинні спирти (до С9) ) виявляють таку ж аномалію, але.

Позитивний знак роботи доводиться відносити за рахунок аномалії густини води.

Якщо, як стверджує Греба, роботи Сент-Клер Девіля сприяли, з одного боку, поясненню помічених аномалій щільностей парів і тим самим, хоч і побічно, підтверджували теорію Авогадро, то, з іншого

Сторони, ці роботи послужили стимулом вивчення хімічного спорідненості, оскільки сприяли з'ясування природи певних реакцій.

Для води рівняння (64) дає правильні результати до температури 4, оскільки вона, як відомо, має щільність аномалію. При 4 густина води найбільша, нижче 4 спостерігається складний розподіл густини, що не враховується цим рівнянням.

В силу (8.3.56) параметр X є мірою відношення (L / LH) 2 і нерівність (8.3.19 а) означає просто, що аномалії щільності, що створюються для досягнення, перемішуються на масштабі, малому в порівнянні з L.

За наявності основної стратифікації позитивний ротор дотичної напруги вітру і пов'язане з ним вертикальне рух у внутрішній області створюють у всій цій області позитивну аномалію щільності, до якої додається аномалія щільності через приплив тепла на поверхні.

Якщо зв'язки всередині поліедрів набагато сильніше, ніж між поліедрами, тільки ці останні будуть розпоряджені в розплаві, так що в розплаві існуватимуть одиниці у вигляді поліедрів. Деякі аномалії щільності у рідких сплавах А1 – Fe, мабуть, підтримують цю гіпотезу.

Формулювання завдання на стійкість такого основного стану буде дано для випадку зональної течії в атмосфері. Випадок океану може розглядатися як окремий випадок завдання для атмосфери у всьому, що стосується формулювання проблеми і виходить простою заміною стандартного профілю щільності ps (z) постійним значенням щільності та заміною аномалії атмосферної потенційної температури аномалією океанської щільності, взятої зі знаком мінус.

Підвищення тиску зміщує максимальну щільність води у бік нижчих температур. Так, при 50 атм максимальна щільність спостерігається близько ПРО. Вище 2000 атм аномалія щільності води зникає.

Таким чином, у широкому інтервалі температур найбільш енергетично стійке з'єднання водню та кисню – вода. Вона утворює на Землі океани, моря, льоди, пари та туман, у великій кількості міститься в атмосфері, у товщах порід вода представлена ​​капілярною та кристалогідратною формами. Така поширеність та незвичайність властивостей (аномалія щільності води та льоду, полярність молекул, здатність до електролітичної дисоціації, до утворення гідратів, розчинів та ін.)

роблять воду активним хімічним агентом, стосовно якого зазвичай розглядають властивості великої кількості інших сполук.

Рідина, як правило, помітно розширюється при нагріванні. У деяких речовин (наприклад, у води) має місце характерна аномалія значення ізобарного коефіцієнта розширення. При більш високих тисках максимум густини (мінімум питомого об'єму) зсувається у бік менших температур, а при тисках вище 23 МПа аномалія густини у води зникає.

Ця оцінка обнадіює, оскільки величина Ба знаходиться в непоганій відповідності до глибини термокліну, що спостерігається, яка змінюється від 800 м в середніх широтах до 200 м в тропічній і полярній зонах. Так як глибина 50 значно менше глибини океану, видається розумним розглядати термоклін як прикордонний шар; відповідно до цього при постановці граничного умови на нижній кордоні вважатимуться, що температура на глибинах, великих БО, асимптотично прагне деякого горизонтально однорідного розподілу. Оскільки масштаб г дорівнює D, зручно перенести початок координат на поверхню і вимірювати г від поверхні океану. Таким чином, при z - - аномалія щільності повинна згасати, а повинна прагнути до невідомого поки асимптотичного значення, так само як вертикальна швидкість, створювана на нижній межі екманівського шару, не може бути задана апріорі.

Постійні УП повинні визначатися за умов на граїщі. У гідростатичному шарі внаслідок великих градієнтів щільності, створюваних вертикальним рухом (Ла S/Е) набагато перевершує vj за величиною. Разом з тим v має задовольняти умову прилипання при f х О. Vn дорівнюють нулю і, отже, сам. Зазначена труднощі дозволяється, якщо згадати, що у внутрішній області вертикальне перемішування щільності врівноважує ефект вертикального руху, а в гідростатичному шарі аномалія щільності, створювана вертикальним рухом, балансується тільки ефектом горизонтального перемішування. Таким чином, повинна існувати проміжна область між внутрішньою областю та гідростатичним шаром, в якій вертикальна та горизонтальна дифузії однаково важливі. Як свідчить (8.3.20), ця область має горизонтальний масштаб Lff, так що розраховане з цим масштабом А дорівнює одиниці.

Як відомо, вода, при нагріванні від нульової температури, стискається, досягаючи найменшого об'єму і, відповідно, найбільшої щільності при температурі 4°С. У всіх 10 відомих формах льоду і у воді взаємодія найближчих молекул відбувається однаковим чином. Інша справа з взаємодією більш віддалених молекул. У рідкій фазі, в тому інтервалі температур, де є аномалія щільності, стійкішим є стан з більшою щільністю. Крива залежності густини від температури, яку вчені розрахували, схожа на ту, що спостерігається для води.

Чиста вода прозора та безбарвна. Вона не має ні запаху, ні смаку. Смак і запах воді надають розчинені у ній домішкові речовини. Багато фізичних властивостей і характеру їх зміни у чистій воді аномальні. Це відноситься до температур плавлення та кипіння, ентальпій та ентропій цих процесів. Аномальний і температурний перебіг зміни густини води. Вода має максимальну щільність при 4 С. Вище і нижче за цю температуру щільність води зменшується. При затвердінні відбувається подальше різке зменшення щільності, тому об'єм льоду на 10 % більше за масу об'єму води при тій же температурі. Всі зазначені аномалії пояснюються структурними змінами води, пов'язаними з виникненням та руйнуванням міжмолекулярних водневих зв'язків при зміні температури та фазових переходах. Аномалія щільності води має величезне значення для життя живих істот, що населяють водойми, що замерзають. Поверхневі шари води при температурі нижче 4 °С не опускаються на дно, оскільки при охолодженні вони стають легшими. Тому верхні шари води можуть тверднути, тоді як у глибинах водойм зберігається температура 4 С. У цих умовах життя триває.

Властивості рідин. Поверхневий натяг

Молекули речовини в рідкому стані розташовані майже впритул один до одного. На відміну від твердих кристалічних тіл, в яких молекули утворюють упорядковані структури у всьому обсязі кристала і можуть здійснювати теплові коливання біля фіксованих центрів, молекули рідини мають більшу свободу. Кожна молекула рідини, як і у твердому тілі, «затиснута» з усіх боків сусідніми молекулами і здійснює теплові коливання близько певного положення рівноваги. Однак, іноді будь-яка молекула може переміститися в сусіднє вакантне місце. Такі перескоки у рідинах відбуваються досить часто; тому молекули не прив'язані до певних центрів, як у кристалах, і можуть переміщатися по всьому об'єму рідини. Цим пояснюється плинність рідин. Через сильну взаємодію між близько розташованими молекулами вони можуть утворювати локальні (нестійкі) упорядковані групи, що містять декілька молекул. Це називається ближнім порядком (рис. 1)

Молекула води H2O складається з одного атома кисню та двох атомів водню, розташованих під кутом 104°. Середня відстань між молекулами пари в десятки разів перевищує середню відстань між молекулами води. Внаслідок щільної упаковки молекул стисливість рідин, тобто зміна об'єму при зміні тиску, дуже мала; вона у десятки та сотні тисяч разів менша, ніж у газах. Наприклад, зміни об'єму води на 1 % потрібно збільшити тиск приблизно 200 раз. Таке збільшення тиску в порівнянні з атмосферним досягається на глибині близько 2 км.

Рідини, як і тверді тіла, змінюють об'єм при зміні температури. Для невеликих інтервалів температур відносна зміна об'єму ДV/V0 пропорційна зміні температури ДТ:

Коефіцієнт називають температурним коефіцієнтом об'ємного розширення. Цей коефіцієнт у рідин у десятки разів більший, ніж у твердих тіл. У води, наприклад, при температурі 20 ° С ст? 2·10-4 К-1, у сталі вст? 3,6 · 10-5 К-1, у кварцового скла вкв? 9 · 10-6 К-1.

має цікаву та важливу для життя на Землі аномалію. При температурі нижче 4 °С вода розширюється при зниженні температури (у< 0). Максимум плотности св = 103 кг/м3 вода имеет при температуре 4 °С.

Найбільш цікавою особливістю рідин є наявність вільної поверхні. Рідина, на відміну від газів, не заповнює весь обсяг посудини, в яку вона налита. Між рідиною та газом (або парою) утворюється межа розділу, яка знаходиться в особливих умовах порівняно з рештою маси рідини. Молекули в прикордонному шарі рідини, на відміну молекул у її глибині, оточені іншими молекулами тієї ж рідини не з усіх боків. Сили міжмолекулярної взаємодії, що діють на одну з молекул усередині рідини з боку сусідніх молекул, у середньому взаємно компенсовані. Будь-яка молекула в прикордонному шарі притягується молекулами, що знаходяться всередині рідини (силами, що діють на цю молекулу рідини з боку молекул газу (або пари) можна знехтувати). В результаті з'являється деяка сила, що рівнодіє, спрямована вглиб рідини. Поверхневі молекули силами міжмолекулярного тяжіння втягуються усередину рідини. Але всі молекули, у тому числі й молекули прикордонного шару, мають бути в стані рівноваги. Ця рівновага досягається за рахунок деякого зменшення відстані між молекулами поверхневого шару та їх найближчими сусідами всередині рідини. Як видно із рис. 1 при зменшенні відстані між молекулами виникають сили відштовхування. Якщо середня відстань між молекулами всередині рідини дорівнює r0, то молекули поверхневого шару упаковані дещо щільніше, а тому вони мають додатковий запас потенційної енергії порівняно з внутрішніми молекулами (див. рис. 2). Слід мати на увазі, що внаслідок вкрай низької стисливості наявність більш щільно упакованого поверхневого шару не призводить до помітної зміни об'єму рідини. Якщо молекула переміститься із поверхні всередину рідини, сили міжмолекулярної взаємодії зроблять позитивну роботу. Навпаки, щоб витягнути деяку кількість молекул з глибини рідини на поверхню (тобто збільшити площу поверхні рідини), зовнішні сили повинні здійснити позитивну роботу ДAвнеш, пропорційну зміні ДS площі поверхні:

Коефіцієнт називається коефіцієнтом поверхневого натягу (у > 0). Таким чином, коефіцієнт поверхневого натягу дорівнює роботі, необхідної збільшення площі поверхні рідини при постійній температурі на одиницю.

У СІ коефіцієнт поверхневого натягу вимірюється в джоулях на квадратний метр (Дж/м2) або в ньютонах на метр (1 Н/м = 1 Дж/м2).

Отже, молекули поверхневого шару рідини мають надмірну порівняно з молекулами всередині рідини потенційною енергією. Потенційна енергія Eр поверхні рідини пропорційна її площі:

вода аномалія щільність натяг

Із механіки відомо, що рівноважним станам системи відповідає мінімальне значення її потенційної енергії. Звідси випливає, що вільна поверхня рідини прагне скоротити свою площу. З цієї причини вільна крапля рідини набуває кулястої форми. Рідина поводиться так, ніби по дотичній до її поверхні діють сили, що скорочують (стягують) цю поверхню. Ці сили називаються силами поверхневого натягу.

Наявність сил поверхневого натягу робить поверхню рідини схожою на пружну розтягнуту плівку, з тією різницею, що пружні сили в плівці залежать від площі її поверхні (тобто від того, як плівка деформована), а сили поверхневого натягу не залежать від площі поверхні рідини.

Деякі рідини, як, наприклад, мильна вода, мають здатність утворювати тонкі плівки. Всім добре відомі мильні бульбашки мають правильну сферичну форму – у цьому також проявляється дія сил поверхневого натягу. Якщо мильний розчин опустити дротяну рамку, одна зі сторін якої рухома, то вся вона затягнеться плівкою рідини (рис. 3).

Сили поверхневого натягу прагнуть скоротити поверхню плівки. Для рівноваги рухомої сторони рамки до неї потрібно докласти зовнішню силу Якщо під дією сили поперечина переміститься на Дx, то буде виконана робота ДAвн = FвнДx = ДEp = уДS, де ДS = 2LДx - збільшення площі поверхні обох сторін мильної плівки. Оскільки модулі сил і однакові, можна записати:

Таким чином, коефіцієнт поверхневого натягу може бути визначений як модуль сили поверхневого натягу, що діє на одиницю довжини лінії, що обмежує поверхню.

Висновок

Вода - найбільш вивчена речовина на Землі. Але це зовсім так. Наприклад, нещодавно вчені виявили, що вода здатна нести інформацію, що стирається, якщо воду спочатку заморозити, а потім розморозити. Також вчені не можуть пояснити той факт, що вода здатна сприймати музику. Наприклад, при прослуховуванні Чайковського, Моцарта, Баха та наступному заморожуванні утворюються кристали правильної форми, а після важкого року щось безформне. Те саме спостерігається при порівнянні матері Терези та Гітлера; слів «любов», «надія» та слова «дурень». Крім того, вчені порівнювали і енергетику води, і виявилося, що вода зі їдалень гір Африки заряджена набагато сильніше, ніж вода з крана, а вода у величезних пляшках, яка б вона не була чиста, мертва. Ще, як би там не було парадоксально, без води неможливе горіння! Адже вода утримується скрізь і дуже багато це говорить. Якщо з бензину видалити всю воду, він абсолютно перестане горіти. І навіть сама вода горить! Правда не так інтенсивно, але все ж таки факт залишається фактом.

Багатьом відомо, що вода здатна утворювати дуже стійке з'єднання з нафтою, яке годиться для переробки. Але російські вчені вигадали спосіб їхнього поділу. Для цього на нафтовий субстрат вплинули електромагнітним полем протягом тижня. І після її закінчення він розділився на нафту та воду. Але найцікавіше те, що частота поля дорівнювала частоті біострумів серця.

Гідросфера - водна оболонка Землі: 3/4 поверхні планети покриті водою Загальний обсяг водних запасів 1 400 000 000 км3,з них:

97% - солона вода Світового океану;

2,2% - льодовики покривні та гірські та плаваючі льоди;

Детальні геологічні виміри показали, що з 80-100 млн. років вся земна суша зноситься водним стоком у Світовий океан. Рухаюча сила цього процесу - кругообіг води в природі - один з головних планетарних процесів.

Під дією сонячної енергіїСвітовий океан випаровує близько 1 млрд. тонн води за хвилину. Піднімаючись у верхні холодні шари атмосфери, водяна пара конденсується в мікрокраплі, які поступово укрупнюються та утворюють хмари. Середній термін життя хмари 8-9 днів. За це

час вітер може перемістити його на 5-10 тис. км, тому значна частина хмар опиняється над сушею.

Розміщено на Allbest.ru

Подібні документи

Фізичні властивості води, температура її кипіння, танення льоду. Цікаві досліди з водою, пізнавальні та цікаві факти. Вимірювання коефіцієнта поверхневого натягу води, питомої теплоти плавлення льоду, температури води за наявності домішок.

творча робота, доданий 12.11.2013


Структурна будова молекул води у трьох її агрегатних станах. Різновиди води, її аномалії, фазові перетворення та діаграма стану. Моделі структури води та льоду та агрегатні види льоду. Терпературні модифікації льоду та його молекул.

курсова робота , доданий 12.12.2009


Дослідження структурних властивостей води при швидкому переохолодженні. Розробка алгоритмів моделювання молекулярної динаміки води з урахуванням модельного mW-потенциала. Розрахунок температурної залежності поверхневого натягу крапель води водяної пари.

дипломна робота , доданий 09.06.2013


Вивчення явища поверхневого натягу та методика його визначення. Особливості визначення коефіцієнта поверхневого натягу за допомогою торсіонних ваг. Розрахунок коефіцієнта поверхневого натягу води та вплив домішок на його показник.

презентація , доданий 01.04.2016


Водневий зв'язок у воді. Абсолютно чистої води Землі немає як наслідок і проблема. Щільність води та льоду. Грубодисперсні, колоїдні, молекулярні, іонні домішки у воді, їх небезпека та наслідки відкладень. Вода, як сильний полярний розчинник.

лекція, доданий 10.12.2013


Значення води в природі та житті людства. Вивчення її молекулярної будови. Використання води як унікальної енергетичної речовини у системах опалення, водяних реакторах АЕС, парових машинах, судноплавстві та як сировини у водневій енергетиці.

стаття, доданий 01.04.2011


Фізичні та хімічні властивості води. Поширеність води Землі. Вода та живі організми. Експериментальне дослідження залежності часу закипання води від якості. Визначення найбільш економічно вигідного способу нагрівання води.

курсова робота , доданий 18.01.2011


Історичні відомості про воду. Кругообіг води в природі. Види освіти різних змін. Швидкість оновлення води, її типи та властивості. Вода як диполь та розчинник. В'язкість, теплоємність, електропровідність води. Вплив музики на кристали води.

реферат, доданий 13.11.2014


Принцип роботи лічильника води тахометра. Колективний, загальний та індивідуальний прилад обліку. Лічильники води мокрого типу Як зупинити, відмотати та обдурити лічильник води. Тарифи на холодну та гарячу воду для населення. Нормативи споживання води.

контрольна робота , доданий 17.03.2017


Поширеність, фізична характеристика та властивості води, її агрегатні стани, поверхневий натяг. Схема утворення молекули води. Теплоємність водойм та їх роль у природі. Фотографії замороженої води. Заломлення зображення у ній.