Главная    Почта    Новости    Каталог    Одноклассники    Погода    Работа    Игры     Рефераты     Карты
  
по Казнету new!
по каталогу
в рефератах

Вода в природе. Тяжелая вода



 Другие рефераты
Взаимодействие электронов с поверхностными акустическими волнами Влажность воздуха и её значение Волновая оптика Волны в упругой среде. Волновое уравнение

Содержание
   1. Вода в природе
   2. Физические свойства воды
   3. Диаграмма состояния воды
   4. Химические свойства воды
   5. Тяжелая вода
   6. Библиография
 
1. Вода в природе. Вода — весьма распространенное на Земле вещество. Почти
3/4 поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки и
озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в
атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на
вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находится
вода, пропитывающая почву и горные породы.
Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является
дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных
примесей, которые захватывает из воздуха.
Количество примесей в пресных водах обычно лежит в пределах от 0,01 до 0,1%
(масс.) . Морская вода содержит 3,5% (масс.) растворенных веществ, главную
массу которых составляет хлорид натрия (поваренная соль) .
Вода, содержащая значительное количество солей кальция и магния, называется
жесткой в отличие от мягкой воды, например дождевой. Жесткая вода дает мало
пены с мылом, а на стенках котлов образует накипь.
Чтобы освободить природную воду от взвешенных в ней частиц, ее фильтруют
сквозь слой пористого вещества, например, угля, обожженной глины и т.п. При
фильтровании больших количеств воды пользуются фильтрами из песка и гравия.
Фильтры задерживают также большую часть бактерий. Кроме того, для
обеззараживания питьевой воды ее хлорируют; для полной стерилизации воды
требуется не более 0,7 г хлора на 1 т воды.
Фильтрованием можно удалить из воды только нерастворимые примеси.
Растворенные вещества удаляют из нее путем перегонки (дистилляции) или
ионного обмена.
Вода имеет очень большое значение в жизни растений, животных и человека.
Согласно современным представлениям, само происхождение жизни связывается с
морем. Во всяком организме вода представляет собой среду, в которой
протекают химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма;
кроме того, она сама принимает участие в целом ряде биохимических реакций.
2. Физические свойства воды. Чистая вода представляет собой бесцветную
прозрачную жидкость. Плотность воды при переходе ее из твердого состояния в
жидкое не уменьшается, как почти у всех других веществ, а возрастает. При
нагревании воды от 0 до 4°С плотность ее также увеличивается. При 4°С вода
имеет максимальную плотность, и лишь при дальнейшем нагревании ее плотность
уменьшается.
Если бы при понижении температуры и при переходе из жидкого состояния в
твердое плотность воды изменялась так же, как это происходит у подавляющего
большинства веществ, то при приближении зимы поверхностные слои природных
вод охлаждались. бы до 0°С и опускались на дно, освобождая место более
теплым слоям, и так продолжалось бы до тех пор, пока вся масса водоема не
приобрела бы температуру 0°С. Далее вода начинала бы замерзать,
образующиеся льдины погружались бы на дно и водоем промерзал бы на всю его
глубину. При этом многие формы жизни в воде были бы невозможны. Но так как
наибольшей плотность вода достигает при 4 °С, то перемещение ее слоев,
вызываемое охлаждением, заканчивается при достижении этой температуры. При
дальнейшем понижении температуры охлажденный слой, обладающий меньшей
плотностью, остается на поверхности, замерзает и тем самым защищает лежащие
ниже слои от дальнейшего охлаждения и замерзания.
Большое значение в жизни природы имеет и тот факт, что вода. обладает
аномально высокой теплоемкостью [4,18 Дж/(г[pic]К) ], Поэтому. в ночное
время, а также при переходе от лета к зиме вода остывает медленно, а днем
или при переходе от зимы к лету так же медленно нагревается, являясь, таким
образом, регулятором температуры на земном шаре.
В связи с тем, что при плавлении льда объем, занимаемый водой, уменьшается,
давление понижает температуру плавления льда. Эта вытекает из принципа Ле
Шателье. Действительно, пусть. лед и жидкая вода находятся в равновесии при
О°С. При увеличении давления равновесие, согласно принципу Ле Шателье,
сместится в сторону образования той фазы, которая при той же температуре
занимает меньший объем. Этой фазой является в данном случае жидкость. Таким
образом, возрастание давления при О°С вызывает превращение льда в жидкость,
а это и означает, что температура плавления льда снижается.
Молекула воды имеет угловое строение; входящие в ее состав ядра образуют
равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два протона, а в
вершине — ядро атома кислорода, Межъядерные расстояния О—Н близки к 0,1 нм,
расстояние между ядрами атомов водорода равно примерно 0,15 нм. Из восьми
электронов, составляющих внешний электронный слой атома кислорода в
молекуле воды [pic]две электронные пары образуют ковалентные связи О—Н, а
остальные четыре электрона представляют собой две неподеленных электронных
пары.
Атом кислорода в молекуле воды находится в состоянии [pic]-гибридизации.
Поэтому валентный угол НОН (104,3°) близок к тетраэдрическому (109,5°) .
Электроны, образующие связи О—Н, смещены к более электроотрицательному
атому кислорода. В результате атомы водорода приобретают эффективные
положительные заряды, так что на этих атомах создаются два положительных
полюса. Центры отрицательных зарядов неподеленных электронных пар атома
кислорода, находящиеся на гибридных [pic]- орбиталях, смещены относительно
ядра атома и создают два отрицательных полюса
[pic]
Молекулярная масса парообразной воды равна 18 и отвечает ее простейшей
формуле. Однако молекулярная масса жидкой воды, определяемая путем изучения
ее растворов в других растворителях оказывается более, высокой. Это
свидетельствует о том, что в жидкой воде происходит ассоциация молекул,
т.е. соединение их в более сложные агрегаты. Такой вывод подтверждается и
аномально высокими значениями температур плавления и кипения воды.
Ассоциация молекул воды вызвана образованием между ними водородных связей.
В твердой воде (лед) атом кислорода каждой молекулы участвует в образовании
двух водородных связей с соседними молекулами воды согласно схеме,
[pic]  [pic] 
в которой водородные связи показаны пунктиром. Схема объемной структуры
льда изображена на рисунке. Образование водородных связей приводит к такому
расположению молекул воды, при котором они соприкасаются друг с другом
своими разноименными полюсами. Молекулы образуют слои, причем каждая из них
связана с тремя молекулами, принадлежащими к тому же слою, и с одной — из
соседнего слоя. Структура льда принадлежит к наименее плотным структурам, в
ней существуют пустоты, размеры наименее плотным структурам, в ней
существуют пустоты, размеры которых несколько превышают размеры молекулы
[pic].
При плавлении льда его структура разрушается. Но и в жидкой воде
сохраняются водородные связи между молекулами: образуются ассоциаты — как
бы обломки структуры льда, — состоящих из большего или меньшего числа
молекул воды. Однако в отличие ото льда каждый ассоциат существует очень
короткое время: постоянно происходит разрушение одних и образование других
агрегатов. В пустотах таких “ледяных” агрегатов могут размещаться одиночные
молекулы воды; при этом упаковка молекул воды становится более плотной.
Именно поэтому при плавлении льда объем, занимаемый водой, уменьшается, а
ее плотность возрастает.
По мере нагревания воды обломков структуры льда в ней становится все
меньше, что приводит к дальнейшему повышению плотности воды. В интервале
температур от 0 до 4°С этот эффект преобладает над тепловым расширением,
так что плотность воды продолжает возрастать. Однако при нагревании выше
4°С преобладает влияние усиления теплового движения молекул и плотность
воды уменьшается. Поэтому при 4°С вода обладает максимальной плотностью.
При нагревании воды часть теплоты затрачивается на разрыв водородных связей
(энергия разрыва водородной связи в воде составляет примерно 25 кДж/моль) .
Этим объясняется высокая теплоемкость воды.
Водородные связи между молекулами воды полностью разрываются только при
переходе воды в пар.
3. Диаграмма состояния воды. Диаграмма состояния (или фазовая диаграмма)
представляет собой графическое изображение зависимости между величинами,
характеризующими состояние системы, и фазовыми превращениями в системе
(переход из твердого состояния в жидкое, из жидкого в газообразной и т.д.)
. Диаграммы состояния широко применяются в химии. Для однокомпонентных
систем обычно используются диаграммы состояния, показывающие зависимость
фазовых превращений от температуры и давления; они называются диаграммами
состояния в координатах Р—Т.
На рисунке приведена в схематической форме (без строгого соблюдения
масштаба) диаграмма состояния воды. Любой точке на диаграмме отвечают
определенные значения температуры и давления.
Диаграмма показывает те состояния воды, которые термодинамически устойчивы
при определенных значениях температуры и давления. Она состоит из трех
кривых, разграничивающих все возможные температуры и давления на три
области, отвечающие льду, жидкости и пару.
[pic]
Рассмотрим каждую из кривых более подробно. Начнем с кривой ОА (рис. 73) ,
отделяющей область пара от области жидкого состояния. Представим себе
цилиндр, из которого удален воздух, после чего в него введено некоторое
количество чистой, свободной от растворенных веществ, в том числе от газов,
воды; цилиндр снабжен поршнем, который закреплен в некотором положении.
Через некоторое время часть воды испарится и над ее поверхностью будет
находиться насыщенный пар. Можно измерить его давление и убедиться в том,
что оно не изменяется с течением времени и не зависит от положения поршня.
Если увеличить температуру всей системы и вновь измерить давление
насыщенного пара, то окажется, что оно возросло. Повторяя такие измерения
при различных температурах, найдем 
12
скачать работу


 Другие рефераты
A.C.Пушкин
Нарықты зерттеу және сегменттеудің пәні мен әдістері
Мадрид
Мұғалімнің ақпараттық – коммуникациялық құзырлылығы мен ақпараттық мәдениетін қалыптастыру

°C

 

Отправка СМС бесплатно

На правах рекламы


     ZERO.kz          
 
Модератор сайта RESURS.KZ