Сообщение на тему вода. Доклад: Обычное и необычное вещество вода

Большую часть нашей планеты — 79 % — занимает вода, и даже если углубиться в толщу земной коры, то в трещинах и порах можно обнаружить воду. Кроме того, все известные на Земле минералы и живые организмы имеют в своем составе воду.

Велико значение воды в природе. Современные научные исследования воды дают возможность рассматривать се как уникальное вещество. Она участвует во всех физико-географических, биологических, геохимических и геофизических процессах, происходящих на Земле, является движущей силой многих глобальных процессов на планете.

Вода вызвала на Земле такое явление, как круговорот воды — замкнутый, непрерывный процесс перемещения воды, охватывающий все важнейшие оболочки Земли. Движущей силой круговорота воды служит солнечная энергия, вызывающая испарение воды (с океанов в 6,6 раза больше, чем с суши). Поступившая в атмосферу вода переносится воздушными течениями в горизонтальном направлении, конденсируется и под действием силы тяжести падает на Землю в форме осадков. Одна часть их через реки поступает в озера и океан, а другая — идет на увлажнение почвы и пополнение подземных вод, которые принимают участие в питании рек, озер и морей.

В годовой круговорот вовлечено 525,1 тыс. км 3 воды. В среднем за год на нашей планете выпадает 1030 мм осадков и примерно столько же испаряется (в объемных единицах 525 000 км 3).

Равенство между количеством воды, поступающим на поверхность Земли с осадками, и количеством воды, испаряющей с поверхности Мирового океана и суши, за одинаковый период времени называется водным балансом нашей планеты (табл. 19).

Таблица 19. Водный баланс Земли (по М. И. Львовичу, 1986)

Для испарения воды требуется определенное количество тепла, которое освобождается при конденсации водяного пара. Следовательно, водный баланс тесно связан с тепловым балансом, при этом влагооборот равномерно распределяет тепло между его сферами, а также регионами Земли, что имеет большое значение для всей географической оболочки.

Огромно значение воды и в хозяйственной деятельности. Невозможно перечислить все сферы деятельности человека, в которых используется вода: бытовое и промышленное водоснабжение, орошение, получение электроэнергии и многие другие.

Крупнейший биохимик и минералог академик В. И. Вернадский отмечал, что вода стоит особняком в истории нашей планеты. Только она может пребывать на Земле в трех агрегатных состояниях и переходить из одного в другое (рис. 158).

Вода, находящаяся во всех агрегатных состояниях, образует водную оболочку нашей планеты - гидросферу.

Так как вода содержится в литосфере, атмосфере и в разных живых организмах, определить границы водной оболочки очень сложно. Кроме того, существуют два толкования понятия «гидросфера». В узком смысле гидросфера — это прерывистая водная оболочка Земли, состоящая из Мирового океана и внутри- материковых водоемов. Второе толкование — широкое — определяет ее как непрерывную оболочку Земли, состоящую из открытых водоемов, паров воды в атмосфере и подземных вод.

Рис. 158. Агрегатные состояния воды

Пары воды в атмосфере называются рассеянной гидросферой, а подземные воды — погребенной гидросферой.

Что касается гидросферы в узком смысле, то чаще всего за ее верхнюю границу принимают поверхность земного шара, а нижнюю границу проводят по уровню подземных вод, который находится в осадочной рыхлой толще земной коры.

При рассмотрении гидросферы в широком смысле ее верхняя граница располагается в стратосфере и весьма неопределенна, т. е. лежит выше географической оболочки, не выходящей за пределы тропосферы.

Ученые утверждают, что объем гидросферы составляет примерно 1,5 млрд км 3 воды. Подавляющая часть площади и объема воды приходится на Мировой океан. В нем заключено 94% (по другим данным 96 %) объема всей воды, содержащейся в гидросфере. Около 4 % составляет погребенная гидросфера (табл. 20).

Анализируя объемный состав гидросферы, нельзя ограничиваться одной количественной стороной. При оценке компонентных частей гидросферы следует учитывать ее активность в круговороте воды. С этой целью известный советский гидролог, доктор географических наук М. И. Львович ввел понятие активности водообмена , которое выражается числом лет, необходимых для полного возобновления объема.

Известно, что во всех реках на нашей планете одновременный объем воды невелик и составляет 1,2 тыс. км 3 . При этом русловые воды полностью обновляются в среднем каждые 11 дней. Почти такая же активность водообмена свойственна рассеянной гидросфере. А вот подземным водам, водам полярных ледников иокеана для полного обновления требуются тысячелетия. Активность водообмена всей гидросферы составляет 2800 лет (табл. 21). Самая низкая активность водообмена у полярных ледников — 8000 лет. Поскольку в данном случае замедленный водообмен сопровождается переходом воды в твердое состояние, массы полярных льдов составляют законсервированную гидросферу.

Таблица 20. Распределение водных масс в гидросфере

Таблица 21. Активность водообмена гидросферы (но М. И. Львовичу, 1986)

* С учетом подземного стока в океан, минуя реки: 4200 лег.

Таблица 21. Активность водообмена гидросферы (по М. И. Львовичу, 1986)

Гидросфера прошла длинный путь эволюции, неоднократно меняясь по массе, соотношению отдельных частей, движению волы, соотношению растворенных газов, взвесей и других компонентов, изменения которых записаны в геологической летописи, далеко не полностью расшифрованной.

Когда же на нашей планете появилась гидросфера? Оказывается, она существовала уже в самом начале геологической истории Земли.

Как мы уже знаем, приблизительно 4,65 млрд лет назад возникла Земля. Древнейшие найденные горные породы достигают возраста 3,8 млрд лет. Они сохранили на себе отпечатки одноклеточных организмов, которые проживали в водоемах. Это позволяет судить о том, что первичная гидросфера появилась не позднее 4 млрд лет назад, однако она составляла только 5-10 % современного ее объема. Согласно одной из самых распространенных на сегодняшний день гипотез, вода при образовании Земли появилась путем выплавления и дегазации вещества мантии (от лат. отрицат. частицыde и франц.gaz — газ) — удаление растворенных газов из мантии. Скорее всего, первоначально большую роль сыграла ударная (катастрофическая) дегазация вещества мантии, вызванная падением на Землю крупных метеоритных тел.

Первоначально возрастание объема поверхностной гидросферы протекало очень медленно, так как значительная часть воды расходовалась на другие процессы, в том числе на присоединение воды к минеральным веществам (гидратацию, от греч. hydro — вода). Объем гидросферы стал интенсивно расти после того, как темпы выделения связанных в горных породах вод превысили темпы их аккумуляции. Одновременно с этим шло поступление в гидросферу ювенильных вод (от лат.juvenilis - юный) — goдзcмныx вод, образовавшихся из кислорода и водорода, выделяющихся из магмы.

Вода и сейчас выделяется из магмы, попадая на поверхность нашей планеты при извержении вулканов, при образовании земной коры океанического типа в зонах растяжения литосфсрных плит, и так будет происходить еще многие миллионы лет. Объем гидросферы сейчас продолжает нарастать со скоростью около 1 км 3 воды в год. В связи с этим предполагают увеличение объема водной массы Мирового океана в течение ближайшего миллиарда лет на 6-7 %.

Исходя из этого еще совсем недавно люди были уверены, что запасов воды хватит навсегда. Но на самом деле в связи со стремительными темпами потребления количество воды резко сокращается, и ее качество также резко уменьшилось. Поэтому одной из важнейших проблем на сегодняшний день является организация рационального использования вод и их охрана.

Вода в жизни человека

Вода - на первый взгляд простейшее химическое соединение двух атомов водорода и одного атома кислорода - является, без всякого преувеличения, основой жизни на Земле. Не случайно ученые в поисках форм жизни на других планетах солнечной системы столько усилий направляют на обнаружение следов воды.

В нашей повседневной жизни мы сталкиваемся с водой постоянно. При этом, перефразируя песню из старого кинофильма, можно сказать, что мы «воду пьем» и «воду льем». Об этих двух аспектах использования воды человеком мы и поведем речь.

Вода «пищевая»

Вода хозяйственно-бытовая

Вода «пищевая»

Сама по себе вода не имеет питательной ценности, но она является непременной составной частью всего живого. В растениях содержится до 90% воды, в то время как тело взрослого человека состоит из нее примерно на 60 - 65%. Вникнув в детали можно отметить, что кости содержат 22% воды, мозг 75%, в то время как кровь состоит из нее на целых 92%.

Первостепенная роль воды в жизни всех живых существ, и человека в том числе, связана с тем, что она является универсальным растворителем огромного количества химических веществ. Т.е. фактически является той средой, в которой и протекают все процессы жизнедеятельности.

Вот лишь небольшой и далеко не полный перечень «обязанностей» воды в нашем организме.

Регулирует температуру тела.

Увлажняет воздух.

Обеспечивает доставку питательных веществ и кислорода ко всем клеткам тела.

Защищает и буферизирует жизненно важные органы.

Помогает преобразовывать пищу в энергию.

Помогает питательным веществам усваиваться органами.

Выводит шлаки и отходы процессов жизнедеятельности.

Определенное и постоянное содержание воды - вот необходимое условие существования живого организма. При изменении количества потребляемой воды и ее солевого состава нарушаются процессы пищеварения и усвоения пищи, кроветворения и пр. Без воды невозможна регуляция теплообмена организма с окружающей средой и поддержание температуры тела.

Человек чрезвычайно остро ощущает изменение содержания воды в своем организме и может прожить без нее всего несколько суток. При потере воды в количестве менее 2% веса тела (1-1.5л) появляется чувство жажды, при утрате 6-8% наступает полуобморочное состояние, при 10% - галлюцинации, нарушение глотания. Потеря 10-20% воды опасна для жизни. Животные погибают при потере 20-25% воды.

Избыточное же потребление воды приводит к перегрузке сердечно-сосудистой системы, вызывает изнуряющее потоотделение, сопровождающееся потерей солей, ослабляет организм.

В зависимости от интенсивности работы, внешних условий (в т.ч. климата), культурных традиций человек суммарно (вместе с пищей) употребляет от 2 до 4 л воды в сутки и столько же воды выделяется из организма (подробнее см. «Питьевой режим и баланс воды в организме» и статью «Пить или не пить - вот в чем вопрос» из журнала «Здоровье» в нашем «Дайджесте»). Среднесуточное же потребление составляет около 2 -2.5 л. Именно из этих цифр исходит Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) при разработке рекомендаций по качеству воды (См. «Параметры качества воды»).

Немаловажное значение имеет минеральный состав воды. Для постоянного питья и приготовления пищи пригодна пресная вода с общей минерализацией до 0.5 - 1 г/л. Хотя, конечно, в ограниченных количествах возможно (а иногда даже полезно, например, в лечебных целях) употребление минеральной воды с повышенным солесодержанием (о том, какая вода «подходит» к каким болезням смотрите статью «Каждой болезни своя вода» в нашем «Дайджесте»). Организм человека довольно быстро адаптируется к изменению солевого состава питьевой воды. Однако, процесс привыкания требует некоторого времени. Поэтому при резкой (а тем более частой) смене характеристик воды возможны нарушения деятельности желудочно-кишечного тракта, известные в народе как «болезнь путешественников».

Вообще, вопросу о том, какие полезные вещества и в каких количествах должны содержаться в воде в средствах массовой информации уделяется очень большое внимание. Проблема эта действительно очень важная, но вокруг нее, к сожалению, слишком много спекуляций и профанации.

Даже весьма солидные издания позволяют себе несколько безответственно публиковать информацию типа: «из воды человек получает до 25% полезных минеральных веществ» и другую, мягко говоря, не вполне соответствующую действительности информацию. Классика жанра «слышал звон, да не знаю где он» - статья «Вода столичная...» госпожи Екатерины Бычковой в «АиФ-Москва» №37"99.

С нашей точкой зрения по данному вопросу можно ознакомиться в разделе «Вода и полезные минеральные вещества».

Рекомендуем также серию статей из журнала «Здоровье»: «Пить или не пить - вот в чем вопрос», «Каждой болезни своя вода», «Пять фактов о воде, которых вы не знали», а также материалы «И лечит, и калечит» и «Каменный водопад», тоже представленные в нашем «Дайджесте».

Вода хозяйственно-бытовая

Общеизвестно, что использование воды в хозяйственно-бытовых целях в России далеко от рационального (о промышленности мы тактично умолчим за неимением достоверных данных). Основных причины две:

Обилие водных ресурсов.

Их дешевизна.

В своем номере от 31 августа 1999 г., посвященном проблемам воды, журнал «Итоги» привел наглядные данные, характеризующие эти два параметра и их взаимосвязь.

Видно, что чем дешевле обходится вода в той или иной стране, тем щедрее ее льют. Не удивительно также, что в России, где до последних лет не было практики установки водомерных устройств на каждую квартиру, нет и достоверной статистики по расходу воды в быту.

Поэтому мы воспользуемся опубликованными английскими данными середины 80-х годов. Конечно, в Великобритании суточный расход воды на душу населения уже в то время составлял 140 л/сутки, а у нас он и сейчас в районе 400 л/сутки, но данные собранные дотошными англичанами настолько интересны, что нам стоит их изучить и принять к сведению. В любом случае, рыночная экономика диктует свои законы, вполне вероятно, что в скором времени вода подорожает и экономность вышеупомянутых англичан перестанет казаться нам безосновательной.

Итак. По английским данным /15/:

Главная статья расхода воды в быту - туалет. «Нежное контральто воднобачкового инструмента» является причиной 35% расхода воды на душу в сутки (50 л). Следом идет личная гигиена (принятие ванны и душа, умывание и т.п.) - 32% расхода (45 л), стирка - 12% (17 л), мытье посуды - 10% (14 л), питье и приготовление пищи - 3% (4 л), прочие расходы (домашние питомцы, поливка цветов и т.п.) - 8% (11 л).

Понятно, что эти цифры усредненные и приведенные к одному дню (например, принимает ванну и стирает человек не каждый день). Однако и они дают пищу для размышлений и сравнений с нашей реальностью.

Навряд ли мы едим много больше, чем те же англичане и, соответственно, тратим на приготовление пищи тоже где-то 4 - 4.5 л на душу в день. Да простят нас за такой вывод, но из предыдущего прямо следует, что и туалетом мы должны пользоваться не чаще (или есть другие мнения?). Учитывая, что стандарт на сливные бачки у нас единый европейский, то это дает те же 50 л.

Кстати, дотошные англичане подсчитали, что семья из двух взрослых и трех детей в среднем пользуется туалетом 25-40 раз в день. Если же есть привычка спускать в унитаз остатки пищи и пр. отходы, то число «спусков» даже в семье из 4-х человек может достигать 60-и. Здесь, кстати и следует искать истоки модного сейчас в Европе (особенно в Скандинавии) экологического почина «Даёшь кирпич в бачке унитаза!». Кроме шуток, они кладут в бачок кирпич, уменьшая таким образом объем воды в нем почти на 2 литра. Помножьте на количество спусков воды в сутки и получите «чистую» экономию. И если уж речь зашла о такой интересной сфере человеческого быта, как унитаз, то будущее вообще за вакуумными агрегатами (на подобие устанавливаемых в самолетах), которые расходуют всего 1 (один) л воды за сеанс.

Но вернемся к нашим баранам. Рискнем также предположить, что по уровню автоматизации стирки мы все же достигли уровня Англии 15-летней давности и на эти цели среднедушевой расход и у нас составляет 17 л.

Где же тогда, как говаривал наш первый президент, «собака порылась»? Почему мы расходуем в 2 раза больше воды?

Для этого посмотрим, что из статей расхода воды осталось: личная гигиена, мытье посуды и прочее. Здесь, наверное, и кроется разгадка. Не то чтобы мы больше мылись и тщательнее мыли посуду. Разница скорее в том, что мы не имеем привычки закрывать кран, когда, например, чистим зубы, а также мы моем посуду в проточной воде. Казалось бы - мелочь, но учтите, что через открытый кран в минуту вытекает 10-15 литров воды. И второй мощный «резерв» - это позиция «Прочее». Дело в том, что «у них» в этом разделе практически отсутствует такая статья, как утечки. Их просто жизнь заставляет быстро чинить текущую сантехнику - течет-то не только вода, текут денежки. Мы же можем с полным основанием утверждать, что в наших условиях львиная доля утечек происходит именно в домах, так сказать уже «после счетчика». И вот почему.

Англичане уделяют утечкам огромное внимание, но в силу изложенных причин у них основные утечки происходят в муниципальной водопроводной сети. В Москве, по оценкам специалистов, между водозаборной станцией и квартирой тоже теряется 15-16% воды (см. статью «Водохлёбы московские», ж-л «Итоги», 31.08.99). А теперь, внимание, самое главное. Это не то что плохой, а просто отличный результат! В Англии потери составляют в среднем 25% и их специалисты, признавая неизбежность утечек, считают, что реально достижимый результат, к которому надо стремиться по утечкам - это 15%. Что, как говориться, и требовалось доказать. Честь и хвала «Мосводоканалу». Подозреваем, правда, что в среднем по стране ситуация скорее ближе к английской. Тем не менее, даже если это и так, то это все равно лишний раз показывает, где мы несем потери. Мы, к сожалению, привыкли валить все на водопровод, а оказывается, что «нечего на зеркало пенять...». Пора понять, что после того, как трубы вошли в здание (будь то жилой дом, офисный центр или промышленный объект) - ответственность уже лежит на хозяевах и пользователях.

Так что, глядишь - уже в ближайшем будущем и нам пригодится кирпич в бачке унитаза и прочие «буржуазные» хитрости. Как говорят те же англичане: «Предупрежденный уже вооружен».

Вода – основа жизни на земле.

Воде принадлежит огромная роль в природе. В самом деле, ведь именно море оказалось первой ареной жизни на земле. Познавая науки, мы слышим: «Аш-два-о» - научное имя воды.

На гербе водяного царства можно написать девиз «Никому не уступлю». Смысл его – великая роль воды в жизни Земли. Ни одной планете нет такого количества воды, как на Земле.

Вода повсюду. Она и вокруг нас: в океанах и морях, реках и озёрах, в дожде и снеге, в льдинах и водопроводных трубах, в питье и пище. Она и в нас самих: мы на две трети «сделаны» из воды.

Вода вылепила лицо нашей планеты. Вся земная жизнь рождена водой и не может существовать без неё. Мы дети воды. Недаром в сказках «живая вода» воскрешает даже мёртвых.

Что же такое вода?

Сестра-тихоня сильнейшей взрывчатки – гремучего газа. И гремучий газ-разрушитель, и созидающая жизнь вода состоят и водорода и кислорода. Но газ – лишь простая смесь этих веществ, а в воде водород и кислород объединены в молекулы. Вода – минерал, самый подлинный и удивительный. Вода – оборотень, единый в трёх лицах. То она, живая, течёт в реках и океанах, то паром стремится в облака, то льдами застывает в стужу. Вода – поразительная жидкость: у неё есть аномалии. Для воды будто законы не писаны! Но благодаря её капризам в ней могла развиваться и существовать жизнь.

Вода совершает в природе два круговорота:

Большой круг – из океанов, морей, рек и водоёмов вода испаряется в атмосферу, конденсируется в облака и дождём выпадает на землю и с реками – опять в океан.

Вот так круговорот осуществляется:

Солнце воду греет – старается,

Вода от этого испаряется,

Паром к небу поднимается,

Там в тучи собирается,

Они ветром перемещаются,

И вода осадками снова

На Землю опускается.

В супе, в чае, в каждой капле,

В звонкой льдинке, и в слезинке,

И в дождинке, и в росинке-

Нам откликнется всегда

Океанская вода!

И малый круг – растения всасывают воду из земли, с зеленью и фруктами вода попадает в тело человека и животных, оттуда снова возвращаются с выделениями и дыханием в воздух и в землю. Благодаря такому круговороту животные, растения и человек могут обитать на суше и всё же оставаться водными существами, так как вода составляет основную среду всякого живого организма.

Н2О одно из самых распространённых и наиболее важных соединений на Земле. Почти три четверти земли покрыто водой. В природе вода льдов покрывает хребты и вершины гор, образует арктическую и антарктическую шапки планеты. Материки изрезаны густой сетью рек, ручьёв, озёр, водоёмов и прудов. Большая часть воды сосредоточена в морях и океанах, второе место по объёму водных масс занимают подземные воды, третье – лёд и снег.

Поверхностные воды суши, атмосферные и биологически связанные воды составляют доли процента от общего объёма воды гидросферы. (таблица)

На рисунке показана упрощённая модель молекулы воды, состоящая из атома кислорода и двух атомов водорода. Расстояние между атомами примерно одна десятимиллионная доля миллиметра. В воде все молекулы связаны друг с другом. Если учесть эти связи, то модель молекулы воды можно представить в виде треугольной пирамиды. Двумя свободными от атомов водорода вершинами молекула соединяется с другими молекулами. Наиболее простую молекулярную структуру вода имеет в твёрдом состоянии (это лёд). Они образуют ажурную объёмную решётку.(слайд 17)

Агрегатные состояния воды: твёрдое, жидкое и газообразное. Отличаются эти состояния друг от друга не молекулами, а тем, как эти молекулы расположены и как движутся. Повторим переход вещества из состояния в состояние.(слайд 19)

Примеры (слайд 20, 21, 22)

Нет ни одного продукта питания, в котором не было бы воды. (слайд 23)

Вода расходуется для растворения питательных веществ и перенос их по всему организму с кровью, а также используется для регулирования температуры тела. Вода составляет до 80% массы клеток и выполняет в ней чрезвычайно важные функции: определяет объём и упругость клеток, транспортирует в клетку и из неё растворённые вещества, предохраняют клетку от резких колебаний температур. Высокое содержание воды в клетке – самое необходимое условие её жизнедеятельности и зависит от интенсивности процессов обмена веществ. Так, в быстрорастущих клетках зародышей человека и животных содержится около 95% воды, в клетках молодого организма 70- 80%, к старости значительно снижается (у очень старых людей – около 60%, ниже смерть). При потере 10 – 12% влаги человеку грозит гибель. Высохшая мумия человека весит только

8 кг. В сутки человек выделяет 3 л воды. Столько же её нужно и вводить в организм. В это количество входит и вода, поглощаемая человеком с пищей. Большая потребность в воде не только у человека, а у всех живых организмов. Так, подсолнух высотой с человека нуждается в 1 л воды в сутки, тридцатилетняя берёза – в 60 л.

Вода – жидкость без запаха, вкуса и цвета. Вода необходима организму потому что:

Она генерирует электрическую и магнитную энергию внутри каждой клетки тела;

Является главным растворителем всех видов пищи, витаминов и минералов. Она разлагает пищу на мелкие частицы, поддерживает процессы метаболизма и усвоения;

Проникающая в клетку вода снабжает её кислородом и уносит отработанные газы в лёгкие для выведения их из организма;

Выводит токсичные отходы из различных частей тела;

Необходима для эффективного производства всех нейротрансллитеров, включая серотонин.

Обезвоживание – причина токсичных отложений в организме. Вода расчищает эти отложения.

Некоторые из ионных насосов генерируют электрическое напряжение. Следовательно, эффективность систем нейропередачи зависит от наличия свободной, несвязанной воды в нервных тканях. Вода, которая в ходе осмотического процесса стремится проникнуть в клетку, производит энергию, заставляя работать ионные насосы, проталкивающие в клетку натрий и выталкивающие из неё калий.

Вода нужна всем отраслям народного хозяйства. Больше всего потребляет её сельское хозяйство, на втором месте – промышленность и энергетика, на третьем – коммунальное хозяйство. Ежегодное потребление воды в расчёте на одного жителя Земли составляет 7- 8 тонн. Без воды невозможно представить жизнь человека, который потребляет её для самых разных бытовых нужд, человек в сутки использует 300 л. Только для того, чтобы почистить зубы и умыться каждый ежедневно тратит 10 л воды.

Подсчитано, что если город потребляет в день 600 тыс. м3 воды, то он даёт 500 тыс. м3 сточных вод. Во всем мире на обеззараживание сточных вод ежегодно тратится 5500 км3 чистой воды – втрое больше, чем на все другие нужды человечества.

Промышленность нашей страны ежесекундно потребляет столько воды, сколько несёт её Волга. На получение 1 т стали расходуется 150 т воды, бумаги 250 т, синтетических волокон 4000 т, вырастить 1 т пшеницы больше 1000 м3, 1 т риса -4000 м3.

Как это ни странно звучит, но вода играет определённую роль и в искусстве: каскады прудов и фонтаны украшают сады и парки. Во многих странах есть традиция сооружать зимой ледяные скульптуры героев сказок и легенд.(слайд 26, 27)

Воду нужно беречь, и хотя наша страна богата пресными водами, как никакая другая (только в озере Байкал содержится 20 % мировых запасов пресной воды), однако Россия как никакая другая страна мира, бездумно и бездушно относится к охране пресной воды.

При огромном количестве пресной воды в мире ощущается её большой недостаток. Основная причина нехватки пресной воды – её загрязнение, самые опасные загрязнители источников пресной воды – заводы, выбрасывающие в окружающую среду различные вредные вещества; минеральные удобрения и ядохимикаты, используемые в сельском хозяйстве и попадающие в водоёмы с дождевой или талой водой; канализационные бытовые стоки и др. много воды теряется из-за неэкономного использования: очень много пресной воды мы расходуем бездумно и напрасно. Что стоит, например, постоянно текущие бочки в туалетах, забытый нами открытый водопроводный кран и т. д.

Поэтому в заключении говорим словами В. В. Маяковского:

Эй, граждане.

Берегите воду.

Бережней относитесь

К нашему водопроводу.

ГЛАВНЫЙ СОСТАВИТЕЛЬ РЕФЕРАТА

ПЕТРУНИНА

АЛЛА

БОРИСОВНА

МУНИЦИПАЛЬНАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ

СРЕДНЯЯ ШКОЛА №4

РЕФЕРАТ

по химии на тему:

“Вода и её свойства”

Выполнила :

ученица 11 ”Б” класса

Петрунина Елена

ПЕНЗА 2001г.

Вода – вещество привычное и необычное. Известный советский ученый академик И.В.Петрянов свою научно – популярную книгу о воде назвал “Самое необыкновенное вещество в мире”. А доктор биологических наук Б.Ф.Сергеев начал свою книгу “Занимательная физиология” с главы о воде – “Вещество, которое создало нашу планету”.

Ученые правы: нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в то же время не существует другого такого же вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах.

Почти ¾ поверхности нашей планеты занято океанами и морями. Твёрдой водой – снегом и льдом – покрыто 20% суши. Из общего количества воды на Земле, равного 1 млрд. 386 млн. кубических километров, 1 млрд. 338 млн. кубических километров приходится на долю солёных вод Мирового океана, и только 35 млн. кубических километров приходится на долю пресных вод. Всего количества океанической воды хватило бы на то, чтобы покрыть ею земной шар слоем более 2,5 километров. На каждого жителя Земли приблизительно приходится 0,33 кубических километров морской воды и 0,008 кубических километров пресной воды. Но трудность в том, что подавляющая часть пресной воды на Земле находится в таком состоянии, которое делает её труднодоступной для человека. Почти 70% пресных вод заключено в ледниковых покровах полярных стран и в горных ледниках, 30% - в водоносных слоях под землёй, а в руслах всех рек содержатся одновременно всего лишь 0,006% пресных вод.

Молекулы воды обнаружены в межзвёздном пространстве. Вода входит в состав комет, большинства планет солнечной системы и их спутников.

Изотопный состав. Существуют девять устойчивых изотопных разновидностей воды. Содержание их в пресной воде в среднем следующее: 1 Н216 О – 99,73%, 1 Н218 О – 0,2%,

1 Н217 О – 0,04%, 1 H2 Н16 О – 0,03%. Остальные пять изотопных разновидностей присутствуют в воде в ничтожно малых количествах.

Строение молекулы. Как известно, свойства химических соединений зависят от того, из каких элементов состоят их молекулы, и изменяются закономерно. Воду можно рассматривать как оксид водорода или как гидрид кислорода. Атомы водорода и кислорода в молекуле воды расположены в углах равнобедренного треугольника с длиной связи О – Н 0,957 нм; валентный угол Н – О – Н 104o 27’.

Но поскольку оба водородных атома расположены по одну сторону от кислородного, электрические заряды в ней рассредоточиваются. Молекула воды полярна, что является причиной особого взаимодействия между разными её молекулами. Атомы водорода в молекуле воды, имея частичный положительный заряд, взаимодействуют с электронами атомов кислорода соседних молекул.Такая химическая связь называется в о д о р о д н о й . Она обьединяет молекулы воды в своеобразные полимеры пространственного строения. В водяном паре присутствует около 1% димеров воды. Расстояние между атомами кислорода – 0,3 нм. В жидкой и твёрдой фазах каждая молекула воды образует четыре водородные связи: две – как донор протонов и две – как акцептор протонов. Средняя длина этих связей – 0, 28 нм, угол Н – О – Н стремится к 1800.Четыре водородные связи молекулы воды направлены приблизительно к вершинам правильного тетраэдра.

Структура модификаций льда представляет собой трёхмерную сетку. В модификациях, существующих при низких давлениях, так называемый лёд – I, связи Н – О – Н почти прямолинейны и направлены к вершинам правильного тетраэдра. Но при высоких давлениях обычный лёд можно превратить в так называемые лёд – II, лёд – III так далее – более тяжёлые и плотные кристаллические формы этого вещества. Самые твёрдые, плотные и тугоплавкие пока – лёд – VII и лёд – VIII. Лёд – VII получен под давлением 3 млрд Па, он плавится при температуре + 1900 C. В модификациях – лёд – II - лёд – VI – с вязи Н – О – Н искривлены и углы между ними отличаются от тетраэдрического, что обусловливает увеличение плотности по сравнению с плотностью обычного льда. Только в модификациях лёд – VII и лёд – VIII достигается самая высокая плотность упаковки: в их структуре две правильные сетки, выстроенные из тетраэдров, вставлены одна в другую, при этом сохраняется система прямолинейных водородных связей.

Трёхмерная сетка водородных связей, построенная из тетраэдров, существует и в жидкой воде во всём интервале от температуры плавления до критической температуры, равной + 3,980С. Увеличение плотности при плавлении, как и в случае плотных модификаций льда, объясняется искривлением водородных связей.

Искривление водородных связей увеличивается с ростом температуры и давления, что ведёт к возрастанию плотности. С другой стороны при нагревании средняя длина водородных связей становится больше, в результате чего плотность уменьщается. Совместное действие двух фактов объясняет наличие максимума плотности воды при температуре + 3, 980С.

Физические свойства воды аномальны, что объясняется приведёнными выше данными о взаимодействии между молекулами воды.

Вода – единственное вещество на Земле, которое существует в природе во всех трёх агрегатных состояниях – жидком, твёрдом и газообразном.

Плавление льда при атмосферном давлении сопровождается уменьшением объёма на 9%. Плотность жидкой воды при температуре, близкой к нулю, больше, чем у льда. При 00С 1 грамм льда занимает объём 1,0905 кубических сантиметров, а 1 грамм жидкой воды занимает объём 1,0001 кубических сантиметров. И лёд плавает, оттого и не промерзают обычно насквозь водоёмы, а лишь покрываются ледяным покровом.

Температурный коэффициент объёмного расширения льда и жидкой воды отрицателен при температурах соответственно ниже - 2100С и + 3,980С.

Теплоёмкость при плавлении возрастает почти вдвое и в интервале от 00С до 1000С почти не зависит от температуры.

Вода имеет незакономерно высокие температуры плавления и кипения в сравнении с другими водородными соединениями элементов главной подгруппы VI группы таблицы Менделеева.

теллуроводород селеноводород сероводород вода

Н 2 Те Н 2 S е Н 2 S Н2 О

t плавления - 510С - 640С - 820С 00С

_____________________________________________________

t кипения - 40С - 420С - 610С 1000С

_____________________________________________________

Нужно подвести дополнительную энергию, чтобы расшатать, а затем разрушить водородные связи. И энергия эта очень значительна. Вот почему так велика теплоёмкость воды. Благодаря этой особенности вода формирует климат планеты. Геофизики утверждают, что Земля давно бы остыла и превратилась в безжизненный кусок камня, если бы не вода. Нагреваясь, она поглощает тепло, остывая, отдаёт его. Земная вода и поглощает, и возвращает очень много тепла, и тем самым “выравнивает” климат. Особенно заметно на формирование климата материков влияют морские течения, образующие в каждом океане замкнутые кольца циркуляции. Наиболее яркий пример – влияние Гольфстрима, мощной системы тёплых течений, идущих от полуострова Флорида в Северной Америке до Шпицбергена и Новой Земли. Благодаря Гольфстриму средняя температура января на побережье Северной Норвегии, за Полярным кругом, такая же, как в степной части Крыма, - около 00С, т. е. повышена на 15 – 200С. А в Якутии на той же широте, но вдали от Гольфстрима – минус 400С. А от космического холода предохраняют Землю те молекулы воды, которые рассеяны в атмосфере – в облаках и в виде паров. Водяной пар создаёт мощный “парниковый эффект”, который задерживает до 60% теплового излучения нашей планеты, не даёт ей охлаждаться. По расчётам М.И.Будыко, при уменьшении содержания водяного пара в атмосфере вдвое средняя температура поверхности Земли понизилась бы более чем на 50С (с 14,3 до 90С). На смягчение земного климата, в частности на выравнивание температуры воздуха в переходные сезоны – весну и осень, заметное влияние оказывают огромные величины скрытой теплоты плавления и испарения воды.

Но не только поэтому мы считаем воду жизненно важным веществом. Дело в том, что тело человека почти на 63 – 68 % состоит из воды. Почти все биохимические реакции в каждой живой клетке – это реакции в водных растворах. С водой удаляются из нашего тела ядовитые шлаки; вода, выделяемая потовыми железами и испаряющаяся с поверхности кожи, регулирует температуру нашего тела. Представители животного и растительного мира содержат такое же обилие воды в своих организмах. Меньше всего воды, лишь 5 – 7% веса, содержат некоторые мхи и лишайники. Большинство обитателей земного шара и растения состоят более чем на половину из воды. Например, млекопитающие содержат 60 – 68 %; рыбы – 70 %; водоросли – 90 – 98 % воды.

В растворах же (преимущественно водных) протекает большинство технологических процессов на предприятиях химической промышленности, в производстве лекарственных препаратов и пищевых продуктов.

Не случайно гидрометаллургия – извлечение металлов из руд и концентратов с помощью растворов различных реагентов – стала важной отраслью промышленности.

Вода – это важный источник энергоресурсов. Как известно, все гидроэлектрические станции мира, от маленьких до самых крупных, превращают механическую энергию водного потока в электрическую исключительно с помощью водяных турбин с соединёнными с ними электрогенераторами. На атомных электростанциях атомный реактор нагревает воду, водяной пар вращает турбину с генератором и вырабатывает электрический ток.

Вода, несмотря на все её аномольные свойства, является эталоном для измерения темпкратуры, массы (веса), количества тепла, высоты местности.

Шведский физик Андерс Цельсий, член Стокгольмской академии наук, создал в 1742 году стоградусную шкалу термометра, которой в настоящее время пользуются почти повсеместно. Точка кипения воды обозначена 100, а точка таяния льда 0 .

При разработке метрической системы, установленной по декрету французского революционного правительства в 1793 году взамен различных старинных мер, вода была использована для создания основной меры массы (веса) – килограмма и грамма: 1 грамм, как известно, это вес 1 кубического сантиметра (милилитра) чистой воды при температуре её наибольшей плотности – 40С. Следовательно, 1 килограмм – это вес 1 литра (1000 кубических сантиметров) или 1 кубического дециметра воды: а 1 тонна (1000 килограммов) – это вес 1 кубического метра воды.

Вода используется и для измерения количества тепла. Одна калория – это количество тепла, нужное для нагревания 1 грамма воды с 14, 5 до 15,50С.

Все высоты и глубины на земном шаре отсчитываются от уровня моря.

В 1932 году американцы Г.Юри и Э.Осборн обнаружили, что даже в самой чистой воде, которую только можно получить в лабораторных условиях, содержится незначительное количество какого-то вещества, выражающегося, по-видимому, той же химической формулой Н2 О, но обладающего молекулярным весом 20 вместо веса 18, присущего обычной воде. Юри назвал это вещество тяжёлой водой. Большой вес тяжёлой воды объясняется тем, что её молекулы состоят из атомов водорода с удвоенным атомным весом по сравнению с атомами обычного водорода. Двойной вес этих атомов в свою очередь обусловливается тем, что их ядра содержат, кроме единственного протона, составляющего ядро обычного водорода, ещё один нейтрон. Тяжёлый изотоп водорода получил название дейтерия

(D или 2 Н), а обычный водород стали называть протием. Тяжёлая вода, окись дейтерия, выражается формулой D2 О.

Вскоре был открыт третий, сверхтяжёлый изотоп водорода с одним протоном и двумя нейтронами в ядре, который был назван тритием (Т или 3 Н). В соединении с кислородом тритий образует сверхтяжёлую воду Т2 О с молекулярным весом 22.

В природных водах содержится в среднем около 0,016% тяжёлой воды. Тяжёлая вода внешне похожа на обычную воду, но по многим физическим свойствам отличается от неё. Точка кипения тяжёлой воды 101,40С, точка замерзания + 3,80С. Тяжёлая вода на 11% тяжелее обычной. Удельный вес тяжёлой воды при температуре 250С равен 1,1. Она хуже (на 5 – 15%) растворяет различные соли. В тяжёлой воде скорость протекания некоторых химических реакций иная, чем в обычной воде.

И в физиологическом отношении тяжёлая вода воздействует на живое вещество иначе: в отличие от обычной воды, обладающей живительной силой, тяжёлая вода совершенно инертна. Семена растений, если их поливать тяжёлой водой, не прорастают; головастики, микробы, черви, рыбы в тяжёлой воде не могут существовать; если животных поить одной тяжёлой водой, они погибнут от жажды. Тяжёлая вода – это мёртвая вода.

Имеется ещё один вид воды, отличающийся по физическим свойствам от обычной воды, - это омагниченная вода. Такую воду получают с помощью магнитов, вмонтированных в трубопровод, по которому течет вода. Омагниченная вода изменяет свои физико – химические свойства: скорость химических реакций в ней увеличивается, ускоряется кристаллизация растворённых веществ, увеличивается слипание твёрдых частиц примесей и выпадение их в осадок с образованием крупных хлопьев (коагуляция). Омагничивание успешно применяется на водопроводных станциях при большой мутности забираемой воды. Она позволяет также быстро осаждать загрязненные промышленные стоки.

Из химических свойств воды особенно важны способность её молекул диссоциировать (распадаться) на ионы и способность воды растворять вещества разной химической природы.

Роль воды как главного и универсального растворителя определяется прежде всего полярностью её молекул и, как следствие, её чрезвычайно высокой диэлектрической проницаемостью. Разноимённые электрические заряды, и в частности ионы, притягиваются друг к другу в воде в 80 раз слабее, чем притягивались бы в воздухе. Силы взаимного притяжения между молекулами или атомами погружённого в воду тела также слабее, чем в воздухе. Тепловому движению в этом случае легче разбить молекулы. Оттого и происходит растворение, в том числе многих труднорастворимых веществ: капля камень точит.

Лишь незначительная доля молекул (одна из 500 000 000) подвергается электролитической диссоциации по схеме:

286 кДж/моль для жидкой воды

При низких температурах в отсутствии катализаторов происходит крайне медленно, но скорость реакции резко возрастает при повышении температуры, и при 5500С она происходит со взрывом. При понижении давления и повышении температуры равновесие сдвигается влево.

Под действием ультрафиолетового излучения происходит фотодиссоциация воды на ионы Н+ и ОН- .

Ионизирующее излучение вызывает радиолиз воды с образованием Н2; Н2 О2 и свободных радикалов: Н*; ОН*; О* .

Вода – реакционноспособное соединение.

Вода окисляется атомарным кислородом:

При повышенной температуре в присутствии катализатора вода реагирует с СО; СН4 и другими углеводородами, например:

Вода взаимодействует со многими металлами с образованием Н2 и сответствующего гидроксида. Со щелочными и щелочно-земельными металлами (кроме Мg) эта реакция протекает уже при комнатной температуре. Менее активные металлы разлагают воду при повышенной температуре, например, Мg и Zn – выше 1000С; Fe – выше 6000С:

При взаимодействии с водой многих оксидов образуются кислоты или основания.

Вода может служить катализатором, например, щелочные металлы и водород реагируют с CI2 только в присутствии следов воды.

Иногда вода – каталитический яд, например, для железного катализатора при синтезе NH3 .

Способность молекул воды образовывать трёхмерные сетки водородных связей позволяет ей давать с инертными газами, углеводородами, СО2, CI2, (CH2)2 O, CHCI3 и многими другими веществами газовые гидраты.

Примерно до конца 19 века вода считалась бесплатным неистощимым даром природы. Её не хватало только в слабонаселённых районах пустынь. В 20 веке взгляд на воду резко изменился. В результате быстрого роста населения земного шара и бурного развития промышленности проблема снабжения человечества чистой пресной водой стала чуть ли не мировой проблемой номер один. В настоящее время люди используют ежегодно около 3000 млрд кубических метров воды, и эта цифра непрерывно быстро растёт. Во многих густонаселённых промышленных районах чистой воды уже не хватает.

Недостаток пресной воды на земном шаре можно восполнить различными путями: опреснять морскую воду, а также заменять ею, где это возможно в технике, пресную воду; очищать сточные воды до такой степени, чтобы их можно было спокойно спускать в водоёмы и водотоки, не боясь загрязнить, и использовать вторично; экономно расходовать пресную воду, создавая менее водоёмкую технологию производства, заменяя, где это можно, пресную воду высокого качества водой более низкого качества и т.д.

В О Д А - о д н о и з г л а в н ы х б о г а т с т в ч е л о в е ч е с т в а н а З е м л е.

С П И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы:

1. Химическая энциклопедия. Том 1. Редактор И.Л.Кнунянц. Москва, 1988 год.

2. Энциклопедический словарь юного химика. Составители

В.А.Крицман, В.В.Станцо. Москва, “ Педагогика“, 1982год.

“ Гидрометеоиздат “, 1980 год.

4. Самое необыкновенное вещество в мире. Автор

И.В.Петрянов. Москва, “ Педагогика “ ,1975 год.

П Л А Н.

I.Вступление.

Высказывания известных учёных о воде.

II .Основная часть.

1.Распространение воды на планете Земля, в космическом

пространстве.

2.Изотопный состав воды.

3.Строение молекулы воды.

4.Физические свойства воды, их аномальность.

а).Агрегатные состояния воды.

б).Плотность воды в твёрдом и жидком состоянии.

в).Теплоёмкость воды.

г).Температуры плавления и кипения воды в сравнении с

другими водородными соединениями элементов

главной подгруппы YI группы таблицы Менделеева.

5.Влияние воды на формирование климата на планете

6.Вода как основной составной компонент растительных и

животных организмов.

7.Использование воды в промышленности, производстве

электроэнергии.

8.Использование вода как эталона.

а).Для измерения температуры.

б).Для измерения массы (веса).

в).Для измерения количества тепла.

г).Для измерения высоты местности.

9.Тяжёлая вода, её свойства.

10.Омагниченная вода, её свойства.

11.Химические свойства воды.

а).Образование воды из кислорода и водорода.

б).Диссоциация воды на ионы.

в).Фотодиссоциация воды.

г).Радиолиз воды.

д).Окисление воды атомарным кислородом.

е).Взаимодействие воды с неметаллами, галогенами,

углеводородами.

ж).Взаимодействие воды с металлами.

з).Взаимодействие воды с оксидами.

и).Вода как катализатор и ингибитор химических

III .Заключение.

Вода как одно из главных богатств человечества на Земле.

Без воды жизнь на нашей планете не могла бы существовать. Вода важна для живых организмов по двум причинам. Во-первых, она является необходимым компонентом живых клеток, и, во-вторых, для многих организмов она служит еще и средой обитания. Для человека ценность имеет лишь питьевая вода. Для получения питьевой воды используются , которые позволяют очистить ее от вредных примесей, сделать пригодной для питья и приготовления пищи. Именно поэтому следует сказать несколько слов о ее химических и физических свойствах.

Свойства эти довольно необычны и обусловлены главным образом малыми размерами молекул воды , их полярностью и способностью соединяться друг с другом водородными связями. Под полярностью подразумевают неравномерное распределение зарядов в молекуле. У воды один конец молекулы («полюс») несет небольшой положительный заряд, а другой - отрицательный. Такую молекулу называют диполем. У атома кислорода способность притягивать электроны выражена сильнее, чем у водородных атомов, поэтому атом кислорода в молекуле воды стремится оттянуть к себе электроны двух водородных атомов. Электроны заряжены отрицательно, в связи с чем атом кислорода приобретает небольшой отрицательный заряд, а водородные атомы - положительный.

В результате между молекулами воды возникает слабое электростатическое взаимодействие и, поскольку противоположные заряды притягиваются, молекулы как бы «склеиваются». Эти взаимодействия, более слабые, чем обычные ионные или ковалентные связи, называются водородными связями. Водородные связи постоянно образуются, распадаются и вновь возникают в толще воды. И хотя это слабые связи, но их совокупный эффект обусловливает многие необычные физические свойства воды. Учитывая данную особенность воды, мы можем теперь перейти к рассмотрению тех ее свойств, которые важны с биологической точки зрения.

Биологическое значение воды

Вода как растворитель . Вода - превосходный растворитель для полярных веществ. К ним относятся ионные соединения, такие как соли, содержащие заряженные частицы (ионы), и некоторые неионные соединения, например сахара, в молекуле которых присутствуют полярные (слабо заряженные) группы (у Сахаров это несущая небольшой отрицательный заряд гидроксильная группа, -ОН). Когда вещество растворяется в воде, молекулы воды окружают ионы и полярные группы, отделяя ионы или молекулы друг от друга.

В растворе молекулы или ионы получают возможность двигаться более свободно, так что реакционная способность вещества возрастает. По этой причине в клетке большая часть химических реакций протекает в водных растворах . Неполярные вещества, например липиды, отталкиваются водой и в ее присутствии обычно притягиваются друг к другу, иными словами, неполярные вещества гидрофобны (гидрофобный - водоотталкивающий). Подобные гидрофобные взаимодействия играют важную роль в формировании мембран, а также в определении трехмерной структуры многих белковых молекул, нуклеиновых кислот и других клеточных компонентов.

Присущие воде свойства растворителя означают также, что вода служит средой для транспорта различных . Эту роль она выполняет в крови, в лимфатической и экскреторной системах, в пищеварительном тракте и во флоэме и ксилеме растений.