Сообщение о воде окружающий мир. Пептиды — панацея от старости? Что течет из кранов

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’.

1040 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:

Н2 + 1 /2 О2 Н2 О -242 кДж/моль для пара

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:

Н2 О + С СО + Н2

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

6Н2 О + 3Р 2НРО3 + 5Н2

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:

2Fe + 3H2 O Fe2 O 3 + 3H2

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.

Вода

Взгляните на карту мира. Больше всего на ней голубой краски. А голубым цветом на картах изображают воду, без которой не обойтись никому и никогда, и заменить ее нечем.

В природе постоянно происходит круговорот воды. С поверхности морей, океанов, рек и озер она испаряется, образуются облака. Они проливаются дождем, сыплются снегом и вновь возвращают воду суше и океанам.

Именно в воде возникли первые живые существа. Это были маленькие одноклеточные белковые комочки, плавающие по воле волн в океане. Постепенно, на протяжении миллионов лет они видоизменялись, совершенствовались. Сперва они дали начало растительным организмам, затем возникли формы, стоящие на грани между растениями и животными. И наконец, появились простейшие животные. Прошло еще много миллионов лет, прежде чем, борясь за существование, часть растений и животных «вышла» на сушу и продолжила там свое развитие.

Вода - одно из самых важных для человека веществ. Организм его, кровь, мозг, ткани тела больше чем наполовину состоят из воды. А в некоторых растениях ее еще больше. Вода - в океанах и морях, реках и озерах, под землей и в почве. На высоких горах, в Арктике, Антарктиде вода находится в виде снега и льда. Это вода в твердом состоянии. Лед можно видеть у нас на реках и озерах, когда они замерзают зимой. Много воды в атмосфере: это облака, туман, пар, дождь, снег. На поверхности суши находится далеко не вся вода, имеющаяся на Земле. В глубине грунта существуют подземные реки и озера. Вы удивляетесь, что и твердый лед, и легкий, как газ, пар тоже вода? Таково ее свойство: она бывает жидкой, твердой и газообразной.

Есть у воды еще важное свойство: она может легко растворять в себе многие вещества. Вы, конечно, видели, как растворяется поваренная соль в супе. Так же вода растворяет различные соли, находящиеся в земных слоях, и многие другие твердые тела и даже газы.

Совсем чистой воды в природе нет. Ее можно получить только в лаборатории. Такая вода невкусная, в ней нет солей, нужных живому организму. А в морской воде слишком много разных солей, поэтому она тоже для питья не годится. При недостатке воды жизнедеятельность организмов сильно нарушается. Лишь покоящиеся формы жизни - споры, семена - хорошо переносят длительное обезвоживание. Растения при отсутствии воды увядают и могут погибнуть. Животные, если лишить их воды, быстро погибают: например, упитанная собака может прожить без пищи до 100 дней, а без воды - менее 10. Потеря воды опаснее для организма, чем голодание: без пищи человек может прожить больше месяца, без воды - всего лишь несколько дней. В воде растворяются важные для жизнедеятельности организма органические и неорганические вещества. Потребность человека в воде, которую он употребляет с питьем и с пищей, в зависимости от климата составляет 3 - 6 литров в сутки. Вода - добрый друг и помощник человека. Она - удобная дорога: по морям и океанам плавают корабли. Именно поэтому многие города возникли на берегах рек.

Вода побеждает засуху, оживляет пустыни, повышает урожай полей и садов. Она послушно вращает турбины на гидроэлектростанциях. Вода минеральных источников оказывает лечебное действие. Многие из источников горячие. И люди используют не только лечебные свойства этих вод, но и тепло. На Камчатке, где таких источников очень много, выращивают овощи в теплицах в любое время года. Вот какое необыкновенное вещество обыкновенная вода - краса природы, как сказал однажды замечательный русский писатель С. Т. Аксаков.

Общее количество воды на Земле не меняется. С поверхности морей и океанов, рек и озер вода испаряется, а затем возвращается на Землю в виде дождя или снега. Но чистой воды на Земле становится все меньше. Недостаток ее уже сейчас ощущается во многих странах. Однако это не потому, что запасы воды истощаются. Над водой нависла угроза загрязнения. Заводы и фабрики, электростанции потребляют большое количество воды и одновременно загрязняют ее различными продуктами отходов. Со сточными водами предприятий в реки и озера попадают различные ядовитые вещества. В воде гибнет жизнь. Рыба, раки, растения - все живое погибает в такой воде. Загнивающие воды отравляют воздух, становятся источниками тяжелых заболеваний. Река болеет, ее воды не могут быть использованы человеком. Воду надо беречь! Это надо понять и запомнить каждому. Беречь воду - это значит беречь жизнь, здоровье, красоту окружающей природы. В нашей стране принят ряд законов, направленных на защиту вод. За их исполнением следят органы государственной власти. Это позволило на многих реках уменьшить опасность загрязнения, улучшить санитарное состояние городов и поселков. Но проблема охраны вод по-прежнему остра.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.5.km.ru/

Оглавление темы "Вода. Углеводы. Липиды.":

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.

Водородные связи между молекулами воды. А. Две молекулы воды, соединенные водородной связью-6+ - очень маленький положительный заряд; 6~ - очень маленький отрицательный заряд. Б. Сеть из молекул воды, удерживаемых вместе водородными связями. Такие структуры постоянно образуются, распадаются и вновь возникают в воде, находящейся в жидком состоянии.

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.

Введение…………………………………………………………………….3

Основная часть

1. Свойства воды…………………………………………………………5

2. Строение молекулы воды…………………………………………….10

Заключение…………………………………………………………………12

Библиография………………………………………………………………13

Приложение…………………………………………………………………14

Введение

Вода – одно из самых распространённых веществ в природе (гидросфера занимает 71 % поверхности Земли). Воде принадлежит важнейшая роль в геологии, истории планеты. Без воды невозможно существование живых организмов. Дело в том, что тело человека почти на 63% - 68% состоит из воды. Практически все биохимические реакции в каждой живой клетке – это реакции в водных растворах. В растворах же (преимущественно водных) протекает большинство технологических процессов на предприятиях химической промышленности, в производстве лекарственных препаратов и пищевых продуктов. И в металлургии вода чрезвычайно важна, причём не только для охлаждения. Не случайно гидрометаллургия – извлечение металлов из руд и концентратов с помощью растворов различных реагентов – стала важной отраслью промышленности.

Вода – вещество обычное и необычное. Известный советский учёный академик И. В. Петрянов свою научно-популярную книгу о воде назвал «самое необыкновенное вещество в мире». А «Занимательная физиология», написанная доктором биологических наук Б. Ф. Сергеевым, начинается с главы о воде – «Вещество, которое создало нашу планету».

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

Почти ⅔ поверхности нашей планеты занято океанами и морями. Твёрдой водой – снегом и льдом – покрыто 20% суши. От воды зависит климат планеты. Геофизики утверждают, что Земля давно бы остыла и превратилась в безжизненный кусок камня, если бы не вода. У неё очень большая теплоёмкость. Нагреваясь, она поглощает тепло; остывая, отдаёт его. Земная вода и поглощает, и возвращает очень много тепла и тем самым «выравнивает» климат. А от космического холода предохраняет Землю те молекулы воды, которые рассеяны в атмосфере – в облаках и в виде паров…

Свойства воды

Наиболее полно изучены свойства воды, благодаря которым возникла жизнь. Эти свойства сделали возможным существование живой природы в том диапазоне температур, который характерен для Земли как космического тела.
Что же это свойства?

Плотность воды.

Одно из важнейших свойств воды - ее плотность. Максимальную плотность пресная вода имеет при 4 °С. При этой температуре один килограмм воды занимает минимальный объем (рис.1). При понижении температуры от 4 °С до 0 плотность уменьшается, т. е. вода с температурой 4°С находится внизу, а более холодная поднимается наверх, где и замерзает, превращаясь в лед.

Плотность обычного льда - твердой кристаллической фазы воды - меньше плотности воды, поэтому лед плавает на поверхности, предохраняя воду от дальнейшего охлаждения. Он выступает в роли ледяной «шубы», защищающей пресноводный объект от полного промерзания. Таким образом формируются условия для жизни обитате­лей водоемов при низких температурах.

В морской воде растворено значительное количество солей, и она ведет себя при охлаждении совершенно по-другому. Температура ее замерзания зависит от солесодержания, но в среднем составляет - 1,9°С. Максимальная плотность такой воды - при температуре -3,5°С. Морская вода превращается в лед, не достигая максимальной плотности. Поэтому происходит вертикальное перемешивание морской воды при ее охлаждении от плюсовой температуры до температуры замерзания. Благодаря такой циркуляции нижние горизонты океана обогащаются кислородом, а в верхние слои из нижних поступает вода, богатая питательными веществами. Необходимо отметить, что как морской, так и пресный лед легче воды и плавает на ее поверхности, предохраняя глубинные слои воды в морях и океанах от непосредственного контакта с холодными массами воздуха и способствуя тем самым сохранению тепла. В то же время искусственно при высоком давлении были получены разные модификации льда. Одни из них тяжелее воды, другие плавятся и, следовательно, замерзают при высокой температуре. Это так называемый «горячий лед». Поэтому всем нам повезло не только с наличием на Земле воды и солнечной радиации, но и с величиной атмосферного давления. Иначе вся Земля могла бы оказаться скованной ледяным панцирем.

Термодинамические константы воды.

Вода имеет особенные, аномальные свойства. В первую очередь это касается таких термодинамических констант, как теплоемкость воды, теплота парообразования, скрытая теплота плавления льда. Аномальаный характер этих величин определяет большинство физико-химических и биологических процессов на Земле.

Удельная теплоемкость воды составляет 4,1868 кДж/(кг-К), что почти вдвое превышает удельную теплоемкость таких веществ, как этиловый спирт (2,847), растительное масло (2,091), парафин (2,911) и многие другие. А это значит, что при нагревании на одинаковое количество градусов вода способна воспринять почти вдвое больше тепла, чем перечисленные жидкости. Но и при остывании вода отдает больше тепла, чем другие жидкости. Поэтому при нагревании вод Мирового океана под воздействием солнечных лучей и их остывании при отсутствии энергии солнечной радиации теплоемкость выступает как свойство, обеспечивающее минимальные колебания температуры воды днем и ночью, летом и зимой.

Аномально высокое значение имеет теплота парообразования воды. Эта величина более чем вдвое превышает теплоту парообразования этанола, серной кислоты, анилина, ацетона и других веществ. Поэтому даже в самое жаркое время вода испаряется крайне медленно, что способствует ее сохранению и, следовательно, сохранению жизни на Земле.

Высокое значение скрытой теплоты плавления льда также обеспечивает стабильность температурного режима на планете.
Одно из интересных свойств воды заключается в том, что ее наименьшая теплоемкость приходится на температуру 37 °С, а это значит, что при данной температуре необходимы минимальные энергетические затраты для ее изменения. Наверное, поэтому температура тела теплокровных существ близка к этому значению.

Вода имеет аномально высокие значения и других констант. Вещества, образованные соединением водорода со стоящими в одном ряду периодической таблицы кислородом, серой, селеном, теллуром, называются гидридами. Гидрид кислорода называется водой. Необычность свойств гидрида кислорода, по сравнению со свойствами других гидридов, заключается в том, что, в отличие от них, вода в обычных условиях (при нормальном давлении и температуре от 0 до 100 °С) находится в жидком состоянии, а не в газообразном. Если бы вода не обладала аномальными значениями температуры кипения и замерзания, то эти процессы происходили бы при значительно более низких отрицательных температурах, и вода в жидком виде присутствовала бы на более холодных планетах. И следовательно, жизни на Земле не было бы.

Сила поверхностного натяжения воды.

Есть и другие особые свойства воды, которые позволяют назвать ее поистине удивительнейшим соединением. Речь идет о поверхностном натяжении жидкости. Силы взаимодействия молекул, составляющих воду, притягивают их друг к другу, и разорвать эту связь не так просто. Большинству людей известен школьный опыт, когда осторожно положенная в блюдце с водой иголка плавает на поверхности. Многие видели интереснейший фокус, когда в полный стакан воды опускают значительное количество монет и вода, не переливаясь через край, поднимается небольшим куполом. Наконец, известна библейская легенда о том, как Христос шел по воде. Все эти явления и легенды связаны с большим поверхностным натяжением воды. Благодаря поверхностному натяжению, вода поднимается по капиллярным каналам в грунте на поверхность Земли, поступает в ткани и клетки растений и живых организмов. Из всех известных жидкостей только у ртути сила поверхностного натяжения выше, чем у воды.
Известна очень интересная особенность воды, связанная с распространением в ней звуковых волн. Скорость распространения звука в воде аномально высока, она превышает скорость его распространения в воздухе почти в 6 раз.

Свойства чистой воды.

Чистая вода представляет собой прозрачную жидкость без цвета и запаха. При давлении 1 атм вода замерзает при температуре 0, а кипит при 100 °С. При повышении давления вдвое вода закипает при тем­пературе 120 °С, а при понижении вдвое - при 81 °С. Однако при уменьшении давления температура плавления льда (или замерзания воды) повышается. При низких давлениях вода может существовать только в виде льда или пара, а при высоких температурах - только в виде пара. Существуют также критические значения давления и температуры воды. При давлении свыше 22,1 атм. и тем­пературе свыше 374,4°С исчезает разница между жидкостью и паром вода существует в газообразном состоянии.

Удивительные значения давления и температуры атмосферы сложились на Земле, так как именно при этих значениях вода присутствует на планете в жидком виде, обеспечивая развитие всех существующих форм жизни. При этих параметрах происходит растворение в воде кислорода, необходимого для жизни водных организмов, а также для протекания процессов самоочищения воды. На протяжении многих тысячелетий наличие атмосферы, гидросферы и солнечного излучения создавало незначительный перепад температур летом и зимой, днем и ночью, обеспечивая условия для существования жизни.

Способность воды к растворению.

Однако самая удивительная особенность воды - ее способность растворять другие вещества. Способность веществ к растворению зависит от их диэлектрической постоянной. Чем она выше, тем больше способно вещество растворять другие. Так вот, для воды эта величина выше, чем для воздуха или вакуума в 9 раз. Поэтому пресные или чистые воды практически не встречаются в природе. В земной воде всегда что-то растворено. Это могут быть газы, молекулы или ионы химических элементов. Считается, что в водах Мирового океана могут быть растворены все элементы таблицы периодической системы элементов, по крайней мере, на сегодня их обнаружено более 80.

Строение молекулы воды

Эти два элемента - водород и кислород - являются антагонистами. Один из них господствует в Космосе, другой - на Земле. Один (водород) стремится отдать единственный электрон своей электронной оболочки, а другой (кислород) стремится заполучить два электрона от других химических элементов.

Анализируя состав молекулы воды, можно сказать, что в ней два атома водорода и один атом кислорода «нашли друг друга». Таким образом, в составе воды, химическая формула которой записывается как Н2 0 теоретически могут присутствовать девять различных стабильных видов воды (число перестановок из 5 по 3) Однако 99,97% всей води - в гидросфере представлено обычной водой вида 1 Н216 0. доля тяжелой воды 2 Н216 0 составляет менее 0,02%.

Современной науке известно несколько моделей, с помощью которых можно разрешить многие аномальные свойства воды. Считается, что некоторые свойства определяются количеством ассоциаций молекул мономеров (Н2 О)1, димеров (Н2 О)2 и тримеров (Н2 О)3, которые преимущественно присутствуют в воде при различных температурах.
Так, при температуре около 0 в воде присутствуют в основном тримеры, при температуре около 4°С - димеры, а в газообразном состоянии вода содержит главным образом мономеры. Иногда эти ассоциации называют тригидролями.

Некоторые ученые предлагают рассматривать воду как совокупность ассоциаций молекул, включая при этом в каждую ассоциацию от одной до восьми молекул. Другие считают, что структура воды представляет собой пространственное «кружево», образованное различными «мерцающими кластерами» (рис.2). Третьи предлагают исследовать свойства воды с учетом особенностей строения ее молекулы, которые, в свою очередь, определяются особенностями составляющих молекулу воды элементов. В соответствии с современными представлениями, молекула воды похожа на маленький магнит.

Почему в воде присутствуют растворенные вещества?
Датский ученый Н. Бьеррум в 1951 г. предложил модель молекулы воды с точечным распределением зарядов. В соответствии с современными представлениями, молекула воды представляет собой тетраэдр (или пирамиду, (рис. 3), в середине которого размещен центр молекулы, а в углах – электрические заряды.

Два положительных заряда соответствуют двум атомам водорода, каж­дый из которых «предоставил» свои электроны атому кислорода, и т отрицательных заряда, соответствующих «непарным» электронам кислорода. Таким образом, молекула воды представляет собой диполь, один из полюсов которого имеет положительный заряд, а другой - отрицательный. Полюсы диполя разнесены на некоторое расстояние, поэтому в электростатическом поле диполь воды разворачивается вдоль линий напряженности электрического поля. Если электростатическое поле образовано отрицательно заряженным ионом, то диполь воды разворачивается к этому иону своим положительным полюсом, и наоборот. Свойства воды как растворителя во многом определяются поляризованным строением ее молекулы. Высокая полярность молекул является причиной активности воды при химических взаимодействиях, при растворении в ней солей, кислот и оснований, т. е. при образовании электролитов. Вода способна растворять многие вещества, создавая с ними однородные физико-химические системы переменного состава. Растворенные в природных водах соли находятся в ионном состоянии, т. е. подвергнуты электролитической диссоциации.

Заключение

В ходе курсовой работы были рассмотрены свойства и строение молекулы воды. Вода – это вещество на первый взгляд обычное, но если рассмотреть его более подробно, то можно выяснить много чего интересного и необычного. Во первых, вода – это источник жизни на Земле, если бы не было воды то не зародилась бы жизнь. Во вторых, свойства которыми обладает вода, не обладает не одно вещество. Вода может находиться в трех агрегатных состояниях, при определенной температуре. Вода также может принимать и отдавать тепло, и испарятся медленнее чем другие вещества. Более того, в воде могут распространяться звуковые волны и причем с очень высокой скоростью. Но самое удивительное свойство воды, это способность растворять другие вещества.

Что же касается строения воды, то оно по своему также уникально. Вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, можно сказать что эти атомы просто нашли друг друга. Но ученые до сих пор не могут разгадать всех особенностей строения этого удивительного вещества, и многое для нас всех остается загадкой.

Вот что представляет собой на первый взгляд обычное вещество. А ведь никто и не задумывался о том когда каждый день сталкивается с водой, что это столь не вероятное и очень не обычное вещество, хранящее в себе много неразгаданных тайн. Но до конца нам их и не разгадать, в этом и есть вся необычность и особенность воды, без которой бы мы никогда не появились на свет.

Библиография

1. Ахметов Н.С., Неорганическая химия. М., 2001г.

2. Глинка Н.Л., Общая химия. СПб, 2003г.

3. Кнунянц И. Л., Химическая энциклопедия. Том 1. М., 2002г.

4. Петрянов И.В., Самое необыкновенное вещество в мире. М., 2005г.

5. Хомченко Г.П., Химия для поступающих в ВУЗы. М., 2002г.

Приложение

Елена Шемякова
Сообщение «Вода и её свойства»

Сообщение на тему

«ВОДА И ЕЁ СВОЙСТВА »

(слайд 1)

Свой рассказ я хочу начать с загадки : (слайд 2)

Что в гору не выкатить,

В решете не унести,

И в руках не удержать.

Что это? (вода )

Итак, что такое вода ? (слайд 3)

Вода – это прозрачная и бесцветная жидкость, которая не имеет запаха и вкуса.

В природе вода может находиться в газообразном, твёрдом и жидком состоянии.

Сколько её на земном шаре? (слайд 4)

Когда люди полетели в космос, то наблюдая из космических кораблей за нашей планетой, они увидели, что Земля голубая. Дело в том, что большая часть земной поверхности покрыта водой. Поверхности Земли покрыты водой и только поверхности нашей планеты составляет суша.

Где содержится вода на Земле ? (слайд 5)

На земле вода содержится в морях , озёрах и реках. Вода есть как на поверхности земли, так и под землёй. Под землёй вода содержится в родниках. Очень много воды, находящейся в твёрдом состоянии (лёд) имеются на полюсах нашей планеты - Северном и Южном. Здесь лёд есть и на суше, и в океане.

Зачем она нужна человеку и всему живому? (слайд 6)

Мы на 80 % состоим из воды. Без воды человек может прожить только 3 дня. Тело медузы на 90 – 95% состоит из воды.

В теле животных вода обычно составляет больше половины массы.

Вода содержится во всех частях растений. Много сока в плодах – арбузе, апельсине, лимоне. Этот сок - вода с растворёнными в ней различными веществами. Но даже в сухих семенах растений есть вода .

Воду пьют поля и леса. Без неё не могут жить ни звери, ни птицы, ни люди.

(слайд 7)

Но вода не только «поит» , но ещё и кормит – по морям и океанам днём и ночью плывут тысячи рыболовных судов.

Вода «добывает» электрический ток, работая на электростанциях. Вода моет всех людей , города, машины, дороги.

Вода – это самая большая и удобная дорога. По ней днём и ночью плывут суда, везут разные грузы, пассажиров.

Откуда наш организм может получить необходимую жидкость?

(слайд 8)

Наш организм может получить необходимую жидкость из еды и напитков.

Какими свойствами она обладает ? (слайд 9)

1. Не имеет формы.

2. Текуча.

3. Бесцветная.

4. Прозрачная.

5. Растворитель. Растворение – это проникновение молекул одного вещества между молекулами другого.

6. Без запаха.

7. Без вкуса.

(слайд 10)

Подводя итог, хочется сказать, что вода является источником жизни на земле. Вода необходима человеку , животному и растению. Поэтому очень важно охранять и беречь её!