Вода – окис водню Н2О – стійке в звичайних умовах з'єднання водню і кисню (11,19 % водню і 88,81 % кисню по масі), відповідно молярна маса води = 18. Чиста вода –прозора рідина без запаху і смаку. У природі існують два стабільні ізотопи водню 1Н і 2D, а також три стабільні ізотопи кисню: 16О, 17О, 18О. Їм відповідають дев'ять відомих ізотопних різновидностей води, з яких найбільш поширені в природі Н216О (99,73 %); Н217О (0,04 %); Н218О (0,2 %); НD16О (0,03 %). Особливий інтерес являє важка вода D2О як сировина для виробництва термоядерних бомб і пальне для керованої термоядерної реакції. У гідросфері розсіяна надважка вода Т2О, яка містить радіоактивний ізотоп водню – тритій. Вміст надважкої води у водах гідросфери оцінюється в 13 20 кг. Найважливіші фізичні константи води наведені в таблиці 3.1. Таблиця 3.1 Найважливіші фізичні константи води Показник Константа Густина:лід (0° С) вода (0° С) 917 кг/м3999 кг/м3 Температура плавлення 0° С Температура кипіння 100° С Питома теплота плавлення 3,18 · 105Дж/кг Питома теплота пароутворення (100° С) 2,26 · 106 Дж/кг Питома теплоємність (20° С) 4182 Дж/(кг·К) Показник заломлення (20° С) 1,333 Діелектрична проникність (20° С) 81 Швидкість звуку (20° С) 1483м/с
Багато фізичних властивостей води є аномальними по відношенню до споріднених сполук. Вода відрізняється аномально високими температурами плавлення і кипіння. Густина води при охолодженні зростає подібно до інших рідин, але тільки до температури +4,0° С. При температурі +3,98° С спостерігається максимум густини води (1000 кг/м3) і в процесі подальшого охолодження до точки замерзання густина води зменшується. В точці замерзання густина льоду стрибкоподібно падає, тоді як у інших речовин при кристалізації густина зростає. Ця аномальна поведінка густини води біля точки кристалізації (рис. 3.1) має неоціненне значення для існування живого у воді; в досить глибоких водоймах вода ніколи не охолоджується нижче +4,0° С. Лід, що плаває на поверхні води, діє як додатковий тепловий екран, який захищає воду від охолодження і не пропускає теплове випромінювання назовні.
Рис.3.1. Густина води біля точки плавлення
Аномально високі значення для води, порівняно із подібними сполуками, мають питома теплота плавлення і випаровування та питома теплоємність, що робить воду і гідросферу в цілому планетним акумулятором тепла порівняно із материками. Аномалії фізичних властивостей води зумовлені особливостями структури молекули води (рис. 3.2) та міжмолекулярних взаємодій у рідині і твердому стані. Три атоми молекули води утворюють рівнобедрений трикутник з протонами в основі і атомом кисню у вершині. Електронні орбіти в молекулі води орієнтовані так, що утворюються 4 електричні полюси (рис. 3.2). З них 2 позитивні полюси пов'язані з атомами водню, електрони яких зміщені до кисню, та 2 негативні – з атомом кисню. Всі чотири полюси знаходяться у вершинах тетраедра, завдяки чому молекула води характеризується значним дипольним моментом (1,86 Дебай); чотири просторово розділені полюси утворюють з сусідніми молекулами води чотири водневі зв'язки.
Рис. 3.2. Структура молекули води
Водневі зв'язки на порядок сильніші, ніж сили міжмолекулярної взаємодії більшості речовин, тому для плавлення, випаровування і нагрівання води необхідні відповідно більші енергетичні затрати. Це пояснює аномально великі значення питомої теплоти. Завдяки високій діелектричній проникності вода є найбільш універсальним розчинником, у першу чергу солей, лугів, кислот. З органічних речовин у воді розчиняються ті сполуки, що мають полярні групи (– ОН, – NH2 та ін.). Особливе значення для біосфери має здатність води розчиняти гази, в першу чергу кисень і вуглекислий газ. Лужні і лужноземельні метали при звичайній температурі реагують з водою, розкладаючись на водень і відповідний гідроксид. При високих температурах вода реагує майже з усіма металами. Цим зумовлене явище корозії. Вода є найкращим розчинником для більшості сполук. Процес розчинення речовин, як правило, супроводжується явищами гідролізу і гідратації. При розчиненні у воді кислотних і лужних оксидів утворюються відповідні кислоти і луги. Наявність хоча б слідів води необхідна для переважної більшості хімічних реакцій. Навіть сліди води різко змінюють багато фізичних властивостей речовин: температуру кипіння, плавлення, поверхневий натяг і т. д.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Фізико-хімічні властивості води» з дисципліни «Раціональне використання та охорона водних ресурсів»
