x
Главная О компании Каталог Услуги Оформить заявку Статьи Контакты
      



1 Химически чистая вода

Прежде всего необходимо напомнить: когда мы говорим о природной воде, все суждения должны быть отнесены не к воде как таковой, а к водным растворам разных, фактически всех, элементов Земли. До сих пор получить химически чистую воду не удалось. Например, в одном из опытов немецкий химик В.Ф. Кольрауш подвергал воду 42 циклам дистилляции подряд, причем вода находилась в сосуде, с которым ученый работал до этого опыта в течение 10 лет. Следовательно, можно было предположить, что из стенок сосуда в выпариваемую воду ничего не перейдет. Степень чистоты воды, полученной в опыте Кольрауша и определенной по электропроводимости, оказалась в 100 раз больше, чем у монодистиллированной (один цикл дистилляции) воды. Но все-таки эту воду нельзя назвать абсолютно чистой: в дистиллированной воде сразу же растворяются газы земной атмосферы и, вероятно, все-таки частицы стенок сосуда. В воде есть и «собственные» примеси: при обычной температуре из каждого миллиарда молекул воды образуется два иона – Н+ и ОН-. Ион Н+ немедленно присоединяется к молекуле воды, образуя ион гидроксония Н3О+ 

 Строение молекул и ассоциатов природной воды 2 Строение молекул и ассоциатов природной воды

Самая простая принятая сегодня модель молекулы воды – тетраэдр.

Тетраэдр (модель):

а – вид на молекулу воды со стороны атомов водорода;

б – вид на молекулу воды со стороны атома кислорода;

в – заряды (электроны, расположенные в молекуле воды в виде тетраэдра)

В действительности одиночные молекулы воды при нормальных температуре и давлении не существуют. Есть несколько гипотез, описывающих строение и свойства ассоциатов воды. Однако единое понимание пока не достигнуто.

Схема процесса образования из одного атома кислорода и двух атомов водорода

(а) молекулы воды (б); в – молекула воды и ее размеры

Схема процесса образования из одного атома кислорода и двух атомов водорода

Существует и вполне обоснованное мнение о том, что в воде, кроме ионов Н+, Н3О+ и ОН- (отвлекаясь от инородных примесей), содержатся и другие ионы: Н9О4 + и Н7О4-. По этой гипотезе в воде идет реакция: Н9О4 + + Н7О4 - = 8 Н2О.

Не лишено основания предположение ряда ученых-физиков: из-за асимметричного расположения электрических зарядов в молекуле воды все молекулы связаны друг с другом – каждый из ионов  водорода одной молекулы притягивает к себе электроны атомов кислорода в соседних молекулах. И можно сказать: все молекулы воды связаны в одну пространственную сетку, то есть океан – одна гигантская молекула. Но составные части этой макромолекулы находятся в постоянных изменениях в зависимости от внешних условий (температуры и др.).

3 Состав природной воды.Изотопы

Вследствие существования изотопов водорода и кислорода молекулярная масса воды может отличаться от 18. В природной воде найдены три изотопа водорода и три изотопа кислорода. Искусственно созданы два изотопа водорода и пять изотопов кислорода. Теоретически сегодня можно говорить о 135 различных видах воды. Но только девять из них устойчивые. Соотношение этих стабильных изотопов в природной воде, % мол.:

1Н2 16О – 99,73; 1Н218О – 0,20; 1Н217О – 0,04; 1Н2Н16О ~0,03%. Другие изотопы присутствуют в ничтожном количестве.

4. Физические свойства воды

Полярная асимметричная структура воды и разнообразие ее ассоциатов обусловливают удивительные аномальные физические свойства воды. Вода достигает наибольшей плотности при плюсовой температуре, у нее аномально высокие теплота испарения и теплота плавления, удельная теплоемкость, температура кипения и замерзания. Например, можно сравнить воду с аналогичными водородными соединениями подгруппы кислорода периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Исходя из температур кипения и замерзания гидридов серы H2S, селена H2Se и теллура H2Te, вода (гидрид кислорода) должна была бы кипеть при температуре минус 80°С и замерзать при минус 100°С. В действительности вода кипит при +100°С и замерзает при 0°С.

Наибольшая плотность воды при температуре +4°С обеспечивает жизнь в воде зимой. Плотность чистой воды, свободной от воздуха, при атмосферном давлении 0,1 МПа равна 1,00000 г/мл. При любых других температурах плотность меньше. Большая удельная теплоемкость – 4,1855 Дж/(г ·°С) при 15°С – способствует регулированию температуры на Земле из-за медленного нагревания и остывания масс воды. У ртути, к примеру, удельная теплоемкость при 20°С – только 0,1394 Дж/(г ·°С).

Вообще теплоемкость воды более чем вдвое превышает теплоемкость любого другого химического соединения. Этим можно объяснить выбор воды в качестве рабочего тела в энергетике. Аномальное свойство воды – расширение объема на 10% при замерзании обеспечивает плавание льда, то есть опять сохраняет жизнь подо льдом. Еще одно чрезвычайно важное свойство воды – исключительно большое поверхностное натяжение. Молекулы на поверхности воды испытывают действие межмолекулярного притяжения с одной стороны. Так как у воды силы межмолекулярного взаимодействия аномально велики, то каждая плавающая на поверхности воды молекула как бы втягивается внутрь слоя воды. У воды поверхностное натяжение равно 72 мН/м при 25°С. В частности, этим свойством объясняется шаровая форма воды в условиях невесомости, поднятие воды в почве и в капиллярных сосудах деревьев, растений и т.д. Для сравнения: у этилового спирта при этой же температуре поверхностное натяжение в 3,5 раза меньше.

Вернуться к списку статей