Вода и ее свойства

стр. из 16

стр. из 16

Федеральное агентство  по образованию РФ 
Белгородский Государственный Университет 
Факультет Компьютерных наук и телекоммуникаций 
Сети связи и системы коммутации

Реферат 
“Вода и её свойства”

Выполнил 
Студент140907 
Ефимов Никита; 
Проверил: 
Доцент кафедры природопользования  
и земельного кадастра 
Зиновьев В.Г.

 

 

 

Оглавление:

 

                                    Вступление

Воды являются важнейшим компонентом  окружающей природной среды, возобновляемым, ограниченным и уязвимым природным ресурсом, используются и охраняются в Российской Федерации как основа жизни и деятельности народов, проживающих на ее территории.

Водный кодекс РФ, введение

 

 

В самом деле, три четверти поверхности  нашего мира заняты водой – океанами, морями, озерами, реками, а пятая часть суши покрыта снегом и льдом. Пары воды присутствуют в атмосфере, сообщая ей влажность, формируют облака и тучи, проливаются на землю дождем. В почве и верхнем слое земной коры находятся подпочвенные воды и скрытые подземные водоемы. Наконец, животные и растения большей частью состоят из воды, в том числе и человек: вода составляет 70 % массы нашего тела. Пожалуй, в распространенности воды, в том, что водой все «проникнуто и охвачено», и заключается ее  уникальное свойство. В конце концов, если припомнить биологию то жизнь возникла именно в первичном океане(хотя это только одна из теорий), а это говорит о многом…

 

Вторым  по значению свойством является способность  воды растворять вещества. Вода – универсальный растворитель. Благодаря этому ее состав не исчерпывается формулой H2O. В воде растворяются практически все элементы Периодической таблицы, а также газы, основания, кислоты, соли и органические вещества. Все прочие жидкости, которые мы пьем, или употребляем с пищей, или используем в быту и технике, – все, начиная от спирта, вина, духов, микстур и кончая электролитами, жидкими маслами и бензином, – являются водными растворами той или иной концентрации. При этом множество веществ, которые в газообразной или твердой фазе состоят из нейтральных молекул, в воде диссоциируют, то есть распадаются на ионы, а это ведет к изменению как их свойств, так и свойств самого раствора. Говоря простейшим языком, диссоциация резко увеличивает способность веществ вступать в химические и биохимические реакции. Огромное количество этих реакций, включая явление, называемое жизнью, протекает именно в водной среде.

 

Третье  уникальное свойство воды заключается  в том, что на Земле она присутствует одновременно в трех состояниях или, употребляя физическую терминологию, в трех фазах – газообразной, жидкой и твердой, то есть в виде водяного пара, собственно жидкой воды и льда. Не пытайтесь отыскать другое вещество, которое обладало таким же свойством! Немногие из нас помнят точки плавления железа и твердого кислорода и точки их кипения, но эти характеристики для воды мы затвердили наизусть, ибо на них основана температурная шкала Цельсия: 0 °C – точка плавления льда, +100 °C – точка кипения воды. Но вода с легкостью переходит в пар и при более низких температурах, о чем известно всякому: выстиранная ткань быстро высыхает, как и вымытая посуда. И мы, конечно, знаем о необычном свойстве воды расширяться при замерзании, о том, что лед легче воды, тогда как у остальных веществ все происходит наоборот: при охлаждении и переходе в твердую фазу их объем уменьшается.

Как видим, вода – уникальная субстанция, и достойна более подробного рассмотрения, так зачем же тянуть?

 

Происхождение Воды.

Казалось бы, начинать нужно со строения воды, но не всё так просто. Мы настолько привыкли к тому, что повсюду нас окружает вода, что даже не задумываемся над тем, откуда взялась вода. Вода, как считают многие специалисты, попала на Землю или из комет, метеоритов, или получилась в результате взаимодействия водорода с кислородом воздуха, занесённого солнечным ветром в виде протонов.

Однако  совершенно не учитывается, что вода способна разлагаться под действием  ультрафиолета и ионизирующих излучений  с образованием свободного водорода, а тот практически совсем не удерживается земной гравитацией. А миллиард лет назад, жёсткая составляющая электромагнитного излучения Солнца, интенсивность потоков заряженных частиц была много выше, чем сейчас. Соответственно, исход водорода с поверхности Земли намного превышала его приток из солнечных протонов. Также, нет никакого ответа на вопрос: а как вода попала в земные недра, где её раз в десять больше чем на поверхности?

Попробуем дать ответ. Согласно гипотезе Б.М. Кужевского, у нашего Солнца имеется, так называемая, «нейтронная корона». То есть, Солнце обстреливает Землю нейтронами, которые имеют очень малую энергию и задерживаются даже земной атмосферой. Но представим себе, что когда-то, миллиарды лет назад, «нейтронная корона» была много мощнее, чем сейчас. Тогда, быстрые нейтроны «прошивая» земные недра, и замедляясь углеродом (из которого тогда, в основном, состояла Земля), претерпевали бета-распад. Или, иначе говоря, превращались в протоны (а также электроны и антинейтрино). Протоны являются ядрами атомов водорода. Если же учесть, что нейтронное излучение относится к проникающим видам, то, становится понятно как водород мог попасть в земные недра и образовать различные углеводороды. Причём, следует учесть что такая «бомбардировка» продолжалась миллионы, и даже десятки миллионов лет как минимум, поскольку Солнце быстрее успокоиться просто не могло. Вода же, как и целый ряд органических соединений, возникла в результате взаимодействия углеводородов с оксидами и кислородсодержащими соединениями различных металлов, поскольку, свободный кислород отсутствовал и образовался как раз из воды, а не наоборот.

 

Так вот, ещё  немного о воде. Она – своеобразная «химическая яма» для водорода, так  как кислород «серебряный призёр»  среди неметаллов. И он вытесняет другие неметаллы из их водородсодержащих соединений. Результатом, конечно же, является вода. И исключение здесь, вроде бы, составляет лишь фтор. Но фтор образует фтористый водород, способный взаимодействовать с силикатами и оксидом кремния опять же с образованием воды! Так, что, если «смешать в кучу» все химические элементы, то водород и кислород обязательно, рано, или поздно, соединятся в воду, если, конечно, температура не будет превышать 2000 °С

 

Строение Воды

Ну что ж, с происхождением вода вроде как разобрались, теперь давайте задумаемся над строением.

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 элементовода

Анализируя  состав молекулы воды (рис. 1.7), можно  сказать, что в ней два атома  водорода

и один атом кислорода «нашли друг друга».

Рис. 1.7. Схематическое изображение  молекулы воды

 

           Современной науке известно несколько моделей, с помощью которых можно разрешить многие аномальные свойства воды. Считается, что некоторые свойства определяются количеством ассоциаций молекул мономеров (Н2О)1, димеров (Н2О)2 и тримеров (Н2О)3, которые преимущественно присутствуют в воде при различных температурах.

 

Рис. 1.8. Мерцающие кластеры воды

            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.1.8). 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. 1.9), в середине которого размещен центр молекулы, а в углах - электрические заряды.

 

Рис. 1.9. Схема молекулы воды в виде тетраэдра

            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.

Ну что ж, думаю что из всего  вышеизложенного следует то, что строение воды достаточно сложно для нас, простых обывателей, но если задуматься, то всё становится ясно.

 

Что такое структурированная  вода? Структуризация воды.

 

Если излагать кратко, утрируя и  упрощая модели протекания реальных химических реакций, то структурированность  воды можно описать следующим  образом:

Общеизвестная формула Н20 говорит  о том, что молекула воды состоит  из одного атома кислорода и двух атомов водорода:

Рассмотрим, каким образом образуется такая молекула.

1. Атом водорода - положительно  заряженное ядро и вращающийся  на орбите отрицательно заряженный электрон.

2. Атом кислорода - положительно  заряженное ядро, вокруг которого  на трех орбитах вращается  8 электронов. Но последняя орбита "недостроена" - готова принять  2 электрона от других элементов. 

3. Эти электроны кислород перетягивает от двух атомов водорода (по одному от каждого). Таким образом устанавливается связь между атомом кислорода и двумя атомами водорода.

4. В результате и получаем  молекулу Н2О, которая состоит  из одного атома кислорода  и двух атомов водорода (по  одному от каждого). Таким образом устанавливается связь между атомом кислорода и двумя атомами водорода.

 

Итак, атомы водорода отдали электроны  атому кислорода. При этом от атомов водорода остаются только ядра, несущие, как было отмечено выше, положительный  заряд ("+"), а у кислорода, после принятия электронов, получился избыток отрицательного заряда

(два "-").

 

 

В результате в полученной молекуле - четыре центра образования новых  связей, т.е. четыре "островка", которые  могут установить новые связи  с другими элементами - два положительных и два отрицательных. Вот эти "островки" и устанавливают новые связи с другими молекулами - водородные связи. Разумеется, связи будут установлены островками с противоположным знаками.

 

 

На рис. 3 рассмотренная нами молекула (в центре) установила посредством четырех водородных мостов связи с четырьмя другими молекулами. У каждой из этих четырех молекул по три свободных "заряженных" бугорка - два отрицательных и один положительный. Т.е. 12 (4x3) центров образования готовых связей (рис. 4,5). Указанные 12 центров могут присоединить еще 12 молекул воды (рис.6).

 

 

Вероятность дальнейших новообразований  резко падает и составляет уже  настолько малую величину, что  дальнейшего усложнения этого образования (рис.6), без привлечения дополнительных факторов, просто не предвиделось бы, однако в случае появления такой фигуры значительно увеличивается вероятность схлопывания ее в полностью достроенную фигуру (рис.7).

 

 

 

Вышеизложенное показывает принцип  построения из единичных молекул  Н2О сложных полимерных молекул (ассоциативов, кластеров).

Вода, состоящая из таких кластеров  и называется структурированной  водой.

Следует заметить , что употребление структурированной воды способствует:

- снижению количества холестерина  в крови 

- нормализации артериального давления

- улучшению обмена веществ 

- выведению песка и мелких  камней из почек и желчного  пузыря 

- улучшению сна 

- улучшению реакции организма  на прием лекарственных средств.

- восстановлению нормальной кислотности. 

 

Регулярное полоскание полости рта помогает:

- удалить зубные камни 

- вылечить пародонтоз 

- очистить зубную эмаль от  мягкого налета.

 

Целебное действие свежей структурированной природной воды заключается в замене клеточной воды с частично разрушенной структурой на индивидуально структурированную воду, что позволяет увеличить время жизни и эффективность работы абсолютно всех клеток человека. Также оно проявляется в благоприятном комплексном воздействии на весь организм в целом, что позволяет организму самому гасить внутренние очаги патологий.

Но тем  не менее,научно доказана лишь возможность  структуризации воды, остальное пока что не имеет под собой никаких  фундаментальных трудов. Впрочем, всё  может быть. Абсолютно.

 

Вода в природе.

            Вода широко распространена в природе. Гидросфера - водная оболочка Земли, включающая океаны, моря, озёра, водохранилища, реки, подземные ВОДА, почвенную влагу, составляет около 1,4-1,5млрд.км3,причём на

долю воды суши приходится всего около 90 млн. км3. Из них подземные воды составляют 60, ледники 29, озёра 0,75, почвенная влага 0,075, реки 0,0012 млн. км3. В атмосфере Вода находится в виде пара, тумана и облаков, капель дождя и кристаллов снега (всего около 13-15 тыс. км3). Около 10% поверхности суши постоянно занимают ледники. На севере и северо-востоке СССР, на Аляске и С. Канады - общей площадью около 16 млн. км2всегда сохраняется подпочвенный слой льда (всего около 0,5 млн. км3).

            В земной коре - литосфере содержится, по разным оценкам, от 1 до 1,3 млрд. км3 воды, что близко к содержанию её в гидросфере. В земной коре значительные количества воды находятся в связанном состоянии, входя в состав некоторых минералов и горных пород (гипс, гидратированные формы кремнезёма, гидросиликаты и др.). Огромные количества воды (13-15 млрд.км3) сосредоточены в более глубоких недрах мантии Земли. Выход воды, выделявшейся из мантии в процессе разогревания Земли на ранних стадиях её формирования, и дал, по современным воззрениям, начало гидросфере. Ежегодное поступление воды из мантии и магматических очагов составляет около 1 км3.