Вода. Титульник оглавление
 Скачать 35.88 Kb.
|
|
ТИТУЛЬНИК Оглавление Введение……………………………………………………………..3 Физические свойства воды…………………………………………4 Гидрология……………………………………………………….….8 Уникальные свойства воды…………………………………….….12 Заключение…………………………………………………………15 Список использованной литературы……………………………..16 Введение Вода - древний универсальный символ чистоты, плодородия и источник самой жизни. В природе существует около 1330 видов воды. Они различаются по происхождению (весна, дождь, почва, свежий или давно лежит снег и т.д.), по количеству и характеру растворенных в нем веществ. Вода является наиболее распространенным веществом на земле. 3/4 поверхности земного шара покрыто водой в виде океанов, морей, рек и озер. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в земной атмосфере; в виде огромных масс снега и льда на горных вершинах и в полярных странах. Вода очень важна в жизни растений, животных и людей. Происхождение жизни на Земле происходит благодаря воде. В организации это среда, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнеспособность организма, а также участвует в ряде биохимических реакций в качестве растворителя. Актуальность темы заключается в том, что вода это самое важное вещество на Земле без которого не может существовать ни один живой организм и не могут протекать ни какие биологические, химические реакции, и технологические процессы. Целью работы является изучение воды как объекта физики Для реализации задач в работе необходимо: Рассмотреть физические свойства воды Расссмотреть гидрологию Рассмотреть уникальные свойства воды Структура работы: работа состоит из введения, основной части, в которую входят пункты о физических свойствах воды, гидрологии, и уникальных свойствах воды. В конце работы приведены выводы в заключении, и список литературы. Физические свойства воды Вода обладает рядом необычных особенностей: 1. При таянии льда его плотность увеличивается (с 0,9 до 1 г/см³). Почти у всех остальных веществ при плавлении плотность уменьшается. 2. При нагревании от 0 °C до 4 °C (точнее, 3,98 °C) вода сжимается. Соответственно, при остывании - плотность падает. Благодаря этому могут жить рыбы в замерзающих водоёмах: когда температура падает ниже 4 °C, более холодная вода как менее плотная остаётся на поверхности и замерзает, а подо льдом сохраняется положительная температура. 3. Высокая температура и удельная теплота плавления (0 °C и 333,55 кДж/кг), температура кипения (100 °C) и удельная теплота парообразования (2250 КДж/кг [1]), по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом. 4. Высокая теплоёмкость жидкой воды. 5. Высокая вязкость. 6. Высокое поверхностное натяжение. 7. Отрицательный электрический потенциал поверхности воды [3]. Все эти особенности связаны с наличием водородных связей. Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По причине этого, а также того, что ион водорода (протон) не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома соседней молекулы. Благодаря этому, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот. Определенную роль играет протонное обменное взаимодействие между молекулами и внутри молекул воды. Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях: 2 атома водорода — каждый в одной, а атом кислорода — в двух; в таком состоянии молекулы находятся в кристалле льда. При таянии льда часть связей рвётся, что позволяет уложить молекулы воды плотнее; при нагревании воды связи продолжают рваться, и плотность её растёт, но при температуре выше 4 °С этот эффект становится слабее, чем тепловое расширение. При испарении рвутся все оставшиеся связи. Разрыв связей требует много энергии, отсюда высокая температура и удельная теплота плавления и кипения и высокая теплоёмкость. Вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями. По сходным причинам вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные — атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества. Это свойство воды используется живыми существами. В живой клетке и в межклеточном пространстве вступают во взаимодействие растворы различных веществ в воде. Вода необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле. Чистая (не содержащая примесей) вода — хороший изолятор. При нормальных условиях вода слабо диссоциирована и концентрация протонов (точнее, ионов гидроксония H3O+) и гидроксильных ионов HO− составляет 0,1 мкмоль/л. Но поскольку вода — хороший растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные соли, то есть в воде присутствуют положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество. По электропроводности воды можно определить её чистоту [4]. Вода имеет показатель преломления n=1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60 % парникового эффекта. Благодаря большому дипольному моменту молекул, вода также поглощает микроволновое излучение, на чём основан принцип действия микроволновой печи. Агрегатные состояния. При атмосферном давлении вода замерзает (превращается в лёд) при температуре в 0 °C и кипит (превращается в водяной пар) при температуре 100 °C. При снижении давления температура плавления воды медленно растёт, а температура кипения — падает. При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01 °C. Такое давление и температура называются тройной точкой воды. При более низком давлении вода не может находиться в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар. Температура возгонки льда падает со снижением давления. При росте давления температура кипения воды растёт, плотность водяного пара в точке кипения тоже растёт, а жидкой воды — падает. При температуре 374 °C (647 K) и давлении 22,064 МПа (218 атм) вода проходит критическую точку. В этой точке плотность и другие свойства жидкой и газообразной воды совпадают. При более высоком давлении нет разницы между жидкой водой и водяным паром, следовательно, нет и кипения или испарения [6]. Так же возможны метастабильные состояния — пересыщенный пар, перегретая жидкость, переохлаждённая жидкость. Эти состояния могут существовать длительное время, однако они неустойчивы и при соприкосновении с более устойчивой фазой происходит переход. Например, нетрудно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0 °C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд. Изотопные модификации воды И кислород, и водород имеют природные и искусственные изотопы. В зависимости от типа изотопов, входящих в молекулу, выделяют следующие виды воды: 1. Лёгкая вода (просто вода). 2. Тяжёлая вода (дейтериевая). 3. Сверхтяжёлая вода (тритиевая) [2]. Вода является наиболее распространённым растворителем на Земле, во многом определяющим характер земной химии, как науки. Большая часть химии, при её зарождении как науки, начиналась именно как химия водных растворов веществ. Её иногда рассматривают, как амфолит — и кислоту и основание одновременно (катион H+ анион OH-). В отсутствие посторонних веществ в воде одинакова концентрация гидроксид-ионов и ионов водорода (или ионов гидроксония), pKa ≈ ок. 16. Химические названия воды С формальной точки зрения вода имеет несколько различных корректных химических названий: 1. Оксид водорода 2. Гидроксид водорода 3. Монооксид дигидрогена 4. Гидроксильная кислота 5. англ. hydroxic acid 6. Оксидан (англ. oxidane) 7. Дигидромонооксид [7] Таким образом, сама по себе вода относительно инертна в обычных условиях, но её сильно полярные молекулы сольватируют ионы и молекулы, образуют гидраты и кристаллогидраты. Сольволиз, и в частности гидролиз, происходит в живой и неживой природе, и широко используется в химической промышленности. Гидрология Гидрология - это наука, изучающая природные воды, их взаимодействие с атмосферой и литосферой, а также явления и процессы, происходящие в них (испарение, замерзание и т. д.). Предметом гидрологии являются все виды вод гидросферы в океанах, морях, реках, озерах, водохранилищах, болотах, почве и подземных водах. Гидрология изучает круговорот воды в природе, влияние на него деятельности человека и управление режимом водных объектов и водным режимом отдельных территорий; анализирует гидрологических элементов для отдельных территорий и земли в целом; оценивает и прогнозирует состояние и рациональное использование водных ресурсов; использует методы, используемые в географии, физике и других науках. Данные морской гидрологии используются при плавании и ведении боевых действий надводными кораблями и подводными лодками. Гидрология делится на океанологию, гидрологию суши и гидрогеологию. Океанология делится на биологию океана, химию океана, геологию океана, физическую океанологию и взаимодействие океана и атмосферы. Гидрология суши делится на речную гидрологию (речная гидрология), науку об озерах (лимнологию), болотоведение, гляциологию. Чистая вода прозрачная, бесцветная, без запаха и вкуса, в ней обитает множество рыб, растений и животных. Загрязненные воды мутные, с неприятным запахом, не пригодны для питья, часто содержат огромное количество бактерий и водорослей. Система самоочистки воды не работает из-за избытка в ней антропогенных загрязняющих веществ [8]. В гидрологии бывают следующие разделы: Изотопная гидрология изучает изотопические характеристики воды. Гидрология суши изучает гидрологические процессы, протекающие на поверхности Земли. Гидрометрия изучает методы и средства количественного учёта различных элементов водных объектов и их режимов. Гидрохимия изучает химические характеристики природных вод. Гидробиология изучает на стыке с биологией вопросы жизни и биологических процессов в воде. Гидрогеология изучает происхождение, условия залегания, состав и закономерности движений подземных вод. Гидрометеорология изучает обменные процессы между поверхностью воды и нижними слоями атмосферы. Гидрография описывает физико-географические условия, режимы хозяйственного использования рек, озёр, водохранилищ и т. д. Гидрофизика изучает физические процессы, протекающие в гидросфере; в частности, взаимодействие водных объектов с атмосферой, термические, акустические, оптические и другие физические свойства воды и физические процессы, протекающие в водных объектах, а также в снеге и льде (является так же разделом геофизики). Гидрология почв изучает, как раздел почвоведения, водный режим почв [6]. Снижение содержания кислорода. Органические вещества, содержащиеся в сточных водах, разлагаются ферментами аэробных бактерий, которые поглощают растворенный в воде кислород и выделяют углекислый газ по мере поглощения органических остатков. Хорошо известными конечными продуктами разложения являются углекислый газ и вода, но также могут образовываться многие другие соединения. Например, бактерии перерабатывают азот, содержащийся в отходах, в аммиак (NH3), который при соединении с натрием, калием или другими химическими элементами, образует соли азотной кислоты - нитраты. Сера преобразуется в сероводородные соединения (вещества, содержащие радикал-SH или сероводород H3S), которые постепенно превращаются в серу (S) или в сульфат-ион (SO4-), также образующий соли. В водах, содержащих фекалии, остатки растений или животных, поступающие с предприятий пищевой промышленности, бумажные волокна и остатки целлюлозы от предприятий целлюлозно-бумажной промышленности, процессы разложения протекают почти таким же образом. Поскольку аэробные бактерии используют кислород, первым результатом разложения органических остатков является снижение содержания кислорода, растворенного в сточных водах, принимающих сточные воды. Она меняется в зависимости от температуры, а также в некоторой степени от солености и давления. Пресная вода при температуре 20°C и интенсивной аэрации в одном литре содержит 9,2 мг растворенного кислорода. С повышением температуры воды этот показатель уменьшается, а при ее охлаждении увеличивается. В соответствии к стандартам, применяемым при проектировании городских очистных сооружений, для разложения органических веществ, содержащихся в одном литре городских сточных вод обычного состава, требуется примерно 200 мг кислорода при температуре 20°C в течение 5 дней. Это значение, называемое биохимической потребностью в кислороде (БПК), принимается в качестве стандарта при расчете количества кислорода, необходимого для очистки данного объема сточных вод. Значения БПК сточных вод кожевенной, мясной и сахарной промышленности гораздо выше, чем в городских сточных водах. В неглубоких водотоках с быстрым течением, где вода интенсивно перемешивается, поступающий из атмосферы кислород компенсирует истощение его запасов, растворенных в воде. В то же время углекислый газ, образующийся при разложении веществ, содержащихся в сточных водах, испаряется в атмосферу. Таким образом, сокращается период неблагоприятного воздействия процессов органического разложения. И, наоборот, в водоемах со слабым течением, где воды медленно перемешиваются и изолированы от атмосферы, неизбежное снижение содержания кислорода и увеличение концентрации углекислого газа влекут за собой серьезные изменения. Когда содержание кислорода снижается до определенного уровня, рыбы голодают, и другие живые организмы начинают умирать, что, в свою очередь, приводит к увеличению объема разлагающегося органического вещества [7]. Большая часть рыбы погибает из-за отравления промышленными и сельскохозяйственными стоками, но много также из-за недостатка кислорода в воде. Рыбы, как и все живые существа, поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Если в воде мало кислорода, но высокая концентрация углекислого газа, интенсивность их дыхания снижается (известно, что вода с высоким содержанием углекислоты, т. е. растворенного в ней углекислого газа, становится кислой). Таким образом, в водах, испытывающих термическое загрязнение, часто создаются условия, приводящие к гибели рыбы. Там содержание кислорода снижается, так как он плохо растворим в теплой воде, но потребность в кислороде резко возрастает, так как увеличиваются темпы его потребления аэробными бактериями и рыбами. Добавление кислот, таких как серная кислота, в дренажные воды из угольных шахт также существенно снижает способность некоторых видов рыб извлекать кислород из воды. Уникальные свойства воды Вода - самое знакомое вещество на Земле. Он сопровождает каждый миг нашей жизни, но знаем ли мы секрет, который хранит в себе этот удивительный элемент? Откуда она взялась? Кто и зачем подарил ему нашу планету-единственную во всей Вселенной? Может быть, сама вода знает ответы на эти вопросы? В конце концов, сегодня на Земле его так же много, как и тогда, когда все начиналось, когда мир рождался, принимая знакомые формы и ощущения. Но ни один ученый не может объяснить, например, почему плотность воды увеличивается при отрицательной температуре и уменьшается при плюсовой. Любое вещество при охлаждении сжимается, а вода наоборот, расширяется – это уникальное свойство начали использовать в далеком прошлом. Северные народы добывали камень для строительства, заливая воду в расщелины скал перед замерзанием. На юге деревянные клинья вбивали в трещины в скале и заполняли водой, набухая, эти клинья разрывали камень. Гораздо позже ученые обнаружили, что, находясь в порах и капиллярах, вода способна создавать огромное давление. В зерне, например, в момент прорастания оно может достигать четырехсот атмосфер, из-за чего росток легко пробивает асфальт. Юго-Восточная Азия, 1956 год. Закрытая лаборатория Военного института по разработке и производству оружия массового уничтожения. Они уже несколько лет работают над созданием сильнейшего бактериологического оружия нового поколения. Свойства, которыми он должен обладать, обсуждаются на секретных встречах. Внезапно он прерывается, и всех участников доставляют в больницу с симптомами тяжелого пищевого отравления. Начинается расследование, которое сразу же заходит в тупик. Кроме воды в графинах, ученые больше ничего не использовали. Воду проверили-вредных примесей нет, химический состав - H3O. вот что они написали в отчете:" причиной отравления стала обычная вода " [1]. Через 20 лет была выдвинута фантастическая гипотеза, которая могла бы оправдать непредсказуемое поведение воды: "у воды есть память!"Результаты экспериментов, проведенных во многих странах, показали, что вода воспринимает и улавливает любое воздействие, запоминает все, что происходит в окружающем пространстве. Догадывались ли об этом наши предки, когда превращали обычную воду в целебную, используя для этой цели сосуды из серебра. Рустум Рой, профессор Пенсильванского университета, член Международной академии США, говорит, что на сегодняшний день это лучший производимый антибиотик. Настолько хорошо, что в Афганистане и Ираке американские войска используют серебряную воду. Для уничтожения всех микробов нужен один атом на 100 миллионов [5]. Улавливая новую информацию, вода приобретает новые свойства, в то время как ее химический состав остается неизменным. Структура воды-это то, как организованы ее молекулы. Они сгруппированы в группы, называемые кластерами. Ученые предположили, что кластеры-это своего рода ячейки памяти, в которые вода записывает все, что она видит, слышит и чувствует, как на магнитофон. Современные устройства смогли зафиксировать, что в каждой ячейке памяти воды имеется 440 тысяч информационных панелей, каждая из которых отвечает за свой тип взаимодействия с окружающей средой. Мартин Чаплин:"если рассматривать кластер как группу определенных молекул, то время его жизни небольшая, но если говорить о нем как о структуре, которую могут оставлять молекулы и в которую могут входить молекулы, то кластер может эффективно существовать длительное время". Именно стабильность кластерной структуры подтвердила гипотезу о способности воды улавливать и хранить информацию. На практике полив структурированной водой сокращает время созревания овощей и увеличивает количество полезных микроэлементов и растительного белка в несколько раз. Интересно, что при поливе структурированной водой ее нужно гораздо меньше на 20%, чем обычно. Удобрения не добавляются ни в почву, ни в воду, химический состав воды остается прежним H3O, изменилась только ее структура. Сегодня ученые могут ответить только на вопрос: как это происходит? На вопрос: почему? В науке нет ответа. Прежде чем попасть в наши дома, вода проходит долгий и трудный путь. В природе реки и ручьи текут по плавно меняющимся каналам, в то время как в системе водоснабжения вода много раз поворачивает под прямым углом. С каждым таким поворотом его естественная структура все больше и больше разрушается.Таким образом, уникальные свойства воды напрямую зависят от способности ее молекул образовывать межмолекулярные ассоциаты. Эта возможность обеспечивается водородными связями, а также ориентационными, дисперсионными и индукционными взаимодействиями (ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями). Молекулы воды являются продуктом как ассоциативных образований (которые, по сути, не имеют организованной структуры), так и кластеров (которые одинаковы и отличаются наличием упорядоченной структуры). Под кластером обычно понимают интеграцию нескольких идентичных по составу элементов. Такая интеграция становится самостоятельной единицей и характеризуется наличием определенных свойств. Если мы говорим о состоянии жидкости, то интегрированные соседние молекулы воды способны образовывать нестабильные и переходные структуры. Когда дело доходит до замороженного состояния, одна молекула имеет прочную связь с четырьмя другими подобными молекулами. Заключение В результате проделанной работы следует сделать вывод, что даже сейчас значительной части населения нашей планеты не хватает чистой воды. А если учесть, что 800 миллионов домохозяйств расположены в сельской местности, то где они примерно проживают? Если у человечества не будет проточной воды, то проблема "водного голода" станет поистине глобальной. Это особенно остро ощущается в развивающихся странах, где около 90% населения пользуется некачественной водой. Недостаток чистой воды становится одним из важнейших факторов, препятствующих прогрессивному развитию человечества. Вода используется во всех сферах хозяйственной деятельности человека. Практически невозможно назвать ни одного производственного процесса, в котором не использовалась бы вода. В связи с быстрым развитием промышленности и ростом городского населения потребление воды увеличивается. Защита водных ресурсов и источников от истощения, а также от загрязнения сточными водами имеет первостепенное значение. Всем известно, какой вред наносят сточные воды обитателям водоемов. Еще более страшным для человека и всего живого на Земле является появление токсичных химических веществ в речных водах, смывающихся с полей. Таким образом, присутствия 2,1 части пестицида (эндрина) на миллиард частей воды в воде достаточно, чтобы убить всю рыбу в ней. Неочищенные сточные воды из населенных пунктов, сбрасываемых в реки, представляют огромную угрозу для человечества. Эта проблема решается путем реализации таких технологических процессов, при которых сточные воды не сбрасываются в резервуары, а после очистки снова возвращается в технологический процесс. Список использованной литературы Айвазов З.Б. Целебные свойства воды. – М.: ЭКСМО, 2004. – 348 с. Карцова А.А. Покорение вещества: Органическая химия.- М.: Высшая школа, 2005. – 329 с. Курик М.В. Свойства воды и сознание человека. Космология и астрофизика, 2001г., №1, с.33. Масару Емото Послания, исходящие от воды. – М.: ЭКСМО,2006. – 402 с. Масару Эмото., Юрген Флиге. Исцеляющая вода. - М.: София, 2007г. – 144 с. Маленков Г.Г. Структура и динамика жидкой воды // 2006г., т.47, приложение, с.5-35. Неумывакин И.П. Вода. Жизнь и здоровье. - М.: Диля, 2005г. – 128 с. Никитина Т. Вода, которая исцеляет. – М.:АСТ,2007. – 159 с. Петрянов И.В. Самое необыкновенное вещество в мире. 2006г. – 52 с. Сергеев Б.Ф. Вещество, которое создало нашу планету. - М,: АСТ, 2005г. – 149 с. |