Лекция 2. Вода и ее свойства
Вода — химическое соединение кислорода и водорода, которое принято обозначать формулой Н2О. Существование неподеленных электронных пар определяет возможность образования в молекуле воды двух водородных связей. Еще две связи возникают за счет двух водородных атомов. Благодаря этому каждая молекула воды в состоянии образовать четыре водородные связи.
Для молекулы воды характерно дипольное строение и в воде одновременно присутствуют одиночные (моногидроли), двойные и тройные молекулы. Их соотношение меняется в зависимости от температуры. Во льду доминируют тройные молекулы, обладающие наибольшим объемом. При повышении температуры скорость движения молекул возрастает и силы притяжения между молекулами оказываются недостаточными. В жидком состоянии вода представляет собой смесь дигидролей, тригидролей и моногидролей. С увеличением температуры тройные и двойные молекулы распадаются, при 100 °С вода состоит главным образом из моногидролей.
Особенности строения молекулы воды, которые придают ей растворяющую способность и с которыми связаны ее специфические свойства, известны под названием аномалий воды. Аномальные свойства свидетельствуют о необычайно высокой устойчивости воды к воздействию внешних факторов, обусловленной наличием водородных связей. В таблице приведены наиболее важные свойства воды в сравнении с ее химическими аналогами, показана их роль в физических и биологических явлениях.
Таблица
Аномальные физические свойства жидкой воды по Свердрупу, Дисонсону и Флемингу
| Свойство воды по сравнению с другими веществами | Роль свойства в физических и биологических явлениях |
| Теплоемкость - наиболее высокая, за исключением NH3 | Уменьшает пределы колебаний температуры, обусловливает перенос тепла водными течениями; способствует сохранению постоянной температуры тела |
| Удельная теплота плавления льда - наиболее высокая, за исключением NH3 | Термостатирующий эффект в точке замерзания, обусловленный поглощением или выделением теплоты |
| Удельная теплота испарения - наиболее высокая из всех веществ | Высокая удельная теплота испарения крайне важна для переноса тепла и воды в атмосфере |
| Тепловое расширение - температура, соответствующая максимальной плотности, уменьшается с повышением солености; для чистой воды равна 4°С | Для чистой и разбавленной морской воды максимум плотности наблюдается при более высокой температуре, чем температура замерзания; это свойство играет важную роль в регулировании распределения температуры воды и формировании зональности водоемов |
| Поверхностное натяжение - наиболее высокое из всех жидкостей | Важно для физиологии клетки; определяет некоторые поверхностные явления, образование и свойства капли |
| Растворяющая способность - как правило, растворяет большинство веществ | Связывает между собой физические и биологические явления |
| Относительная диэлектрическая проницаемость - наиболее высокая из всех жидкостей (для чистой воды) | Имеет большое значение для поведения минеральных растворенных веществ, так как определяет их диссоциацию |
| Электролитическая диссоциация - очень мала | Вода — нейтральное вещество, хотя содержит ионы |
| Летучесть - наименьшая среди соединений водорода с элементами подгруппы кислорода | Медленная потеря влаги различными материалами |
| Прозрачность - относительно велика | Сильно поглощает лучистую энергию в инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра; в видимой области спектра наблюдается относительно малое избирательное поглощение, поэтому вода бесцветна: особенности поглощения важны для физических и биологических процессов |
| Вязкость - уменьшается с повышением давления, проходит через минимум и только потом возрастает | Определяет гидродинамику водных объектов и седиментацию взвешенных веществ |
Дата добавления: 2015-08-20; просмотров: 938;