Для начала я обработав несколько энциклопедий и др. научно популярных изданий в поисках ответа на вопросы:
Что такое ВОДА?
Какую роль ВОДА играет в жизни ЧЕЛОВЕКА?
И по итогам этих изысканий я составил как для себя, так и для вас уважаемый читатель тот самый «минимально необходимый объём информации, о ВОДЕ которую должен знать каждый человек".
И тут я сразу хочу заявить, что при всей своей общей эрудированности я все же пришел к таким результатам, которые для меня в чем-то тоже стали и небольшим отрытыми этому есть вот такое объяснение!
Все мы с вами уважаемый читатель в нашей той «повседневной текучке событий", что мы называем нашей жизнью увы дошли до такого печального состояния нашего БЫТИЯ, что нам не остается ни времени, ни желания вникать в суть, казалось бы, с детства хорошо знакомых объектов обеспечивающих нашу жизнедеятельность, как к примеру – "ВОДА"!
И ведь это правда, что для большинства их нас все наши научные познания о "Воде" из числа тех, что удалось нам вынести с уроков химии в средней школы, так это то, что вода имеет химическую формулу "Н2О"!
Но многие из вас уже наверно в силу возраста и этого давно не помнят!
Поэтому я и надеюсь, что собранная мною о ВОДЕ СОВРЕМЕННАЯ НАУЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ для многих из вас уважаемые читатели тоже станет небольшим открытием!
Итак, Вода; а в действительности (оксид водорода) – бинарное неорганическое соединение с химической формулой Н2O!
Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного – кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью.
При нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеющую цвета (при малой толщине слоя), запаха и вкуса.
В твёрдом состоянии называется льдом (кристаллы льда могут образовывать снег или иней), а в газообразном – водяным паром.
Вода также может существовать в виде жидких кристаллов (на гидрофильных поверхностях).
Составляет приблизительно около 0,05 % массы Земли.
Около 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озёра, реки, льды) – 361,13 млн км2.
На Земле примерно 96,5 % воды приходится на океаны, 1,7 % мировых запасов составляют грунтовые воды, ещё 1,7 % – ледники и ледяные шапки Антарктиды и Гренландии, небольшая часть находится в реках, озёрах и болотах, и 0,001 % в облаках (образуются из взвешенных в воздухе частиц льда и жидкой воды).
Большая часть земной воды – солёная, непригодная для сельского хозяйства и питья.
Доля пресной составляет около 2,5 %, причём 98,8 % этой воды находится в ледниках и грунтовых водах!
Вода является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы).
Исключительно важна роль воды в возникновении и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды.
Вода является важнейшим веществом для всех живых существ на Земле.
Но ВОДА остается ВОДОЙ только для непосвященных в ее научные тайны!
А вот для химиков ВОДА с формальной точки зрения уже имеет несколько различных корректных химических названий:
1. Оксид водорода: бинарное соединение водорода с атомом кислорода в степени окисления 2. Гидроксид водорода: соединение гидроксильной группы OH– и катиона (H+)
3.Гидроксильная кислота: воду можно рассматривать как соединение катиона H+, который может быть замещён металлом, и «кислотного остатка» OH-
4.Монооксид дигидрогена
5.Оксидан
6.Дигидромонооксид
Происхождение воды на Земле
Происхождение воды на Земле является предметом научных споров. Некоторые учёные считают, что вода была занесена астероидами или кометами на ранней стадии образования Земли, около четырех миллиардов лет назад, когда планета уже сформировалась в виде шара. В настоящее время установлено, что вода появилась в мантии Земли не позже 2,7 миллиарда лет назад.
Виды воды
Вода на Земле может существовать в трёх основных состояниях – жидком, газообразном и твёрдом и приобретать различные формы, которые могут одновременно соседствовать друг с другом: водяной пар и облака в небе, морская вода и айсберги, ледники и реки на поверхности земли, водоносные слои в земле.
Из-за важности воды, «как источника жизни», её нередко подразделяют на типы по различным принципам.
По особенностям происхождения, состава или применения, выделяют, в числе прочего:
Мягкая вода и жёсткая вода – по содержанию катионов кальция и магния
По изотопам водорода в молекуле:
Лёгкая вода (по составу почти соответствует обычной)
Тяжёлая вода (дейтериевая)
Сверхтяжёлая вода (тритиевая)
Пресная вода
Дождевая вода
Морская вода
Подземные воды
Минеральная вода
Солоноватая вода
Питьевая вода,
Водопроводная вода
Дистиллированная вода и деионизированная вода
Сточные воды
Ливневая вода или поверхностные воды
Апирогенная вода
Мёртвая вода и Живая вода – виды воды со сказочными свойствами
Святая вода – особый вид воды с мистическими свойствами согласно религиозным учениям
Поливода
Структурированная вода – термин, применяемый в различных неакадемических теориях.
Талая вода
Вода в природе планеты Земля
В атмосфере нашей планеты вода находится в виде капель малого размера, в облаках и тумане, а также в виде пара.
При конденсации выводится из атмосферы в виде атмосферных осадков (дождь, снег, град, роса). В совокупности жидкая водная оболочка Земли называется гидросферой, а твёрдая криосферой. Вода является важнейшим веществом всех живых организмов на Земле. Предположительно, зарождение жизни на Земле произошло в водной среде.
Мировой океан содержит более 97,54 % земной воды, подземные воды – около 0,63 %, ледники – 1,81 %, реки и озера – 0,009 %, материковые солёные воды – 0,007 %, атмосфера – 0,001 %
Вода за пределами Земли
Вода – чрезвычайно распространённое вещество в космосе, однако из-за высокого внутрижидкостного давления вода не может существовать в жидком состоянии в условиях вакуума космоса, отчего она представлена только в виде пара или льда.
Одним из наиболее важных вопросов, связанных с освоением космоса человеком и возможности возникновения жизни на других планетах, является вопрос о наличии воды за пределами Земли в достаточно большой концентрации.
Известно, что некоторые кометы более, чем на 50 % состоят из водяного льда.
Вода широко распространена в нашей Солнечной системе.
Наличие воды (в основном в виде льда) подтверждено на многих спутниках Юпитера и Сатурна: Энцеладе, Тефии, Европе, Ганимеде и др. Вода присутствует в составе всех комет и многих астероидов. Учёными предполагается, что многие транснептуновые объекты имеют в своём составе воду.
Вода в виде паров содержится в атмосфере Солнца (следы), атмосферах Меркурия (3,4 %, также большие количества воды обнаружены в экзосфере Меркурия), Венеры (0,002 %), Луны, Марса (0,03 %), Юпитера (0,0004 %), Европы, Сатурна, Урана (следы) и Нептуна (найден в нижних слоях атмосферы).
Содержание водяного пара в атмосфере Земли у поверхности колеблется от 3—4 % в тропиках до 2·10;5% в Антарктиде.
Кроме того, вода обнаружена на экзопланетах, например, HD 189733 A b
и HD 209458 b и GJ 1214 b
Жидкая вода, предположительно, имеется под поверхностью некоторых спутников планет, наиболее вероятно, на Европе – спутнике Юпитера.
Агрегатные состояния Воды
По состоянию различают:
«Твёрдое» – лёд
«Жидкое» – вода
«Газообразное» – водяной пар
При нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст., 101 325 Па) вода переходит в твёрдое состояние при температуре в 0 °C и кипит (превращается в водяной пар) при температуре 100 °C (значения 0 °C и 100 °C были выбраны как соответствующие температурам таяния льда и кипения воды при создании температурной шкалы «по Цельсию»).
При снижении давления температура таяния (плавления) льда медленно растёт, а температура кипения воды – падает.
При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01 °C. Такие 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 (сублимации) льда падает со снижением давления. При высоком давлении существуют модификации льда с температурами плавления выше комнатной.
С ростом давления температура кипения воды растёт.
При росте давления плотность насыщенного 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 и/или температуре исчезает разница между жидкой водой и водяным паром.
Такое агрегатное состояние называют «сверхкритическая жидкость».
Вода может находиться в метастабильных состояниях – 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, можно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0 °C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд
Физические свойства Воды!
Это те свойства что присущи той самой воде что может в данный момент находится в вашей кружке!
И тут надо твердо знать, что Вода при нормальных условиях находится в жидком состоянии, тогда как аналогичные водородные соединения других элементов являются газами (H2S, CH4, HF).
Атомы водорода присоединены к атому кислорода, образуя угол 104,45° (104°27;).
Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода.
По этой причине молекула воды обладает большим дипольным моментом (p = 1,84 Д, уступает только синильной кислоте). Каждая молекула воды образует до четырёх водородных связей – две из них образует атом кислорода и две – атомы водорода
Количество водородных связей и их разветвлённая структура определяют высокую температуру кипения воды и её удельную теплоту парообразования.
Если бы не было водородных связей, вода, на основании места кислорода в таблице Менделеева и температур кипения гидридов аналогичных кислороду элементов (серы, селена, теллура), кипела бы при ;80 °С, а замерзала при ;100 °С.
При переходе в твёрдое состояние молекулы воды упорядочиваются, при этом объёмы пустот между молекулами увеличиваются, и общая плотность воды падает, что и объясняет меньшую плотность (больший объём) воды в фазе льда.
При испарении, напротив, все водородные связи рвутся.
Разрыв связей требует много энергии, отчего у воды самая большая удельная теплоёмкость среди прочих жидкостей и твёрдых веществ.
Для того чтобы нагреть один литр воды на один градус, требуется затратить 4,1868 кДж энергии.
Благодаря этому свойству вода нередко используется как теплоноситель.
Вода обладает также высоким поверхностным натяжением, уступая в этом только ртути
Относительно высокая вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.
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.
Вода обладает отрицательным электрическим потенциалом поверхности.
Чистая вода – хороший изолятор.
При нормальных условиях вода слабо диссоциирована и концентрация протонов (точнее, ионов гидроксония H3O+) и гидроксильных ионов OH; составляет 10-7 моль/л.
Но поскольку вода – хороший растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные соли, то есть присутствуют другие положительные и отрицательные ионы.
Благодаря этому вода проводит электричество. По электропроводности воды можно определить её чистоту.
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.
Химические свойства Воды!
Вода является наиболее распространённым растворителем на планете Земля, 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 ; 16.
Вода – химически активное вещество. Сильно полярные молекулы воды 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.
Изотопные модификации Воды
И кислород, и водород имеют природные и искусственные изотопы. В зависимости от типа изотопов водорода, входящих в молекулу, выделяют следующие виды воды:
Лёгкая вода (основная составляющая привычной людям воды)
Тяжёлая вода (дейтериевая)
Сверхтяжёлая вода (тритиевая)
тритий-дейтериевая вода
тритий-протиевая вода
дейтерий-протиевая вода
Последние три вида возможны, так как молекула воды содержит два атома водорода.
Хотя тяжёлая вода часто считается мёртвой водой, так как живые организмы в ней жить не могут, некоторые микроорганизмы могут быть приучены к существованию в ней.
Биологическая роль воды
Вода играет уникальную роль как вещество, определяющее возможность существования и саму жизнь всех существ на Земле. Она выполняет роль универсального растворителя, в котором происходят основные биохимические процессы живых организмов.
Уникальность воды состоит в том, что она достаточно хорошо растворяет как органические, так и неорганические вещества, обеспечивая высокую скорость протекания химических реакций и в то же время – достаточную сложность образующихся комплексных соединений.
Благодаря водородной связи, вода остаётся жидкой в широком диапазоне температур, причём именно в том, который широко представлен на планете Земля в настоящее время.
Поскольку у льда плотность меньше, чем у жидкой воды, вода в водоёмах замерзает сверху, а не снизу. Образовавшийся слой льда препятствует дальнейшему промерзанию водоёма, это позволяет его обитателям выжить.
Питьё и приготовление пищи!
Живое человеческое тело содержит от 50 % до 75 % воды, в зависимости от веса и возраста.
Потеря организмом человека более 10 % воды может привести к смерти!
В зависимости от температуры и влажности окружающей среды, физической активности и т. д. человеку нужно выпивать разное количество воды.
Ведётся много споров о том, сколько воды нужно потреблять для оптимального функционирования организма.
(В частности наш А. Ворон настаивает на 2 литрах в день на одного взрослого человека! -автор) В теории же "Питьевая вода" представляет собой воду из какого-либо источника, очищенную от микроорганизмов и вредных примесей.
Пригодность воды для питья при её обеззараживании перед подачей в водопровод оценивается по количеству кишечных палочек на литр воды, поскольку кишечные палочки распространены и достаточно устойчивы к антибактериальным средствам, и если кишечных палочек будет мало, то будет мало и других микробов.
Если кишечных палочек не больше, чем 3 на литр, вода считается пригодной для питья!
Вода как Растворитель
Вода является растворителем для многих веществ. Она используется для очистки как самого человека, так и различных объектов человеческой деятельности. Вода используется как растворитель в промышленности.
На этом наш экспресс-ликбез относительно понятие ВОДА закончен.
Все эти сведения вам уважаемый читатель будут нужны для усвоения других частей данного очерка.