Свойства воды: химические и физические особенности, три состояния

Вода – второе по значимости, после воздуха, вещество для человеческого организма. Прожить без нее человек может не более, чем 8 суток. Все химико-биологические реакции проходят с участием данного вещества. В природе вода пребывает с трех агрегатных состояниях – в твердом, жидком и газообразном. Таким разнообразием обладает только она. Многие физические и химические свойства воды удивляют и поражают. Еще великий ученый Вернадский писал о том, что нет на Земле такого компонента, который мог бы сравниться с ней по влиянию на основные процессы, происходящие в природе.

Изучение

Благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам, вода сделала возможным зарождение и развитие жизни на планете. Многие ученые посвятили свою жизнь изучению данной жидкости. На протяжении нескольких столетий проводились эксперименты с целью узнать все химические и физические свойства воды. Даже сейчас интерес к этому веществу не угасает.

Формула воды известна каждому школьнику. Это три простых знака, но содержатся они в 75% от общей массы всего на планете.

Н2О – это два атома водорода и один — кислорода. Структура молекулы имеет эмпирическую форму, поэтому свойства жидкости такие многообразные, несмотря на простой состав. Каждая из молекул находится в окружении соседей. Они связаны одной кристаллической решеткой.

Простота строения позволяет жидкости существовать в нескольких агрегатных состояниях. Ни одно вещество на планете не может этим похвастаться. Н2О очень подвижна, она уступает в этом свойстве лишь воздуху. Каждый осведомлен о круговороте воды, о том, что после испарения ее с поверхности земли, где-то далеко проходит дождь или снег. Климат регулируется именно благодаря свойствам жидкости, которая может отдавать тепло, а сама при этом практически не изменяет свою температуру.

Физические свойства

Н2О и физические ее свойства зависят от многих ключевых факторов. Основные из них:

Кристаллическая решетка. Строение воды, а точнее ее кристаллической решетки, обусловлено агрегатным состоянием. Она имеет рыхлое, но очень прочное строение. Снежинки показывают решетку в твердом состоянии, а вот в привычном – жидком, у воды нет четкости в строении кристаллов, они подвижны и изменчивы.
Строение молекулы – шар. Но влияние земного притяжения заставляет воду принимать форму сосуда, в котором находится. Это интересное ее физическое свойство. Если притяжение есть, она будет подстраивать форму под сосуд, а в космосе будет геометрически правильной формы.
Следующее физическое свойство — реагирует вода с другими веществами, в том числе с теми, кто обладает неразделенными электронными парами, среди них спирт и аммиак.
Обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью, быстро нагревается и долго не остывает.
Еще со школы известно и такое физическое свойство воды — температура ее кипения — 100 градусов Цельсия. В жидкости появляются кристаллы при понижении до +4 градусов, а вот лед образуется при еще большем снижении. Температура кипения зависит от давления, в которое поместить Н2О. Чтобы определить физические свойства воды при нагревании был проведен эксперимент, при котором температура химического соединения достигает 300 градусов, при этом жидкость не кипит, а плавит свинец.
Еще одним важным физическим свойством является поверхностное натяжение. Формула воды позволяет ему быть очень прочным. Ученые выяснили, чтобы разорвать его потребуется сила с массой больше 100 тонн.

Особое биологическое значение имеет такое физическое свойство воды как поверхностное напряжение. Объяснить это просто. Если налить немного жидкости на гладкую поверхность, то она не растечется по ней, а образует сферические капли. Это физическое свойство объясняет высокую биологическую активность воды. Поверхностное напряжение дает возможность всем растениям на планете поглощать жидкость, находящуюся в почве, своей корневой системой. Это же физическое свойство помогает крови человека проникать через все ткани организма.

[warning] Интересное физическое свойство — Н2О, очищенная от примесей (дистиллированная), не может проводить ток. Это свойство оксида водорода появляется лишь при наличии растворенных в нем солей.[/warning]

Другие особенности и физические свойства

Лед – это состояние, которое свойственно оксиду водорода. Он образует рыхлые связи, которые легко деформируются. Кроме того, расстояние между частицами увеличивается, делая плотность льда намного ниже жидкости. Это позволяет водоемам не промерзать полностью в зимний период, сохраняя жизнь под слоем льда. Ледники – большой запас пресной воды.

[warning]У воды есть уникальное физическое свойство, которое называется явлением тройной точки. Это когда она находится сразу в трех своих состояниях. Возможно это условие, лишь при температуре 0,01 градус и давлении 610 Па.[/warning]

Химические свойства

Химические свойства воды:

Разделяют воду по жесткости, от мягкой и средней — до жесткой. Этот показатель зависит от содержания солей магния и калия в растворе. Есть также такие металлы, которые находятся в жидкости постоянно, а от некоторых можно избавиться кипячением.
Следующие важные химические свойства воды — окисление и восстановление. Вода влияет на процессы, изучаемые в химии, происходящие с другими веществами: одни она растворяет, с другими вступает в реакцию. Исход любого эксперимента зависит от правильного выбора условий, при которых он проходит.
Влияние на биохимические процессы. Вода основная часть любой клетки, в ней как в среде, происходят все реакции в организме.
Интересное химическое свойство воды — жидком состоянии впитывает в себя газы, которые неактивны. Их молекулы располагаются между молекулами Н2О внутри полостей. Так образуются клатраты.
При помощи оксида водорода образуются новые вещества, которые не связаны с окислительно-восстановительным процессом. Речь идет о щелочах, кислотах и основаниях.
Еще одно химическое свойство воды — это способность образовывать кристаллогидраты. Оксид водорода при этом остается в неизменном виде. Среди обычных гидратов можно выделить медный купорос.
Если через соединение пропустить электрический ток, то можно разложить молекулу на газы.

Важность физических и химических свойств воды для человека

Давно люди поняли значение жидкости для всего живого и планеты. Без нее человек не может прожить и недели. Вода — вещество, обладающее уникальными физическими и химическими свойствами. Она участвует во всех процессах внутри человеческого организма. Положительное воздействие жидкости:

Главное применение — это наличие в организме, в клетках, где проходят все реакции.
Образование водородных связей благоприятно сказывается на живых существах, ведь при изменении температуры жидкость в теле не замерзает.
Человек давно применяет воду в бытовых нуждах, кроме приготовления пищи, это: стирка, уборка, купание.
Ни один промышленный завод не может работать без жидкости.
Н2О – источник жизни и здоровья, она является лекарством.
Растения используют ее на всех этапах развития и жизни. С ее помощью они производят кислород, такой необходимый для жизни живых существ, газ.

Важность воды для человека

Критическая температура

У Н2О, как и у всех веществ, есть температура, которая называется критической. Критическая температура воды определяется методом нагрева. До 374 градусов по Цельсию жидкость называют паром, она еще может превратиться обратно в привычное жидкое состояние, при определенном давлении. Когда температура вышей этой критической отметки, то вода как химический элемент, превращается в газ безвозвратно (химическое свойство жидкости).

Применение в химии

Интерес у химиков вода вызывает благодаря своему умению растворять (одно из химических свойств). Часто ученые ею очищают вещества, чем создают благоприятные условия для проведения экспериментов. Она является средой, в которой можно провести опытные испытания. Кроме того, Н2О сама участвует в химических процессах, влияя на тот или иной химический эксперимент. Она соединяется с неметаллическими и металлическими веществами.

Три состояния

Вода предстает перед людьми в трех состояниях, называемых агрегатными. Это жидкость, лед и газ. Вещество одно и то же по составу, но разное по физическим и химическим особенностям. Умение перевоплощаться – важная характеристика воды для планеты, таким образом, происходит ее круговорот.

Сравнивая три состояния, человек чаще видит химическое соединение все же в жидком виде. Вода не имеет вкуса и запаха, а то, что ощущается в ней, это из-за наличия примесей, растворенных веществ.

Физические и химические свойства воды в жидком состоянии — это: сила, позволяющая точить камни и рушить скалы, а также возможность принимать любую форму.

Мелкие частицы при замерзании сокращают скорость сдвижения и увеличивают дистанцию, поэтому структура льда пористая и по плотности ниже жидкости. Лед применяется в холодильных установках, для бытовых и промышленных целей. В природе лед несет разрушения, выпадая в виде града или лавины.

Газ – еще одно состояние, который образуется, когда не достигается критическая температура воды. Обычно при температуре больше 100 градусов, или испаряясь с поверхности (физическая особенность). В природе это облака, туманы и испарения. Большую роль искусственное газообразование сыграло в техническом прогрессе в 19 веке, когда были изобретены паровые двигатели.

Количество вещества в природе

75% — такая цифра покажется огромной, но это вся вода на планете, даже та, которая находится в разных агрегатных состояниях, в живых существах и органических соединениях. Если же учесть лишь жидкое, то есть воду, находящуюся в морях и океанах, а также в твердую – в ледниках, то процент становится 70,8%.

Распределение процентного содержания такое:

моря и океаны – 74,8%
Н2О пресных источников, распределенная неравномерно по планете, в ледниках составляет — 3,4%, а в озерах, болотах и реках 1,1%.
На подземные источники приходится 20,7% от всего количества.

Характеристика тяжелой воды

Природное вещество – водород встречается в виде трех изотопов, в таком же количестве форм есть и кислород. Это позволяет выделять кроме обычной питьевой воды еще дейтериевую и тритиевую.

Дейтериевая имеет самую устойчивую форму, она встречается во всех природных источниках, но в малом количестве. Жидкость с такой формулой обладает рядом отличий от легкой, и иными физическими и химическими свойствами. Так, образование кристаллов начинается уже при температуре 3,82 градуса. А вот температура кипения (физическое свойство) выше — 101,42 градуса Цельсия. У нее больше плотность и способность к растворению веществ снижена (химическое свойство). Кроме того, ее обозначают другой формулой (D2O).

Живые системы реагируют на такое химическое соединение плохо. Лишь некоторые виды бактерий смогли в нем приспособиться к жизни. Рыбы и вовсе не выдержали такого эксперимента. В организме человека, дейтерий может находиться несколько недель, а после выводится, не причиняя вреда.

[stop]Пить дейтериевую воду – нельзя![/stop]

Свойства воды: