История создания воды
В апреле 1783 г. английский ученый Джеймс Уатт
высказал идею, что вода не является простым элементом, а
состоит из “чистого воздуха” (кислорода) и флогистона. Взгляды Дж. Уатта
являлись несомненным продвижением вперед при условии, если под флогистоном
понимать “горючий воздух” (водород). Сам Дж. Уатт неясно формулирует этот
чрезвычайно важный пункт, утверждая, что флогистон иногда образует
“фиксированный воздух”. Таким образом, он фактически не отличает водорода
от окиси углерода. Наиболее точно состав воды определил французский химик
А. Лавуазье, который, повторив опыты Г. Кавендиша, пришел к единственно
правильному выводу, что вода образуется при соединении двух видов “воздуха”
— кислорода и водорода. Французский химик Гитон де Морво (1737—1816)
несколько позже определил химическую природу воды. Она представляет собой
окисленный водород или непосредственный продукт сжигания водородного газа в
кислороде. Он предложил современное название для водорода hydor — вода и
gennao — я образую (буквально — рождающий воду).
Многоликая вода
Вода - это соединение водорода и кислорода, всем
известна её формула: Н2О. Если подсчитать все возможные
различные соединения с общей формулой Н2О, то результат
покажется неожиданным: всего могут существовать сорок восемь различных вод.
Из них тридцать девять вод будут радиоактивными, но и стабильных,
устойчивых вод тоже будет немало - девять.
Что же такое
обыкновенная вода?
Такой воды в мире нет. Она всегда необыкновенная. Даже
по изотопному составу вода в природе всегда различна. Состав зависит от
истории воды - от того, что с ней происходило в бесконечном многообразии её
круговорота в природе. При испарении вода обогащается протием, и вода
дождя, поэтому отлична от воды озера. Вода реки не похожа на морскую воду.
В закрытых озерах вода содержит больше дейтерия, чем
вода горных ручьёв. В каждом источнике свой изотопный состав воды. Когда
зимой замерзает вода в озере, никто из тех, кто катается на коньках, и не
подозревает, что изотопный состав льда изменился: в нем уменьшилось
содержание тяжелого водорода, но повысилось количество тяжелого кислорода.
Вода из тающего льда другая и отличается от воды, из которой лед был
получен. Вода в природе не имеет постоянного изотопного состава, она вечно
меняется, и только поэтому нельзя сказать, что где-то есть какая-то
обыкновенная вода.
Что такое
легкая вода?
Это та самая
вода, формулу которой знают все – 1H2 16O.
Но такой воды в природе нет. Такую воду с огромным трудом приготовили
ученые. Она им понадобилась для точного измерения свойств воды, и в
первую очередь для измерения плотности. Пока такая вода существует только в
нескольких крупнейших лабораториях мира, где изучают свойства различных
изотопных соединений.
Что такое
тяжелая вода?
И этой воды в природе нет. В науке и ядерной технике
принято условно называть тяжелой водой тяжело водородную воду. Она содержит
только дейтерий, в ней нет обычного легкого изотопа водорода. Изотопный
состав по кислороду в этой воде соответствует обычно составу кислорода
воздуха. Это не химическое соединение, а смесь нескольких различных вод, в
которых во всех содержится дейтерий, легкого водорода нет совсем, а
стабильные изотопы кислорода в этой смеси вод с разным изотопным составом
находятся точно в таком же соотношении, в каком они присутствуют в воздухе.
Что такое
нулевая вода?
Нулевая вода
состоит из чистого легкого водорода и кислорода воздуха. Она тоже смесь
нескольких вод, каждая из которых состоит из легкого водорода и одного из
стабильных изотопов кислорода. Соотношение между кислородами в нулевой воде
тоже точно такое же, как в воздухе. Тяжелого водорода в нулевой воде нет.
Эту воду химики выбрали в качестве эталона: у нее очень постоянный состав.
Её не так уж трудно получать, и с ней удобно сравнивать воду неизвестного
состава: определив разницу в плотности, легко найти содержание дейтерия.
Кому и зачем
нужна тяжелая вода?
Человечеству! Оно уже стоит у порога энергетического
голода. И вся надежда связана с тем, что будет решена проблема, как
использовать для энергетики тяжелую воду. В наши дни тяжелая вода успешно
применяется в атомной энергетике для замедления нейтронов в ядерных
реакторах. Используя тяжелую воду как замедлитель, конструкторы создают
очень эффективные, а главное, легкие и компактные атомные энергетические
установки, применяемые в основном на транспорте.
Разве в космосе есть вода?
Да, оказывается, вода есть в космическом пространстве.
Астрофизики с помощью радиотелескопа обнаружили идущие к нам из космоса
странные короткие радиоволны — длиной 1,35 см. Оказалось, что это излучение
исходит от загадочных гигантских облаков, расположенных в нашей Галактике в
созвездии Ориона, Кассиопеи и в некоторых других созвездиях. Теоретический
расчет показал, что такое Излучение принадлежит ... воде. Водяные облака
занимают в космосе огромные пространства, их размеры в разных созвездиях
колеблются от одной до сорока астрономических единиц, а единица расстояния
у астрономов равна расстоянию от Земли до Солнца. На других планетах тоже
есть вода. Вода есть на Венере, Марсе, Юпитере. Ученые обнаружили, что на
Юпитере непрерывно происходят чудовищные грозы и ураганы. Там должен идти
снег и дождь, как и на Земле, из воды. Но там ещё льются ливни из жидкого
аммиака и сероводорода, там выпадает снег из аммиака. В течение многих лет
астрономы неоднократно наблюдали на Марсе загадочные яркие вспышки. Но
недавно эти таинственные вспышки были разгаданы. Путем точного измерения
углов световых лучей от этих вспышек с направлением на Солнце ученые
установили, что они вызваны отражением солнечных лучей от кристалликов
льда, витающих в атмосфере Марса. Такие же явления часто наблюдаются и на Земле, когда в
сильные морозы на небе появляются изображения ложных солнц. И на кометах
вода есть. Многие ученые считают, что голова кометы представляет собой твердое тело -
“грязный лед”, состоящий из смеси обыкновенного водяного льда и льда из
застывших в космическом холоде газов аммиака, метана. Когда комета
приближается к Солнцу, более легкие молекулы испаряются, образуя
величественный хвост кометы.
Вода - уникальное природное соединение, активная среда
жизни, универсальный растворитель
Вода для жизни - вещество номер один. Попробуем
себе представить, как бы выглядела наша Земля, исчезни с неё внезапно вода
.Мрачные зияющие “глазницы” морских и океанских впадин, покрытые толстым
слоем солей, некогда растворенных в воде. Пересохшие русла рек, навек
замолкнувшие родники . Горные породы разрушились бы, ведь в их состав
входит большое количество воды .Ни кустика, ни цветочка, ни единого живого
существа на мертвой Земле. И безоблачное небо необычного цвета. Давайте разберёмся:
что же собой представляет вода?
Состав любого вещества можно определить двумя
методами: анализом и синтезом.
Анализ (от греч.”анализис”) - разложение вещества на
более простые составные части.
2Н2О-->2H2 + O2
известно, что 1 литр
водорода имеет массу 0,089г.
1 литр кислорода имеет массу 1,429г.
Тогда можно вычислить массовое отношение выделившихся
газов:
(0,089 x 2):1,429=1:8
масса одного атома кислорода равна 16. Следовательно,
отношение масс атомов водорода и кислорода 2:16. Формула воды Н2О.
Француз А . Л . Лавуазье
пропустил водяные пары через раскаленный ружейный ствол и разложил воду на
составные элементы - водород и кислород. Тем самым он впервые доказал, что
вода сложное вещество.
Получение вещества из более
простых веществ называется СИНТЕЗОМ
2Н2 + О2 --> 2Н2О
Прибор, в
котором проводят получение воды .называется ЭВДИОМЕТР, который представляет
собой толстостенную трубку с делениями, закрытую резиновой пробкой с
вставленными медными проволочками. Трубку заполняют дистиллированной водой
и отпускают открытым концом в сосуд. В эвдиометр вводят два объема
кислорода и два объёма водорода (рис.а). Пропускают ток. Вода в трубке поднимается
на 3 деления, остается 1 объем газа, в котором тлеющая лучинка вспыхивает -
это кислород. Следовательно, при образовании воды, так же как при её
разложении два объема водорода соединяются с одним объёмом кислорода.
 
А) до проведения
опыта
Б) после
проведения опыта
Англичане
Кавендиш и Пристли синтезировали воду, сжигая водород в кислороде, тем
самым они подтвердили состав воды. Водород горит в кислороде. А почему вода
не горит? Вода является сама продуктом горения - оксидом водорода. Вода
привычное для нас вещество. И в то же время, сколько в нём необычного!
Свойства воды не подчиняются общим закономерностям.
В её свойствах
много отклонений, аномалий.
Аномалия первая. Ближайшие родственники воды сероводород,
селеноводород, теллуроводород - представляют собой газы, которые имеют
температуры кипения ниже 0 о С. Вода плавится и кипит при
значительно более высоких температурах. Известно, что на температуру
кипения и плавления вещества оказывает влияние его относительная
молекулярная масса: с увеличением её повышаются температуры кипения и плавления.
Из четырёх веществ ( Н2О ,Н2S, H2Se , H2Te
) вода имеет наименьшую относительно молекулярную массу, но температуры
плавления и кипения наивысшие. Эту аномалию можно объяснить тем, что молекулы
воды способны сцепляться друг с другом. Атом кислорода одной молекулы воды
притягивает атом водорода другой. Связь между молекулами воды называется
водородной. За счет неё молекулы связываются друг с другом и образуют целые
группы молекул. Это затрудняет испарение воды, а следовательно повышает
температуру плавления и кипения.

Аномалия
вторая. Вода - единственное вещество,
которое при затвердевании расширяется. Поэтому плотность льда меньше жидкой
воды. Вот почему лед плавает на поверхности воды. Один кубический дециметр
воды при 4оС имеет массу 1000 г., а кубический дециметр льда -
916 г., т. е. Замерзшая вода увеличивает свой объем на одну
десятую часть. Эту аномалию можно объяснить тем, что с понижением
температуры увеличивается число водородных связей между её молекулами. Это
приводит к такому расположению молекул воды относительно друг друга, при
котором образуются пустоты между молекулами. Кристаллическая решетка льда
имеет сложное строение.

Что легче - вода или лёд? Как называется переход
воды из твёрдого в жидкое состояние?
Попробуем вообразить,
как выглядел бы мир, если бы вода обладала нормальными свойствами, лёд был
бы плотнее жидкой воды. Зимой намерзающий сверху более плотный лёд тонул бы
в воде, непрерывно опускаясь на дно водоёма. Летом лёд защищенный толщей
холодной водой, не мог растаять.
Постепенно
все озёра, пруды, реки, ручьи промерзли бы, превратившись в гигантские
ледяные глыбы. Наконец, промерзли бы моря, а за ними и океаны. Наш
прекрасный, цветущий зелёный мир стал бы сплошной ледяной пустыней, кое-где
покрытой тонким слоем талой воды.
Арабская
пословица говорит: “Где вода иссякла, там и страна приходит в упадок.”
Вода - один из
четырёх элементов стихии. Какие эти стихии?
...::: Вещество №1
:::... | ...:::
Географический аспект :::... | ...:::
Биологический аспект :::... | ...:::
Экологический аспект :::... | ...::: Химический
аспект :::... | Практический блок
|