Тайны воды

Опорный конспект.

Гипотетические модели молекулы воды. А) Электроны не сосредоточены в одной точке, а «размазываются» по орбите, которая соответствует не линии, а оболочке в форме электронного облака (орбиты электронов двух атомов водорода шарообразны; орбиты двух внутренних электронов атома кислорода шарообразны, а наружных представлены в форме объёмных восьмёрок, направленных по трём координатным осям). Б) Орбиты двух атомов водорода сильно вытянуты.

Ассоциация молекул воды. Пунктирными линиями на рисунке обозначены водородные связи между молекулами воды.

Почему лёд плавает?

Точки кипения и замерзания (плавления). Рассмотрим ряд соединений водорода с элементами группы VI А периодической системы Д.И.Менделеева: Н 2 Те, Н 2 Sе, Н 2 S и Н 2 О ( учтём их относительную молекулярную массу). Точки замерзания и кипения воды не укладываются в закономерность общую для трёх других соединений, у которых чем больше относительная молекулярная масса, тем выше точки кипения и замерзания. Точка замерзания воды должна была бы находиться между минус 90ºС и минус 120ºС, а в действительности она приходится на 0ºС. Точка кипения воды должна быть между 75ºС и 100ºС. Рассмотрим ряд соединений водорода с элементами группы VI А периодической системы Д.И.Менделеева: Н 2 Те, Н 2 Sе, Н 2 S и Н 2 О ( учтём их относительную молекулярную массу). Точки замерзания и кипения воды не укладываются в закономерность общую для трёх других соединений, у которых чем больше относительная молекулярная масса, тем выше точки кипения и замерзания. Точка замерзания воды должна была бы находиться между минус 90ºС и минус 120ºС, а в действительности она приходится на 0ºС. Точка кипения воды должна быть между 75ºС и 100ºС.

Изотопные разновидности воды. Атомы водорода и кислорода, образующие воду или оксид водорода, могут иметь различные массовые числа и отличаться друг от друга своими физико – химическими свойствами, но при этом они имеют одинаковый электрический заряд атомных ядер и поэтому занимают в периодической системе элементов одно и то же место. Такие разновидности атомов одного и того же химического элемента называются изотопами. Золота0, D 2 17 О Ртути0, D 2 18 О Фосфора0,000003D 2 16 О Алюминия0, НD 17 О Азота0, НD 18 О Калия 0,02 1 НD 16 О Кальция0,04D 2 17 О Магния0,20 1 Н 2 18 О -99,73 1 Н 2 16 О Соответствие содержанию в морской воде Содержание, % от всей воды. Молекула воды

Плотность. Общеизвестно, что все вещества при нагревании увеличивают свой объём и уменьшают плотность. У воды наблюдается то же самое, за исключением интервала от 0 до 4ºС, когда с возрастанием температуры объём воды не увеличивается, а, наоборот, сокращается. Максимальная плотность отмечается при 4ºС. Таким образом, для воды зависимость между объёмом и температурой не однозначна (как в нормальных условиях для других веществ), а двузначна. Например, при 3 и 5ºС масса воды занимает один и тот же объём, так же как и при 0,2 и 5ºС и т.д. Несмотря на указанную аномалию, вода служит эталоном плотности при 4ºС, когда 1 см³ её имеет массу 1 грамм.

При замерзании объём воды возрастает внезапно на 11 % и так же внезапно, скачком, уменьшается в обратном направлении, при таянии льда при 0ºС. Увеличение объёма воды при замерзании имеет громадное значение, как в природе, так и в технике. При замерзании воды в замкнутом пространстве и превращении её в лёд происходит расширение объёма, что приводит к возникновению избыточного давления, достигающего 2500 кг/см². Именно этим объясняются как разрушительная сила замерзающей воды в замкнутых пустотах, трещинах горных пород, откалывающая подчас многотонные глыбы и дробящая их в дальнейшем на мелкие осколки, так и страшные взрывы наледей, а также разрывы водопроводных труб и систем отопления при замерзании в них воды.