Вода

 1. Вода в природе

Вода – самое рас­про­стра­нен­ное ве­ще­ство на Земле. По­верх­ность зем­но­го шара на 3/4 по­кры­та водой, в до­воль­но боль­ших ко­ли­че­ствах вода на­хо­дит­ся в ат­мо­сфе­ре, а также в зем­ной коре. Ос­нов­ное ко­ли­че­ство воды со­дер­жит­ся в оке­а­нах (около 97,6%), за­па­сы же прес­ной воды до­ста­точ­но огра­ни­че­ны. Около 85% всех за­па­сов прес­ной воды со­сре­до­то­че­но в лед­ни­ках.

Вода – един­ствен­ное ве­ще­ство, ко­то­рое встре­ча­ет­ся на Земле в трех аг­ре­гат­ных со­сто­я­ни­ях: твер­дом (лед), жид­ком и га­зо­об­раз­ном (во­дя­ной пар).

 2. Состав молекулы воды

Со­став мо­ле­ку­лы воды вам хо­ро­шо зна­ком: на два атома во­до­ро­да в мо­ле­ку­ле воды при­хо­дит­ся один атом кис­ло­ро­да, е хи­ми­че­ская фор­му­ла – Н₂О. Такой со­став был уста­нов­лен еще А.Л. Ла­ву­а­зье и под­твер­жда­ет­ся ре­зуль­та­та­ми экс­пе­ри­мен­та по раз­ло­же­нию воды, когда на 1 объем вы­де­ля­ю­ще­го­ся кис­ло­ро­да при­хо­дит­ся два объ­е­ма вы­де­ля­ю­ще­го­ся во­до­ро­да.

 3. Физические свойства воды

Чи­стая вода – бес­цвет­ная жид­кость, без вкуса и за­па­ха, при нор­маль­ном дав­ле­нии кипит при тем­пе­ра­ту­ре 100˚С, а за­мер­за­ет при 0˚С. Ее мак­си­маль­ная плот­ность при 4˚С равна 1 г/см³.

Рис. 1. Вода

Необыч­ным, или даже ано­маль­ным, свой­ством воды яв­ля­ет­ся ее спо­соб­ность рас­ши­рять­ся при за­мер­за­нии. Т.е. лед имеет мень­шую плот­ность, чем жид­кая вода. По­это­му он всплы­ва­ет на по­верх­ность, что очень важно для оби­та­те­лей во­до­е­мов зимой.

Рис. 2. Лёд на по­верх­но­сти воды

Вод­ная среда была не толь­ко ис­точ­ни­ком воз­ник­но­ве­ния жизни, она спо­соб­ство­ва­ла ее со­хра­не­нию и раз­ви­тию. Чтобы за­мо­ро­зить воду, тре­бу­ет­ся боль­шая энер­гия. Вот по­че­му про­мер­за­ние глу­бо­ких во­до­е­мов прак­ти­че­ски невоз­мож­но, что со­хра­ня­ет в них жизнь.

Кроме того, вода об­ла­да­ет очень вы­со­кой теп­ло­ем­ко­стью, что за­щи­ща­ет наши кон­ти­нен­ты, бла­го­да­ря оке­а­ну, от рез­ко­го пе­ре­па­да тем­пе­ра­тур зимой и летом, ночью и днем. Имен­но вы­со­кая теп­ло­ем­кость воды спо­соб­ству­ет со­хра­не­нию по­сто­ян­ной тем­пе­ра­ту­ры тела че­ло­ве­ка и жи­вот­ных, по­сколь­ку и они, и мы на две трети со­сто­им из воды.

Яв­ля­ясь уни­каль­ным рас­тво­ри­те­лем, вода рас­тво­ря­ет боль­ше солей и дру­гих ве­ществ, чем любая дру­гая жид­кость. В воде рас­тво­ря­ют­ся мно­гие твер­дые ве­ще­ства, жид­ко­сти и газы. На­при­мер, га­зи­ро­ван­ная вода – это рас­твор ок­си­да уг­ле­ро­да(IV) (уг­ле­кис­ло­го газа) в воде, сто­ло­вый уксус – это рас­твор ук­сус­ной кис­ло­ты в воде, са­хар­ный сироп – рас­твор са­ха­ра в воде.

Но не все ве­ще­ства оди­на­ко­во хо­ро­шо рас­тво­ря­ют­ся в воде, есть и вовсе нерас­тво­ри­мые в воде ве­ще­ства. Рас­тво­ри­мость твер­дых ве­ществ в воде с уве­ли­че­ни­ем тем­пе­ра­ту­ры, как пра­ви­ло, уве­ли­чи­ва­ет­ся. Рас­тво­ри­мость газов, как пра­ви­ло, воз­рас­та­ет при по­ни­же­нии тем­пе­ра­ту­ры и по­вы­ше­нии дав­ле­ния. 

4. Некоторые химические свойства воды

Вы уже зна­ко­мы с неко­то­ры­ми хи­ми­че­ски­ми свой­ства­ми воды. При про­пус­ка­нии через воду элек­три­че­ско­го тока (или при на­гре­ва­нии до 2000˚С) вода раз­ла­га­ет­ся на во­до­род и кис­ло­род. Вода может всту­пать в ре­ак­цию со­еди­не­ния со мно­ги­ми ок­си­да­ми.

При­мер такой ре­ак­ции вам хо­ро­шо зна­ком. Так на­зы­ва­е­мое «га­ше­ние из­ве­сти» - вза­и­мо­дей­ствие ок­си­да каль­ция с водой. В ре­зуль­та­те этой ре­ак­ции об­ра­зу­ет­ся га­ше­ная из­весть – гид­рок­сид каль­ция. Эта ре­ак­ция яв­ля­ет­ся эк­зо­тер­ми­че­ской, т.е. про­те­ка­ет с вы­де­ле­ни­ем тепла.

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂ + Q

Вода спо­соб­на всту­пать в ре­ак­ции за­ме­ще­ния с ак­тив­ны­ми ме­тал­ла­ми. На­при­мер, каль­ций вза­и­мо­дей­ству­ет с водой с об­ра­зо­ва­ни­ем гид­рок­си­да каль­ция и во­до­ро­да.

Са + 2Н₂О = Са(ОН)₂ + Н₂↑ + Q

В ре­зуль­та­те этой ре­ак­ции вы­де­ля­ет­ся боль­шое ко­ли­че­ство теп­ло­ты.

 5. Проблема очистки воды

Вода из при­род­ных ис­точ­ни­ков не все­гда при­год­на для питья и даже про­мыш­лен­ных про­цес­сов. По­это­му ее под­вер­га­ют очист­ке. Пи­тье­вая вода не долж­на со­дер­жать нерас­тво­рен­ных при­ме­сей и бо­лез­не­твор­ных мик­ро­ор­га­низ­мов. Сна­ча­ла воду из рек, озер и пру­дов от­ста­и­ва­ют в спе­ци­аль­ных бас­сей­нах и филь­тру­ют через слой песка. Затем об­ра­ба­ты­ва­ют хло­ром, а ино­гда озо­ном или уль­тра­фи­о­ле­том, для уни­что­же­ния мик­ро­ор­га­низ­мов.

Рис. 3. Стан­ция очист­ки воды

Роль воды в про­мыш­лен­но­сти, быту и сель­ском хо­зяй­стве слож­но пе­ре­оце­нить. Раз­ви­тие всех от­рас­лей хо­зяй­ства стра­ны, рост го­ро­дов неред­ко при­во­дят к за­гряз­не­нию во­до­е­мов. По­это­му в каж­дом го­су­дар­стве долж­ны при­ни­мать­ся меры по охране и ра­ци­о­наль­но­му ис­поль­зо­ва­нию вод­ных при­род­ных ре­сур­сов.