Kto zna skład wody od czasów szkolnych? Oczywiście wszystko. Jest prawdopodobne, że z całego kursu chemii, dla wielu, którzy wtedy nie studiują jej w sposób specjalistyczny, jedyną rzeczą, która pozostała, jest wiedza o tym, co oznacza wzór H2O. Ale teraz postaramy się jak najwięcej szczegółowo i dogłębnie zrozumieć, czym jest woda? Jakie są jego główne właściwości i dlaczego dokładnie bez niego życie na Ziemi jest niemożliwe.
Woda jako substancja
Cząsteczka wody, jak wiemy, składa się z jednego atomu tlenu i dwóch atomów wodoru. Jego wzór jest napisany tak: H2O. Substancja ta może mieć trzy stany: stały – w postaci lodu, gazowy – w postaci pary oraz ciekły – jako substancja bez koloru, smaku i zapachu. Nawiasem mówiąc, jest to jedyna substancja na planecie, która może istnieć we wszystkich trzech stanach jednocześnie w warunkach naturalnych. Na przykład: na biegunach Ziemi - lód, w oceanach - woda, a parowanie pod promieniami słonecznymi to para. W tym sensie woda jest nienormalna.
Ponadto woda jest najczęstszą substancją na naszymplaneta. Zajmuje powierzchnię Ziemi w prawie siedemdziesięciu procentach - są to oceany oraz liczne rzeki z jeziorami i lodowce. Większość wody na planecie jest słona. Nie nadaje się do picia i do uprawy. Świeża woda stanowi tylko dwa i pół procenta całkowitej ilości wody na planecie.
Woda jest bardzo silnym i wysokiej jakości rozpuszczalnikiem. Dzięki temu reakcje chemiczne w wodzie zachodzą z ogromną prędkością. Ta sama właściwość wpływa na metabolizm w ludzkim ciele. Wiadomo, że ciało dorosłego człowieka składa się w siedemdziesięciu procentach z wody. U dziecka ten odsetek jest jeszcze wyższy. Na starość liczba ta spada z siedemdziesięciu do sześćdziesięciu procent. Nawiasem mówiąc, ta cecha wody wyraźnie pokazuje, że jest ona podstawą ludzkiego życia. Im więcej wody w organizmie – tym jest zdrowsze, bardziej aktywne i młodsze. Dlatego naukowcy i lekarze wszystkich krajów niestrudzenie powtarzają, że trzeba dużo pić. Jest to woda w czystej postaci, a nie substytuty w postaci herbaty, kawy lub innych napojów.
Woda kształtuje klimat na planecie i nie jest to przesada. Ciepłe prądy oceaniczne ogrzewają całe kontynenty. Wynika to z faktu, że woda pochłania dużo ciepła słonecznego, a następnie oddaje je, gdy zaczyna się ochładzać. Reguluje więc temperaturę na planecie. Wielu naukowców twierdzi, że Ziemia już dawno by się ochłodziła i zamieniła w kamień, gdyby nie obecność tak dużej ilości wody na zielonej planecie.
Właściwości wody
Woda ma wiele bardzo interesujących właściwości.
Na przykład woda jest najbardziej ruchliwą substancją po powietrzu. Z kursu szkolnego wielu na pewno pamięta coś takiego jak obieg wody w przyrodzie. Na przykład: strumień paruje pod wpływem bezpośredniego światła słonecznego, zamienia się w parę wodną. Co więcej, para ta jest niesiona gdzieś przez wiatr, zbiera się w chmury, a nawet w chmury burzowe i opada w górach w postaci śniegu, gradu lub deszczu. Dalej, z gór, potok ponownie spływa, częściowo parując. I tak – w kółko – cykl powtarza się miliony razy.
Ponadto woda ma bardzo wysoką pojemność cieplną. Z tego powodu zbiorniki wodne, zwłaszcza oceany, ochładzają się bardzo powoli podczas przechodzenia z ciepłej pory dnia lub pory dnia do zimnej. I odwrotnie, gdy temperatura powietrza wzrasta, woda nagrzewa się bardzo powoli. Dzięki temu, jak wspomniano powyżej, woda stabilizuje temperaturę powietrza na całej naszej planecie.
Po rtęci woda ma najwyższe napięcie powierzchniowe. Nie sposób nie zauważyć, że kropla przypadkowo wylana na płaską powierzchnię czasami staje się imponującą plamką. To pokazuje ciągliwość wody. Kolejna właściwość objawia się, gdy temperatura spada do czterech stopni. Gdy tylko woda ostygnie do tego znaku, staje się lżejsza. Dlatego lód zawsze unosi się na powierzchni wody i zamarza w skorupie, pokrywając rzeki i jeziora. Dzięki temu ryby nie zamarzają w zbiornikach wodnych, które zamarzają zimą.
Woda jako przewodnik elektryczności
Najpierw powinieneś dowiedzieć się, czym jest przewodnictwo elektryczne (w tym woda). Przewodność elektryczna to zdolność alub substancje przewodzą elektryczność przez siebie. W związku z tym przewodność elektryczna wody to zdolność wody do przewodzenia prądu. Ta zdolność zależy bezpośrednio od ilości soli i innych zanieczyszczeń w cieczy. Na przykład przewodność elektryczna wody destylowanej jest prawie zminimalizowana, ponieważ taka woda jest oczyszczana z różnych dodatków, które są tak niezbędne dla dobrej przewodności elektrycznej. Doskonałym przewodnikiem prądu jest woda morska, w której stężenie soli jest bardzo wysokie. Przewodność elektryczna zależy również od temperatury wody. Im wyższa temperatura, tym większa przewodność elektryczna wody. Ten wzór został ujawniony dzięki licznym eksperymentom fizyków.
Pomiar przewodności elektrycznej wody
Jest taki termin - konduktometria. To nazwa jednej z metod analizy elektrochemicznej opartej na przewodności elektrycznej roztworów. Metoda ta służy do określania stężenia w roztworach soli lub kwasów, a także do kontrolowania składu niektórych roztworów przemysłowych. Woda ma właściwości amfoteryczne. Oznacza to, że w zależności od warunków może wykazywać zarówno właściwości kwasowe, jak i zasadowe - działać zarówno jako kwas, jak i zasada.
Urządzenie użyte do tej analizy ma bardzo podobną nazwę – konduktometr. Za pomocą konduktometru mierzy się przewodnictwo elektryczne elektrolitów w roztworze, którego analiza jest przeprowadzana. Być może warto wyjaśnić inny termin – elektrolit. Jest to substancja, która po rozpuszczeniu lub stopieniurozkłada się na jony, dzięki czemu następnie przewodzony jest prąd elektryczny. Jon to elektrycznie naładowana cząstka. W rzeczywistości konduktometr, biorąc za podstawę określone jednostki przewodności elektrycznej wody, określa jej przewodność elektryczną. Oznacza to, że określa przewodność elektryczną określonej objętości wody przyjętej jako jednostka początkowa.
Jeszcze przed początkiem lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku jednostka miary "mo" była używana do wskazania przewodności elektrycznej, była pochodną innej wielkości - Ohm, która jest główną jednostką rezystancji. Przewodność elektryczna to wielkość odwrotnie proporcjonalna do rezystancji. Teraz jest mierzony w Siemensie. Ta wartość ma swoją nazwę na cześć fizyka z Niemiec - Wernera von Siemensa.
Siemens
Siemens (może być oznaczony jako Cm i S) to odwrotność Ohma, który jest jednostką przewodnictwa elektrycznego. Jeden cm jest równy przewodności elektrycznej dowolnego przewodnika, którego rezystancja wynosi 1 om. Wyrażony przez firmę Siemens za pomocą wzoru:
Przewodność cieplna wody
Teraz porozmawiajmy o przewodności cieplnej. Przewodność cieplna to zdolność substancji do przenoszenia energii cieplnej. Istota zjawiska polega na tym, że przekazywana jest energia kinetyczna atomów i cząsteczek determinujących temperaturę danego ciała lub substancjiinne ciało lub substancja podczas ich interakcji. Innymi słowy przewodność cieplna to wymiana ciepła między ciałami, substancjami, a także między ciałem a substancją.
Przewodność cieplna wody jest również bardzo wysoka. Ludzie codziennie korzystają z tej właściwości wody, nie zauważając tego. Na przykład wlewanie zimnej wody do pojemnika i schładzanie w nim napojów lub potraw. Zimna woda odbiera ciepło z butelki, pojemnika zamiast zimna, możliwa jest również reakcja odwrotna.
Teraz to samo zjawisko można łatwo sobie wyobrazić w skali planetarnej. Ocean nagrzewa się latem, a następnie – wraz z nadejściem chłodów – powoli ochładza się i oddaje swoje ciepło powietrzu, ogrzewając tym samym kontynenty. Po ostygnięciu zimą ocean zaczyna się bardzo powoli nagrzewać w porównaniu z lądem i oddaje swój chłód kontynentom marnującym się od letniego słońca.
Gęstość wody
Powyżej powiedziano, że ryby żyją w stawie zimą, ponieważ woda zamarza ze skorupą na całej ich powierzchni. Wiemy, że woda zaczyna zamieniać się w lód w temperaturze zero stopni. Ze względu na to, że gęstość wody jest większa niż gęstość lodu, lód unosi się i zamarza na powierzchni.
Jakie są właściwości redoks wody
Ponadto w różnych warunkach woda może być zarówno środkiem utleniającym, jak i redukującym. Oznacza to, że woda, oddając swoje elektrony, jest naładowana dodatnio i utleniona. Albo pozyskuje elektrony i jest naładowany ujemnie, co oznacza, że zostaje przywrócony. W pierwszym przypadku woda utlenia się i nazywana jest martwą. ona posiadabardzo silne właściwości bakteriobójcze, ale nie trzeba go pić. W drugim przypadku woda jest żywa. Działa orzeźwiająco, pobudza organizm do regeneracji, dostarcza energii komórkom. Różnica między tymi dwoma właściwościami wody jest wyrażona terminem „potencjał redoks”.
Z czym może reagować woda
Woda może reagować z prawie wszystkimi substancjami istniejącymi na Ziemi. Jedyną rzeczą jest to, że do wystąpienia tych reakcji trzeba zapewnić odpowiednią temperaturę i mikroklimat.
Na przykład w temperaturze pokojowej woda dobrze reaguje z metalami, takimi jak sód, potas, bar – są one nazywane aktywnymi. Halogeny to fluor i chlor. Po podgrzaniu woda dobrze reaguje z żelazem, magnezem, węglem, metanem.
Za pomocą różnych katalizatorów woda reaguje z amidami, estrami kwasów karboksylowych. Katalizator to substancja, która wydaje się popychać składniki do wzajemnej reakcji, przyspieszając ją.
Czy jest woda gdziekolwiek indziej niż na Ziemi?
Do tej pory nie znaleziono wody na żadnej planecie w Układzie Słonecznym, z wyjątkiem Ziemi. Tak, zakładają jej obecność na satelitach takich gigantycznych planet jak Jowisz, Saturn, Neptun czy Uran, ale na razie naukowcy nie mają dokładnych danych. Istnieje inna hipoteza, jeszcze nie w pełni zweryfikowana, dotycząca wód gruntowych na planecie Mars i na satelicie Ziemi - Księżycu. Jeśli chodzi o Marsa, wysunięto szereg teorii, że kiedyś na tej planecie istniał ocean, a jego możliwy model został nawet zaprojektowany przez naukowców.
Poza Układem Słonecznym jest wiele dużych i małych planet, na których według naukowców może znajdować się woda. Ale jak dotąd nie ma najmniejszego sposobu, aby być tego pewnym.
Jak wykorzystać przewodnictwo cieplne i elektryczne wody do celów praktycznych
Ze względu na to, że woda ma dużą pojemność cieplną, jest wykorzystywana w sieciach grzewczych jako nośnik ciepła. Zapewnia transfer ciepła od producenta do konsumenta. Wiele elektrowni jądrowych również używa wody jako doskonałego chłodziwa.
W medycynie lód służy do chłodzenia, a para do dezynfekcji. Lód wykorzystywany jest również w systemie cateringowym.
W wielu reaktorach jądrowych woda jest używana jako moderator dla udanej reakcji łańcucha jądrowego.
Woda pod ciśnieniem służy do rozłupywania, przebijania, a nawet cięcia skał. Jest to aktywnie wykorzystywane przy budowie tuneli, obiektów podziemnych, magazynów, przejść podziemnych.
Wniosek
Z artykułu wynika, że woda w swoich właściwościach i funkcjach jest najbardziej niezastąpioną i zadziwiającą substancją na Ziemi. Czy życie człowieka lub jakiejkolwiek innej żywej istoty na Ziemi zależy od wody? Z pewnością tak. Czy ta substancja przyczynia się do działalności naukowej człowieka? Tak. Czy woda ma przewodność elektryczną, przewodność cieplną i inne użyteczne właściwości? Odpowiedź brzmi również tak. Inna sprawa, że na Ziemi jest coraz mniej wody, a tym bardziej czystej wody. A naszym zadaniem jest zachowanie i zabezpieczenie go (a więc nas wszystkich) przedzniknięcie.
