L'acqua e le sue proprietà fisiche e chimiche. Struttura dell'acqua

La sostanza più importante del nostro pianeta, unica nelle sue proprietà e composizione, è, naturalmente, l'acqua. Dopotutto, è grazie a lei che c'è vita sulla Terra, mentre non è su altri oggetti del sistema solare conosciuti oggi. Solido, liquido, sotto forma di vapore: è necessario e importante per qualsiasi. L'acqua e le sue proprietà sono oggetto dello studio di un'intera disciplina scientifica: l'idrologia.

Quantità di acqua sul pianeta

Se consideriamo l'indicatore della quantità di questo ossido in tutti gli stati aggregativi, allora è circa il 75% della massa totale sul pianeta. Questo dovrebbe tener conto dell'acqua legata composti organici cose viventi, minerali e altri elementi.

Se si tiene conto solo dello stato liquido e solido, il tasso scenderà al 70,8%. Considerare come vengono distribuite queste percentuali, che contiene la sostanza in questione.

1. Acqua salata negli oceani e nei mari, laghi salati sulla Terra 360 milioni di km ² .
2. L'acqua dolce è distribuita in modo non uniforme: nei ghiacciai della Groenlandia, nell'Artico, l'Antartide è racchiusa in ghiaccio 16,3 milioni di km ² .
3. 5,3 milioni di km ² di ossido di idrogeno sono concentrati in fiumi, paludi e laghi freschi.
4. Le acque sotterranee sono 100 milioni di m ³ .

Questo è il motivo per cui gli astronauti provenienti dallo spazio cosmico distante vedono la Terra sotto forma di una palla blu con macchie di terra occasionali. L'acqua e le sue proprietà, la conoscenza delle caratteristiche della struttura sono elementi importanti della scienza. Inoltre, negli ultimi tempi l'umanità sta iniziando a sperimentare una chiara penuria di acqua dolce. Forse tale conoscenza aiuterà a risolvere questo problema.

La composizione dell'acqua e la struttura della molecola

Se consideriamo questi indicatori, le proprietà che questa stupefacente sostanza si manifesta saranno immediatamente chiare. Quindi, una molecola d'acqua è composta da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno, quindi ha la formula empirica H ₂ O. Inoltre, gli elettroni di entrambi gli elementi giocano un ruolo importante nella costruzione della molecola stessa. Vediamo quale sia la struttura dell'acqua e le sue proprietà.

Ovviamente, ciascuna molecola è orientata l'una sull'altra e insieme formano un reticolo cristallino comune. È interessante notare che l'ossido è costruito a forma di tetraedro: un atomo di ossigeno nel centro e due coppie di elettroni e due atomi di idrogeno attorno sono asimmetrici. Se si disegna una linea attraverso i centri dei nuclei degli atomi degli atomi e li si connette, si ottiene esattamente la forma geometrica tetraedrica.

L'angolo tra il centro dell'atomo di ossigeno e il nucleo degli idrogeni è di 104,5 ^° C. Il legame è O - H = 0,0957 nm. La presenza di coppie di elettroni di ossigeno, così come la sua maggiore affinità elettronica rispetto all'idrogeno, assicura la formazione di un campo caricato negativamente nella molecola. Al contrario, i nuclei di idrogeno formano una parte caricata positivamente del composto. Quindi, si scopre che la molecola d'acqua è un dipolo. Questo determina quale acqua può essere, e le sue proprietà fisiche dipendono anche dalla struttura della molecola. Per gli esseri viventi, queste caratteristiche svolgono un ruolo vitale.

Proprietà fisiche di base

Questi sono solitamente attribuiti al reticolo cristallino, al punto di ebollizione e al punto di fusione, alle caratteristiche individuali speciali. Tutti loro e considerano.

1. La struttura del reticolo cristallino dell'ossido di idrogeno dipende dallo stato di aggregazione. Può essere solido - ghiaccio, liquido - l'acqua principale in condizioni normali, gassoso - vapore quando la temperatura dell'acqua sale oltre 100 ⁰ C. Il ghiaccio forma dei bellissimi cristalli a motivi. La griglia è generalmente sciolta, ma l'articolazione è molto forte, la densità è bassa. Puoi vederlo sull'esempio di fiocchi di neve o di gelo sul vetro. Nell'acqua ordinaria, il reticolo non ha una forma permanente, cambia e passa da uno stato all'altro.
2. Una molecola d'acqua nello spazio esterno ha la forma corretta di una palla. Tuttavia, sotto l'azione della gravità della terra, è distorta e allo stato liquido prende la forma di una nave.
3. Il fatto che la struttura dell'ossido di idrogeno sia un dipolo determina le seguenti proprietà: alta conduttività termica e capacità termica, che può essere rintracciata nel rapido riscaldamento e nel lungo raffreddamento della sostanza, la capacità di orientare attorno a sé sia ​​ioni che singoli elettroni, composti. Questo rende l'acqua un solvente universale (sia polare che neutro).
4. La composizione dell'acqua e la struttura della molecola spiegano la capacità di questo composto di formare legami multipli di idrogeno, incluso con altri composti che hanno coppie di elettroni solitari (ammoniaca, alcol e altri).
5. Il punto di ebollizione dell'acqua liquida è 100 ^° C, la cristallizzazione avviene a + 4 ^° C. Il ghiaccio è al di sotto di questo indicatore. Se aumenti la pressione, allora punto di ebollizione dell'acqua aumentare drammaticamente. Così, ad alte atmosfere, il piombo può essere fuso in esso, ma allo stesso tempo non fa bollire (oltre 300 ⁰ С).
6. Le proprietà dell'acqua sono molto significative per gli esseri viventi. Ad esempio, uno dei più importanti è la tensione superficiale. Questa è la formazione del film protettivo più sottile sulla superficie dell'ossido di idrogeno. Si tratta di acqua allo stato liquido. È molto difficile rompere questo film con un'azione meccanica. Gli scienziati hanno stabilito che è necessaria una forza pari a 100 tonnellate. Come notarla? Il film è evidente quando l'acqua gocciola lentamente dal rubinetto. Si può vedere che è come se in una specie di guscio, che si estende a un certo limite e peso e si stacca sotto forma di una goccia rotonda, leggermente distorta dalla gravità. A causa della tensione superficiale, molti oggetti possono trovarsi sulla superficie dell'acqua. Insetti con dispositivi speciali possono muoversi liberamente su di esso.
7. L'acqua e le sue proprietà sono anormali e uniche. Per caratteristiche organolettiche di questo composto è un liquido incolore senza gusto e odore. Ciò che chiamiamo il sapore dell'acqua sono i minerali disciolti in esso e altri componenti.
8. La conduttività dell'ossido di idrogeno allo stato liquido dipende da quanto e quali sali si sciolgono in esso. Acqua distillata non contenente impurità corrente elettrica non regge.

Il ghiaccio è uno stato d'acqua speciale. Nella struttura di questo stato, le sue molecole sono legate tra loro da legami a idrogeno e formano un bellissimo reticolo cristallino. Ma è abbastanza instabile e può facilmente incrinarsi, fondersi, cioè deformarsi. Tra le molecole si conservano molti vuoti, le cui dimensioni superano le dimensioni delle particelle stesse. A causa di ciò, la densità del ghiaccio è inferiore a quella dell'ossido di idrogeno liquido.

Questo è di grande importanza per fiumi, laghi e altri corpi d'acqua dolce. Infatti, nel periodo invernale, l'acqua contenuta in essi non si congela completamente, ma viene solo coperta da una fitta crosta di ghiaccio leggero che galleggia. Se questa proprietà non fosse caratteristica dello stato solido dell'ossido di idrogeno, i serbatoi si congelerebbero. La vita sott'acqua sarebbe impossibile.

Inoltre, lo stato solido dell'acqua è di grande importanza come fonte di un'enorme quantità di acqua potabile fresca. Questi sono ghiacciai.

Una proprietà speciale dell'acqua può essere chiamata il fenomeno del punto triplo. Questa è una condizione in cui ghiaccio, vapore e liquido possono esistere simultaneamente. Ciò richiede condizioni come:

• alta pressione - 610 Pa;
• temperatura 0,01 ⁰ C.

L'indice della trasparenza dell'acqua varia a seconda delle impurità. Il liquido può essere completamente trasparente, opalescente, torbido. Le onde dei colori giallo e rosso sono assorbite, i raggi viola penetrano profondamente.

Proprietà chimiche

L'acqua e le sue proprietà sono uno strumento importante per comprendere molti processi vitali. Pertanto, sono studiati molto bene. Quindi l'idrochimica è interessata all'acqua e alle sue proprietà chimiche. Tra questi ci sono i seguenti:

1. Rigidità. Questa è una proprietà che è spiegata dalla presenza di sali di calcio e magnesio, i loro ioni in soluzione. È diviso in una costante (sali dei metalli nominati: cloruri, solfati, solfiti, nitrati), temporanea (bicarbonati), che viene eliminata mediante ebollizione. In Russia, l'acqua viene ammorbidita prima dell'uso con mezzi chimici per una migliore qualità.
2. Mineralizzazione. Proprietà basata sul momento di dipolo dell'ossido di idrogeno. Grazie alla sua presenza, le molecole sono in grado di attaccare a se stesse molte altre sostanze, ioni e conservarle. Questo è il modo in cui si formano soci, clathrates e altre associazioni.
3. Proprietà redox. Come solvente universale, catalizzatore, associato, l'acqua è in grado di interagire con molti composti semplici e complessi. Con alcuni, agisce come un agente ossidante, con altri - viceversa. Come reagisce l'agente riducente con alogeni, sali, alcuni metalli meno attivi, con molti materia organica. Le ultime trasformazioni stanno studiando la chimica organica. L'acqua e le sue proprietà, in particolare, chimiche, mostrano quanto sia versatile e unico. Come agente ossidante, reagisce con metalli attivi, alcuni sali binari, molti composti organici, carbonio, metano. In generale, le reazioni chimiche che coinvolgono questa sostanza richiedono la selezione di determinate condizioni. Da loro dipende l'esito della reazione.
4. Proprietà biochimiche. L'acqua è parte integrante di tutti i processi biochimici del corpo, essendo un solvente, un catalizzatore e un mezzo.
5. Interazione con i gas con la formazione di clatrati. L'acqua liquida regolare può assorbire anche i gas chimicamente inattivi e localizzarli all'interno delle cavità tra le molecole della struttura interna. Tali composti sono chiamati clathrates.
6. Con molti metalli, l'ossido di idrogeno forma idrati cristallini, in cui è incorporato immutato. Ad esempio, solfato di rame (CuSO ₄ * 5H ₂ O), nonché idrati comuni (NaOH * H ₂ O e altri).
7. Per l'acqua, le reazioni caratteristiche sono composti in cui si verifica la formazione di nuove classi di sostanze (acidi, basi, basi). Non sono redox.
8. Elettrolisi. Sotto l'azione di una corrente elettrica, la molecola si decompone in gas composti - idrogeno e ossigeno. Uno dei modi per metterli in laboratorio e nell'industria.

Dal punto di vista della teoria di Lewis, l'acqua è un acido debole e una base debole allo stesso tempo (anfolita). Cioè, possiamo dire di una specie di anfotero nelle proprietà chimiche.

L'acqua e le sue proprietà benefiche per gli esseri viventi

È difficile sopravvalutare l'importanza che l'ossido di idrogeno ha per tutti gli esseri viventi. Dopotutto, l'acqua è la vera fonte della vita. È noto che senza di essa una persona non avrebbe potuto vivere una settimana. L'acqua, le sue proprietà e il suo valore sono semplicemente colossali.

1. È un universale, cioè in grado di dissolvere sia composti organici che inorganici, il solvente che agisce nei sistemi viventi. Ecco perché l'acqua è la fonte e il mezzo per il flusso di tutte le trasformazioni biochimiche catalitiche, con la formazione di composti complessi complessi vitali.
2. La capacità di formare legami a idrogeno rende questa sostanza universale nel mantenimento delle temperature senza modificare lo stato di aggregazione. Se così non fosse, allora alla minima diminuzione in gradi si trasformerebbe in ghiaccio all'interno degli esseri viventi, provocando la morte cellulare.
3. Per gli esseri umani, l'acqua è la fonte di tutti i beni e le necessità di base della famiglia: cucinare, lavare, pulire, fare il bagno, nuotare e nuotare, e così via.
4. Gli impianti industriali (chimici, tessili, costruzioni meccaniche, alimentari, raffinazione del petrolio e altri) non sarebbero stati in grado di svolgere il loro lavoro senza la partecipazione dell'ossido di idrogeno.
5. Sin dai tempi antichi si credeva che l'acqua fosse fonte di salute. È stato usato ed è usato oggi come sostanza terapeutica.
6. Le piante lo usano come la principale fonte di nutrimento, a causa della quale producono ossigeno - il gas attraverso il quale la vita esiste sul nostro pianeta.

Ci sono dozzine di motivi in ​​più per cui l'acqua è la sostanza più diffusa, importante e necessaria per tutti gli oggetti viventi e creati artificialmente. Abbiamo portato solo i più ovvi, i principali.

Ciclo idrologico dell'acqua

In altre parole, è la sua circolazione in natura. Un processo molto importante che ti consente di rifornire costantemente scorte d'acqua che scompaiono. Come va?

I partecipanti principali sono tre: acque sotterranee (o sotterranee), acque superficiali e oceani. Anche l'atmosfera che condensa e le precipitazioni eccezionali sono importanti. Anche i partecipanti attivi nel processo sono piante (principalmente alberi) che possono assorbire un'enorme quantità di acqua al giorno.

Quindi, il processo è il seguente. Le acque sotterranee riempiono capillarmente e greggi sotterranei fino alla superficie e all'oceano mondiale. Quindi l'acqua di superficie viene assorbita dalle piante e trasportata nell'ambiente. L'evaporazione si verifica anche da vaste aree di oceani, mari, fiumi, laghi e altri corpi idrici. Una volta nell'atmosfera, cosa fa l'acqua? Condensato e rovesciato come precipitazione (pioggia, neve, grandine).

Se questi processi non si fossero verificati, le riserve di acqua, in particolare di acqua dolce, sarebbero state a lungo esaurite. Ecco perché le persone prestano grande attenzione alla protezione e al normale ciclo idrologico.

Concetto di acqua pesante

In natura, l'ossido di idrogeno esiste come una miscela di isotopologhi. Ciò è dovuto al fatto che l'idrogeno forma tre tipi di isotopi: il protium ¹ N, il deuterio ² N, il tritium ³ N. Oxygen, a sua volta, non rimane indietro e forma tre forme stabili: ¹⁶ O, ¹⁷ O, ¹⁸ O. È dovuto a questo non è solo il solito acqua di propio della composizione H ₂ O ( ¹ H e ¹⁶ O), ma anche deuterio e trizio.

Allo stesso tempo, il deuterio ( ² N) è stabile nella struttura e nella forma, che è incluso in quasi tutte le acque naturali, ma in piccole quantità. Che è chiamato pesante. È leggermente diverso dal solito o facile per tutti gli indicatori.

L'acqua pesante e le sue proprietà sono caratterizzate da diversi punti.

1. Cristallizza a una temperatura di 3,82 ⁰ C.
2. L'ebollizione è osservata a 101,42 ^° C.
3. La densità è 1.1059 g / cm ³ .
4. Come solvente molte volte peggio dell'acqua leggera.
5. Ha la formula chimica D ₂ O.

Quando si conducono esperimenti che mostrano l'effetto di tale acqua sui sistemi viventi, si è scoperto che solo alcuni tipi di batteri possono vivere in esso. Ci è voluto tempo perché le colonie si adattassero e si acclimatizzassero. Ma, dopo essersi adattati, hanno completamente ripristinato tutte le funzioni vitali (riproduzione, alimentazione). Inoltre, l'acciaio è molto resistente alle radiazioni. Gli esperimenti su rane e pesci non hanno dato un risultato positivo.

I moderni campi di applicazione del deuterio e l'acqua pesante da essa formata sono l'ingegneria nucleare e nucleare. In condizioni di laboratorio, tale acqua può essere ottenuta mediante elettrolisi ordinaria - si forma come sottoprodotto. Il deuterio stesso è formato da ripetute distillazioni di idrogeno in dispositivi speciali. La sua applicazione si basa sulla capacità di rallentare la sintesi di neutroni e le reazioni dei protoni. Sono proprio gli isotopi di acqua pesante e di idrogeno che sono la base per la creazione di una bomba nucleare e di idrogeno.

Gli esperimenti sull'uso di acqua di deuterio da parte di persone in piccole quantità hanno dimostrato che non si attarda a lungo: una conclusione completa viene osservata dopo due settimane. Usarlo come fonte di umidità per la vita è impossibile, ma il valore tecnico è semplicemente enorme.

Sciogliere l'acqua e la sua applicazione

Le proprietà di tale acqua fin dai tempi antichi sono state definite dalle persone come guarigioni. È stato a lungo osservato che quando la neve si scioglie, gli animali cercano di bere l'acqua dalle pozzanghere formate. Successivamente, la sua struttura e gli effetti biologici sul corpo umano sono stati accuratamente studiati.

Sciogli l'acqua, i suoi segni e le sue proprietà sono nel mezzo tra la luce normale e il ghiaccio. Dall'interno, è formato non solo da molecole, ma da un insieme di cluster formati da cristalli e gas. Cioè, l'idrogeno e l'ossigeno sono all'interno dei vuoti tra le parti strutturali del cristallo. In generale, la struttura dell'acqua di fusione è simile alla struttura del ghiaccio - la struttura è preservata. Le proprietà fisiche di un tale ossido di idrogeno variano leggermente rispetto al solito. Tuttavia, gli effetti biologici sul corpo sono eccellenti.

Quando l'acqua viene congelata dalla prima frazione, la parte più pesante si trasforma in ghiaccio - questi sono isotopi del deuterio, sali e impurità. Pertanto, questo nucleo dovrebbe essere rimosso. Ma il resto è acqua pulita, strutturata e salutare. Qual è l'effetto sul corpo? I seguenti tipi di miglioramenti sono stati nominati dagli scienziati dell'Istituto di ricerca di Donetsk:

1. Accelerazione dei processi di recupero.
2. Rafforzare l'immunità.
3. Nei bambini, dopo l'inalazione con tale acqua, si verifica il recupero e la cura del raffreddore, la tosse, la rinite e così via.
4. Respirazione migliorata, laringea e mucose.
5. Il benessere generale della persona, l'attività aumenta.

Oggi ci sono molti sostenitori del trattamento con l'acqua di fusione, che scrivono le loro recensioni positive. Tuttavia, ci sono scienziati, compresi i medici, che non supportano queste opinioni. Credono che non ci sarà alcun danno da tale acqua, ma c'è poco beneficio.

Industria energetica

Perché le proprietà dell'acqua possono cambiare e recuperare quando si passa a diversi stati di aggregazione? La risposta a questa domanda è la seguente: questa connessione ha una propria memoria di informazioni, che registra tutte le modifiche e porta al ripristino della struttura e delle proprietà al momento giusto. Il campo della bioenergia, attraverso il quale passa una parte di acqua (quella che proviene dallo spazio), trasporta una potente carica di energia. Questo modello è spesso usato nel trattamento. Tuttavia, da un punto di vista medico, non tutte le acque possono avere un effetto benefico, anche informativo.

Acqua strutturata - che cos'è?

Questa è una tale acqua, che ha una struttura leggermente diversa delle molecole, la posizione dei reticoli cristallini (come si osserva nel ghiaccio), ma è ancora un liquido (il disgelo si riferisce anche a questo tipo). In questo caso, la composizione dell'acqua e le sue proprietà non sono scientificamente diverse da quelle tipiche dell'ossido di idrogeno ordinario. Pertanto, l'acqua strutturata non può avere un effetto terapeutico così ampio, che è attribuito al suo esoterico e sostenitore della medicina alternativa.