Найважливіші фізичні константи води

Показник	Константа
Густина: лід (0° С) вода (0° С)	917 кг/м^3 999 кг/м^3
Температура плавлення	0° С
Температура кипіння	100° С
Питома теплота плавлення	3,18·10^5 Дж/кг
Питома теплота пароутворення (100° С)	2,26·10^6 Дж/кг
Питома теплоємність (20° С)	4182 Дж/(кг·К)
Показник заломлення (20° С)	1,333
Діелектрична проникність (20° С)
Швидкість звуку (20° С)	1483 м/с

Багато фізичних властивостей води є аномальними по відношенню до споріднених сполук. Вода відрізняється аномально високими температурами плавлення і кипіння. Густина води при охолодженні зростає подібно до інших рідин, але тільки до температури +4,0° С. При температурі +3,98° С спостерігається максимум густини води (1000 кг/м³) і в процесі подальшого охолодження до точки замерзання густина води зменшується. В точці замерзання густина льоду стрибкоподібно падає, тоді як у інших речовин при кристалізації густина зростає.

Аномальна поведінка густини води спостерігається біля точки кристалізації (рис. 2) та має неоціненне значення для існування живого у воді; в досить глибоких водоймах вода ніколи не охолоджується нижче
+4,0° С. Лід, що плаває на поверхні води, діє як додатковий тепловий екран, який захищає воду від охолодження і не пропускає теплове випромінювання назовні.

Аномально високі значення для води, порівняно із подібними сполуками, мають питома теплота плавлення і випаровування та питома теплоємність, що робить воду і гідросферу в цілому планетним акумулятором тепла порівняно із материками.

Рис. 2. Густина води біля точки плавлення

Аномалії фізичних властивостей води зумовлені особливостями структури молекули води та міжмолекулярних взаємодій у рідині і твердому стані.

Три атоми молекули води утворюють рівнобедрений трикутник з протонами в основі і атомом кисню у вершині. Електронні орбіти в молекулі води орієнтовані так, що утворюються 4 електричні полюси. З них 2 позитивні полюси пов'язані з атомами водню, електрони яких зміщені до кисню, та 2 негативні – з атомом кисню. Всі чотири полюси знаходяться у вершинах тетраедра, завдяки чому молекула води характеризується значним дипольним моментом (1,86 Дебай); чотири просторово розділені полюси утворюють з сусідніми молекулами води чотири водневі зв'язки.

Водневі зв'язки на порядок сильніші, ніж сили міжмолекулярної взаємодії більшості речовин, тому для плавлення, випаровування і нагрівання води необхідні відповідно більші енергетичні затрати. Це пояснює аномально великі значення питомої теплоти. Завдяки високій діелектричній проникності вода є найбільш універсальним розчинником, у першу чергу солей, лугів, кислот.

З органічних речовин у воді розчиняються ті сполуки, що мають полярні групи (^–ОН, ^–NH₂ та ін.). Особливе значення для біосфери має здатність води розчиняти гази, в першу чергу кисень і вуглекислий газ.

Лужні і лужноземельні метали при звичайній температурі реагують з водою, розкладаючись на водень і відповідний гідроксид. При високих температурах вода реагує майже з усіма металами. Цим зумовлене явище корозії. Вода є найкращим розчинником для більшості сполук. Процес розчинення речовин, як правило, супроводжується явищами гідролізу і гідратації. При розчиненні у воді кислотних і лужних оксидів утворюються відповідні кислоти і луги. Наявність хоча б слідів води необхідна для переважної більшості хімічних реакцій. Навіть сліди води різко змінюють багато фізичних властивостей речовин: температуру кипіння, плавлення, поверхневий натяг і т. д.

Контрольні питання.

1. Будова води.

2. Наведіть основні положення класифікації О.А. Алекіна.

3. Особливості класифікації вод за В.А. Александровим.

4. Надайте характеристику класифікації природних вод за В.В.Івановим та Г.А. Невраєвим.

5. Класифікація вод за В.Т. Малишеком.

6. Охарактеризуйте основні положення класифікації вод за мінералізацією та за хімічним складом.

7. Наведіть та надайте пояснення фізичним властивостям води.

8. Перерахуйте аномальні властивості води, чим вони обумовлені.

9. Хімічні властивості води.

Дата добавления: 2015-07-07