БОЛЬШАЯ СОВЕТСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ, БСЭ БОЛЬШАЯ СОВЕТСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ, БСЭ
Навигация:

Библиотека DJVU
Photogallery

БСЭ

Статистика:


Вода

Значение слова "Вода" в Большой Советской Энциклопедии


Вода, окись водорода, H20, простейшее устойчивое в обычных условиях химическое соединение водорода с кислородом
(11,19% водорода и 88,81% кислорода по массе), молекулярная масса 18,0160; бесцветная жидкость без запаха и вкуса (в толстых слоях имеет голубоватый цвет), Вода принадлежит важнейшая роль в геологической истории Земли и возникновении жизни, в формировании физической и химической среды, климата и погоды на нашей планете. Без Вода невозможно существование живых организмов. Вода - обязательный компонент практически всех технологических процессов - как сельскохозяйственного, так и промышленного производства.

  Вода в природе. Вода широко распространена в природе. Гидросфера - водная оболочка Земли, включающая океаны, моря, озёра, водохранилища, реки, подземные Вода, почвенную влагу, составляет около 1,4-1,5 млрд. км3, причём на долю Вода суши приходится всего около 90 млн. км3. Из них подземные воды составляют 60, ледники 29, озёра 0,75, почвенная влага 0,075, реки 0,0012 млн. км3. В атмосфере Вода находится в виде пара, тумана и облаков, капель дождя и кристаллов снега (всего около 13-15 тыс. км3). Около 10% поверхности суши постоянно занимают ледники. На севере и северо-востоке СССР, на Аляске и Севере Канады - общей площадью около 16 млн. км2 всегда сохраняется подпочвенный слой льда (всего около 0,5 млн. км3. В земной коре - литосфере содержится, по разным оценкам, от 1 до 1,3 млрд. км3 Вода, что близко к содержанию её в гидросфере. В земной коре значительные количества Вода находятся в связанном состоянии, входя в состав некоторых минералов и горных пород (гипс, гидратированные формы кремнезёма, гидросиликаты и др.). Огромные количества Вода (13-15 млрд. км3) сосредоточены в более глубоких недрах мантии Земли. Выход Вода, выделявшейся из мантии в процессе разогревания Земли на ранних стадиях её формирования, и дал, по современным воззрениям, начало гидросфере. Ежегодное поступление Вода из мантии и магматических очагов составляет около 1 км3. Имеются данные о том, что Вода, хотя бы частично, имеет «космическое» происхождение: протоны, пришедшие в верхнюю атмосферу от Солнца, захватив электроны, превращаются в атомы водорода, которые, соединяясь с атомами кислорода, дают H2O. Вода входит в состав всех живых организмов, причём в целом в них содержится лишь вдвое меньше Вода, чем во всех реках Земли. В живых организмах количество Вода, за исключением семян и спор, колеблется между 60 и 99,7% по массе. По словам французского биолога Э. Дюбуа-Реймона, живой организм есть l"eau animée (одушевлённая вода). Все воды Земли постоянно взаимодействуют между собой, а также с атмосферой, литосферой и биосферой (см. Влагооборот, Водный баланс)/

  Вода в природных условиях всегда содержит растворённые соли, газы и органические вещества. Их количественный состав меняется в зависимости от происхождения Вода и окружающих условий. При концентрации солей до 1 г/кг Вода считают пресной, до 25 г/кг  - солоноватой, свыше - солёной.

  Наименее минерализованными Вода являются атмосферные осадки (в среднем около 10-20 мг/кг), затем пресные озёра и реки (50-1000 мг/кг). Солёность океана колеблется около 35 г/кг; моря имеют меньшую минерализацию (Чёрное 17-22 г/кг; Балтийское 8-16 г/кг; Каспийское 11-13 г/кг). Минерализация подземных Вода вблизи поверхности в условиях избыточного увлажнения составляет до 1 г/кг, в засушливых условиях до 100 г/кг, в глубинных артезианских Вода минерализация колеблется в широких пределах. Максимальные концентрации солей наблюдаются в соляных озёрах (до 300 г/кг) и глубокозалегающих подземных Вода (до 600 г/кг).

  В пресных Вода обычно преобладают ионы HCO3-, Са2+ и Mg2+. По мере увеличения общей минерализации растет концентрация ионов SO42-, Cl-, Na+ и К+. В высо-коминерализованных Вода преобладают ионы Cl- и Na+, реже Mg2+ и очень редко Ca2+. Прочие элементы содержатся в очень малых количествах, хотя почти все естественные элементы периодической системы найдены в природных Вода

  Из растворённых газов в природных Вода присутствуют азот, кислород, двуокись углерода, благородные газы, редко сероводород и углеводороды. Концентрация органических веществ невелика - в среднем в реках около 20 мг/л, в подземных Вода ещё меньше, в океане около 4 мг/л. Исключение составляют Вода болотные и нефтяных месторождений и Вода, загрязнённые промышленными и бытовыми стоками, где количество их бывает выше. Качественный состав органических веществ чрезвычайно разнообразен и включает различные продукты жизнедеятельности организмов, населяющих Вода, и соединения, образующиеся при распаде их остатков.

  Первоисточниками солей природных Вода являются вещества, образующиеся при химическом выветривании изверженных пород (Ca2+, Mg2+, Na+, К+ и др.), и вещества, выделявшиеся на протяжении всей истории Земли из её недр (CO2, SO2, HCI, NH3 и др.). От разнообразия состава этих веществ и условий, в которых происходило их взаимодействие с Вода, зависит состав Вода Громадное значение для состава Вода имеет и воздействие живых организмов (см. также Гидрохимия).

  Изотопный состав Вода В связи с существованием двух стабильных изотопов у водорода (1H и 2H, обычно обозначаемые Н и D) и трёх у кислорода (16O,17O и 18O) известно 9 изотопных разновидностей Вода, которые находятся в природной Вода в среднем в следующих соотношениях (в молярных %): 99,73 H216O; 0,04 H217O; 0,20 H218O, 0,03 HD’16O, а также 10-5-10-15%(суммарно) HD17O, HD18O, D216O, D217O, D218O. Особый интерес представляет тяжёлая вода D2O, содержащая дейтерий. В Вода Земли находится всего13-20 кг «сверхтяжёлой» Вода. содержащей радиоактивный изотоп водорода - тритий (3H, или Т).

  Историческая справка. Благодаря широкой распространённости Вода и её роли в жизни людей, она издавна считалась первоисточником жизни. Представление философов античности о Вода как о начале всех вещей нашло отражение в учении Аристотеля (4 в. до н. э.) о четырёх стихиях (огне, воздухе, земле и Вода), причём Вода считалась носителем холода и влажности. Вплоть до конца 18 в. в науке существовало представление о Вода как об индивидуальном химическом элементе. В 1781-82 английский учёный Г. Кавендиш впервые синтезировал Вода, взрывая электрической искрой смесь водорода и кислорода, а в 1783 французский учёный А. Лавуазье, повторив эти опыты, впервые сделал правильный вывод, что Вода есть соединение водорода и кислорода. В 1785 Лавуазье совместно с французским учёным Ж. Менье определил количественный состав Вода В 1800 английские учёные У. Николсон и А. Карлейль разложили Вода на элементы электрическим током. Таким образом, анализ и синтез Вода показали сложность её состава и позволили установить для неё формулу H2O. Изучение физических свойств Вода началось ещё до установления её состава в тесной связи с другими научно-техническими проблемами. В 1612 итальянский учёный Г. Галилей обратил внимание на меньшую плотность льда сравнительно с жидкой Вода как на причину плавучести льда. В 1665 голландский учёный Х. Гюйгенс предложил принять температуру кипения и температуру плавления Вода за опорные точки шкалы термометра. В 1772 французский физик Делюк нашёл, что максимум плотности Вода лежит при 4°С; при установлении в конце 18 в. метрической системы мер и весов это наблюдение было использовано для определения единицы массы - килограмма. В связи с изобретением паровой машины французские учёные Д. Араго и П. Дюлонг (1830) изучили зависимость давления насыщенного пара Вода от температуры. В 1891-97 Д. И. Менделеев дал формулы зависимости плотности Вода от температуры. В 1910 американский учёный П. Бриджмен и немецкий учёный Г. Тамман обнаружили у льда при высоком давлении несколько полиморфных модификаций. В 1932 американские учёные Э. Уошберн и Г. Юри открыли тяжёлую Вода Развитие физических методов исследования позволило существенно продвинуться в изучении структуры молекул Вода, а также строения кристаллов льда. В последние десятилетия особое внимание учёных привлекает структура жидкой Вода и водных растворов.

  Физические свойства и строение Вода Важнейшие физические константы Вода приведены в табл. 1. О давлении насыщенного пара Вода при разных температурах см. в ст. Пар водяной. О полиморфных модификациях Вода в твёрдом состоянии см. в ст. Лёд. Тройная точка для Вода, где находятся в равновесии жидкая Вода, лёд и пар, лежит при температуре +0,01°С и давлении 6,03·10-3 атм.

  Многие физические свойства Вода обнаруживают существенные аномалии. Как известно, свойства однотипных химических соединений у элементов, находящихся в одной и той же группе периодической системы Менделеева, изменяются закономерно. В ряду водородных соединений элементов VI группы (H2Te, H2Se, H2S, H2O) температуры плавления и кипения закономерно уменьшаются лишь у первых трёх; для Вода эти температуры аномально высоки. Плотность Вода в интервале 100-4°С нормально возрастает, как и у огромного большинства других жидкостей. Однако, достигнув максимального значения 1,0000 г/см3 при +3,98°С, при дальнейшем охлаждении уменьшается, а при замерзании скачкообразно падает, тогда как почти у всех остальных веществ кристаллизация сопровождается увеличением плотности. Вода способна к значительному переохлаждению, т. е. может оставаться в жидком состоянии ниже температуры плавления (даже при -30°С). Удельная теплоёмкость, удельная теплота плавления и кипения Вода аномально высоки по сравнению с другими веществами, причём удельная теплоёмкость Вода минимальна при 40°С. Вязкость Вода с ростом давления уменьшается, а не повышается, как следовало бы ожидать по аналогии с другими жидкостями. Сжимаемость Вода крайне невелика, причём с ростом температуры уменьшается.

 
  Табл. 1. - Физические свойства воды<

Свойство
Значение

Плотность, г/см3

 

  лёд  . . . . . . . . . . . . . . . . . .

0,9168 (0°С)

  жидкость  . . . . . . . . . . . .

0,99987 (0°С)

1,0000 (3,98°С)

0,99823 (20°С)

  пар насыщенный  . . . . . .

0,5977 кг/м3 (100°С)

Темп-ра плавления  . . . . .

0°С

Темп-ра кипения  . . . . . . .

100°С

Критич. темп-ра  . . . . . . . .

374,15°С

Критич. давление  . . . . . . .

218,53 кгс/см2

Критич. плотность  . . . . . .

0,325 г/см3

Теплота плавления  . . . . . .

79,7 кал/г

Теплота испарения  . . . . . .

539 кал/г (100°С)

Уд. теплопровод-
ность, кал/(см·сек·град)

 

  лёд  . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5,6·10-3 (0°С)

  жидкость  . . . . . . . . . . . .

1,43·10-3 (0°С)

1,54·10-3 (45°С)

  пар насыщенный  . . . . . .

5,51·10-5 (100°С)

Уд. электропровод-
ность, ом--1·см-1

 

  лёд  . . . . . . . . . . . . . . . . . .

0,4·10-8 (0°С)

  жидкость  . . . . . . . . . . . .

1,47·10-8 (0°С)

4,41·10-8 (18°С)

18,9·10-8 (50°С)

Уд. теплоёмкость

кал/(г·град)

 

  жидкость  . . . . . . . . . . . .

1,00 (15°С)

  пар насыщенный  . . . . . .

0,487 (100°С)

Диэлектрическая про-
ницаемость

 

  лёд  . . . . . . . . . . . . . . . . . .

74,6 (°С)

  жидкость  . . . . . . . . . . . .

81,0 (20°С)

  пар насыщенный

1,007 (145°С)

Вязкость, спз

 

  жидкость  . . . . . . . . . . . .

1,7921 (0°С)

0,284 (100°С)

 

Поверхностное натя-
жение жидкой во-

ды на границе с
воздухом, дин/см

 

74,64 (0°С)

62,61 (80°С)

Показатель прелом-

  ления (D - линия
  натрия)  . . . . . . . . . . . . . .

1,33299 (20°С)

Скорость звука в во-
  де  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1,496 м/сек (25°С)

  Примечание: 1 кал/(см·сек·град) = 418,68 вт/(м·К); 1 ом-–1·см-–1 = 100 сим/м;

1 кал/(г·град) =.4,186 кдж (кг·К); 1 спз = 10-3н·сек/м2; 1 дин/см = 10–3н/м.

 

  Аномалии физических свойств Вода связаны со структурой её молекулы и особенностями межмолекулярных взаимодействий в жидкой Вода и льде. Три ядра в молекуле Вода образуют равнобедренный треугольник с протонами в основании и кислородом в вершине (рис. 1, а). Распределение электронной плотности в молекуле Вода таково (рис. 1, б, в), что создаются 4 полюса зарядов: 2 положительных, связанных с атомами водорода, и 2 отрицательных, связанных с электронными облаками необобществлённых пар электронов атома кислорода. Указанные 4 полюса зарядов располагаются в вершинах тетраэдра (рис. 1, г). Благодаря этой полярности Вода имеет высокий дипольный момент (1,86 D), а четыре полюса зарядов позволяют каждой молекуле Вода образовать четыре водородные связи с соседними (такими же) молекулами (например, в кристаллах льда).

  Кристаллическая структура обычного льда гексагональная (рис. 2), она «рыхлая», в ней много «пустот». (При плотной «упаковке» молекул Вода в кристаллах льда его плотность составляла бы около 1,6 г/см3.) В жидкой Вода присущая льду связь каждой молекулы H2O с четырьмя соседними («ближний порядок») в значительной степени сохраняется; однако «рыхлость» структуры при плавлении льда уменьшается, молекулы «дальнего порядка» попадают в «пустоты», что ведёт к росту плотности Вода При дальнейшем нагревании Вода возрастает тепловое движение молекул, расстояние между ними увеличивается, т. е. происходит расширение Вода, которое начиная с +3,98°С уже преобладает, и поэтому далее с ростом температуры плотность Вода уменьшается. Водородные связи примерно в 10 раз прочнее, чем связи, обусловленные межмолекулярными взаимодействиями, характерными для большинства других жидкостей; поэтому для плавления, испарения, нагревания Вода необходима гораздо большая энергия, чем в случае других жидкостей, что объясняет отмеченные аномально высокие значения теплот плавления и испарения и удельной теплоёмкости. С повышением температуры водородные связи разрываются, однако определённое их число сохраняется даже при 100°С. Растворённая в органических растворителях Вода состоит из образовавшихся за счёт водородных связей ассоциатов (H2O)2.

  Вода как растворитель. Вода - наиболее универсальный растворитель. Газы достаточно хорошо растворяются в Вода, если способны вступать с ней в химическое взаимодействие (аммиак, сероводород, сернистый газ, двуокись углерода). Прочие газы мало растворимы в Вода При понижении давления и повышении температуры растворимость газов в Вода уменьшается. Многие газы при низких температурах и повышенном давлении не только растворяются в Вода, но и образуют кристаллогидраты (аргон, криптон, ксенон, хлор, сероводород, углеводороды и др.). В частности, пропан при 10°С и 0,3 мн/м2 (3 кгс/см2) даёт кристаллогидрат C3H8·17H2O. При уменьшении давления такие гидраты распадаются. Кристаллогидраты многих газообразных веществ, образующиеся при низких температурах, содержат Вода в «пустотах» своих кристаллов (так называемые клатраты, см. Соединения включения).

  Вода - слабый электролит, диссоциирующий по уравнению:



причём количественной характеристикой электролитической диссоциации Вода служит ионное произведение Вода: Кв = [Н+] [ОН-], где [Н+] и [ОН-] - концентрация соответствующих ионов в г-ион/л; Кв составляет 10-14 (22°С) и 72·10-14 (100°С), что соответствует усилению диссоциации Вода с ростом температуры (см. также Водородный показатель).

  Будучи электролитом, Вода растворяет многие кислоты, основания, минеральные соли. Такие растворы проводят электрический ток благодаря диссоциации растворённых веществ с образованием гидратированных ионов (см. Гидратация). Многие вещества при растворении в Вода вступают с ней в реакцию обменного разложения, называемую гидролизом. Из органических веществ в Вода растворяются те, которые содержат полярные группы (-ОН, -NH2, - СООН и др.) и имеют не слишком большую молекулярную массу. Сама Вода хорошо растворима (или смешивается во всех отношениях) лишь в ограниченном числе органических растворителей. Однако в виде ничтожной примеси к органическим веществам Вода присутствует практически всегда и способна резко изменять физические константы последних.

  Вода любого природного водоёма содержит в растворённом состоянии различные вещества, преимущественно соли (см., например, Жёсткость воды). Благодаря высокой растворяющей способности Вода, получить её в чистом виде весьма трудно. Обычно мерой чистоты Вода служит её электропроводность. Дистиллированная Вода, полученная перегонкой обычной Вода, и даже повторно перегнанный дистиллят имеют электропроводность примерно в 100 раз более высокую, чем у абсолютно чистой Вода Наиболее чистую Вода получают синтезом из тщательно очищенного кислорода и водорода в спец. аппаратуре.

  В последние годы появились многочисленные сообщения о существенном изменении свойств технической и дистиллированной Вода после её протекания с определённой скоростью в магнитных полях оптимальной (весьма невысокой) напряжённости. Эти изменения носят временный характер и через 10-25 часов постепенно и самопроизвольно исчезают. Отмечается, что после такой «магнитной обработки» ускоряются процессы кристаллизации растворённых в Вода веществ, адсорбции, изменяется смачивающая способность Вода и др. Хотя теоретическое объяснение этих явлений пока отсутствует, они уже находят широкое практическое применение - для предотвращения образования накипи в паровых котлах, для улучшения процессов флотации, очистки Вода от взвесей и др.

  Образование и диссоциация Вода Образование Вода при взаимодействии водорода с кислородом сопровождается выделением теплоты 286 кдж/моль (58,3 ккал/моль) при 25°С (для жидкой Вода). Реакция 2H2 + O2 = 2H2O до температуры 300°С идёт крайне медленно, при 550°С - со взрывом. Присутствие катализатора (например, платины) позволяет реакции идти при обычной температуре. Спокойное горение водорода в кислороде, как и взрывное взаимодействие, - это цепные реакции, идущие с участием радикалов свободных.

  Химические свойства Вода В обычных условиях Вода - достаточно устойчивое соединение. Распад молекул H2O (термическая диссоциация) становится заметным лишь выше 1500°С. Разложение Вода происходит также под действием ультрафиолетового (фотодиссоциация) или радиоактивного излучения (радиолиз). В последнем случае, кроме H2 и O2, образуется также перекись водорода и ряд свободных радикалов. Характерным химическим свойством Вода является способность её вступать в реакции присоединения, а также гидролитические разложения взаимодействующих веществ. Восстановители действуют на Вода преимущественно при высокой температуре. Только наиболее активные из них, как щелочные и щелочноземельные металлы, реагируют с Вода уже при комнатной температуре с выделением водорода и образованием гидроокисей: 2Na + 2H2O = 2NaOH + Н2; Ca + 2H2O = Ca (OH)2 + H2. Магний и цинк взаимодействуют с Вода при кипячении, алюминий - после удаления с его поверхности окисной плёнки. Менее активные металлы вступают в реакцию с Вода при красном калении: 3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2. Медленное взаимодействие многих металлов и их сплавов с Вода происходит при обычной температуре. Используя Вода, содержащую изотоп кислорода 18O, удалось показать, что при коррозии железа во влажной атмосфере «ржавчина» получает кислород именно из Вода, а не из воздуха (см. Коррозия металлов). Благородные металлы - золото, серебро, платина, палладий, рутений, родий, а также ртуть с Вода не взаимодействуют.

  Атомарный кислород превращает Вода в перекись водорода: H2O + O = H2O2. Фтор уже при обычной температуре разлагает Вода: F2 + H2O 2HF + О. Одновременно образуются также H2O2, озон, окись фтора F2O и молекулярный кислород O2. Хлор при комнатной температуре даёт с Вода хлористоводородную и хлорноватистую кислоты: Cl2 + H2O = HCl + HClO. Бром и иод в этих условиях реагируют с Вода аналогичным образом. При высоких температурах (100°С для хлора, 550°С для брома) взаимодействие идёт с выделением кислорода: 2Cl2 + 2H2O = 4HCl + O2. Фосфор восстанавливает Вода и образует метафосфорную кислоту (только в присутствии катализатора под давлением при высокой температуре): 2P + 6H2O = 2HPO3 + 5H2. С азотом и водородом Вода не взаимодействует, а с углеродом при высокой температуре даёт водяной газ: С + H2O = CO + H2. Эта реакция может служить для промышленного получения водорода, как и конверсия метана: CH4 + H2O = CO + 3H2 (1200-1400°С). Вода взаимодействует со многими основными и кислотными окислами, образуя соответственно основания и кислоты. Присоединение Вода к молекулам непредельных углеводородов лежит в основе промышленного способа получения спиртов, альдегидов, кетонов (см. также Гидратация). Вода участвует во многих химических процессах как катализатор. Так, взаимодействие щелочных металлов или водорода с галогенами, многие окислительные реакции не идут в отсутствие хотя бы ничтожных количеств Вода

  Вода, химически связанную с веществом, в которое она входит (неразличимую в виде «готовых» молекул H2O), называют конституционной; молекулы H2O образуются лишь в момент разложения вещества, например при сильном нагревании: Ca<


Статья про слово "Вода" в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 7761 раз


Интересное