На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


реферат Аномальн властивост води

Информация:

Тип работы: реферат. Добавлен: 16.08.2012. Сдан: 2011. Страниц: 7. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ПЛАН 

    Вступ…………………………………………………………………………...3
    Будова молекули води………………………………………………………..4
    Фізичні та хімічні властивості води…………………………………………6
    Аномальні властивості води………………………………………………….8
    Висновок……………………………………………………………………..14
    Використана література……………………………………………………..15
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ВСТУП 

     Вода - дорогоцінний дарунок природи, що забезпечує життя на Землі. Природний  розподіл її запасів не дуже зручний  для людини: велику частину водної маси складають солоні моря й океани. Прісна вода доступна нам далеко не вся: значна її частина "законсервована" у виді льоду або знаходиться  глибоко під землею. Лише частки відсотка земних ресурсів прісних вод  доступні для використання. Положення  ускладнюється тим, що усе більше росте потреба у воді й усе  більше її витрачається. Не дивно, що наростаюча витрата цього важливого природного компонента всерйоз турбує людство. Сьогодні ми виразно відчуваємо вичерпність  водних запасів.
     Людське тіло в середньому на 70% складається  з води. Ми розпочинаємо наше життя  у вигляді плоду, який складається  на 99% з води. Коли ми народжуємося, вода складає 90% нашого тіла, а до того часу, коли ми досягаємо дорослого віку, вміст води знижується до 70%. Якщо ми помираємо в глибокій старості, то наше тіло складається з води приблизно  на 50%. Отже, протягом всього життя ми існуємо головним чином у вигляді  води. Як можуть люди жити щасливим та здоровим життям? Відповідь проста – потрібно очистити воду, яка складає  до 70% нашого тіла. Завдячуючи воді, яка  переноситься кров’ю та внутрішніми  речовинами організму, ми існуємо. З  фізичної точки зору людина – це вода. Цей потік води дає нам  можливість жити активним життям.
     Мільярди  років тому в холодній газопиловій  хмарі, що згодом згустилася, спресувалась і стала Землею, вже містилася вода. Швидше за все, вона була у виді крижаного пилу. Це підтверджують дослідження Всесвіту. Установлено, що вихідні елементи для утворення води - водень і кисень - у нашій Галактиці належать до шести найпоширеніших  речовин космосу.
     Скупчення молекул води і гідрооксидних радикалів виявлені за межами Сонячної системи. У сузір'ях Кассіопеї й Оріона знайдені хмари, що складаються з молекул води. Розміри хмар колосальні – їх довжина в 40 разів перевищує відстань від Сонця до Землі. Нерідкі випадки падіння на Землю залишків кометних ядер - "посланців" далеких світів. Найчастіше вони являють собою гігантські брили льоду, що змерзлися з метаном, аміаком і мінеральними частками. Вага крижаних брил, що досягають Землі, може сягати сотень кілограмів.
     В даний час із усією точністю, доступній сучасній науці, виконаний підрахунок кількості води на Землі. Цю роботу учені розробили в рамках програми Міжнародного гідрологічного десятиліття 1964-1974 р. Результати цієї роботи опубліковані в багатотомній праці "Світові водні ресурси і водний баланс земної кулі".
     Встановлено, що гідросфера – океани, моря, ріки, озера, болота, атмосферна волога - вимірюється  значною величиною -
1,385·109 км3 води, або 1,4·1019 т. Три четверті поверхні планети покриті водою. 
 

БУДОВА  МОЛЕКУЛИ ВОДИ 

     Молекула  води (H2O) складається з двох атомів водню (H) і одного атома кисню (O). Виявляється, що навряд чи не все різноманіття властивостей води і незвичайність їхнього прояву визначається, у кінцевому рахунку, фізичною природою цих атомів, способом їхнього об'єднання в молекулу й угрупованням  молекул, що утворилися.
     В окремо розглянутій молекулі води атоми  водню і кисню, точніше їхнього  ядра, розташовані так, що утворять рівнобедрений трикутник. У вершині  його - порівняно велике кисневе  ядро, у кутах, що прилягають до підстави, - по одному ядру водню.
     Відповідно  до  електронної будови атомів водню  і кисню молекула води розташовується п'ятьма електронними парами. Вони утворять електронну хмару. Хмара неоднорідна - у ньому можна розрізнити окремі згущення і розрідження. У кисневого  ядра створюється надлишок електронної  щільності. Внутрішня електронна пара кисню рівномірно обрамляє ядро: схематично вона представлена окружністю з центром - ядром O2- . Чотири зовнішніх електрони групуються в дві електронні пари, що тяжіють до ядра, але частково не скомпенсовані. Схематично сумарні електронні орбіталі цих пар показані у виді еліпсів, витягнутих від загального центра - ядра O2-. Кожний із що залишилися двох електронів кисню утворить пари з одним електроном водню. Ці пари також тяжіють до кисневого ядра. Тому водневі ядра - протони - виявляються трохи оголеними, і тут спостерігається недолік електронної щільності.
      Таким чином, у молекулі води розрізняють  чотири полюси зарядів: два негативних (надлишки електронної щільності  в області кисневого ядра) і  два позитивних (недоліки електронної  щільності в двох водневих ядер). Для більшої наочності можна  представити, що полюси займають вершини  деформованого тетраедра, у центрі якого знаходиться ядро кисню. 

Будова  молекули води:
а - кут  між зв'язками O-H;
б - розташування полюсів заряду;
в - зовнішній  вигляд електронної хмари молекули води.
  
 
 
 
 

     Майже куляста молекула води має помітно  виражену полярність, тому що електричні заряди в ній розташовані асиметрично. Кожна молекула води є мініатюрним  диполем з високим дипольним  моментом - 1,87 дебая. Під впливом диполів води в 80 разів слабшають міжатомні або міжмолекулярні сили на поверхні речовини, що занурена в неї. Інакше кажучи, вода має високу діелектричну проникність, найвищу з усіх відомих нам з'єднань.
     Багато  в чому завдяки цьому, вода виявляє  себе як універсальний розчинник. Її розчинюючій дії тією чи іншою  мірою  підвластні і тверді тіла, і рідини, і гази.
     Постійно  стикаючись із усілякими речовинами, вода фактично завжди являє собою  розчин різного, найчастіше дуже складного  складу. Навіть з  дощової води,  можна виділити різні мінеральні й органічні речовини, розчинені  в ній (до декількох десятків міліграмів на літр).
      Полярність молекул води, наявність  у них частково нескомпенсованих електричних зарядів породжує схильність до угруповання молекул в укрупнені "співтовариства" - кластери. Виявляється, цілком відповідає формулі Н2O лише вода, що знаходиться в пароподібному стані. Це показали результати визначення молекулярної маси водяної пари. У температурному інтервалі від 0 до 100°С концентрація окремих (мономірних молекул) рідкої води не перевищує 1%. Всі інші молекули води об'єднані в кластери різного ступеня складності. Безпосередньою причиною утворення кластерів є водневі зв'язки. Вони виникають між ядрами водню одних молекул і електронними "згущеннями" у ядер кисню інших молекул води. Правда, ці зв'язки в десятки разів слабкіше, ніж "стандартні" внутрішньомолекулярні хімічні зв'язки, і досить звичайних рухів молекул, щоб зруйнувати них. Але під впливом теплових коливань так само легко виникають і нові зв'язки цього типу. Оскільки електронні орбіталі в кожній молекулі води утворять тетраедричну структуру, водневі зв'язки можуть упорядкувати розташування молекул води у виді тетраедричних координованих кластерів.
     Можливі й інші моделі водної структури. Тетраедричні зв'язані молекул води утворять своєрідні  рої досить стабільного складу. Простір  між роями заповнюють мономолекули води.
     Дослідники  розкривають усе більш тонкі  і складні механізми "внутрішньої  організації водної маси. Крім льодоподібної структури, рідкої води і мономірних молекул, описаний і третій елемент структури - нететраедричної.
     Незвичайні  властивості води пояснюються здатністю  її молекул утворювати міжмолекулярні асоціати. Завдяки цим впливам молекули води здатні утворювати як випадкові асоціати, тобто не мають упорядкованої структури, так і кластери - асоціати, що мають визначену структуру.  
 
 
 
 
 

ФІЗИЧНІ ТА ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ  ВОДИ 

     Чиста вода є безбарвною без смаку запаху прозору рідину. Густина води під  час переходу неї з твердого стани  в рідке не зменшується, як майже  у всіх інших речовин, а зростає.
     Як  добре відомо, вода прийнята за зразок міри - еталон для всіх інших речовин. Здавалося б, за еталон для фізичних констант слідувало б вибрати  таку речовину, яка поводиться самим  нормальним, звичайним чином. А вийшло якраз навпаки.
     І перше, саме вражаюче, властивість води полягає в тому, що вода належить до єдиної речовини на нашій планеті, яка в звичайних умовах температури  і тиску може знаходитися в  трьох фазах, або трьох агрегатних станах: в твердому (лід), рідкому  і газоподібному (невидимий оку  пар).
Каталітична дія. Дуже багато хімічні реакції  протікають тільки в присутності  води. Так, окислення киснем не відбувається в сухих газах, метали не реагують з хлором і т. д.
     Гідрати. Багато з'єднання завжди містять певну кількість молекул води і тому називаються гідратами. Природа утворюючих при цьому зв'язків може бути різною. Наприклад, в пентагідратсульфату міді, або мідний купорос CuSO4 · 5H2O, чотири молекули води утворюють координаційні зв'язки з іоном сульфату, що руйнуються при 125 ° С; п'ята ж молекула води пов'язана так міцно, що відривається лише при температурі 250 ° С. Ще один стабільний гідрат - сірчана кислота; вона існує у двох гідратних формах, SO3 · H2O і SO2 (OH) 2, між якими встановлюється рівновага. Іони у водних розчинах теж часто бувають гідратованими. Так, Н + завжди знаходиться у вигляді іона гідроксонію Н3О + або Н5О2 +; іон літію - у вигляді Li (H2O) 6 + і т. д. Елементи які такі рідко перебувають у гідратованій формі. Виняток становлять бром і хлор, які утворюють гідрати Br2 · 10H2O і Cl2 · 6H2О. Деякі звичайні гідрати містять кристалізаційну воду, наприклад хлорид барію BaCl2 · 2H2O, англійська сіль (сульфат магнію) MgSO4 · 7H2O, питна сода (карбонат натрію) Na2CO3 · 10H2O, глауберова сіль (сульфат натрію) Na2SO4 · 10H2O. Солі можуть утворювати кілька гідратів; так, сульфат міді існує у вигляді CuSO4 · 5H2O, CuSO4 · 3H2O і CuSO4 · H2O. Якщо тиск насиченої пари гідрату більше, ніж атмосферний тиск, то сіль буде втрачати воду. Цей процес називається вицвітанням (вивітрюванням). Процес, при якому сіль поглинає воду, називається розпливанням.
     Гідроліз - це реакція подвійного розкладання, в якій одним з реагентів є вода; трихлорид фосфору PCl3 легко вступає в реакцію з водою:
PCl3 + 3H2O = P(OH)3 + 3HCl
     Аналогічним чином гідролізуються жири з утворенням жирних кислот і гліцерину.
     Сольватація. Води - полярна сполука, а тому охоче вступає в електростатичну взаємодію з частками (іонами або молекулами) розчинених у ній речовин. Утворилися в результаті сольватації молекулярні групи називаються сольвати. Шар молекул води, пов'язаний з центральною часткою сольвати силами тяжіння, становить сольватную оболонку. Вперше поняття сольватації було введено в 1891 І. А. Каблуковим.
     У 1931 Г. Юрі показав, що при випаровуванні  рідкого водню його останні фракції  виявляються важчими звичайного водню внаслідок вмісту в них  в два рази більше важкого ізотопу. Цей ізотоп називається дейтерієм  і позначається символом D. За своїми властивостями вода, що містить замість  звичайного водню його важкий ізотоп, істотно відрізняється від звичайної  води.
     У природі на кожні 5000 масових частин Н2О припадає одна частина D2O. Це співвідношення однакове для річкової, дощової, болотної води, підземних вод або кристалізаційної води. Важка вода використовується як мітки при дослідженні фізіологічних процесів. Так, в сечі людини співвідношення між Н і D теж одно 5000:1. Якщо дати пацієнту випити воду з великим вмістом D2O, то, послідовно вимірюючи частку цієї води в сечі, можна визначити швидкість виведення води з організму. Виявилося, що близько половини випитої води залишається в організмі навіть через 15 діб. Важка вода, вірніше, що входить до її складу дейтерій - важливий учасник реакцій ядерного синтезу.
     Третій  ізотоп водню - тритій, що позначається символом Т. На відміну від перших двох він радіоактивний і виявлений  у природі лише в малих кількостях. У прісноводних озерах співвідношення між ним і звичайним воднем одно 1:1018, у поверхневих водах - 1:1019, у глибинних водах він відсутній. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

АНОМАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОДИ 

Ельмар Фукс і його колеги з технологічного університету Граца (Австрія) знайшли, що під впливом постійного електричного поля чиста вода може утворювати довгий висячий місток між двома склянками. У поставленому досліді сильне електричне поле було створено за допомогою двох вставлених у мірні склянки електродів (напруга між ними складала 15 кіловольт). Воно змусило воду (тричі деіонізовану) вибратися зі склянок (до краю було близько 3 мм) і, перетинаючи порожній простір між ними (спочатку відстань  була близькою до 1 мм), зустрітися і сформувати між склянками місток. Вченим удалося розсунути склянки на відстань 25 мм, при цьому циліндричний місток (його діаметр мінялася від 1 до 3 мм) залишався цілим протягом  45 хвилин від початку експерименту навіть при напрузі 25 кіловольт. Потім (а також при відключенні електричного струму) місток під дією сил поверхневого натягу розпадався на краплі.
     Ретельно  досліджуючи дане явище різними  методами, учені з'ясували, що:
     - усередині містка відбувається  перенос речовини (звичайно із  судини, у якому знаходився анод, у судину з катодом), при цьому  які-небудь закономірності не виявлені;
     - щільність води біля самих  країв склянок і в центрі містка розрізняється на 7%;
     - чим далі склянки один від  одного і чим більше часу  пройшло з початку експерименту, тим сильніше розігрівається  місток (від 20 до 60°С). Дослідники  припустили, що це пов'язано із  забрудненням води частками пилу (тоді, якщо вважати місток провідником  струму, його опір збільшується);
     - усередині містка відбуваються  високочастотні коливання (і їхня  поява обумовлена не поверхневим  натягом), що формують різні внутрішні  структури, що змінюються з  часом  і збільшенням температури містка;
     - при додаванні яких-небудь іонів  (наприклад, при введенні в  склянки мильного розчину) місток  не утвориться, тому що іони  взаємодіють з молекулами води  і утворять навколо себе сфери  з цих молекул. Як наслідок, якщо хлюпнути мило прямо в  ході досліду, внутрішня структура  містка руйнується, і він розбивається на краплі;
     - місток чуттєвий до впливу  зовнішніх електричних полів.  Електростатичний заряд на скляній  паличці, піднесеної до переправи,  викликає вигин містка убік  скляної палички й утворення  своєрідної арки.
     Чому  вода так поводиться, Фукс поки пояснити не може. Однак вважає, що пояснення  можна одержати, якщо зрозуміти високовпорядковану мікроструктуру води, що утвориться в містку під впливом електричного поля й електростатичних зарядів. Це буде ще одним шматочком у великій головоломці внутрішньої структури води.
     Вивчення  структури рідкої води ще не закінчено; воно дає всі нові факти, поглиблюючи  й ускладнюючи наші представлення  про навколишній світ. Розвиток цих  представлень допомагає нам зрозуміти  багато аномальних властивостей води й особливості взаємодії її, як розчинника, з іншими речовинами. 

У періодичній  системі елементів Д.І. Менделєєва кисень утворює окрему підгрупу. Вона так і називається: підгрупа кисню.
Кисень, сірка, селен і телур, що входять  в неї, мають багато загального у  фізичних і хімічних властивостях. Спільність властивостей простежується, як правило, і для однотипних з'єднань, утворених членами підгрупи. Однак  для води характерне відхилення від  правил.
     З найлегших  з'єднань підгрупи кисню (а ними є гідриди) вода – найбільш легка. Фізичні характеристики гідридів, як і інших типів хімічних сполук, визначаються положенням у таблиці  елементів відповідної підгрупи. Так, чим легший елемент підгрупи, тим вища летючість його гідриду. Тому в підгрупі кисню найвищою повинна  бути летючість води - гідриду кисню.
     Ця  ж властивість дуже виразна виявляється  й у здатності води "прилипати" до багатьох предметів, тобто  змочувати  їх. Поверхня скла водою змочується, оскільки в склі є досить багато атомів кисню, і вода легко утворює  гідрогенні зв'язки не тільки з іншими молекулами води, але і з атомами кисню. Якщо ж змазати поверхню скла жиром, водневі зв'язки з поверхнею утворюватися не будуть, і вода збереться в крапельки під впливом внутрішніх водневих зв'язків, що обумовлюють поверхневий натяг. При вивченні цього явища установили, що всі речовини, що легко змочуються водою (глина, пісок, скло, папір і ін.), обов’язково мають у своєму складі атоми кисню. Для пояснення природи змочування цей факт виявився ключовим: енергетично неврівноважені молекули поверхневого шару води одержують можливість утворювати додаткові водневі зв'язки з "сторонніми" атомами кисню. Завдяки поверхневому натягові і здатності до змочування, вода може підніматися у вузьких вертикальних каналах на висоту більшу чим та, котра допускається силою ваги, тобто вода має властивість капілярності.
     Капілярність  відіграє важливу роль у багатьох природних процесах, що відбуваються на Землі. Завдяки цьому вода змочує товщу ґрунту, що лежить значно вище дзеркала ґрунтових вод і доставляє  кореням рослин розчини живильних  речовин. Капілярністю обумовлений  рух крові і тканинних рідин  у живих організмах. 

Найвищими  виявляються у води саме  ті характеристики, що повинні були б бути найнижчими: температури кипіння і замерзання, теплоти пароутворення і плавлення.
     Кластерність води позначається і на дуже високій питомій теплоті її пароутворення. Щоб випарувати воду, уже нагріту до 100°С, потрібно вшестеро більше кількості теплоти, чим для нагрівання цієї ж маси води на 80°С (від 20 до 100°С).
     Щохвилини  мільйон тонн води гідросфери випаровується  від сонячного нагрівання. У результаті в атмосферу постійно надходить  колосальна кількість теплоти, еквівалентна тому, яке б виробляли 40 тисяч електростанцій потужністю 1 млрд. кіловат кожна.
     При плавленні льоду чимало енергії  іде на подолання кластерних зв'язків крижаних кристалів, хоча і вшестеро менше, ніж при випаровуванні води. Молекули Н2O фактично залишаються в тому ж середовищі, міняється лише фазовий стан води.
     Питома  теплота плавлення льоду більш  висока, чим у решти речовин, вона еквівалентна витраті кількості  теплоти при нагріванні 1 м3 води на 80°С (від 20 до 100°С).
     При замерзанні води відповідна кількість  теплоти надходить у навколишнє середовище, при таненні льоду - поглинається. Тому крижані маси, на відміну від  мас пароподібної води, є свого  роду поглиначами тепла в середовищі з плюсовою температурою.
     Аномально високі значення питомої теплоти  паротворення води і питомої теплоти  плавлення льоду використовуються людиною у виробничій діяльності. Знання природних особливостей цих  фізичних характеристик іноді підказує сміливі й ефективні технічні рішення. Так, воду широко застосовують у виробництві як зручний і  доступний охолоджувач у найрізноманітніших  технологічних процесах. Після використання воду можна повернути в природну водойму і замінити свіжою порцією, а можна знову направити на виробництво, попередньо остудивши  в спеціальних пристроях - градирнях.
     Здатність води накопичувати великі запаси теплової енергії дозволяє згладжувати різкі  температурні коливання на земній поверхні в різні пори року й у різний час доби. Завдяки цьому вода є  основним регулятором теплового  режиму нашої планети.
     Цікаво, що теплоємність води аномальна не тільки за своїм значенням. Питома теплоємність різна при різних температурах, причому  характер температурної зміни питомої  теплоємності своєрідний: вона знижується в міру збільшення температури в  інтервалі від 0 до 37°С, а при подальшому збільшенні температури - зростає. Мінімальне значення питомої теплоємності води виявлено при температурі 36,79°С, але  ж це нормальна температура людського  тіла! Нормальна температура майже  всіх теплокровних живих організмів також знаходиться поблизу цієї точки.
     Характерно, що явище проходження питомої  теплоємності води через мінімум  при температурній зміні має  своєрідну симетрію: при негативних температурах також виявлено мінімум  цієї характеристики. Він приходиться  на - 20°С.
     Якщо  вода нижче 0°С зберігає рідкий  стан, наприклад, будучи дрібнодисперсною, то біля -20°С різко збільшується її теплоємність. Це установили американські вчені, досліджуючи  властивість водних емульсій, утворених  крапельками води діаметром близько 5 мікронів. 

Всім відома аномалія густини. Вона двояка. По-перше, після танення льоду густина  збільшується, проходить через максимум при 4оС і тільки потім зменшується з зростанням температури. В звичайних рідинах густина завжди зменшується з температурою. І це зрозуміло. Чим більше температура, тим більше теплова швидкість молекул, тим сильніше вони розштовхують один одного, приводячи до більшої рихлості речовини. Зрозуміло, і у воді підвищення температури збільшує теплову швидкість молекул, але чомусь це приводить в ній до пониження густини тільки при високих температурах. Друга аномалія густини полягає в тому, що густина води більше густина льоду (завдяки цьому лід плаває на поверхні води, вода в річках взимку не вимерзає до дна і т.д.). Звичайно ж при плавленні густина рідині опиняється менше ніж біля кристала. Це теж має простої фізичне пояснення. В кристалах молекули розташовані регулярно володіють просторовою періодичністю - ця властивість кристалів всіх речовин. Але у звичайних речовин молекули в кристалах, крім того, щільно упаковані. Після плавлення кристала регулярність в тому, що розташовує молекул зникає, і це можливо тільки при більш рихлій упаковці молекул, тобто плавлення звичайно супроводжується зменшенням густини речовини. Такого роду зменшення густини дуже мале: наприклад, при плавленні металів вона зменшується на 2 - 4%. А густина води перевищує густину льоду відразу на 10%! Тобто стрибок густини при плавленні льоду аномальний не тільки по знаку, але і по величині. 

Як відомо, вода при атмосферному тиску в  діапазоні температур від 0OC до 4OC збільшує свою щільність. Очевидно, при 0OC у рідкій воді є дуже багато острівців зі збереженою структурою льоду. Кожний з цих острівців при подальшому збільшенні температури випробує теплове розширення, але одночасно з цим зменшуються кількість і розміри цих острівців унаслідок триваючого руйнування їхньої структури. При цьому частина обсягу води між острівцями має інший коефіцієнт розширення
     Зміна об’єму води зі зниженням температури  змінюється своєрідно. Спочатку вода поводиться , як і багато інших рідин: потроху  ущільнюючись, зменшуючись в об’ємі. Це спостерігається аж до 4°С (точніше - до 3,98°С). При цій температурі  начебто б настає криза. Подальше охолодження вже не зменшує, а  поступово збільшує об’єм. Плавність  різко переривається при 00C, крива переходить у стрімку пряму, об’єм стрибком зростає майже на 10%. Вода перетворюється в лід.
     Очевидно, при 3,98°С теплові перешкоди в  утворенні асоціатів починають слабшати настільки, що з'являється можливість деякої структурної перебудови води в льодоподібні каркаси. Молекули взаємно упорядковуються, місцями складається характерна для льоду гексагональна структура.
     Ці  процеси в рідкій воді як би підготовлюють  повну структурну перебудову, що настає при 00С: струмлива вода стає льодом - кристалічним твердим тілом. Кожна молекула одержує можливість з'єднатися водневими зв'язками з чотирма сусідніми. Тому у фазі льоду вода утворює ажурну конструкцію з "каналами" між фіксованими групами молекул води.
     Імовірно, зі структурною перебудовою зв'язана  й іще одна своєрідна властивість  води - різкий стрибок теплоємності при фазовому переході "вода - лід", про що вже говорилося вище. Вода при 00C має питому теплоємність 1,009. Питома теплоємність води, що перетворилася в лід, при цій же температурі вдвічі нижча.
     Завдяки особливості структурного переходу "вода - лід", в інтервалі 3,98...00C природні водойми достатньої глибини звичайно не промерзають до дна. З настанням зимових холодів верхні шари води, остудивши приблизно до +40C і досягши максимальної щільності, опускаються на дно водойми. Ці шари несуть у глибини кисень і допомагають рівномірному розподілові живильних домішок. На їхнє місце до поверхні піднімаються більш теплі маси води, ущільнюються, остигаючи при контакті з приповерхнім повітрям, і, остудивши до +40C, у свою чергу опускаються всередину. Перемішування йде доти  , поки циркуляція не вичерпається і водойма не покриється  шаром льоду, що плаває. Лід надійно охороняє глибини від суцільного промерзання - адже його теплопровідність набагато менша ніж у води. 

Ще одна фізична величина, зв'язана зі структурою води, має особливу залежність від  температури - це в'язкість.
В’язкість води – це внутрішнє тертя, що виникає  між шарами води при їх переміщенні  в результаті дії механічного  напруження. В’язкість можна розглядати як відношення напруження (сили) зсуву, яке зазнає рідка система до градієнта  швидкості зсуву.
     В'язкість  води зменшується при зміні температури  від 00C до 1000C у сім разів, тоді як в'язкості більшості рідин з неполярними молекулами, що не мають, відповідно, водневих зв'язків, зменшуються при такій же зміні температур усього в два рази! Спирти, молекули яких є полярними, як і молекула води, теж змінюють в'язкість у 5-10 разів при такій зміні температури.
Виходячи  з оцінки кількості розірваних зв'язків  при нагріванні води від 0 оC до 1000C (порядку 4%), варто визнати, що рухливість води і її мала в'язкість забезпечуються досить малою кількістю всіх молекул.
С.В. Зенін захистив дисертацію, присвячену пам'яті води. Дотепер вважалося, що вода не може утворювати довгоживучі структури. Однак його розрахунки показали, що вода являє собою ієрархію правильних об'ємних структур, в основі яких лежить кристалоподібний "квант води", що складається з 57 її молекул. Ця структура енергетично вигідна і руйнується зі звільненням вільних молекул води лише при високих концентраціях спиртів і подібних їм розчинників. "Кванти води" можуть взаємодіяти один з одним за рахунок вільних водневих зв'язків, що приводить до появи структур другого порядку у вигляді шестигранників. Вони складаються з 912 молекул води, що практично не здатні до взаємодії за рахунок утворення водневих зв'язків.
     Ця  властивість, на думку вченого, пояснює  надзвичайно лабільний характер їхньої взаємодії. Його природа обумовлена далекими кулонівськими силами, що визначають новий вид зарядово-комплементарного зв'язку. Саме за рахунок цього виду взаємодій здійснюється побудова структурних  елементів води в осередки (клатрати) розміром до 0,5-1 мікрон. Їх можна безпосередньо спостерігати за допомогою контрастно-фазового мікроскопа.
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.