Вода является одним из основных веществ, которые обеспечивают существование планеты и человечества. Это совершенно уникальный элемент, без которого невозможна жизнь любого живого существа. Некоторые химические и физические свойства воды уникальны.

Важность этого вещества трудно переоценить. Вода занимает большую часть планеты, образует океаны, моря, реки и прочие водоемы. Она непосредственно участвует в формировании климата и погоды, обеспечивая тем самым определенные условия существования в том или ином уголке планеты.

Для многих организмов она служит средой обитания. Кроме того, практически каждое живое существо в той или иной мере состоит именно из воды. Например, содержание ее в организме человека составляет от 70 до 90 процентов.

Физические свойства воды: краткая характеристика

Молекула воды уникальна. Формула ее наверняка известна всем: H2O. Но вот некоторые физические свойства воды напрямую зависят от строения ее молекулы.

В природе вода существует сразу в трех При нормальных условиях это без цвета, запаха и вкуса. При падении температуры вода кристаллизируется и превращается в лед. При повышении температуры жидкость переходит в газообразное состояние - водяной пар.

Вода характеризируется высокой плотностью, которая составляет примерно 1 грамм на кубический сантиметр. Кипение воды наступает при повышении температуры до ста градусов по Цельсию. А вот при падении температуры до 0 градусов жидкость превращается в лед.

Интересно, что снижение атмосферного давления вызывает изменение данных показателей - вода закипает при меньшей температуре.

Теплопроводность воды составляет примерно 0,58 Вт/(м*К). Еще один важный показатель - это ее высокое которое практически равно соответствующему показателю у ртути.

Уникальные физические свойства воды

Как уже упоминалось, именно вода обеспечивает нормальное существование планеты, влияя на климат и жизнедеятельность организмов. Но это вещество на самом деле является уникальным. Именно эти удивительные свойства воды обеспечивают жизнь.

Взять, к примеру, плотность льда и воды. В большинстве случаев при замерзании молекулы веществ располагаются ближе друг к другу, структура их становится компактнее и плотнее. Но с водой эта схема не работает. Впервые это удивительное свойство было описано еще Галилеем.

Если медленно понижать температуру и следить за то сначала схема будет вполне стандартной - вещество будет становиться все плотнее и компактнее. Изменения произойдут после того, как температура достигнет +4 градусов. При этом показателе вода неожиданно становится легче. Именно поэтому лед плавает по поверхности воды, но не тонет. Кстати, эта особенность обеспечивает выживание водной флоры и фауны - вода редко промерзает полностью, сохраняя жизнь своим обитателям.

Кстати, при замерзании вещество расширяется примерно на 9%. Такая особенность воды вызывает естественную коррозию горных пород. С другой стороны, трубы водопровода именно поэтому разрываются при неожиданном похолодании.

Но это далеко не все Еще одна ее уникальная особенность - это аномально высокая теплоемкость. Например, того количество тепла, которое необходимо для нагревания одного грамма воды на один градус, хватит, чтобы разогреть примерно 10 г меди или 9 г железа.

Весь мировой океан - это глобальный термостат, который сглаживает колебания температуры, причем как суточные, так и годовые. Кстати, этими же свойствами наделен и который содержится в атмосфере. Ни для кого не секрет, что для пустыни характерны резкие температурные изменения - днем слишком жарко, а в ночное время очень холодно. Это связано как раз с сухим воздухом и отсутствием необходимого количества водяного пара.

Введение…………………………………………………………………….. 1. СВОЙСТВА ВОДЫ…………………………………………………………… 2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ И СОСТОЯНИЕ ВОДЫ……………………………. 3. РОЛЬ ВОДЫ В ПРИРОДЕ……………………………………………………. 4. КРУГОВОРОТ ВОДЫ В ПРИРОДЕ…………………………………………. 5. Основные причины загрязнения воды и принципы борьбы с ними………………………………………….. 6. ПРОБЛЕМА НЕДОСТАТКА ПРЕСНОЙ ВОДЫ……………………………. 7. Нормирование качества воды……………………………………. 8. Методы очистки воды………………………………………………… 9. Расчет стоков с промышленной площадки………………….. Библиографический список………………………………………........

Введение

Известны четыре среды обитания: наземно-воздушная (атмосфера), водная (гидросфера), почвенная (эдафическая) и живые организмы. Данные методические указания касаются загрязнения гидросферы.

Настоящие методические указания предназначены для студентов технических вузов всех специальностей. Государственные образовательные стандарты предусматривают изучение курса «Экологии» и вопросов, связанных с охраной окружающей среды студентами всех специальностей. Освоению дисциплины отводится один семестр - лекционный и практический курс из 34 аудиторных часов. Методические указания позволят студентам наиболее эффективно изучить вопросы, касающиеся загрязнения гидросферы, а также вопросы защиты водных объектов.

Экологическое воспитание и решение вопросов охраны окружающей среды должно пронизывать процесс формирования специалиста лю­бого профиля. Гла­в­ное при этом, чтобы все специалисты, выпускаемые высшей шко­лой, вме­сте с основательными юридическими и практическими знаниями по­лучали высокий нравственный заряд и умение решать задачи охраны природы применительно к своей профессиональной области.

Интенсивное развитие промышленности, транспорта, перенаселение ряда регионов планеты привели к значитель­ному загрязнению гидросферы. По данным ВОЗ (Всемирная организация здоровья), около 80 % всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетво­рительным качеством питьевой воды и нарушениями сани­тарно-гигиенических норм водоснабжения. Загрязнение по­верхности водоемов пленками масла, жиров, смазочных ма­териалов препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает насыщенность воды кислородом и оказывает отрицательное влияние на состояние фитопланктона и яв­ляется причиной массовой гибели рыбы и птиц.

По данным ООН, в мире выпускается до 1 млн. наимено­ваний продукции, из которых 100 тыс. являются химически­ми соединениями, в том числе 15 тыс. - потенциальными токсикантами. По экспертным оценкам, до 80 % всех хими­ческих соединений, поступающих во внешнюю среду, рано или поздно попадает в водоисточники.

Подсчитано, что ежегодно в мире сбрасывается более 420 км 3 сточных вод, которые в состоянии сделать непригод­ной к употреблению около 7 тыс. км 3 чистой воды.

1. Свойства воды

Водные запасы на Земле огромны, они образуют гидросферу - одну из мощных сфер нашей планеты. Гидросфера, литосфера, атмосфера и биосфера взаимосвязаны, проникают одна в другую и находятся в постоянном, тесном взаимодействии. Все сферы в своем составе имеют воду. Водные ресурсы слагаются из статиче­ских (вековых) запасов и возобновляемых ресурсов. Гидросфера объединяет Мировой океан, моря, реки и озера, болота, пруды, водохранилища, полярные и горные ледники, подземные воды, почвенную влагу и пары атмосферы.

Вода - химическое соединение водорода и кислорода (Н 2 О) - жидкость без запаха, вкуса, цвета (в толстых слоях голубоватая); плотностью 1 г/см 3 при температуре 3,98 °С. При 0 °С вода превраща­ется в лед, при 100°С - в пар. Молекулярная масса воды 18,0153. По В.И.Вернадскому, химический состав воды может быть представлен формулой Н 2 n О n при значении n, равном 1-6. Не все молекулы воды одинаковы: наряду с обычными молекулами, имеющими массу 18, присутствуют молекулы с молекулярной массой 19, 20, 21 и даже 22. Вода - уникальное вещество по своим физическим и химическим свойствам. Полярность молекул воды и наличие между ними «водородных» связей определяют ее уникальные свойства. Плотность воды наибольшая при температуре 3,98 °С, дальнейшее охлаж­дение приводит к переходу ее в лед и сопровождается уменьшением плотности. Уменьшение объема вместо расширения происходит при плавлении (таянии) льда. Летучесть воды небольшая. У воды аномально высокие теплота плавления и удельная теплоемкость, при плавлении льда теплоемкость увеличивается более чем вдвое. Теплоемкость воды с повышением температуры до 27 °С уменьша­ется, а затем вновь начинает возрастать. Вязкость воды (при темпе­ратуре от 0 до 30 °С) уменьшается с повышением давления.

2. Распространение и состояние воды

Вода - наиболее распространенное на Земле вещество. Она на­ходится в трех фазах: газообразной (пары воды), жидкой и твердой. Различают воду атмосферную, поверхностную и подземную.

В атмосфере вода встречается в парообразном состоянии в воздушной оболочке, окружающей Землю, в капельно-жидком состоянии - в облаках, туманах и в виде дождя, твердом - в виде снега, града и кристалликов льда высоких облаков.

В жидком состоянии вода находится в гидросфере: вода океанов, морей, озер, рек, болот, прудов и водохранилищ. В твердом состоя­нии вода в виде льда и снега находится у полюсов планеты, на гор­ных вершинах, зимой покрывает водоемы на значительных площа­дях. Су­ществует капиллярная, гравитационная, кристаллизационная вода.

Общая площадь океанов и морей в 2,5 раза больше площади суши, а объем воды на Земле составляет 1,5-109 км 3 . Более 95 % воды - соленая. Запасы воды и их соотношение приведены в таблице 1. Мировой океан занимает площадь 361 млн. км 2 , что составля­ет 70,8 % поверхности Земли. При средней глубине океана в 3800 м общий объем воды достигает 1370 млн. км 3 . При расчете ресурсов подземных вод полагают, что в мантии Земли содержится 0,5 % воды, общий объем которой составляет примерно 13-15 млрд. км 3 воды. Возможный приток глубинных вод в земную кору и на по­верхность планеты составляет в среднем 1 км 3 в год. При среднем абсолютном возрасте Земли в 3,5 млрд. лет объем поверхностных вод должен составить около 3,3 млрд. км 3 (Макаренко, 1966). Объем свободной воды в земной коре (подземные воды) В.И. Вернадский оценивал в 60 млн. км 3 .

Таблица 1- Суммарные мировые запасы воды

Части гидросферы	По М.И.Львовичу		По Р.К. Клиге
		% к объему		% к объему
Мировой океан
Подземные воды
Озера, болота
Почвенная влага
Влага атмосферы
Речные воды
Вся гидросфера

Россия омывается водами 12 морей, принадлежащих трем океа­нам. На территории России находится свыше 2,5 млн. больших и малых рек, более 2 млн. озер. Водные ресурсы России слагаются из статических (вековых) и возобновляемых. Первые считаются отно­сительно постоянными в течение длительного времени, возобнов­ляемые водные ресурсы оцениваются объемом годового стока рек. Речной сток формируется за счет таяния снега и дождевых осад­ков, источниками питания рек служат болота и подземные воды. Суммарные водные ресурсы России приведены в таблице 2.

В социально-экономическом развитии страны из поверхност­ных пресных вод речной сток имеет приоритетное значение. По объему речного стока Россия стоит на втором месте после Брази­лии. Реки являются основой водного фонда. Почти 65 % крупных городов России (Москва, С.-Петербург, Нижний Новгород, Ека­теринбург, Пермь и другие) используют для питьевых и технических нужд поверхностные, в основном речные воды.

Таблица 2- Суммарные водные ресурсы России

Виды ресурсов	Возоновляемые,	% от общих ресурсов	Статические, км 3	% от общих ресурсов
Речной сток
Подземные воды
Почвенная влага
			Более 97000

По территории России протекает свыше 120 тыс. рек длиной более 10 км и общей протяженностью свыше 2,3 млн. км. Около 90 % годового речного стока России приходится на бассейны Се­верного Ледовитого и Тихого океанов и лишь 8 % - на бассейны Каспийского и Азовского морей. Однако именно в бассейнах этих морей проживает более 80 % населения России, сосредоточена основная часть хозяйственной инфраструктуры.

В России насчитывается более 2 млн. пресных и соленых озер. Среди них самое глубокое пресноводное озеро Байкал и наи­больший по площади замкнутый солоноватый водоем Каспийское море. Основная часть ресурсов озерных пресных вод сосредоточе­на в озерах: Байкал (23 тыс. км 3 , или 20 % мировых и 90 % нацио­нальных запасов), Ладожское (903 км 3), Онежское (285 км 3), Чудско-Псковское (35,2 км 3). В крупнейших водохранилищах России на­ходится около 450 км 3 пресной воды.

Ледники являются существенным аккумулятором воды, они со­средоточены в основном в приполюсных районах: в Антарктиде, на арктических островах, в том числе российского сектора Арк­тики, и в горных районах.

Подземные воды вместе с поверхностными водами рек, озер и прудов являются основой водного фонда России, служат для питье­вых целей. Естественные ресурсы пресных подземных вод состав­ляют 787,5 км 3 /год, прогнозируемые пригодные для использова­ния - свыше 300 км 3 /год. Минеральные и лечебные подземные воды используются на 450 месторождениях санаторно-курортными и оздоровительными учреждениями, а также заводами по розливу минеральных лечебных вод. Потенциальные ресурсы минеральных вод оцениваются в 800 тыс. м 3 /сут. Теплоэнергетические (термаль­ные, пароводяная смесь с температурой от 40 до 200 ° С) подземные воды используются для теплоснабжения и получения электриче­ской энергии. Значительные их ресурсы (более 7081,5 млн. м 3 /сут) сосредоточены на Северном Кавказе и Дальнем Востоке. Ресурсы промышленных подземных вод составляют более 4 млн. м 3 /сут (гидроминеральное сырье). Они являются источником получения йода, брома и ряда других редких элементов и металлов. Крупные месторождения промышленных подземных вод находятся в Крас­нодарском крае, на Урале и в Западной Сибири.

Вода – одно из самых удивительных соединений на Земле – давно уже поражает исследователей необычностью многих своих физических свойств:

1) Неисчерпаемость как вещества и природного ресурса; если все другие ресурсы земли уничтожаемы или рассеиваемы, то вода как бы ускользает от этого, принимая различные формы или состояния: кроме жидкой – твердую и газообразную. Это единственное вещество и ресурс такого типа. Это свойство обеспечивает вездесущность воды, она пронизывает всю географическую оболочку Земли и производит в ней разнообразную работу.

2) Присущее только ей расширение при затвердевании (замерзании) и уменьшение объема при плавлении (переходе в жидкое состояние).

3) Максимальная плотность при температуре +4 °С и связанные с этим весьма важные свойства для природных и биологических процессов, например исключение глубокого промерзания водоемов. Как правило, максимальная плотность физических тел наблюдается при температуре затвердевания. Максимальная плотность дистиллированной воды наблюдается в аномальных условиях – при температуре 3,98-4 °С (или округленно +4 °С), т. е. при температуре выше точки затвердевания (замерзания). При отклонении температуры воды от 4 °С в обе стороны плотность воды убывает.

4) При плавлении (таянии) лед плавает на поверхности воды (в отличие от других жидкостей).

5) Аномальное изменение плотности воды влечет за собой такое же аномальное изменение объема воды при нагревании: с возрастанием температуры от 0 до 4 °С объем нагреваемой воды уменьшается и только при дальнейшем возрастании начинает увеличиваться. Если бы при понижении температуры и при переходе из жидкого состояния в твердое плотность и объем воды изменялись так же, как это происходит у подавляющего большинства веществ, то при приближении зимы поверхностные слои природных вод охлаждались бы до 0 °С и опускались на дно, освобождая место более теплым слоям, и так продолжалось бы до тех пор, пока вся масса водоема не приобрела бы температуру 0 °С. Далее вода начинала бы замерзать, образующиеся льдины погружались бы на дно, и водоем промерзал бы на всю его глубину. При этом многие формы жизни в воде были бы невозможны. Но так как наибольшей плотности вода достигает при 4 °С, то перемещение ее слоев, вызываемое охлаждением, заканчивается при достижении этой температуры. При дальнейшем понижении температуры охлажденный слой, обладающий меньшей плотностью, остается на поверхности, замерзает и тем самым защищает лежащие ниже слои от дальнейшего охлаждения и замерзания.

6) Переход воды из одного состояния в другое сопровождается затратами (испарение, таяние) или выделением (конденсация, замерзание) соответствующего количества тепла. На таяние 1 г льда необходимо затратить 677 кал, на испарение 1 г воды – на 80 кал меньше. Высокая скрытая теплота плавления льда обеспечивает медленное таяние снега и льда.

7) Способность относительно легко переходить в газообразное состояние (испаряться) не только при положительных, но и при отрицательных температурах. В последнем случае испарение происходит минуя жидкую фазу – из твердой (льда, снега) сразу в парообразную. Такое явление носит название – сублимация.

8) Если сравнить температуру кипения и замерзания гидридов, образованных элементами шестой группы таблицы Менделеева (селена H 2 Se, теллура Н 2 Те) и воды (Н 2 О), то по аналогии с ними температура кипения воды должна быть порядка 60 °С, а температура замерзания – ниже 100° С. Но и здесь проявляются аномальные свойства воды – при нормальном давлении в 1 атм. вода кипит при +100 °С, а замерзает при 0 °С.

9) Громадное значение в жизни природы имеет и тот факт, что вода обладает аномально высокой теплоемкостью, в 3000 раз большей, чем воздух. Это значит, что при охлаждении 1 м 3 воды на 1 0 С на столько же нагревается 3000 м 3 воздуха. Поэтому, аккумулируя тепло, Океан оказывает смягчающее влияние на климат прибрежных территорий.

10) Вода поглощает тепло при испарении и таянии, выделяя его при конденсации из пара и замерзании.

11) Способность воды в дисперсных средах, например в мелкопористых почвах или биологических структурах, переходить в связанное или рассредоточенное состояние. В этих случаях очень сильно меняются свойства воды (ее подвижность, плотность, температура замерзания, поверхностное натяжение и другие параметры), крайне важные для протекания процессов в природных и биологических системах.

12) Вода – универсальный растворитель, поэтому не только в природе, но и в лабораторных условиях идеально чистой воды нет уже по той причине, что она способна к растворению любого сосуда, в который заключена. Есть предположение, что поверхностное натяжение идеально чистой воды было бы таковым, что по ней можно было бы кататься на коньках. Способность воды к растворению обеспечивает перенос веществ в географической оболочке, лежит в основе обмена веществами между организмами и средой, в основе питания.

13) Из всех жидкостей (кроме ртути) у воды самое высокое поверхностное давление и поверхностное натяжение: = 75·10 -7 Дж/см 2 (глицерин – 65, аммиак – 42, а все остальные – ниже 30 ·10 -7 Дж/см 2). В силу этого капля воды стремится принять форму шара, а при соприкосновении с твердыми телами смачивает поверхность большинства из них. Именно поэтому она может подниматься вверх по капиллярам горных пород и растений, обеспечивая почвообразование и питание растений.

14) Вода обладает высокой термической устойчивостью. Водяной пар начинает разлагаться на водород и кислород только при температуре выше 1000 °С.

15) Химически чистая вода является очень плохим проводником электричества. Вследствие малой сжимаемости в воде хорошо распространяются звуковые и ультразвуковые волны.

16) Свойства воды сильно изменяются под влиянием давления и температуры. Так, при росте давления температура кипения воды повышается, а температура замерзания, наоборот, понижается. С повышением температуры уменьшаются поверхностное натяжение, плотность и вязкость воды и возрастают электропроводность и скорость звука в воде.

Аномальные свойства воды вместе взятые, свидетельствующие о чрезвычайно высокой ее устойчивости к воздействию внешних факторов, вызваны наличием дополнительных сил между молекулами, получивших название водородных связей. Суть водородной связи сводится к тому, что ион водорода, связанный с каким-то ионом другого элемента, способен электростатически притягивать к себе ион того же элемента из другой молекулы. Молекула воды имеет угловое строение: входящие в ее состав ядра образуют равнобедренный треугольник, в основании которого находится два протона, а в вершине – ядро атома кислорода (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Строение молекулы воды

Из имеющихся в молекуле 10 электронов (5 пар) одна пара (внутренние электроны) расположена вблизи ядра кислорода, а из остальных 4 пар электронов (внешних) по одной паре обобществлено между каждым из протонов и ядром кислорода, тогда как 2 пары остаются неопределенными и направлены к противоположным от протонов вершинам тетраэдра. Таким образом, в молекуле воды имеется 4 полюса зарядов, расположенных в вершинах тетраэдра: 2 отрицательных, созданных избытком электронной плотности в местах расположения неподеленных пар электронов, и 2 положительных, созданных ее недостатком в местах расположения протонов.

Вследствие этого молекула воды оказывается электрическим диполем. При этом положительный полюс одной молекулы воды притягивает отрицательный полюс другой молекулы воды. В результате получаются агрегаты (или ассоциации молекул) из двух, трех и более молекул (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 – Образование диполями воды ассоциированных молекул:

1 – моногидроль Н 2 О; 2 – дигидроль (Н 2 О) 2 ; 3 – тригидроль (Н 2 О) 3

Следовательно, в воде одновременно присутствуют одиночные, двойные и тройные молекулы. Содержание их меняется в зависимости от температуры. Во льду содержатся, в основном, тригидроли, объем которых больше моногидролей и дигидролей . При повышении температуры скорость движения молекул возрастает, силы притяжения между молекулами ослабевают, и в жидком состоянии вода – это смесь три-, ди- и моногидролей. С дальнейшим увеличением температуры тригидрольные и дигидрольные молекулы распадаются, при температуре 100 °С вода состоит из моногидролей (пар).

Существование неподеленных электронных пар определяет возможность образования двух водородных связей. Еще две связи возникают за счет двух водородных атомов. Вследствие этого каждая молекула воды в состоянии образовать четыре водородные связи (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 – Водородные связи в молекулах воды:

– обозначение водородной связи

Благодаря наличию в воде водородных связей в расположении ее молекул отмечается высокая степень упорядоченности, что сближает ее с твердым телом, а в структуре возникают многочисленные пустоты, делающие ее очень рыхлой. К наименее плотным структурам принадлежит структура льда. В ней существуют пустоты, размеры которых несколько превышают размеры молекулы Н 2 О. При плавлении льда его структура разрушается. Но и в жидкой воде сохраняются водородные связи между молекулами: возникают ассоциаты – зародыши кристаллических образований. В этом смысле вода находится как бы в промежуточном положении между кристаллическим и жидким состояниями и более сходна с твердым телом, чем с идеальной жидкостью. Однако в отличие от льда каждый ассоциат существует очень короткое время: постоянно происходит разрушение одних и образование других агрегатов. В пустотах таких «ледяных» агрегатов могут размещаться одинокие молекулы воды, при этом упаковка молекул воды становятся более плотной. Именно поэтому при плавлении льда объем, занимаемый водой, уменьшается, ее плотность возрастает. При + 4 °С вода имеет самую плотную упаковку.

При нагревании воды часть теплоты затрачивается на разрыв водородных связей. Этим объясняется высокая теплоемкость воды. Водородные связи между молекулами воды полностью разрушаются при переходе воды в пар.

Сложность структуры воды обусловлена не только свойствами ее молекулы, но и тем, что вследствие существования изотопов кислорода и водорода в воде имеются молекулы с различным молекулярным весом (от 18 до 22). Наиболее распространенной является «обычная» молекула с молекулярным весом 18. Содержание молекул с большим молекулярным весом невелико. Так, «тяжелая вода» (молекулярный вес 20) составляет менее 0,02% всех запасов воды. В атмосфере она не обнаружена, в тонне речной воды ее не более 150 г, морской –160-170 г. Однако, ее присутствие придает «обычной» воде большую плотность, влияет на другие ее свойства.

Удивительные свойства воды позволили возникнуть и развиться жизни на Земле. Благодаря им вода может играть незаменимую роль во всех процессах, совершающихся в географической оболочке.

Дата: 2009-01-30

Вода - одно из самых уникальнейших веществ на Земле. Несмотря на бурное развитие современной науки, до сих пор ученые не изучили до конца природу этого, казалось бы простого вещества! Из-за внешней простоты люди на Земле долгое время считали воду простым неделимым веществом. И только благодаря английскому ученому Г. Кавендишу в 1766 году люди узнали, что вода - не простой химический элемент, а соединение водорода и кислорода. Позже это же доказал и А. Лавуазье (Франция) в 1783 году.

За простой формулой Н 2 О, оказывается скрывается загадочное вещество, которое до сих пор многие ведущие умы науки не могут разгадать. Вода - химическое соединение, состоящее из 11,11% водорода и 88,89% (по массе) кислорода. Химически чистая вода представляет собой бесцветную жидкость без запаха и вкуса.

Вода обладает рядом уникальнейших и анимальных свойств, которые мы сейчас и рассмотрим.

Вода - единственная жидкость на Земле, для которой зависимость удельной теплоемкости от температуры имеет минимум. Этот минимум реализуется при температуре +35 0 С. При этом нормальная температура человеческого тела, состоящего на две трети (а в юном возрасте и того более) из воды, находится в диапазоне температур 36-38 0 С.

Удельная теплоемкость воды составляет 4180 Дж/(кг· 0 С) при 0 0 С. Удельная теплота плавления при переходе льда в жидкое состояние составляет 330 кДж/кг, удельная теплота парообразования - 2250 кДж/кг при нормальном давлении и температуре 100 0 С.

Теплоемкость воды аномально высока. Чтобы нагреть определенное ее количество на один градус, необходимо затратить больше энергии, чем при нагреве других жидкостей.

Из этого вытекает уникальная способность воды сохранять тепло. Подавляющее большинство других веществ таким свойством не обладают. Эта исключительная особенность воды способствует тому, что у человека нормальная температура тела поддерживается на одном уровне и жарким днем, и прохладной ночью.

Из выше перечисленого следует, что вода играет главную роль в процессах регулирования теплообмена человека и позволяет ему поддерживать комфортное состояние при минимуме энергетических затрат.

Вследствии значительных величин теплоемкости и скрытой теплоты трансформации воды огромные ее объемы на поверхности Земли представляют собой аккумуляторы тепла. Эти же свойства воды обуславливают ее использование в промышленности в качестве теплоносителя. Тепловые характеристики воды являются одним из важнейших факторов стабильности биосферы.

Следующая уникальность воды - это плотность. Плотность большинства жидкостей, кристаллов и газов - при нагревании уменьшается и при охлаждении увеличивается, вплоть до процесса кристаллизации или конденсации. Плотность воды при охлаждении от 100 до 3,98 0 С возрастает, как и у подавляющего большинства жидкостей. Но, достигнув максимального значения при температуре 3,98 0 С, плотность при дальнейшем охлаждении воды начинает уменьшаться. Другими словами, максимальная плотность воды наблюдается при температуре 3,98 0 С, а не при температуре замерзания 0 0 С.

Замерзание воды сопровождается скачкообразным уменьшением плотности на 9%, тогда как у большинства других веществ процесс кристаллизации сопровождается увеличением плотности. В связи с этим лед занимает больший объем, чем жидкая вода, и держится на ее поверхности.

Столь необычное поведение плотности воды крайне важно для поддержания жизни на Земле. Покрывая воду сверху, лед играет в природе роль своего рода плавучего одеяла, защищающего реки и водоемы от дальнейшего замерзания и сохраняющего жизнь подводному миру. Если бы плотность воды увеличивалась при замерзании, лед оказался бы тяжелее воды и начал тонуть, что привело бы к гибели всех живых существ в реках, озерах и океанах, которые замерзли бы целиком, превратившись в глыбы льда, а Земля стала ледяной пустыней, что неизбежно привело бы к гибели всего живого.

Из всех жидкостей у воды самое высокое поверхностное натяжение.

Коэффициент поверхностного натяжения σ, H/м некоторых жидкостей при температуре 20 0 С приведены далее в таблице

Вода - самый сильный универсальный растворитель. Если ей дать достаточно времени, она может растворить практически любое твердое вещество. Именно из-за уникальной растворяющей способности воды никому до сих пор не удалось получить химически чистую воду - она всегда содержит растворенный материал сосуда.

Поскольку человек состоит на 65% (в старости) и 75% (в детстве) из воды, естественно она абсолютно необходима для всех ключевых систем жизнеобеспечения человека. Она содержится в человеческой крови (79%) и способствует переносу по кровеносной системе в растворенном состоянии тысяч необходимых для жизни веществ. Вода содержится в лимфе (96%), которая разносит из кишечника питательные вещества по тканям живого организма.

Действительно, взглянув на свойства воды можно сделать вывод, что любое из свойств воды уникально. Только вода - единственное вещество на планете может находиться в трех состояниях - жидком, твердом и газообразном. Так вода играет важную роль в энерго-информационном обмене человека с природой. По мнению ряда ученых обладает памятью и может как излечивать, так и разрушать.

Источник: Курганов А.М., Федоров Н.Ф. Гидравлические расчеты систем водоснабжения и водоотведения: Справочник. 1986 г.

Комментарии к этой статье!!

Вода - прозрачная жидкость, не имеющая цвета (в малом объёме) и запаха. Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды. В твёрдом состоянии называется льдом или снегом, а в газообразном - водяным паром. Около 71% поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озера, реки, лёд на полюсах).

Свойства воды - это совокупность физических, химических, биохимических, органолептических, физико-химических и других свойств воды.
Вода - оксид водорода - одно из наиболее распространенных и важных веществ. Поверхность Земли, занятая водой, в 2,5 раза больше поверхности суши. Чистой воды в природе нет, - она всегда содержит примеси. Получают чистую воду методом перегонки. Перегнанная вода называется дистиллированной. Состав воды (по массе): 11,19 % водорода и 88,81 % кислорода.

Чистая вода прозрачна, не имеет запаха и вкуса. Наибольшую плотность она имеет при 0° С (1 г/см 3). Плотность льда меньше плотности жидкой воды, поэтому лед всплывает на поверхность. Вода замерзает при 0° С и кипит при 100° С при давлении 101 325 Па. Она плохо проводит теплоту и очень плохо проводит электричество. Вода - хороший растворитель. Молекула воды имеет угловую форму атомы водорода по отношению к кислороду образуют угол, равный 104,5°. Поэтому молекула воды - диполь: та часть молекулы, где находится водород, заряжена положительно, а часть, где находится кислород, - отрицательно. Благодаря полярности молекул воды электролиты в ней диссоциируют на ионы.

В жидкой воде наряду с обычными молекулами Н20 содержатся ассоциированные молекулы, т. е. соединенные в более сложные агрегаты (Н2О)x благодаря образованию водородных связей. Наличием водородных связей между молекулами воды объясняются аномалии ее физических свойств: максимальная плотность при 4° С, высокая температура кипения (в ряду Н20-Н2S - Н2Sе) аномально высокая теплоемкость . С повышением температуры водородные связи разрываются, и полный разрыв наступает при переходе воды в пар.

Вода - весьма реакционноспособное вещество. При обычных условиях она взаимодействует со многими основными и кислотными оксидами, а также со щелочными и щелочно-земельными металлами. Вода образует многочисленные соединения - кристаллогидраты.
Очевидно, соединения, связывающие воду, могут служить в качестве осушителей. Из других осушающих веществ можно указать Р205, СаО, ВаО, металлический Ма (они тоже химически взаимодействуют с водой), а также силикагель. К важным химическим свойствам воды относится ее способность вступать в реакции гидролитического разложения.

Химические свойства воды обусловлены ее составом. Вода на 88,81% состоит из кислорода, и только на 11,19% – из водорода. Как мы упоминали выше, вода замерзает при нуле градусов Цельсия, а вот закипает – при ста. Дистиллированная вода имеет очень низкую концентрацию положительно заряженных ионов гидроксония НО и Н3О+ (всего 0,1 мкмоль/л), поэтому ее можно назвать отличным изолятором. Однако свойства воды в природе не были бы реализованы правильно, если бы она не была хорошим растворителем. Молекула воды очень мала по размеру. Когда в воду попадает другое вещество, его положительные ионы притягиваются атомами кислорода, составляющими молекулу воды, а отрицательные – атомами водорода. Вода как бы окружает со всех сторон растворенные в ней химические элементы. Поэтому, в воде почти всегда содержатся различные вещества, в частности, соли металлов, обеспечивающие проведение электрического тока.

Физические свойства воды «подарили» нам такие явления, как парниковый эффект и микроволновая печь. Около 60% парникового эффекта создает водяной пар, который отлично поглощает инфракрасные лучи. При этом показатель оптического преломления воды n=1,33. Кроме того, вода поглощает и микроволны, благодаря высокому дипольному моменту ее молекул. Эти свойства воды в природе и натолкнули ученых на мысли об изобретении микроволновой печи.

Неизмеримо велика роль воды в природе и жизни человека. Можно сказать, что все живое состоит из воды и органических веществ. Она - активнейший участник формирования физической и химической среды, климата и погоды. При этом она влияет и на экономику, промышленность, сельское хозяйство, транспорт и энергетику.

Без пищи мы можем прожить несколько недель, а без воды - лишь 2-3 дня. Для обеспечения нормального существования человек должен вводить в организм воды примерно в 2 раза больше по весу, чем питательных веществ. Потеря организмом человека более 10% воды может привести к смерти. В среднем в организме растений и животных содержится более 50% воды, в теле медузы ее до 96%, в водорослях 95-99%, в спорах и семенах от 7 до 15%. В почве находится не менее 20% воды, в организме же человека вода составляет около 65%. Разные части человеческого организма содержат неодинаковое количество воды: стекловидное тело глаза состоит из воды на 99%, в крови ее содержится 83, в жировой ткани 29, в скелете 22 и даже в зубной эмали 0,2%. В течение всей своей жизни человек теряет воду из организма, и его биоэнергетический потенциал уменьшается. В шестинедельном человеческом эмбрионе содержание воды составляет до 97%, у новорождённого - 80%, у взрослого - 60-70%, а в организме пожилого человека - лишь 50-60%.

Вода абсолютна необходима для всех ключевых систем жизнеобеспечения человека. Вода и содержащиеся в ней вещества становятся средой питания и поставляют живым организмам необходимые для жизни микроэлементы. Она содержится в крови (79%) и способствует переносом по кровеносной системе в растворённом состоянии тысяч необходимых веществ и элементов (геохимический состав воды близок к составу крови животных и человека.).
В лимфе, которая осуществляет обмен веществ между кровью и тканями живого организма вода составляет 98%.
Вода сильнее других жидкостей проявляет свойства универсального растворителя. Через определённое время она может растворить почти любое твёрдое вещество.
Такая всеобъемлющая роль воды обусловлена её уникальными свойствами.

В последнее время усилия исследователей сосредоточены на форсированном изучении процессов, протекающих на границе раздела фаз. Оказалось, что вода в граничных слоях обладает многими интересными свойствами, которые не проявляются в объемной фазе. Эта информация крайне необходима для решения ряда важных практических задач. Примером может служить создание принципиально новой элементной базы микроэлектроники, где дальнейшая.миниатюризация схем будет основана на принципе самоорганизации макромолекул на водной поверхности. Развитая поверхность также характерна для биологических систем, что обусловлено важностью поверхностных явлений для их функционирования. Практически всегда существенное влияние на характер процессов, происходящих в приповерхностной области, оказывает присутствие воды. В свою очередь под влиянием поверхности кардинально изменяются свойства самой воды, и воду у границы необходимо рассматривать как принципиально новый физический объект исследования. Весьма вероятно, что изучение молекулярно-статистических свойств воды вблизи поверхности, которое, по существу, только начинается, даст возможность эффективно управлять многими физическими и химическими процессами.

В последнее время возрос интерес к исследованиям свойств воды на микроскопическом уровне. Так, для понимания многих вопросов физики поверхностных явлений необходимо знать свойства воды на границе раздела фаз. Отсутствие строгих представлений о структуре воды, об организации воды на молекулярном уровне приводит к тому, что при изучении свойств водных растворов как в объемной фазе, так и в капиллярных системах вода часто рассматривается как бесструктурная среда. Однако известно, что свойства воды в граничных слоях могут заметно отличаться от объемных. Поэтому, рассматривая воду как бесструктурную жидкость, мы теряем уникальную информацию о свойствах граничных слоев, которые, как оказывается, во многом определяют природу процессов, протекающих в тонких порах. Например, ионная селективность ацетатцеллюлозных мембран объясняется особой молекулярной организацией воды в порах, которая, в частности, нашла свое отражение в концепции «нерастворяющего объема». Дальнейшее развитие теории, учитывающей специфику межмолекулярных взаимодействий, лежащих в основе селективного мембранного транспорта, будет способствовать более полному пониманию мембранного опреснения растворов. Это позволит дать обоснованные рекомендации для улучшения эффективности технологических процессов опреснения воды. Отсюда вытекают важность и необходимость исследований свойств жидкости в пограничных слоях, в частности вблизи поверхности твердого тела.