Чего состоит молекула воды

Из чего состоит вода?

Вода – источник жизни на нашей голубой планете. Она есть в клетках всех живых организмов. Это самое распространённое в мире вещество. Вода – один из важнейших факторов, определяющих природные условия на Земле, и влияет на формирование климата и рельефа территории.

Слово “вода” происходит от древнегерманского “текучий, мокрый”.

Состав воды

Молекула воды (H₂O) складывается из 2-х атомов водорода и 1-го атома кислорода. Это два газообразных вещества, которые, соединяясь, образуют невероятно прочные связи. Главную роль в молекуле выполняет атом кислорода. Атомы водорода несут положительный заряд, а атом кислорода – отрицательный. Каждый из атомов водорода, крепко держась в образованной молекуле, одновременно притягивается к атому кислорода из соседней молекулы. Связи кислорода и водорода из соседних молекул гораздо слабее, чем внутри. Благодаря этим межмолекулярным связям, вода обладает рядом удивительных свойств.

Физические свойства

Вода – уникальное вещество на планете, способное быть в трех физических состояниях:

Изменение состояния воды возможно благодаря тому, что под действием температур меняется расстояние между молекулами. В твердой форме – молекулы наиболее близко расположены друг к другу. В жидкой – подальше. В газообразной – совсем далеко, что позволяет им отрываться. При температуре от 100°С и выше это пар. От 0°С до 100°С – это вода. А ниже 0°С – это лед.

Когда вода замерзает, ее молекулы выстраиваются в правильные шестигранные формы. Все кристаллы льда похожи друг на друга. Лед обладает уникальным свойством – он легче самой воды, из которой получен, и никогда не тонет в ней. Поэтому этому водоемы всегда замерзают сверху, что позволяет сохранить жизнь на дне.

В атмосфере всегда есть мельчайшие капельки воды. Но присутствие влаги мы замечаем только тогда, когда её количество увеличивается, формируя облака и туман.

Виды воды

Вся вода делится на категории:

На планете примерно 96,5 % воды приходится на долю морской воды. Пресной – намного меньше. Её доля – около 2,5 %, причём большая часть – в ледниках и грунтовых водах. Менее 0,3 % от всей пресной воды содержится в реках, озёрах и атмосфере, а в живых организмах – всего 0,003 %.

У природных вод есть важный признак – прозрачность. От этого зависит, как глубоко смогут проникнуть солнечные лучи в толщу воды. Цветность определяется количеством растворенных органических соединений, которые окрашивают воду при прохождении её через торфяные и гумусные слои почвы.

Природная солёная вода содержит большое количество разных примесей минеральных и органических соединений. Количество этих веществ оказывает влияние на плотность воды. Самые плотные в природе это морская и минеральная воды. Самой плотной считается вода Мёртвого моря. По степени солёности вода делится на несколько категорий:

Таблица 1. Классификация воды по содержанию солей

В пресной воде тоже есть соли. В основном это кальций и магний. Для такой воды есть характеристика жёсткости. Чем больше содержание примесей, тем более жёсткой называют воду.

Чистой воды в природе никогда не бывает. Вода хорошо растворяет в себе разные вещества – твердые, жидкие и газообразные. Даже дождевая вода пока падает на землю, захватывает из воздуха пыль и газы и растворяет их в себе.

Человек для своих нужд изменяет воду. В водопроводе течет пресная вода из рек и водохранилищ. Она проходит 5 стадий очистки, обеззараживается. В канализацию попадает вода загрязнённая примесями и частицами от человеческой жизнедеятельности. Прежде чем выпустить такую воду в окружающую среду, стоки очищают на специальных очистных сооружениях.

Дистиллированную воду используют в разных областях, чаще в научной и технической. Получают её, испаряя и затем осаждая пар на холодной поверхности. Примеси остаются в перегонном сосуде. Такая вода является наиболее чистой из всех возможных.

Пресная вода на планете распространена неравномерно. Есть области, где существует сильная её нехватка. Для решения проблемы в таких районах строят водоопреснительные станции. На этих станциях морскую воду выпаривают и получают дистиллированную воду, которая тоже непригодна для использования человеком. Её насыщают минеральными солями до показателей природной пресной воды.

Интересные факты

Многие столетия вода считалась простым веществом. В 1783 году химик Лавуазье смог разложить воду на два вещества и предположить количественное их соотношение в молекуле.

В обычных условиях вода не имеет ни вкуса, ни запаха. Вода бесцветна, но при толщине более 2 метров она приобретает голубой цвет. Это происходит благодаря рассеиванию коротких лучей солнечного спектра.

Вода – сильный поглотитель солнечной энергии. У воды есть замечательное свойство – медленно нагреваясь, она и медленно остывает. Мировой океан планет накапливает тепло летом и отдаёт его зимой. Так сглаживаются скачки температуры на планете. Суточные и сезонные колебания температуры уменьшаются вблизи водных объектов. Чем меньше в той или иной местности крупных водоемов, тем более резкоконтинентальный там климат.

Что мы узнали?

Вот краткий список основных сведений о воде, ее составе и свойствах:

Источник

Молекула воды

Все живые организмы на планете Земля состоят из воды. Эта жидкость встречается везде и без нее жизнь невозможна. Большая ценность воды обусловлена уникальными свойствами жидкости и простым составом. Чтобы разобраться во всех особенностях, рекомендуется детально ознакомиться со структурой молекулы воды.

Модель строения воды

Молекула воды включает два атома водорода (Н) и один атом кислорода (О). Элементы, из которых состоит жидкость, определяют всю функциональность и особенности. Модель молекулы воды имеет форму треугольника. Вершину этой геометрической фигуры представляет крупный элемент кислорода, а внизу находятся небольшие атомы водорода.

Молекула воды обладает двумя положительными и двумя отрицательными полюсами зарядов. Отрицательные заряды формируются из-за излишка электронной плотности у атомов кислорода, а положительные – из-за нехватки электронной плотности у водорода.

Неравномерное распределение электрических зарядов создает диполе, где диполярный момент составляет 1,87 дебай. Вода обладает способностью растворять вещества, поскольку ее молекулы пытаются нейтрализовать электрическое поле. Диполя приводят к тому, что на поверхности погруженных в жидкость веществ становятся слабее межатомные и межмолекулярные связи.

Вода отличает большой устойчивостью при растворении прочих соединений. В обычных условиях из 1 млрд молекул только 2 распадаются, а протон переходит в строение иона гидроксония (образуется при растворении кислот).

Вода не меняет свой состав при взаимодействии с другими веществами и не влияет на структуру этих соединений. Такая жидкость считается инертным растворителем, что особо важно для живых организмов. Полезные вещества поступают к различным органам через водные растворы, поэтому важно, чтобы их состав и свойства оставались неизменными. Вода сохраняет в себе память о растворенных в ней веществах и может применяться многократно.

Каковы особенности пространственной организации молекулы воды:

Атомы водорода соединяются с атомами кислорода и образуют молекулу воды с ковалентной связью. Водородные соединения более сильные, поэтому, когда они разрываются, то молекулы присоединяются к другим веществам, способствуя их растворению.

Это свойство подтверждается и большой теплотой парообразования, что делает жидкость хорошим энергоносителем. Вода – отличный регулятор температуры, способен нормализировать резкие перепады этого показателя. Теплоемкость жидкости повышается, когда ее температура 37 градусов. Минимальные показатели соответствуют температуре человеческого тела.

Относительная молекулярная масса воды составляет 18. Рассчитать этот показатель достаточно легко. Следует заранее ознакомиться с атомной массой кислорода и водорода, которая равна 16 и 1 соответственно. В химических задачах нередко встречается массовая доля воды. Этот показатель измеряется в проценте и зависит от формулы, которую требуется рассчитать.

Строение молекулы в различных агрегатных состояниях воды

В жидком состоянии молекула воды состоит из моногидроля, дигидроля и тригидроля. Количество этих элементов зависит от агрегатного состояния жидкости. Пар включает одну H₂O – гидроль (моногидроль). Две H₂O обозначают жидкое состояние – дигидроль. Три H₂O включает лед.

Агрегатные состояния воды:

При этом существуют переходные состояния жидкости, например, при испарении или замерзании. Для начала требуется разобраться, отличаются ли молекулы воды от молекул льда. Так замерзшая жидкость имеет кристаллическую структуру. Модель льда может иметь форму тетраэдр, тригональной и моноклинной сингонии, куба.

Обычная и замерзшая вода отличаются плотностью. Кристаллическая структура приводит к меньшей плотности и увеличению объема. Основное различие между жидким и твердым состоянием – это количество, сила и разновидность водородных связей.

Состав не меняется ни в одном агрегатном состоянии. Отличается строение и движение составных частей жидкости, сила связей водорода. Обычно молекулы воды слабо притягиваются друг к другу, размещаются хаотично, поэтому жидкость такая текучая. Лед отличается более сильным притяжением, так как создается плотная кристаллическая решетка.

Многих интересует, одинаковы ли объемы и состав молекул холодной и горячей воды. Важно запомнить, что состав жидкости не меняется ни в одном из агрегатных состояний. Молекулы при нагревании или остывании жидкости отличаются расположением. В холодной и горячей воде разные объемы, так как в первом случае структура упорядоченная, а во втором – хаотичная.

Когда лед тает, то его температура не меняется. Только после того, как жидкость меняется свое агрегатное состояние, показатели начинают подниматься. Для таяния требуется определенное количество энергии, которое называется удельной теплотой плавления или лямбда воды. Для льда показатель равен 25000 Дж/кг.

Источник