Химические и физико-химические свойства воды

Вода это универсальный слабый растворитель. Молекулы воды своими зарядами «растаскивают» кристаллы солей и молекулы органических кислот на ионы. В веществе, попавшем в воду, межатомные силы ослабляются в 80 раз. Для физических тел, попавших в воду этот эффект действует только на поверхностях, контактирующих с водой. В зависимости от прочности внутренних связей в веществе, оно растворяется в воде с той или иной скоростью. Для наблюдателя эта скорость может субъективно представляться значительной или незначительной. Ни одно вещество кроме воды не обладает таким универсальным свойством растворять почти любые неорганические материалы. Есть более сильные и потому более опасные растворители. Вода, разлагая вещества на ионы, сама не разлагается. Молекула её очень устойчива. Благодаря этому вода «моет» лицо Земли, каждое животное и растение дождём и росой снаружи. Она «моет» их и внутри, выводя шлаки из организма. Вода инертный растворитель и сама не влияет на ткани, а только приносит нужное и уносит лишнее. Вода растворяет газы: несет кислород водной фауне.

В почве, в принципе, подобен воде по своему значению инертный минерал кварц SiO₂. Кварцевый песок образует инертный «скелет» почвы и «растворяет» в себе гумус, глинистые минералы микроорганизмы и воду. Всё это «растворённое» взаимодействует с корнями растений и между собой, находясь в порах между песчинками. Песчинки прочны и химически инертны. Они создают каркас, обеспечивают водо- и газопроницаемость почвы. В воздухе подобен воде азот N инертные газы гелий He, аргон Ar. В них с необходимой для человека, животных и растений концентрацией «растворены» кислород и углекислый газ.

Выше мы сказали о строении молекулы воды. Сейчас пойдёт речь о строении воды в её жидкой массе. Молекулы воды не разделяются на ионы. Напротив, в статичной массе воды они соединяются в цепи и решетчатые структуры. В жидкой воде существуют жидкие кристаллы. Вернёмся к структуре молекулы воды, тетраэдру с четырьмя электрически заряженными вершинами (рис. 3-2). В броуновском беспорядочном медленном движении молекулы воды встречаются противоположно заряженными вершинами. При этом они слабо соединяются между собой, гася заряды. Ядра водорода приближаются к относительно свободным электронам кислорода и временно скрепляются с ними. Эти связи называются водородными. Они в несколько раз слабее ковалентных, действующих внутри молекулы (рис.3-1) и не разрушают молекул. Водородные связи легко разрушаются при механических воздействиях в бурном турбулентном потоке или при интенсивном нагревании воды, тем более при её кипении. Тетраэдрическая фигура молекулы воды позволяет каждой молекуле образовать четыре связи с другими молекулами. Благодаря этому молекула может ассоциироваться с одной, двумя, тремя или четырьмя молекулами в пары (рис.3-3), цепи, плоские и пространственные решетки. Такие соединения, в принципе, подобны твёрдым кристаллам минералов и называются жидкими кристаллами.

Рис. 3-3. Две молекулы воды с ковалентными (сплошная линия) и водородными (пунктир) связями.

Структурированная в жидкие кристаллы вода имеет как бы резервную, «зачехленную», способность к растворению. Она медленно растворяет погруженное вещество, но стоит её взболтать или согреть, например, в теплокровном организме, как водородные связи разрушаются и вода активизируется. Жидкие кристаллы формируются в холодной спокойной воде, где броуновское движение замедленно и нет механического перемешивания. Такие условия имеются в неглубоких водоносных горизонтах подземных вод, до 1000 м от поверхности земли. По песчаным слоям вода движется со скоростью порядка 1см/сутки. Подземные воды в виде источников, ключей, спокойно вытекают на поверхность и выносят жидкие кристаллы. В водопадах и при разогреве жидкие кристаллы разрушаются. Много жидких кристаллов в свежей талой воде. Не потому ли животные пьют холодную воду?

Пространственная решетка жидких кристаллов воды имеет пустоты внутри себя. В пустотах могут располагаться ионы растворенного неорганического вещества или целые органические молекулы. Реально можно убедиться в существовании пустот следующим простейшим экспериментом. В неполный стакан воды можно насыпать сахар (органическое вещество) или поваренную соль (неорганическое вещество), наполнив тем его до краев. Когда твердое вещество растворится, то раствор снова не будет доставать краев сосуда, как это было до заполнения его сахаром (солью). Проще этот опыт проделать с неполным сосудом воды, отметив на стенке уровень воды до высыпания растворимого вещества. Помешиванием легко можно растворить вещество и убедиться, что уровень раствора установится на прежней отметке. Твердое вещество вошло в пространство между молекулами воды. При этом плотность раствора станет больше чем плотность пресной воды.

Особенно значительно для биосферы и значительно для нас, желающих видеть мудрость Творца, что пустоты жидких кристаллов иногда создаются по форме подобными форме сложных биологически активных молекул, например, молекул ДНК, несущих генетический код организма. В организме вокруг молекул ДНК возникает защитный каркас из молекул воды, «футляр» по форме молекулы. Если же защищаемая длинная закрученная молекула ДНК все-таки будет повреждена каким-либо излучением или механическим воздействием, то защитный жидкий кристалл раскрывается в месте повреждения, что служит сигналом для биологических систем, отвечающих за восстановление жизненно необходимой молекулы ДНК.

Итак, главные химические свойства воды:

1). Устойчивое соединение, потому является надежной не разрушаемой базой для жизни.

2). Вода – универсальный растворитель газов и твердых частиц, благодаря чему доставляет питательные вещества в организмы и уносит вещества-шлаки из них.

3). Вода плохо растворяет органические вещества с большой молекулярной массой. Потому она не разрушает живые ткани организмов, но служит им.

4). Растворимость веществ в воде зависит от температуры – она снижается с охлаждением воды. Разогретая в организме вода выносит много веществ, охлаждается вне организма, осаждает вещества в водоемы, испаряется и после конденсации вновь готова принять порцию загрязнителей.

5). Для растений вода служит строительным материалом при создании (фотосинтезе) органических веществ, которые за тем от растений получает всё живое.

Теперь коснёмся физико-химических свойств воды. Она образует плёнки на заряженных малых частицах твердого вещества или капельках иной вязкой жидкости. Образуются коллоидные растворы - золи и гели. В зависимости от концентрации они могут иметь различную вязкость. Такими растворами, например, являются золи молоко и сметана, а также гели - глинистые растворы, хлебное тесто. Без этих гелей не было бы печного горшка и печёного хлеба В молоке мельчайшие капельки питательных веществ окружены молекулами воды и взвешены в коллоидном растворе. В разжиженном водой состоянии они доступны даже младенцам и сосункам-животным. Твердые частицы глины, взвешенные физико-химическими силами в водном коллоидном растворе, транспортируются в речном потоке. Минералы глин ценное сырьё для природы и человека. Вода распространяет их от мест их образования в коре выветривания горных пород к местам, где природа испытывает в них потребность. Она отлагает их на дне водоёмов. Там возникают илы со специфической жизнью. На дне прудов илы создают водоудерживающий слой. Или из коллоидного раствора (мутной воды) глинистые частицы отлагаются и на пойме, где образует почвы. Они переносится также по воздуху ветром и образуют почвы вне речных долин. В почве глинистые частицы удерживают воду электростатическими зарядами на своей поверхности. Сочетание заряженных частиц глины и зарядов на молекулах воды обеспечивает слабую связь, которую разрушают растения, питаясь водой из почвы.

Глинистые минералы вода разделяет на мельчайшие нерастворимые частицы, отделяемые от микрокристаллов глины по поверхностям кристаллической решетки. Физико-химическое взаимодействие воды с глиной является причиной многих важнейших экзогенных, то есть возникающих на поверхности земли, геологических процессов. Со строительной точки зрения большинство из них является неблагоприятными и опасными. Это оползни, набухание, усадка, дополнительная осадка сооружений и зданий при изменении влажности грунта или химического состава поровой воды в нём и другие процессы. С экологической точки зрения большинство этих процессов необходимы биосфере. Выветривание горных создаёт минеральный инертный субстрат почвы. При этом оно создаёт и растворённые в воде минеральные вещества, питательные для растений. Пучение разрыхляет почву к весеннему прорастанию семян и облегчает всходы на необрабатываемых территориях, способствует паро- и водопроницаемости почвы. Вода в грунтах и почвах исполняет две роли – полезную для людей и вредную. В последней роли она является средством научения и наказания

3.Физические свойства воды:

Поиск по сайту: