Молекула воды имеет угловое строение: входящие в ее состав ядра образуют равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два протона, а в вершине ядро атома кислорода. Угол при
(рис. 1.1)
вершине равен примерно 106°, а стороны треугольника имеют длину 0,96 Å (ангстрема), т. е. 10 -10 м; расстояние между ядрами водорода HH =1,5 Å. Треугольник HOH находится внутри сферы, по которой движутся электроны. Центр инерции сферы С не совпадает с центром атома кислорода O и находится от него на расстоянии 0,13 Å
В твердой воде (лед) атом кислорода каждой молекулы участвует в образовании двух водородных связей с соседними молекулами воды. Схема объемной структуры льда изображена на рисунке 1.2
Образование водородных связей приводит к такому расположению молекул воды, при котором они соприкасаются друг с другом своими разноименными полюсами. Молекулы образуют слои, причем каждая из них связана с тремя молекулами, принадлежащими к тому же слою, и с одной из соседнего слоя. Структура льда принадлежит к наименее плотным структурам, в ней существуют пустоты, размеры которых несколько превышают размеры молекулы H2O.
(рис. 1.2)
Итак, аномальность температур плавления льда и кипения воды связана с тем, что существование ее в условиях Земли в твердом и жидком состоянии также аномально. Нормальным было бы пребывание воды только в газообразном виде.
Ассоциированость воды обуславливает очень высокую теплоту ее парообразования. Например, для того чтобы выпарить 1 г воды, нагретой до 100ºC, требуется в шесть раз больше теплоты, чем для нагревания точно такого же количества воды от 0 до 80ºC. Благодаря этому вода является мощным энергоносителем на нашей планете. Способность воды накоплять большие запасы тепловой энергии дает возможность нивелировать резкие температурные колебания на земной поверхности в разные времена года и суток, т. е. Вода является регулятором температуры воздуха.
Среди физических свойств воды следует отметить ее высокое поверхностное натяжение – 72,7 ·10-7 Дж/см2 (при 20ºC). В этом отношении среди всех жидкостей вода уступает только ртути. Эта особенность воды проявляется в постоянном стремлении ее стягивать свою поверхность, несмотря на способность свободно размещать свой объем по форме занимаемого объекта. Высокое поверхностное натяжение воды приводит к тому, что она во время свободного падения или в состоянии невесомости приобретает форму шара, т. е. Геометрической формы с наименьшей поверхностью для этого объема.
Особенно наглядно выявляется поверхностное натяжение в смачивании – «прилипании» воды ко многим поверхностям. Установлено, что все вещества, например песок, стекло, глина, бумага, ткани и др., которые легко смачиваются водой, обязательно имеют в своем составе молекулы с атомами кислорода. Эта особенность воды дала возможность пояснить природу процесса смачивания: энергетически неуравновешенные молекулы поверхностного слоя воды получают способность образовывать дополнительные водородные связи с атомами кислорода указанных выше веществ.
Смачивание и поверхностное натяжение являются основой явления капиллярности. Последнее заключается в том, в узких каналах (капиллярах) вода может подниматься на высоту значительно большую, нежели та, которая допускается силой гравитации для столбика этого пересечения.
Итак, модифицируя структуру воды, можно достичь желаемых ее качеств. Это дает возможность эффективно использовать воду во многих сферах техники и хозяйственной деятельности.
После добавления в воду небольших количеств (части процента) полимерных соединений с большой полимерной массой, например полиакриламида, получают «скользкую» воду. Стеклянный шарик, погруженный в такую воду, падает в 2 – 2,5 раза быстрее, нежели в обычной, и быстро двигается в трубопроводах. Образование ассоциатов молекул воды с макромолекулами полимерных добавок способствует разрушению гидратных оболочек вокруг взвесей и ускоряет выпадение их в осадок.
Добавление небольших доз кремнесодержащих веществ придает воде резиноподобного вида. В этом случае вода из наклоненного сосуда не выливается, а вытягивается в виде эластичного жгута. При введении в воду небольших доз (сотые миллиграмма) металлов, например серебра, вода приобретает высокие бактерицидные и лекарственные качества и является прекрасным консервантом. «Серебряная вода» сохраняется в течении долгого времени, не утрачивая своих качеств питьевой воды. Перейти на страницу: 1 2
Читайте также:
Способы рациональной утилизации побочного HCl Одна из основных задач народного хозяйства на современном этапе развития состоит в разработке и осуществлении мероприятий по охране окружающей среды, рациональному использованию и воспроизво ...
Экономия воды С древности различают два типа хозяйства. Один – «экономия», что означает «ведение дома» (экоса). Она не обязательно сопряжена с движением денег, ценами рынка и т.д. - это производство и к ...
Проблемы экологической этики и принципы экологического гуманизма Экологическая этика - учение о должном в отношениях человека с природой, воспринимаемой как субъект, основанных на признании морального статуса природы, высоком оценивании ее внутренней цен ...