Сделать проект на компьютере на тему вода как реагент и как среда для химического состава

Обновлено: 05.07.2024

Министерство сельского хозяйства Ставропольского края

ФГБОУ ВО СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет среднего профессионального образования

По учебной дисциплине: УПВ 02У. Химия

На тему: Вода, как реагент и среда для химического процесса.

Выполнил: обучающийся 1 курса

Специальность: Электрификация и автоматизация сельского хозяйства «Техник-электрик»

Пехтелев Андрей Кириллович

Преподаватель УМО ФСПО СтГАУ

Паспорт индивидуального проекта

Тема: «Вода, как реагент и среда для химического процесса».

Направление, в рамках которого проводится работа по проекту: естественнонаучное направление

Учебная дисциплина: УПВ 02У. Химия

Сведения об авторе: Студент ФСПО 1 курса группы ЭЛиАСХ-9-2 Пехтелев Андрей Кириллович

Сведения о руководителе: преподаватель УМО ФСПОСтГАУ Соломонова Виктория Александровна

Цель: Изучить воду, как реагент и ее применение в химических процессах.

Задачи: расширить понятия о воде.

Вопросы проекта: Узнать, как можно использовать воду в химических процессах и о её более широком применении в жизни.

Аннотация: Вода — это жидкость без вкуса, запаха, цвета, которая входит в состав всех живых существ .

Итоговый продукт: Презентация

Форма защиты проекта: Очная

выполнения проекта по дисциплине Химия

тема: «Вода, как реагент и среда для химического процесса»

обучающегося 1 курса группы 20ЭЛиАСХ-9-2 Электрификация и автоматизация сельского хозяйства «Техник-электрик»

Пехтелев Андрей Кириллович

Руководитель: преподаватель УМО ФСПО СтГАУ

2. Физические свойства воды………………………………………………6

3. Свойства и параметры газа Брауна…………………………………. 7

4. Способы получения газа Брауна ………………………………………. 8

5. ПРАВИЛА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ………………………………………..9

6. Преимущества электролизера…………………………………………. 10

8. Применение газа Брауна………………………………………………. 11

Вода (оксид водорода, гидроксид водорода) — бинарное неорганическое соединение с химической формулой H₂O: молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного —кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. При нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеющую цвета (при малой толщине слоя), запаха и вкуса. В твердом состоянии называются льдом (кристаллы льда могут образовывать снег или иней), а в газообразном — водяным паром. Вода также может существовать в виде кристаллов (на гидрофильных поверхностях).

Вода является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы).

Исключительно важна роль воды в глобальном кругообороте вещества и энегрии, возникновении и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды. Вода является важнейшим веществом для всех живых существ на Земле.

Всего на Земле около 1400 млн км³ воды. Вода покрывает 71 % поверхности земного шара (океаны, моря, озёра, реки, льды — 361,13 млн км²). Бо́льшая часть земной воды (97,54 %) принадлежит Мировому океану — это солёная вода, непригодная для сельского хозяйства и питья. Пресная же вода находится в основном в ледниках (1,81 %) и подземных водах (около 0,63 %), и лишь небольшая часть (0,009 %) в реках и озёрах. Материковые солёные воды составляют 0,007 %, в атмосфере содержится 0,001 % от всей воды нашей планеты.

Физические свойства воды

Вода при нормальных условиях находится в жидком состоянии, тогда как аналогичные водородные соединения других элементов являются газами (H2S, CH4, HF). Атомы водорода присоединены к атому кислорода, образуя угол 104,45° (104°27′). Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По этой причине молекула воды обладает большим дипольным моментом (p = 1,84 Д, уступает только синильной кислоте и диметилсульфоксиду). Каждая молекула воды образует до четырёх водородных связей — две из них образует атом кислорода и две — атомы водорода[19]. Количество водородных связей и их разветвлённая структура определяют высокую температуру кипения воды и её удельную теплоту парообразования[19]. Если бы не было водородных связей, вода, на основании места кислорода в таблице Менделеева и температур кипения гидридов аналогичных кислороду элементов (серы, селена, теллура), кипела бы при −80 °C, а замерзала при −100 °C[20].

При переходе в твёрдое состояние молекулы воды упорядочиваются, при этом объёмы пустот между молекулами увеличиваются, и общая плотность воды падает, что и объясняет меньшую плотность (больший объём) воды в фазе льда. При испарении, напротив, все водородные связи рвутся. Разрыв связей требует много энергии, отчего у воды самая большая удельная теплоёмкость среди прочих жидкостей и твёрдых веществ. Для того чтобы нагреть один литр воды на один градус, требуется затратить 4,1868 кДж энергии. Благодаря этому свойству вода нередко используется как теплоноситель.

Помимо большой удельной теплоёмкости, вода также имеет большие значения удельной теплоты плавления (333,55 кДж/кг при 0 °C) и парообразования (2250 кДж/кг).

Свойства и параметры газа Брауна

Газ Брауна - самый экологически чистый природный газ на земле с самой высокой скоростью сгорания во вселенной.

Газ Брауна , который часто обозначают как HHO или гремучий газ - это 2 части газообразного водорода, и одна часть кислорода в определенном объеме.

Удельная теплота такого газа равна 13 кДж/л и температура плавления с выше 2000 0 с.

Обычные кислород и водород, реализуемые в торговой сети или полученные обычными электролизерами, поставляются в виде O₂ и H₂. То есть, молекулы обоих газов имеют по два атома. Это более устойчивое состояние этих газов, чем когда отдельные атомы отделены (заряженные ионы) и каждый атом существует по отдельности.

Проблема с H₂ и O₂ как с горючими газами, в том, что до того, как они начнут реагировать, чтобы превратиться в H₂O, они должны быть разложены на атомы H и O .Требуемая на это энергия составляет большую часть из той, которую Вы получите при их взаимодействии для получения H₂O.

Что делает газ Брауна уникальным, и наиболее ценным, так это то, что он существует не в молекулярной форме H₂ и O₂ молекул. Здесь они в одноатомном состоянии (один атом на молекулу). В этом состоянии, когда водород сгорит (прореагирует с кислородом), энергии будет возвращено в 3.8 раза больше

Способы получения газа Брауна

Мы знаем, чтобы получить газ Брауна нужно разделить воду на кислород и водород. Это можно сделать подав электрический ток через воду. Самый простой способ – просто взять 2 провода, подать на них электричество и окунуть в воду.

Но это не безопасно, и поэтому можно собрать закрытый электролизер из корпуса, пластин нержавеющей стали и резиновых прокладок для лучшей герметизации. Для работы электролизера будет достаточно 1,5-4 вольта постоянного тока, но при увеличении габарит можно увеличивать мощность подачи тока.

Заправлять такой прибор можно водой из под крана, щелочным раствором, но лучше всего 15% раствором KOH. Каустическая сода увеличит выход газа в 2-3 раза.

1л воды при реакции выдает 1868л горючего газа, а такая конструкция с примерными размерами 10см на 20см может выдавать до 1л газа в мин, а также генерирует любое давление, которое может выдержать конструкция.

ПРАВИЛА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Во-первых, необходимо соблюдать повышенные меры безопасности:
— смесь моментально детонирует с оглушительным хлопком и выделением энергии, разнося все вдребезги. поэтому никаких баков и барбатеров из хрупкого пластика, который может дать острые осколки;
— ни в коем случае не допускать, чтобы газ скапливался в какой-то емкости, немедленно расходовать весь газ, который вырабатывается, и останавливать лизер, если нет потребности в газе, либо организовывать вывод газа на улицу;
— не устанавливать электролизер в подвальном помещении, обеспечить естественный выход водорода вверх, не допускать непроветриваемых «карманов» под потолком.

Преимущества электролизера

Газ Брауна – самый доступный вид топлива на Земле. К примеру для получения капли бензина, пропана или любого другого вида топлива, нужна огромная инфраструктура, которая включает в себя получение, очищение, транспортировку и. т. д., а гремучий газ можно получать «на коленке».

Электролизер - это миниатюрная энергоустановка, которая добывает конечный продукт сразу и не имеет больших габаритов по сравнению с заводами и предприятиями, а может храниться даже на столе.

Известно, что в двигателях внутреннего сгорания переработка топлива происходит неэффективно. В лучшем случае, сгорает только 40% топлива – дорогого и вредного для окружающей среды бензина или дизеля. Оставшиеся 60% успешно догорают в выхлопной трубе.

Применение газа Брауна

Газ Брауна можно использовать как горючее почти во всех сферах энергетики: от мини резаков до ракет.

Возьмем в пример автомобиль. Для сжигания бензина, дизеля и других видов топлива нужен окислитель, который подается отдельно и нуждается в смешивании, а в электролизере выдается и топливо и окислитель одновременно.

В машинах есть карбюратор - устройство для смешивания топлива и воздуха в правильных пропорциях, чтобы горение или детонация проходили максимально эффективно, но в электролизере мы получаем готовую смесь в идеальном соотношении, что на много практичнее, проще и экологически чище.

Газ Брауна в данном случае можно использовать, как добавочное топливо вместе с привычным нам горючим, а можно и перейти полностью на использование данного газа без посторонних элементов.

Вода и экология

Автомобильные выбросы загрязняют окружающую среду. У неисправной машины выхлоп канцерогенных веществ увеличивается в 3-4 раза. Все это поднимается в атмосферу, вызывая катаклизмы.

Выбросы стоят на первом месте по загрязнению атмосферных слоев. Это вызывает глобальное потепление, становится причиной кислотных дождей.

Газовые выхлопы стали причиной подтопления стран Запада в 2002 году. Были затоплены Франция, Германия, Чехословакия, Италия. Вызвали засуху и смог на территории центральной России.

Горячий воздух выхлопов, встречаясь с воздушными потоками Гольфстрима, нагревает атмосферу, что вызывает обильные осадки и подтопления.

Газ Брауна это совершенное топливо для наших транспортных средств. На выхлопе получается кислород и водяной пар (как и в случае топливных баков), однако кислород здесь берется из воды, используемой для получения газа. Поэтому при сжигании газа Брауна в атмосферу поступает дополнительный кислород. С этой точки зрения вода представляет собой идеальное топливо для автомобилей будущего.

В заключение могу сказать, что вода – это спасение человечества от энергетического кризиса, решение одних из глобальных проблем по загрязнению окружающей среды и уменьшение экономических проблем в энергосфере, связанных с недостатком полезных ископаемых на Земле.

Самая распространенная жидкость на нашей планете и самое дешевое топливо. В атмосфере нашей планеты вода находится в виде капель малого размера, в облаках и тумане, а также в виде пара. При конденсации выводится из атмосферы в виде атмосферных осадков (дождь, снег, град, роса). В совокупности жидкая водная оболочка Земли называется гидросферой, а твёрдая — криосферой. Вода является важнейшим веществом всех живых организмов на Земле. Предположительно, зарождение жизни на Земле произошло в водной среде.

Мировой океан содержит более 97,54 % земной воды, ледники — 1,81 %, подземные воды — около 0,63 %, реки и озёра — 0,009 %, материковые солёные воды — 0,007 %, атмосфера — 0,001 %

Следовательно можно сделать вывод: вода – будущее энергетики на Земле и эту сферу нужно развивать.

Вода (оксид водорода) - бинарное неорганическое соединение, химическая формула Н2O. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного - кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью.

Вода, не является питательным веществом, но она жизненно необходима, как стабилизатор температуры тела, переносчик питательных веществ и пищеварительных отходов, реагент и реакционная среда в ряде химических превращений. Кроме того, вода формирует органолептические показатели продукта.

Общий запас воды на Земле составляет 1359000 м3. Около 70% поверхности планеты покрыто морями и океанами, но эта вода - соленая. На долю пресной воды приходится 2,8%, причем 2,2% из них недоступно людям, так как это ледники северного Ледовитого океана, Гренландии, Антарктиды.

На Земле происходит непрерывный круговорот воды, включающий использование воды на бытовые и производственные нужды человека, использование воды растениями и животными, испарение воды и фильтрацию ее через почву многое другое. Характер процессов, протекающих с участием воды, во многом определяется ее свойствами как индивидуального вещества.

Вода - самое удивительное соединение на Земле.

1. Строение молекулы воды

Вода (оксид водорода) Н2О - простейшее устойчивое соединение. Молекула воды (H2O) состоит из двух атомов водорода (H1) и одного атома кислорода (O16).

Молекулярная масса воды 18,0160, на водород приходится 11,19% по массе, а на кислород - 88,81%.

Три ядра в молекуле воды образуют равнобедренный треугольник с двумя протонами водорода в основании и кислородом в вершине.

Модель молекулы воды, предложенная Нильсом Бором:

Свойства воды в основном зависят от величины водородных связей.

Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода.

По этой причине, а также из-за того, что ион водорода не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома соседней молекулы.

Благодаря чему, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот.

Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях: два атома водорода - каждый в одной, а атом кислорода - в двух; в таком состоянии молекулы находятся в кристалле льда.

При таянии льда часть связей рвётся, что позволяет уложить молекулы воды плотнее; при нагревании воды связи продолжают рваться, и плотность её растёт, но при температуре выше 4°С этот эффект становится слабее, чем тепловое расширение.

В молекуле воды имеются две полярные ковалентные связи Н-О.

Они образованы за счёт перекрывания двух одноэлектронных р - облаков атома кислорода и одноэлектронных S - облаков двух атомов водорода.

В молекуле воды атом кислорода имеет четыре электронных пары. Две из них участвуют в образовании ковалентных связей, т.е. являются связывающими. Две другие электронные пары являются не связывающими.

В молекуле имеются четыре полюс зарядов: два - положительные и два - отрицательные. Положительные заряды сосредоточены у атомов водорода, так как кислород электроотрицательнее водорода. Два отрицательных полюса приходятся на две не связывающие электронные пары кислорода.

Подобное представление о строении молекулы позволяет объяснить многие свойства воды, в частности структуру льда. В кристаллической решётке льда каждая из молекул окружена четырьмя другими. В плоскостном изображении это можно представить так:

На схеме видно, что связь между молекулами осуществляется посредством атома водорода: положительно заряженный атом водорода одной молекулы воды притягивается к отрицательно заряженному атому кислорода другой молекулы воды. Такая связь получила название водородной (её обозначают точками). По прочности водородная связь примерно в 15-20 раз слабее ковалентной связи. Поэтому водородная связь легко разрывается, что наблюдается, например, при испарении воды.

Структура жидкой воды напоминает структуру льда. В жидкой воде молекулы также связаны друг с другом посредством водородных связей, однако, структура воды менее "жёсткая", чем у льда. Вследствие теплового движения молекул в воде одни водородные связи разрываются, другие образуются.

2. Физические свойства воды

Вода, H2O, жидкость без запаха, вкуса, цвета (в толстых слоях голубоватая); плотность 1 г/см3 (при 3,98 градусах), tпл=0 градусов, tкип=100 градусов.

Вода - это единственное вещество в природе, которое в земных условиях существует во всех трёх агрегатных состояниях:

Советский учёный В.И. Вернадский писал: "Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могли бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Нет земного вещества - минерала горной породы, живого тела, которое её бы не заключало. Всё земное вещество ею проникнуто и охвачено".

3. Химические свойства воды

Вода реагирует со многими металлами с выделением водорода:

2Na + 2H ₂ O = H ₂ + 2NaOH ( бурно )

K + 2 H ₂ O = H ₂ + 2 KOH (бурно)

3Fe + 4H ₂ O = 4H ₂ + Fe ₃ O ₄ (только при нагревании)

Не все, а только достаточно активные металлы могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях этого типа. Наиболее легко реагируют щелочные и щелочноземельные металлы I и II групп.

Вода реагирует с неметаллами, например, углерод и его водородное соединение (метан). Эти вещества гораздо менее активны, чем металлы, но всё же способны реагировать с водой при высокой температуре:

СН ₄ + H ₂ O = H ₂ + CO (при сильном нагревании)

СН ₄ + 2H ₂ O = 4H ₂ + CO ₂ (при сильном нагревании)

Вода реагирует со многими оксидами неметаллов:

Вода реагирует с оксидами металлов:

CaO + H ₂ O = Ca(OH) ₂ гидроксид кальция (гашеная известь)

Не все оксиды металлов способны реагировать с водой. Часть из них практически не растворима в воде и поэтому с водой не реагирует. Мы уже встречались с такими оксидами. Это ZnO, TiO2, Cr2O3, из которых приготовляют, например, стойкие к воде краски. Оксиды железа также не растворимы в воде и не реагируют с ней.

Вода образует многочисленные соединения, в которых ее молекула полностью сохраняется. Это так называемые гидраты. Если гидрат кристаллический, то он называется кристаллогидратом.
Соединения, связывающие воду в гидраты и кристаллогидраты, используют в качестве осушителей. С их помощью, например, удаляют водяные пары из влажного атмосферного воздуха.

Особая реакция воды - синтез растениями крахмала (С ₆ H ₁₀ O ₅ ) _n и других подобных соединений (углеводов), происходящая с выделением кислорода:

4. Виды воды

Бромная вода - насыщенный раствор Br2 в воде (3,5% по массе Br2). Бромовая вода - окислитель, бромирующий агент в аналитической химии.

Подсмольная вода - образуется при полукоксовании и газификации твёрдых, горючих ископаемых. Наиболее характерные компоненты: NH3, фенолы, карбоновые кислоты. Одни из наиболее вредных видов сточных вод. Обезвреживание заключается в выделении из подсмольных вод указанных компонентов и последующей биохимической очистке.

Дистиллированная вода - очищенная вода, практически не содержащая примесей и посторонних включений.

5. Почему не кончается вода на Земле?

Вода на Земле находится в постоянном круговороте, и убыль её в одном звене сразу же восполняется за счёт поступления из другого. Движущей силой круговорота воды является солнечная энергия и сила тяжести. За счёт круговорота воды все части гидросферы тесно объединены и связывают между собой другие компоненты природы. В самом общем виде круговорот воды на нашей планете выглядит следующим образом. Под действием солнечных лучей вода испаряется с поверхности океана и суши и поступает в атмосферу, причём испарение с поверхности суши осуществляется, как реками и водоёмами, так почвой, растениями. Часть воды сразу возвращается с дождями обратно в океан, а часть переносится ветрами на сушу, где выпадают в виде дождей и снега. Попадая в почву, вода частично впитывается в неё, пополняя запасы почвенной влаги и подземных вод, частично стекает по поверхности в реки и водоёмы почвенная влага частично переходит в растения, которые испаряют её в атмосферу, и частично стекает в реки, только с меньшей скоростью. Реки, питающиеся водой из поверхностных ручьёв и подземных вод, несут воду в Мировой океан, восполняя её убыль. Вода испаряется с его поверхности, снова оказывается в атмосфере, и круговорот замыкается. Такое же движение воды между всеми компонентами природы и всеми участками земной поверхности происходит постоянно и беспрерывно в течение многих миллионов лет.

Надо сказать, что круговорот воды не полностью замкнут. Часть её, попадая в верхние слои атмосферы, разлагается под действием солнечных лучей и уходит в космос. Но эти незначительные потери постоянно восполняются за счёт поступления воды из глубинных слоёв земли при вулканических извержениях. За счёт этого объём гидросферы постепенно увеличивается. По некоторым расчётам 4 млрд. лет назад объём её составлял 20 млн. км3, т.е. был в семь тысяч раз меньше современного. В будущем количество воды на Земле, по-видимому, так же будет возрастать, если учесть, что объём воды в мантии Земли оценивается в 20 млрд. км3 - это в 15 раз больше современного объёма гидросферы. Сравнивая объём воды в отдельных частях гидросферы с притоком воды в них и соседних звеньев круговорота, можно определить активность водообмена, т.е. время, за которое может полностью обновиться объём воды в Мировом океане, в атмосфере или почве. Медленнее всего обновляются воды в полярных ледниках (один раз за 8 тыс. лет). А быстрее всего обновляется речная вода, которая во всех реках на Земле полностью меняется за 11 дней.

6 . Вода в природе

Вода весьма распространенное на Земле вещество. Почти 3/4 поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы. Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, которые захватывает из воздуха. Количество примесей в пресных водах обычно лежит в пределах от 0,01 до 0,1% (масс.). Морская вода содержит 3,5% (масс.) растворенных веществ, главную массу которых составляет хлорид натрия (поваренная соль). Вода, содержащая значительное количество солей кальция и магния, называется жесткой в отличие от мягкой воды, например дождевой. Жесткая вода дает мало пены с мылом, а на стенках котлов образует накипь. Чтобы освободить природную воду от взвешенных в ней частиц, ее фильтруют сквозь слой пористого вещества, например, угля, обожженной глины и т.п.

При фильтровании больших количеств воды пользуются фильтрами из песка и гравия. Фильтры задерживают также большую часть бактерий. Кроме того, для обеззараживания питьевой воды ее хлорируют; для полной стерилизации воды требуется не более 0,7 г хлора на 1 т воды. Фильтрованием можно удалить из воды только нерастворимые примеси. Растворенные вещества удаляют из нее путем перегонки (дистилляции) или ионного обмена. Вода имеет очень большое значение в жизни растений, животных и человека.

Согласно современным представлениям, само происхождение жизни связывается с морем. Во всяком организме вода представляет собой среду, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма; кроме того, она сама принимает участие в целом ряде биохимических реакций.

7 . Аномалии воды

Химически чистая вода обладает рядом свойств, резко отличающих ее от других природных тел и химических аналогов (гидридов элементов 6 группы периодической системы Менделеева) и от других жидкостей. Эти особые свойства известны под названием аномалии воды.

Исследуя воду и, особенно ее водные растворы, ученые раз за разом убеждались, что вода обладает ненормальными - аномальными свойствами, присущими только ей, ее Величеству - Воде, подарившей нам Жизнь и возможность мыслить. Мы даже и не подозреваем, что столь привычные и естественные свойства воды в природе, в различных технологиях, наконец, в обыденной жизни нашей являются уникальными и неповторимыми.

Для всей биосферы исключительна важной особенностью воды является ее способность при замерзании увеличивать, а не уменьшать свой объем, т.е. уменьшать плотность. Действительно, при переходе любой жидкости в твердое состояние молекулы располагаются теснее, а само вещество, уменьшаясь в объеме, становится плотнее. Да, для любой из необозримо разных жидкостей, но не воды. Вода здесь представляет исключение. При охлаждении вода сначала ведет себя как и другие жидкости: постепенно уплотняясь, уменьшает свой объем. Такое явление можно наблюдать до +3,98°С. Затем, при дальнейшем снижении температуры до 0°С, вся вода замерзает и расширяется в объеме. В результате удельный вес льда становится меньше воды и лед плавает. Если бы лед не всплывал, а тонул, то все водоемы (реки, озера, моря) промерзли бы до дна, испарение бы резко сократилось, все пресноводные животные и растения погибли бы. Жизнь на Земле стала бы невозможной. Вода - единственная жидкость на Земле, лед которой не тонет за счет того, что его объем на 1/11 больше объема воды.

Поверхностное натяжение

Благодаря тому, что круглые шарики воды очень упруги, идет дождь, выпадает роса. Что же это за удивительная сила, которая сохраняет капли росы, а поверхностный слой воды в любой лужице делает эластичным и относительно прочным?

Известно, что если стальную иголку осторожно положить на поверхность воды, налитой в блюдце, то иголка не тонет. А ведь удельная масса металла значительно больше, чем у воды. Молекулы воды связаны силой поверхностного натяжения, которая позволяет им подниматься вверх по капиллярам, преодолевая силу земного притяжения. Без этого свойства воды жизнь на Земле была бы также невозможна.

Теплоемкость

Ни одно вещество в мире не поглощает и не отдает среде столько тепла, сколько вода. Теплоемкость воды в 10 раз больше теплоемкости стали и в 30 раз больше ртути. Вода сохраняет тепло на Земле.

С поверхности морей, океанов, суши испаряется за год 520000 кубических километров воды, которые, конденсируясь, отдают много тепла холодным и полярным регионам.

Вода в организме человека составляет 70-90%. от веса тела. Не обладай вода такой теплоемкостью, как сейчас, обмен веществ в теплокровных и холоднокровных организмах был бы невозможен.

Легче всего вода нагревается и быстрее всего охлаждается в своеобразной "температурной яме", соответствующей +37°С, температуре человеческого тела.

Есть ещё несколько аномальных свойств воды:

Ни одна жидкость не поглощает газы с такой жадностью, как вода. Но она их также легко отдает. Дождь растворяет в себе все ядовитые газы атмосферы. Вода - ее мощный природный фильтр, очищающий атмосферу от всех вредных и ядовитых газов. Еще одно удивительное свойство воды проявляется при воздействии на нее магнитного поля. Вода, подвергнутая магнитной обработке, меняет растворимость солей и скорость химических реакций.

Но самое удивительное свойство воды - это свойство практически универсального растворителя. И если какие-то вещества в ней не растворяются, то и это для жизни сыграло громадную роль в эволюции: скорее всего именно гидрофобным свойствам первичных биологических мембран и обязана жизнь своим появлением и развитием в водной среде.

8. Применение воды

Роль воды в нынешней науке и технике очень велика. Вот только часть областей применения воды.

В сельском хозяйстве для полива растений и питания животных

В химической промышленности для получения кислот, оснований, органических веществ.

В технике для охлаждения, в паровых двигателях.

В металлургии для выплавки металлов.

В медицине для приготовления лекарств.

В термоядерных реакторах для задержки нейтронов применяется тяжелая или сверхтяжелая вода (D2O, T2O соответственно; D - дейтерий, Т - тритий; это изотопы водорода).

Бурное развитие всех отраслей промышленности может повлечь за собой недостаток пресной воды. Чтобы изготовить 1 кг бумаги, требуется 100 л воды; чтобы вырастить корову требуется 100 л в сутки. Расход воды на одного городского жителя - около 40 литров в сутки. Экономисты посчитали, что все фабрики и заводы России " выпивают " за минуту целую реку Волгу. И это неудивительно. На производство одной тонны металла идет 500 тонн воды, на производство одной тонны капрона в 7-8 раз больше.

Чтобы избежать " водяного голода ", ученые предлагают опреснять воды Мирового океана. И сейчас по всей Земле строят дистилляционные установки для получения пресной воды. Есть и другие способы опреснения воды: замораживание; воздействие электротока; полупроницаемые мембраны, поры которых пропускают лишь мелкие молекулы воды, а молекулы солей задерживают и т.д.

Вода - универсальный растворитель.

Вода является незаменимым веществом для всего живого на земле.

Вода - самое удивительное соединение на Земле.

Вода - одно из самых распространенных веществ на нашей планете.

Считают, что вода самое простое вещество на Земле. Она имеет огромное значение в эволюции как живой, так и неживой природы.

Покрывает 70% поверхности Земли и является средой обитания большого количества представителей флоры и фауны. Человеческое тело содержит около 65% воды.

Характер процессов, протекающих с участием воды, во многом определяется ее свойствами как индивидуального вещества.

Список литературы

Д.Э., Техника и производство. Москва, 1972 г.

Хомченко Г.П., Химия для поступающих в ВУЗы. Москва, 1995 г.

Прокофьев М.А., Энциклопедический словарь юного химика. Москва, 1982 г.

Глинка Н.Л., Общая химия. Ленинград, 1984 г.

Ахметов Н.С., Неорганическая химия. Москва, 1992 г.

Петрянов И.В., Самое необыкновенное вещество в мире. Москва, 1975г.

Алексинский В.Н. Занимательные опыты по химии: Пособие для учителей. - М.: Просвещение, 1980 г.

Вода́ (оксид водорода) — бинар ное неорганическое соединение, химическая формула Н2O. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного — кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. При нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеет цвета (в малом объёме), запаха и вкуса. В твёрдом состоянии называется льдом, снегом или инеем, а в газообразном — водяным паром. Вода также может существовать в виде жидких кристаллов (нагидрофильных пов ерхностях).

Бо́льшая часть земной воды — солёная, и она непригодна для сельского хозяйства и питья. Доля пресной составляет около 2,5 %, причём 98,8 % этой воды находится в ледниках и грунтовых водах. Менее 0,3 % всей пресной воды содержится в реках, озёрах и атмосфере, и ещё меньшее количество (0,003 %) находится в живых организмах.

Является хорошим сильнополярным раствор ителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли,газы)

Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды. Является важнейшим веществом для всех живых существ на планете Земля.

2.Внутренняя структура молекул воды

Вода (оксид водорода) H2O − простейшее устойчивое соединение водорода с кислородом. Молекулярная масса воды 18,0160, на водород приходится 11,19 % по массе, а на кислород – 88,81 %.

Восемь электронов внешнего электронного слоя атома кислорода образуют четыре электронные пары, из которых 2 создают ковалентные связи О−Н, а две другие представляют собой неподеленные электронные пары.

Научная работа: Создание научных основ обеззараживания и очистки .

Атом кислорода оказывается при этом в центре, а два атома водорода − в противоположных

углах одной из граней куба. Угол между ними составляет 104°31′. Два из восьми электронов атома кислорода расположены около ядра, два других связаны с атомами водорода, а две неподеленные пары электронов образуют ветви, расположенные в противоположном направлении по отношению к электронным облакам водородов. Таким образом, электронное облако молекулы воды имеет вид

четырех лепестков, направленных к вершинам неправильного тетраэдра. В двух вершинах одной грани находятся электронные пары, осуществляющие связь О—Н, а в двух вершинах противоположной грани находятся неподеленные электронные пары атома кислорода .Электронное облако в молекуле воды смещается к атому кислорода, так как он имеет большую электроотрицательность. Вследствие этого вблизи ядер атомов водорода создается избыток положительного заряда. Поэтому молекула воды полярна. Полярные молекулы характеризуются электрическим моментом диполя, который влияет на свойства веществ, состоящих из таких молекул. Электрический момент диполя представляет собой произведение одного из зарядов на расстояние между центрами положительного и отрицательного заряда. Расстояние между ними составляет 0,9568 Å. Для воды электрический момент диполя p = el равен 6*10-28 Кл-м или 1,8 дебая (1,8 * 10-18 ед. СГСЭ).Благодаря большому значению электрического момента диполя между молекулами воды проявляется сильное взаимодействие за счет образования водородных связей между атомом кислорода одной молекулы воды и атомом водорода другой. Водородная связь возникает в результате внедрения очень малого по мразмерам положительно поляризованного атома водорода одной молекулы в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома кислорода другой молекулы воды. Длина водородной связи О … Н изменяется в пределах от 1,76 А. Энергия ее составляет 17—33 кДж/моль.

Возникновение водородной связи объясняется свойством атома водорода взаимодействовать с сильно электроотрицательным элементом, например с кислородом другой молекул воды. Такая особенность водородного атома обусловливается тем, что, отдавая свой единственный электрон на образование ковалентной связи с кислородом, он остается в виде ядра очень малого размера, почти лишенного электронной, оболочки. Поэтому он не испытывает отталкивания от электронной оболочки кислорода другой молекулы воды, а, наоборот, притягивается ею, и может вступить с нею во взаимодействие. Следует отметить, что согласно принятым представлениям водородную связь нельзя рассматривать как чисто электростатическую. Согласно методу молекулярных орбиталей водородная связь образуется за счет дисперсионных сил, ковалентной связи и электростатического взаимодействия.

Энергетический баланс процессов синтеза молекул кислорода, водорода и воды

. атома кислорода и двух атомов водорода, то на одну связь приходится 2,96/2=1,48эВ (рис.5). Из этого следует, что электроны атомов водорода и кислорода в молекуле воды находятся при обычной температуре (1,48/2=0,74эВ) между четвертыми и пятыми энергетическими .

Водородные связи и донорно-акцепторные взаимодействия способствуют возникновению высокой упорядоченности внутренней структуры в жидкой воде. Водородные связи обусловливают высокое внутреннее давление, которое и способствует появлению у воды некоторых особых свойств

3.Химические свойства воды

Вода является наиболее распространённым растворителем на планете Земля, во многом определяющим характер земной химии, как науки. Большая часть химии, при её зарождении как науки, начиналась именно как химия водных растворов веществ. Её иногда рассматривают, как амфолит — и кислоту и основание одновременно (катионH+ анион OH−).

В отсутствие посторонних веществ в воде одинакова концентрация гидроксид-ионов и ионов водорода (или ионов гидроксония), pKa ≈ 16.

Вода — химически активное вещество. Сильно полярные молекулы воды сольватируют ионы и молекулы, образуют гидраты и кристаллоги драты. Сольволиз, и в частности гидролиз, происходит в живой и неживой природе, и широко используется в химической промышленности.

Воду можно получить в ходе реакций:

В ходе реакций нейтрализации:

Восстановлением оксида меди водородом :

Вода реагирует при комнатной температуре:
С активными металлами (натрий, к алий, кальций, барий и др.)

Со фтором и межгалоидными соединениями

(при низких температурах)

С солями, образованными слабой кислотой и слабым основанием, вызывая их полный гидролиз:

С ангидридами и галогенангидридами карбоновых и неорганических кислот
С активными металлорганическими соединениями (диэтилцинк, реактивы Гриньяра, метилнатрий и т. д.)
С карбидами, нитридами, фосфид ами, силицидами, гидридами акт ивных металлов (кальция, натрия, лития и др.)
Со многими солями, образуя гидраты
С боранами, силанами
С кетенами, недоокисью углерода
С фторидами благородных газов

Вода реагирует при нагревании:

С железом, магнием:

с углем, метаном:

С некоторыми алкилгалогенидами

Вода реагирует в присутствии катализатора:

с амидами, эфирами карбоновых кислот
с ацетиленом и другими алкинами
с алкенами
с нитрилами

Разложение в образование воды в биосфере

Для одних и тех же атомов водорода и кислорода вода не является постоянной формой нахождения. Растения в процессе фотосинтеза разлагают воду . выделяя кислород в атмосферу. Разложение воды происходит в условиях биосферы и при процессах химического выветривания минералов. К числу наиболее распространенных среди них относятся силикаты . Их изменения в условиях биосферы можно выразить реакцией:

2Ca [Al2Si2O8] + 6 H2O = Al4 [Si4 O15] (OH) 4 + 2Ca2+ + 4OH-

Выветривание других силикатов ,а также сульфидов , карбонатов, сульфатов тоже идет с разложением воды.

Существенное влияние на растворимость минералов оказывает широко распространенная в биосфере углекислота. Однако в её присутствии продолжается разложение воды:

Вода в пищевой промышленности

. Все многообразие свойств воды и необычность их проявления в конечном счете определяются физической природой этих атомов и способом их объединения в молекулу. В отдельной молекуле воды ядра водорода . вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах. Распространение воды на планете Земля Нахождение в природе. Вода - самое распространенное на земле .

Исследуя воду и, особенно ее водные растворы, ученые раз за разом убеждались, что вода обладает ненормальными — аномальными свойствами, присущими только ей, ее Величеству — Воде, подарившей нам Жизнь и возможность мыслить. Мы даже и не подозреваем, что столь привычные и естественные свойства воды в природе, в различных технологиях, наконец, в обыденной жизни нашей являются уникальными и неповторимыми.

Для всей биосферы исключительна важной особенностью воды является ее способность при замерзании увеличивать, а не уменьшать свой объем, т.е. уменьшать плотность.
Действительно, при переходе любой жидкости в твердое состояние молекулы располагаются теснее, а само вещество, уменьшаясь в объеме, становится плотнее. Да, для любой из необозримо разных жидкостей, но не воды. Вода здесь представляет исключение.
При охлаждении вода сначала ведет себя как и другие жидкости: постепенно уплотняясь, уменьшает свой объем. Такое явление можно наблюдать до +3,98 °С. Затем, при дальнейшем снижении температуры до 0 °С, вся вода замерзает и расширяется в объеме. В результате удельный вес льда становится меньше воды и лед плавает. Если бы лед не всплывал, а тонул, то все водоемы (реки, озера, моря) промерзли бы до дна, испарение бы резко сократилось, все пресноводные животные и растения погибли бы. Жизнь на Земле стала бы невозможной.
Вода — единственная жидкость на Земле, лед которой не тонет за счет того, что его объем на 1/11 больше объема воды.

Благодаря тому, что круглые шарики воды очень упруги, идет дождь, выпадает роса.
Что же это за удивительная сила, которая сохраняет капли росы, а поверхностный слой воды в любой лужице делает эластичным и относительно прочным?
Известно, что если стальную иголку осторожно положить на поверхность воды, налитой в блюдце, то иголка не тонет. А ведь удельная масса металла значительно больше, чем у воды. Молекулы воды связаны силой поверхностного натяжения, которая позволяет им подниматься вверх по капиллярам, преодолевая силу земного притяжения. Без этого свойства воды жизнь на Земле была бы также невозможна.

Примеры похожих учебных работ

Вода, как экологический фактор. Особенности физико-химических свойств воды

. Вода, как экологический фактор Экологическими факторами называют свойства среды обитания, оказывающие какое-либо воздействие на организм. Экологические факторы . сухой сезоны. Влажность оказывает влияние на распространение растений и животных, как в .

Вода в пищевой промышленности

. действуют, пока не растворены» – в значительной степени справедливо. Человек и животные могут в своем организме синтезировать первичную ("ювенильную") воду, образовывать ее при сгорании пищевых продуктов и самих тканей. .

Вода и ее применение в современных технологиях

. рона (рис.2). Плотность. Несмотря на то что вода — вещество, принятое в качестве эталона меры плотности, объема . тем выше как ученый стоит в ряду своих коллег. Автор обращает также внимание на то, что без воздуха жизнь возможна (анаэробы), а без воды .

Кислород. Его свойства и применение

. половины XVIII в. — швед Карл Шееле и англичанин Джозеф Пристли. Первым получил кислород К. Шееле, но его работа «О воздухе и огне», в которой был описан этот газ, .

Научная работа: Создание научных основ обеззараживания и очистки воды на основе нанотехнологии

. на основе нанотехнологии с использованием электроактивационного метода и разработанные рекомендации по оптимизации технологических процессов очистки, путем установления физико-технических параметров метода и свойств питьевой воды. В результате при .

Вода́ (оксид водорода) — бинарное неорганическое соединение, химическая формула Н2O. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного — кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. При нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеет цвета (в малом объёме), запаха и вкуса. В твёрдом состоянии называется льдом, снегом или инеем, а в газообразном — водяным паром. Вода также может существовать в виде жидких кристаллов (нагидрофильных поверхностях).

Содержание работы

Введение
Структура молекул воды
Химические свойства воды

Файлы: 1 файл

Химия.реферат.docx

Вятский Государственный Гуманитарный Университет

Реферат по дисциплине :

«Вода как реагент и как среда для химического процесса (аномальные свойства воды)»

Выполнила студентка I курса

Учебной группы ЭПБ – 11

Мисюкевич Дарья Анатольевна

к.п.н Даровских Л.В.

Введение
Структура молекул воды
Химические свойства воды

Около 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озёра, реки, льды) — 361,13 млн км. На Земле примерно 96,5 % воды приходится на океаны, 1,7 % мировых запасов составляют грунтовые воды, ещё 1,7 % на ледники и ледяные шапки Антарктиды и Гренландии, небольшая часть в реках, озёрах и болотах, и 0,001 % в облаках (образуются из взвешенных в воздухе частиц льда и жидкой воды). Бо́льшая часть земной воды — солёная, и она непригодна для сельского хозяйства и питья. Доля пресной составляет около 2,5 %, причём 98,8 % этой воды находится в ледниках и грунтовых водах. Менее 0,3 % всей пресной воды содержится в реках, озёрах и атмосфере, и ещё меньшее количество (0,003 %) находится в живых организмах.

2.Внутренняя структура молекул воды

С современных позиций строения атома электронное облако молекулы воды имеет вид усеченного четырехлопастного винта, который может быть размещен в неправильном кубе (неправильный тетраэдр). Атом кислорода оказывается при этом в центре, а два атома водорода − в противоположных

четырех лепестков, направленных к вершинам неправильного тетраэдра. В двух вершинах одной грани находятся электронные пары, осуществляющие связь О—Н, а в двух вершинах противоположной грани находятся неподеленные электронные пары атома кислорода .Электронное облако в молекуле воды смещается к атому кислорода, так как он имеет большую электроотрицательность. Вследствие этого вблизи ядер атомов водорода создается избыток положительного заряда. Поэтому молекула воды полярна. Полярные молекулы характеризуются электрическим моментом диполя, который влияет на свойства веществ, состоящих из таких молекул. Электрический момент диполя представляет собой произведение одного из зарядов на расстояние между центрами положительного и отрицательного заряда. Расстояние между ними составляет 0,9568 Å. Для воды электрический момент диполя p = el равен 6*10-28 Кл-м или 1,8 дебая (1,8 * 10-18 ед. СГСЭ).Благодаря большому значению электрического момента диполя между молекулами воды проявляется сильное взаимодействие за счет образования водородных связей между атомом кислорода одной молекулы воды и атомом водорода другой. Водородная связь возникает в результате внедрения очень малого по мразмерам положительно поляризованного атома водорода одной молекулы в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома кислорода другой молекулы воды. Длина водородной связи О . Н изменяется в пределах от 1,76 А. Энергия ее составляет 17—33 кДж/моль.

Каждая молекула воды может образовать четыре водородных связи: две возникают при взаимодействии неподеленных электронных пар атома кислорода с атомами водорода соседних молекул воды и две дают атомы водорода, взаимодействующие с атомами Существованием водородных связей объясняется аномально высокая температура плавления воды по сравнению с водородными соединениями аналогов кислорода (H2S, H2Se, H2Te). Водородные связи и донорно-акцепторные взаимодействия способствуют возникновению высокой упорядоченности внутренней структуры в жидкой воде. Водородные связи обусловливают высокое внутреннее давление, которое и способствует появлению у воды некоторых особых свойств

3.Химические свойства воды

Вода реагирует при комнатной температуре:
С активными металлами (натрий, к алий, кальций, барий и др.)

(при низких температурах)

С солями, образованными слабой кислотой и слабым основанием, вызывая их полный гидролиз:

С ангидридами и галогенангидридами карбоновых и неорганических кислот
С активными металлорганическими соединениями (диэтилцинк, реактивы Гриньяра, метилнатрий и т. д.)
С карбидами, нитридами, фосфид ами, силицидами, гидридами акт ивных металлов (кальция, натрия, лития и др.)
Со многими солями, образуя гидраты
С боранами, силанами
С кетенами, недоокисью углерода
С фторидами благородных газов

Вода реагирует при нагревании:

Вода реагирует в присутствии катализатора:

с амидами, эфирами карбоновых кислот
с ацетиленом и другими алкинами
с алкенами
с нитрилами

2Ca [Al2Si2O8] + 6 H2O = Al4 [Si4 O15] (OH) 4 + 2Ca2+ + 4OH-

Выветривание других силикатов ,а также сульфидов , карбонатов, сульфатов тоже идет с разложением воды.

Читайте также: