планеты солнечной системы
Планеты Солнечной системы - Российское общество Знание
В Солнечной системе существует восемь планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Плутон с 2006 года по решению ...
вода
Планеты-гиганты характеризуются огромными размерами и массами. Так, Юпитер превосходит Землю по массе в 318 раз. Вращение вокруг своих осей планет-гигантов происходит очень быстро. Например, Юпитер совершает один оборот меньше, чем за 10 часов[5]. Вращение по орбите планет данной группы очень медленное[2]. В результате того, что планеты-гиганты расположены далеко от Солнца, независимо от смены времени года, на них всегда преобладают низкие температуры. На планетах Юпитер и Уран практически нет смены времени года, это объясняется наклоном их оси вращения к орбите: у Юпитера она перпендикулярна, у Урана она составляет 8 градусов. Планеты данной группы имеют большое количество спутников. Сатурн, Юпитер, Уран и Нептун отличаются наличием колец. Важная особенность планет-гигантов заключается в том, что они не имеют твёрдых поверхностей, соответственно плотности их равны малым и средним значениям. В химическом составе таких планет содержатся лёгкие элементы: водород, гелий, метан, аммиак, ацетилен а также различные соединения, содержащие фосфор и серу[5]. Уран и Нептун являются ледяными гигантами, так как значительная часть их массы — это летучие вещества ( <anchor>вода</anchor>, аммиак, метан), которые при определённых условиях находятся в фазе твёрдого тела[2].
Вода: химические и физические свойства H2O в природе
Персональные инструменты

Навигация

participation

Инструменты

Содержание
переместить в боковую панельскрыть

Скрыть/показать содержание

# Вода

русский

Ещё

Материал из «Знание.Вики»



Капля воды

Вода — это химическое вещество (греч. ὕδωρ (гидро), лат. aqua (аква)), соединение водорода с кислородом, которое имеет химическую формулу Н2O. Это самое распространенное вещество на Земле, которое образует океаны, моря, озера и реки. Пары воды также присутствуют в воздухе, она содержится в организмах животных и растений. Вода играет важную роль для различных форм жизни, является переносчиком различных микроэлементов. Химическая формула Н2O указывает на то, что молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, связанных ковалентными связями. Атомы водорода присоединены к атому кислорода под углом 104, 45°. Термин «вода» также используется для обозначения жидкого состояния Н2O при стандартных условиях температуры и давления[1].

## Исторические факты



Аристотель



Строение молекулы воды

Первое упоминание о воде в научных работах датируется IV веком до нашей эры и принадлежит древнегреческому философу Аристотелю. В своем труде «Учение о четырех стихиях» он описал воду как один из основных элементов, вместе с землей, огнем и воздухом. Аристотель считал воду источником холода и влаги. До XVIII века вода рассматривалась как отдельный химический элемент. В 1783 году французский ученый Антуан Лавуазье повторил эксперименты английского ученого Кавендиша и обнаружил, что вода может разлагаться на водород и кислород. Он пришел к выводу, что вода является окисью водорода. Лавуазье также определил количественный состав воды: 15 % водорода и 85 % кислорода[2]. Впоследствии многие ученые проводили количественный анализ воды. В 1808 году французский химик и физик Жозеф Луи Гей-Люссак получил результаты, которые считались образцовыми: 13,27 % водорода и 86,73 % кислорода. Однако только в 1821 году шведский химик Йенс Якоб Берцелиус и французский физик и химик Пьер Луи Дюлонг провели более точный анализ и обнаружили, что вода содержит 11,1 % водорода и 88,9 % кислорода, что соответствует современным значениям. Гей-Люссак изучал объемные отношения газов и показал, что один объем кислорода и два объема водорода при взаимодействии дают два объема водяного пара (при температуре выше 100° C). На основе этих результатов и с учетом закона Авогадро был сделан вывод, что две частицы водяного пара образуются из одной частицы кислорода и двух частиц водорода. Таким образом, была выведена формула воды — Н2O[3].



Антуан Лавуазье

## Строение молекулы

Масса молекулы воды составляет 18, 016 Да (Да — дальтон, или единица атомной массы, равная 1, 66033 · 10-27 кг), при этом содержание водорода в воде составляет 11, 19 %, а кислорода — 88, 81 %. Молекула воды имеет угловую структуру, где ядра атомов образуют равнобедренный треугольник. В основании треугольника находятся два протона, а в вершине — ядро атома кислорода. Угол (α) между связями Н-О составляет 104, 5° в жидком состоянии, а межъядерное расстояние (a) равно 0, 099 нм. Внешний электронный слой атома кислорода содержит восемь электронов, которые образуют четыре электронные пары. Две из них участвуют в образовании ковалентных связей О-Н, а две другие являются неподеленными или свободными электронными парами. В результате смещения электронов, образующих связи О-Н, к электроотрицательному атому кислорода, на атомах водорода возникают эффективные положительные заряды[4]. Неподеленные электронные пары также смещены относительно атома кислорода и создают два отрицательных полюса. Таким образом, молекула воды имеет два положительных и два отрицательных полюса, что делает ее диполем в большинстве случаев. Благодаря дипольной структуре, молекулы воды обладают способностью образовывать водородные связи. Водородные связи возникают в результате электростатических и донорно-акцепторных взаимодействий между молекулами воды. Этим объясняется тот факт, что вода — это хороший растворитель для ионных и полярных веществ. Наличие избыточных зарядов на атомах Н и О, а также неподеленных электронных пар у атомов О обусловливает образование между молекулами воды водородных связей, вследствие чего они объединяются в ассоциаты. Существованием этих ассоциатов объясняются аномально высокие значения температуры плавления и температуры кипения воды. Результатом взаимного влияния молекул Н2O друг на друга является их самоионизация. Явление самоионизации это процесс возникновения в одной молекуле гетеролитического разрыва полярной связи O-H, и освободившийся протон H+ присоединяется к атому кислорода другой молекулы. Образующийся ион гидроксония H3O+ по существу является гидратированным ионом водорода Н+ • Н2O. Механизм связи донорно-акцепторный[5].

## Нахождение в природе



71 % поверхности Земли покрывает вода

Большая часть поверхности нашей планеты занята океанами и морями. Примерно 20 % суши покрыто твердой водой в виде снега и льда. Из общего количества воды на Земле, которое составляет 1 млрд 386 млн кубических километров, 1 млрд 338 млн кубических километров приходится на соленую воду Мирового океана, а всего лишь 35 млн кубических километров — на пресную воду. Если бы всю океаническую воду использовать для покрытия земного шара, то слой воды был бы толщиной более 2, 5 километра. Приблизительно на каждого жителя Земли приходится 0, 33 кубического километра морской воды и 0, 008 кубического километра пресной воды. Однако большая часть пресной воды находится в недоступном для человека состоянии. Почти 70 % пресной воды находится в ледниках полярных стран и горных ледниках, 30 % — в подземных водоносных слоях, а всего лишь 0, 006 % пресной воды содержится в реках[6]. Природные воды представляют собой сложные системы, содержащие растворенные ионы и молекулы, минеральные и органические соединения в виде коллоидов, суспензий и эмульсий. В воде растворены газы, составляющие атмосферу, а также вещества, образующиеся в результате жизнедеятельности водных организмов и химических процессов. Состав природных вод формируется в результате взаимодействия воды с окружающей средой, такой как горные породы, почва и атмосфера. Деятельность человека также оказывает заметное влияние на состав поверхностных, подземных и атмосферных вод. Вода, содержащая большое количество солей кальция и магния, называется жесткой[7].

## Физические свойства



Эффект, или парадокс Мпембы заключается в том, что на морозе горячая вода застывает быстрее чем холодная.

Вода — бесцветная жидкость, без вкуса и запаха, хороший растворитель. Способность молекул воды образовывать между собой водородные связи определяет существование её в конденсированном состоянии. Вода в зависимости от внешних условий (температура, давление) может существовать в трёх агрегатных состояниях: твёрдом (лёд), жидком и газообразном (водяной пар). Вода по сравнению с другими жидкостями имеет наибольшую теплоту испарения, а также значительную величину теплоты плавления. Конденсация водяного пара и замерзание воды вызывают выделение теплоты, количество которой эквивалентно поглощаемому соответственно при испарении и плавлении. Вода обладает наибольшей теплоёмкостью по сравнению с другими жидкостями и твёрдыми веществами. Все эти свойства определяются значительной величиной энергии водородной связи, которая составляет в воде 19,3 кДж/моль[3]. Аномальные свойства воды имеют важнейшее значение для существования жизни на Земле. Холодные и тёплые океанические течения сглаживают климат тёплых и холодных областей. Высокая теплоёмкость воды морей и океанов способствует накоплению тепла в летнее время года, а его отдача в зимнее время смягчает действие морозов. Высокая теплоёмкость воды способствует поддержанию температуры теплокровных животных в различной температурной обстановке. Из всех жидкостей, за исключением ртути, вода имеет самое высокое поверхностное натяжение, прозрачна, бесцветна, в значительной мере поглощает ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, что играет большую роль в протекании биохимических процессов. Благодаря высокой диэлектрической проницаемости вода является хорошим растворителем для соединений с полярной и ионной структурой[5].

## Химические свойства

Вода относится к числу реакционноспособных веществ, слабый электролит. Диссоциация происходит согласно уравнения: Н2О ⇄ Н+ + OH-Протон мгновенно гидpатиpуется с образованием ионов гидpоксония Н3О+ (энтальпия образования −1121,3 кДж/моль). Степень диссоциации воды возрастает при повышении температуры. Диссоциация воды — причина гидролиза солей слабых кислот и оснований. Концентрация ионов Н+ — важная характеристика водных растворов[1].

1.Взаимодействие воды с металлами2Li + 2H2O = 2LiOH + H2Be + H2O = не взаимодействует
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2Cu + H2O = не взаимодействует
2K + 2H2O = 2KOH + H2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2 (Al-без оксидной пленки)
Mg + 2H2O = (t) Mg(OH)2 + H22Сr + 3H2O = (t) Cr2O3 + 3H2Sr + 2H2O = Sr(OH)2 + H2Mn + 2H2O = (t) MnO2 + 2H22.Взаимодействие с неметаллами2F2 + H2O = OF2 + 2HF
2F2 + 2H2O = O2 + 2HF
Cl2 + H2O = HCl + HClO
Si + 2H2O(пар) = (t) SiO2 + 2H2Br2 + H2O = HBr + HBrO
C + H2O(пар) = (t) CO + H2I2 + H2O = HI + HIO
4P + 6H2O = PH3 + 3H3PO4H2O + H2, S, N2, O2 = не взаимодействует
3.Взаимодействие с оксидами (Реакция возможна только если образуется растворимый гидроксид)
Основные Na2O + H2O = 2NaOH CaO + H2O = Ca(OH)2_Кислотные_ SO3 + H2O = H2SO4  P2O5 + 3H2O = 2H3PO4_Амфотерные_ Al2O3 + H2O = не взаимодействует
4. Гидролиз — Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S
5. Разложение воды — 2H2O = (эл.ток) 2H2 + O27. С органическими веществами вода вступает в реакции присоединения — гидратации!
8. Гидратация ионов. Ионы, образующиеся при диссоциации электролитов в водных растворах, присоединяют определенное число молекул воды и существуют в виде гидратированных

ионов. Некоторые ионы образуют столь прочные связи с молекулами воды, что их гидраты
могут существовать не только в растворе, но и в твердом состоянии. Этим объясняется образование кристаллогидратов типа CuSO4 • 5H2O, FeSO4• 7Н2O[2]

## Способы получения

Воду можно получать следующими способами[1]:

- В ходе реакций — разложения пероксида водорода

2H2O2→2H2O+O2↑{\displaystyle {\mathsf {2H_{2}O_{2}\rightarrow 2H_{2}O+O_{2}\uparrow }}}{\displaystyle {\mathsf {2H_{2}O_{2}\rightarrow 2H_{2}O+O_{2}\uparrow }}}

- В ходе реакций ионного обмена между солями и кислотой

NaHCO3+CH3COOH→CH3COONa+H2O+CO2↑{\displaystyle {\mathsf {NaHCO_{3}+CH_{3}COOH\rightarrow CH_{3}COONa+H_{2}O+CO_{2}\uparrow }}}{\displaystyle {\mathsf {NaHCO_{3}+CH_{3}COOH\rightarrow CH_{3}COONa+H_{2}O+CO_{2}\uparrow }}}2CH3COOH+CaCO3→Ca(CH3COO)2+H2O+CO2↑{\displaystyle {\mathsf {2CH_{3}COOH+CaCO_{3}\rightarrow Ca(CH_{3}COO)_{2}+H_{2}O+CO_{2}\uparrow }}}{\displaystyle {\mathsf {2CH_{3}COOH+CaCO_{3}\rightarrow Ca(CH_{3}COO){2}+H{2}O+CO_{2}\uparrow }}}

- В ходе реакций нейтрализации между щелочью и кислотой

H2SO4+2KOH→K2SO4+2H2O{\displaystyle {\mathsf {H_{2}SO_{4}+2KOH\rightarrow K_{2}SO_{4}+2H_{2}O}}}{\displaystyle {\mathsf {H_{2}SO_{4}+2KOH\rightarrow K_{2}SO_{4}+2H_{2}O}}}HNO3+NH4OH→NH4NO3+H2O{\displaystyle {\mathsf {HNO_{3}+NH_{4}OH\rightarrow NH_{4}NO_{3}+H_{2}O}}}{\displaystyle {\mathsf {HNO_{3}+NH_{4}OH\rightarrow NH_{4}NO_{3}+H_{2}O}}}2CH3COOH+Ba(OH)2→Ba(CH3COO)2+2H2O{\displaystyle {\mathsf {2CH_{3}COOH+Ba(OH)_{2}\rightarrow Ba(CH_{3}COO)_{2}+2H_{2}O}}}{\displaystyle {\mathsf {2CH_{3}COOH+Ba(OH){2}\rightarrow Ba(CH{3}COO){2}+2H{2}O}}}

- Восстановлением водородомоксидов металлов

CuO+H2→Cu+H2O{\displaystyle {\mathsf {CuO+H_{2}\rightarrow Cu+H_{2}O}}}{\displaystyle {\mathsf {CuO+H_{2}\rightarrow Cu+H_{2}O}}}

## Применение



Вода — обязательный компонент питания человека

Роль воды в нынешней науке и технике очень велика. Вот только часть областей применения воды[8].

1. В сельском хозяйстве для полива растений и питания животных.

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

3. В технике для охлаждения, в паровых двигателях.

5. 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)[2].

## Вода в литературе, искусстве и живописи



«Старик и море» из цикла «Восточные мотивы» 2016 год Андрей Кулагин

- 22 марта в мире отмечается Всемирный день воды;
- В художественной литературе мы встречаем произведения, связанные с водой. Поэты, писатели посвящают воде свои творения, делают воду героиней своих произведений;
- Вода часто олицетворяет человеческое начало: матушка, водица, реченька, студеная, ключевая — это все вода. Ей придаются сказочные, волшебные свойства. Герои в сказках выпивают водицы из лужи и перевоплощаются в животных;
- Мартынов Леонид «Вода»
- Эрнест Хемингуэй «Старик и море»
- Жуковский Василий «Море»
- Пушкин Александр Сергеевич «К морю»
- Некрасов Николай «На Волге»
- Жюль Верн «Двадцать тысяч лье под водой»
- Дэн Симмонс «Террор»
- Адамов Григорий «Тайна двух океанов»
- Александр Беляев «Человек-амфибия»
- Жюль Верн «Пятнадцатилетний капитан»
- Подвиги Геракла

## Примечания

1. ↑ 1,01,11,2Еремин, В. В. Химия. Углубленный курс подготовки к ЕГЭ. — Москва: Эксмо, 2020. — С. 215. — 604 с.
2. ↑ 2,02,12,2Вода(неопр.). Большая Российская Энциклопедия. Дата обращения: 24 июля 2023.
3. ↑ 3,03,1Аксенов,В. И., Ушакова, Л. И., Ничкова, И. И. Химия воды: Аналитическое обеспечение лабораторного практикума : учеб. пособие / В. И. Аксенов, Л. И. Ушакова, И. И. Ничкова ; [под общ. ред. В. И. Аксенова]; М-во образования и науки Рос. Федерации, Урал. федер. ун-т. — Екатеринбург: Изд‑во Урал. ун-та, 2014. — 140 с.
4. ↑Физика и химия воды(неопр.). Наша - Природа.рф. Дата обращения: 24 июля 2023.
5. ↑ 5,05,1Котов, В. В., Нетесова, Г. А. Химия и микробиология воды: учебное пособие. — Воронеж: ФГОУ ВПО ВГАУ, 2008. — С. 320.
6. ↑Каплин, А.А., Пикула, Н.П., Хустенко, Л.А. Анализ природных и сточных вод электрохимическими методами // Методы анализа объектов окружающей среды. — Новосибирск: Наука: Сб. науч. тр, 1988. — 142 с.
7. ↑Зенин, С.В. Гидрофобная модель структуры ассоциатов молекул воды // Журнал физ. химии. — 1994. — Т. Т. 68. — С. 634—641.
8. ↑Ковалевский, В.С. Комбинированное использование ресурсов поверхностных и подземных вод: учебник. — Москва: Научный мир, 2019. — 799 с.

- Знание.Вики:Готовые статьи по химии
- Все статьи
- Вода
- Растворители
- Гидрология
- Кислоты
- Основания
- Соединения водорода
- Оксиды
- Соединения кислорода
- Халькогеноводороды