Вода это оксид: Оксид водорода | это… Что такое Оксид водорода?

Оксид водорода | это… Что такое Оксид водорода?

Вода́ (оксид водорода) — прозрачная жидкость, не имеющая цвета (в малом объёме) и запаха. Химическая формула: Н₂O. В твёрдом состоянии называется льдом или снегом, а в газообразном — водяным паром. 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озера, реки).

Является хорошим сильнополярным растворителем. 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.

Физические и химические свойства

Физические свойства

Вода обладает рядом необычных особенностей:

• При таянии льда его плотность увеличивается (с 0,9 до 1 г/см³). Почти у всех остальных веществ при плавлении плотность уменьшается.
• При нагревании от 0 °C до 4 °C (3,98 °C — точно) вода сжимается. Благодаря этому могут жить рыбы в замерзающих водоёмах: когда температура падает ниже 4 °C, более холодная вода, как менее плотная, остаётся на поверхности и замерзает, а подо льдом сохраняется положительная температура.
• Высокая температура и удельная теплота плавления (0 °C и 333,55 кДж/кг), температура кипения (100 °C) и удельная теплота парообразования (2250 КДж/кг ^[1]), по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом.
• Высокая теплоёмкость жидкой воды.
• Высокая вязкость.
• Высокое поверхностное натяжение.
• Отрицательный электрический потенциал поверхности воды.

Все эти особенности связаны с наличием водородных связей. Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По причине этого, а так же 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 этому, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот. Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях: 2 атома водорода — каждый в одной, а атом кислорода — в двух. 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 слабее, чем обычное тепловое расширение; при испарении рвутся все оставшиеся связи. Разрыв связей требует много энергии, отсюда высокая температура и удельная теплота плавления и кипения и высокая теплоёмкость. Вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.

Капля, ударяющаяся о поверхность воды

По сходным причинам вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные — атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.

Это свойство воды используется живыми существами. В живой клетке и в межклеточном пространстве вступают во взаимодействие растворы различных веществ в воде. ^[2] Вода необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле.

Чистая (не содержащая примесей) вода — хороший изолятор. При нормальных условиях вода слабо диссоциирована и концентрация протонов (точнее, ионов гидроксония H₃O⁺) и гидроксильных ионов HO^— составляет 0,1 мкмоль/л. Но поскольку вода — хороший растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные соли, то есть в воде присутствуют положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество. По электропроводности воды можно определить её чистоту.

Вода имеет показатель преломления n=1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60% парникового эффекта. Благодаря большому дипольному моменту молекул, вода также поглощает микроволновое излучение, на чем основан принцип действия микроволновой печи.

Агрегатные состояния

Основные статьи: Водяной пар, Лёд

типы снежинок

По состоянию различают:

• Твёрдое — лёд
• Жидкое — вода
• Газообразное — водяной пар

При атмосферном давлении вода замерзает (превращается в лёд) при температуре в 0 °C и кипит (превращается в водяной пар) при температуре 100 °C. При снижении давления температура плавления воды медленно растёт, а температура кипения — падает. При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01 °C. Такое давление и температура называются тройной точкой воды. При более низком давлении вода не может находится в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар. Температура возгонки льда падает со снижением давления.

При росте давления температура кипения воды растёт, плотность водяного пара в точке кипения тоже растёт, а жидкой воды — падает. При температуре 374 °C (647 K) и давлении 22,064 МПа (218 атм) вода проходит критическую точку. В этой точке плотность и другие свойства жидкой и газообразной воды совпадают. При более высоком давлении нет разницы между жидкой водой и водяным паром, следовательно, нет и кипения или испарения.

Так же возможны метастабильные состояния — пересыщенный пар, перегретая жидкость, переохлаждённая жидкость. Эти состояния могут существовать длительное время, однако они неустойчивы и при соприкосновении с более устойчивой фазой происходит переход. Например, нетрудно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0 °C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд.

Изотопные модификации воды

И кислород, и водород имеют природные и искусственные изотопы. В зависимости от типа изотопов, входящих в молекулу, выделяют следующие виды воды: Лёгкая вода (просто вода), Тяжёлая вода (дейтериевая) и Сверхтяжёлая вода(тритиевая).

Химические свойства

Вода является наиболее распространённым растворителем на Земле, 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 (катион H+ анион OH-). В отсутствие посторонних веществ в воде одинакова концентрация гидроксид-ионов и ионов водорода (или ионов гидроксония), pK_a ≈ ок. 16.

Сама по себе вода относительно инертна в обычных условиях, но её сильно полярные молекулы сольватируют ионы и молекулы, образуют гидраты и кристаллогидраты. Сольволиз, и в частности гидролиз, происходит в живой и неживой природе, и широко используется в химической промышленности.

Вода в природе

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. Роль воды в клетке — см. статью

Атмосферные осадки

Основная статья: Атмосферные осадки

Осадки согласно направлению

Осадки согласно состоянию

Виды воды

Вода на Земле может существовать в трёх основных состояниях — жидком, газообразном и твёрдом и в свою очередь приобретать самые разные формы, которые зачастую соседствуют друг с другом. Водный пар и облака в небе, морская вода и айсберги, горные ледники и горные же реки, водоносные слои в земле. Вода способна растворять в себе много веществ, приобретая тот или иной вкус. Из-за важности воды, «как источника жизни» её нередко подразделяют на типы.

Характеристики вод

По особенностям происхождения, состава или применения, выделяют, в числе прочего:

• Мягкая вода и жёсткая вода — по содержанию катионов кальция и магния

• Подземные воды
• Талая вода
• Пресная вода
• Морская вода
• Минеральная вода
• Дождевая вода

• Питьевая вода, Водопроводная вода
• Тяжёлая вода, дейтериевая и тритиевая

• Дистиллированная вода и деионизированная вода
• Сточные воды
• Ливневая вода или поверхностные воды

• Святая вода — особый вид воды согласно религиозным учениям.
• Мёртвая вода — вид воды из сказок.
• Живая вода — вид воды из сказок.

• Поливода
• Структурированная вода — термин, применяемый в различных неакадемических теориях.

Исследования воды

Гидрология

Основная статья: Гидрология

Гидроло́гия — наука, изучающая природные воды, их взаимодействие с атмосферой и литосферой, а также явления и процессы, в них протекающие (испарение, замерзание и т. п.).

Предметом изучения гидрологии являются все виды вод гидросферы в океанах, морях, реках, озёрах, водохранилищах, болотах, почвенных и подземных вод.

Гидрология исследует круговорот воды в природе, влияние на него деятельности человека и управление режимом водных объектов и водным режимом отдельных территорий; проводит анализ гидрологических элементов для отдельных территорий и Земли в целом; даёт оценку и прогноз состояния и рационального использования водных ресурсов; пользуется методами, применяемыми в географии, физике и других науках. Данные гидрологии моря используются при плавании и ведении боевых действий надводными кораблями и подводными лодками.

Гидрология подразделяется на океанологию, гидрологию суши и гидрогеологию.

Океанология подразделяется на биологию океана, химию океана, геологию океана, физическую океанологию, и взаимодействие океана и атмосферы.

Гидрология суши подразделяется на гидрологию рек (речную гидрологию, потамологию), озероведение (лимнологию), болотоведение, гляциологию.

Биологическая роль

Основная статья: Роль воды в клетке

Вода играет уникальную роль, как вещество, определяющее возможность существования и саму жизнь всех существ на Земле. Она выполняет роль универсального растворителя, в котором происходят основные биохимические процессы живых организмов. Уникальность воды состоит в том, что она достаточно хорошо растворяет как органические, так и неорганические вещества, обеспечивая высокую скорость протекания химических реакций и в то же время — достаточную сложность образующихся комплексных соединений. Благодаря водородной связи, вода остаётся жидкой в широком диапазоне температур, причём именно в том, который широко представлен на планете Земля в настоящее время.

Применение

Земледелие

Выращивание достаточного количества сельскохозяйственных культур на открытых засушливых землях требует значительных расходов воды на ирригацию, доходящих до 90% в некоторых странах.

Питьё и приготовление пищи

Живое человеческое тело содержит от 55% до 78% воды, в зависимости от веса и возраста. Потеря организмом человека более 10 % воды может привести к смерти. Для нормального функционирования организма человеку нужно усвоить от 1 до 7 литров воды за день в зависимости от температуры и влажности окружающей среды, физической активности и пр.

Растворитель

Вода является растворителем для многих веществ. Она используется для очистки как самого человека, так и различных объектов человеческой деятельности. Вода используется как растворитель в промышленности.

Теплоноситель

Схема работы атомной электростанции на двухконтурном водо-водяном энергетическом реакторе (ВВЭР)

Среди существующих в природе жидкостей вода обладает наибольшей теплоёмкостью. Теплота её испарения выше теплоты испарения любых других жидкостей, а теплота кристаллизации уступает лишь аммиаку. В качестве теплоносителя воду используют в тепловых сетях, для передачи тепла по теплотрассам от производителей тепла к потребителям. Воду в качестве льда используют для охлаждения в системах общественного питания, в медицине. Большинство атомных электростанций используют воду в качестве теплоносителя.

Пожаротушение

В пожаротушении вода зачастую используется не только как охлаждающая жидкость, но и для изоляции от огня в составе пены.

Спорт

Многие вида спорта проходят на водных поверхностях, на льду, на снегу и даже в воде. Это подводное плавание, хоккей, лодочные виды спорта, биатлон и пр.

Инструмент

Гидроабразивная резка

Вода используется как инструмент для разрыхления, раскалывания и даже резки пород и материалов. Она используется в добывающей промышленности, горном деле и в производстве. Достаточно распространены установки по резке водой различных материалов: от резины до стали. Вода, выходящая под давлением несколько тысяч атмосфер способна разрезать стальную пластину толщиной несколько миллиметров, или более при добавлении абразивных частиц.

Интересные факты

• В среднем в организме растений и животных содержится более 50 % воды.^[3]
• В составе мантии Земли воды содержится в 10-12 раз больше, чем в Мировом океане.
• При средней глубине в 4 км Мировой океан покрывает около 71 % поверхности планеты и содержит 97,6 % известных мировых запасов свободной воды.
• Если бы на Земле не было впадин и выпуклостей, вода покрыла бы всю Землю, и ее толщина была бы 3 км.
• Если бы все ледники растаяли, то уровень воды на Земле поднялся бы на 64 м и около 1/8 поверхности суши было бы затоплено водой.
• Морская вода при обычной её солёности 35 ‰ замерзает при температуре −1,91 °C^[4].
• Иногда вода замерзает при положительной температуре^[5].
• При определённых условиях (внутри нанотрубок) молекулы воды образуют новое состояние, при котором они сохраняют способность течь даже при температурах, близких к абсолютному нулю. ^[6]
• Среди существующих в природе жидкостей поверхностное натяжение воды уступает только ртути.
• Вода отражает 5 % солнечных лучей, в то время как снег — около 85 %. Под лёд океана проникает только 2 % солнечного света.
• Синий цвет чистой океанской воды объясняется избирательным поглощением и рассеянием света в воде.
• С помощью капель воды из кранов можно накопить заряд 10 киловольт, опыт называется «Капельница Кельвина».
• Существует следующая поговорка с использованием формулы воды — H₂O: «Сапоги мои того — пропускают H₂O». Вместо сапогов в поговорке может участвовать и другая дырявая обувь.^[7][8][9]

См. также

71 % поверхности — Н₂O

• Всемирный день водных ресурсов
• Анализ воды
• Влажность
• Загрязнение океанов
• Загрязнение пресных вод
• Прозрачность воды
• Очистка сточных вод
• Орошение
• Морозные узоры
• Дигидроген моноксид
• Роль воды в клетке

Дополнительное чтение

• Всеволод Арабаджи Загадки простой воды.
• Л.Кульский, В.Даль, Л.Ленчина. Вода: знакомая и загадочная
• Мембрана: Впервые созданы пятиугольные кристаллы льда

Литература

• Лосев К.С. Вода. — Л.: Гидрометеоиздат, 1989. — 272 с.
• Жорес Медведев. Какая вода лучше

Примечания

1. ↑ Элементарный учебник физики.
2. ↑ pereplet.ru
3. ↑ Наука и техника. Книги. Загадки простой воды.
4. ↑ [1]
5. ↑ Всеволод Арабаджи. Загадки простой воды. 2001
6. ↑ Science Daily (англ.)
7. ↑ Глава 3. Химическая связь и строение молекул. — учебник с сайта alhimik.ru
8. ↑ Доспехи водника — описание снаряжения с сайта sport.potrebitel.ru
9. ↑ Бизнес на босу ногу — казахстанская общенациональная газета «Мегаполис»

Ссылки

Информационные проекты

• Вода и всё о воде
• Чистая вода

Справочные материалы

• Теплофизические свойства воды и водяного пара
• Диаграмма фазовых состояний ((англ. ))

Статьи

• Водные ресурсы России и мира
• Аномальная вода — гипотезы и факты

Оксид водорода | это… Что такое Оксид водорода?

Вода́ (оксид водорода) — прозрачная жидкость, не имеющая цвета (в малом объёме) и запаха. Химическая формула: Н₂O. В твёрдом состоянии называется льдом или снегом, а в газообразном — водяным паром. 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озера, реки).

Является хорошим сильнополярным растворителем. 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.

Физические и химические свойства

Физические свойства

Вода обладает рядом необычных особенностей:

• При таянии льда его плотность увеличивается (с 0,9 до 1 г/см³). Почти у всех остальных веществ при плавлении плотность уменьшается.
• При нагревании от 0 °C до 4 °C (3,98 °C — точно) вода сжимается. Благодаря этому могут жить рыбы в замерзающих водоёмах: когда температура падает ниже 4 °C, более холодная вода, как менее плотная, остаётся на поверхности и замерзает, а подо льдом сохраняется положительная температура.
• Высокая температура и удельная теплота плавления (0 °C и 333,55 кДж/кг), температура кипения (100 °C) и удельная теплота парообразования (2250 КДж/кг ^[1]), по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом.
• Высокая теплоёмкость жидкой воды.
• Высокая вязкость.
• Высокое поверхностное натяжение.
• Отрицательный электрический потенциал поверхности воды.

Все эти особенности связаны с наличием водородных связей. Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По причине этого, а так же 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 этому, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот. Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях: 2 атома водорода — каждый в одной, а атом кислорода — в двух. 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 слабее, чем обычное тепловое расширение; при испарении рвутся все оставшиеся связи. Разрыв связей требует много энергии, отсюда высокая температура и удельная теплота плавления и кипения и высокая теплоёмкость. Вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.

Капля, ударяющаяся о поверхность воды

По сходным причинам вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные — атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.

Это свойство воды используется живыми существами. В живой клетке и в межклеточном пространстве вступают во взаимодействие растворы различных веществ в воде. ^[2] Вода необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле.

Чистая (не содержащая примесей) вода — хороший изолятор. При нормальных условиях вода слабо диссоциирована и концентрация протонов (точнее, ионов гидроксония H₃O⁺) и гидроксильных ионов HO^— составляет 0,1 мкмоль/л. Но поскольку вода — хороший растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные соли, то есть в воде присутствуют положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество. По электропроводности воды можно определить её чистоту.

Вода имеет показатель преломления n=1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60% парникового эффекта. Благодаря большому дипольному моменту молекул, вода также поглощает микроволновое излучение, на чем основан принцип действия микроволновой печи.

Агрегатные состояния

Основные статьи: Водяной пар, Лёд

типы снежинок

По состоянию различают:

• Твёрдое — лёд
• Жидкое — вода
• Газообразное — водяной пар

При атмосферном давлении вода замерзает (превращается в лёд) при температуре в 0 °C и кипит (превращается в водяной пар) при температуре 100 °C. При снижении давления температура плавления воды медленно растёт, а температура кипения — падает. При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01 °C. Такое давление и температура называются тройной точкой воды. При более низком давлении вода не может находится в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар. Температура возгонки льда падает со снижением давления.

При росте давления температура кипения воды растёт, плотность водяного пара в точке кипения тоже растёт, а жидкой воды — падает. При температуре 374 °C (647 K) и давлении 22,064 МПа (218 атм) вода проходит критическую точку. В этой точке плотность и другие свойства жидкой и газообразной воды совпадают. При более высоком давлении нет разницы между жидкой водой и водяным паром, следовательно, нет и кипения или испарения.

Так же возможны метастабильные состояния — пересыщенный пар, перегретая жидкость, переохлаждённая жидкость. Эти состояния могут существовать длительное время, однако они неустойчивы и при соприкосновении с более устойчивой фазой происходит переход. Например, нетрудно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0 °C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд.

Изотопные модификации воды

И кислород, и водород имеют природные и искусственные изотопы. В зависимости от типа изотопов, входящих в молекулу, выделяют следующие виды воды: Лёгкая вода (просто вода), Тяжёлая вода (дейтериевая) и Сверхтяжёлая вода(тритиевая).

Химические свойства

Вода является наиболее распространённым растворителем на Земле, 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 (катион H+ анион OH-). В отсутствие посторонних веществ в воде одинакова концентрация гидроксид-ионов и ионов водорода (или ионов гидроксония), pK_a ≈ ок. 16.

Сама по себе вода относительно инертна в обычных условиях, но её сильно полярные молекулы сольватируют ионы и молекулы, образуют гидраты и кристаллогидраты. Сольволиз, и в частности гидролиз, происходит в живой и неживой природе, и широко используется в химической промышленности.

Вода в природе

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. Роль воды в клетке — см. статью

Атмосферные осадки

Основная статья: Атмосферные осадки

Осадки согласно направлению

Осадки согласно состоянию

Виды воды

Вода на Земле может существовать в трёх основных состояниях — жидком, газообразном и твёрдом и в свою очередь приобретать самые разные формы, которые зачастую соседствуют друг с другом. Водный пар и облака в небе, морская вода и айсберги, горные ледники и горные же реки, водоносные слои в земле. Вода способна растворять в себе много веществ, приобретая тот или иной вкус. Из-за важности воды, «как источника жизни» её нередко подразделяют на типы.

Характеристики вод

По особенностям происхождения, состава или применения, выделяют, в числе прочего:

• Мягкая вода и жёсткая вода — по содержанию катионов кальция и магния

• Подземные воды
• Талая вода
• Пресная вода
• Морская вода
• Минеральная вода
• Дождевая вода

• Питьевая вода, Водопроводная вода
• Тяжёлая вода, дейтериевая и тритиевая

• Дистиллированная вода и деионизированная вода
• Сточные воды
• Ливневая вода или поверхностные воды

• Святая вода — особый вид воды согласно религиозным учениям.
• Мёртвая вода — вид воды из сказок.
• Живая вода — вид воды из сказок.

• Поливода
• Структурированная вода — термин, применяемый в различных неакадемических теориях.

Исследования воды

Гидрология

Основная статья: Гидрология

Гидроло́гия — наука, изучающая природные воды, их взаимодействие с атмосферой и литосферой, а также явления и процессы, в них протекающие (испарение, замерзание и т. п.).

Предметом изучения гидрологии являются все виды вод гидросферы в океанах, морях, реках, озёрах, водохранилищах, болотах, почвенных и подземных вод.

Гидрология исследует круговорот воды в природе, влияние на него деятельности человека и управление режимом водных объектов и водным режимом отдельных территорий; проводит анализ гидрологических элементов для отдельных территорий и Земли в целом; даёт оценку и прогноз состояния и рационального использования водных ресурсов; пользуется методами, применяемыми в географии, физике и других науках. Данные гидрологии моря используются при плавании и ведении боевых действий надводными кораблями и подводными лодками.

Гидрология подразделяется на океанологию, гидрологию суши и гидрогеологию.

Океанология подразделяется на биологию океана, химию океана, геологию океана, физическую океанологию, и взаимодействие океана и атмосферы.

Гидрология суши подразделяется на гидрологию рек (речную гидрологию, потамологию), озероведение (лимнологию), болотоведение, гляциологию.

Биологическая роль

Основная статья: Роль воды в клетке

Вода играет уникальную роль, как вещество, определяющее возможность существования и саму жизнь всех существ на Земле. Она выполняет роль универсального растворителя, в котором происходят основные биохимические процессы живых организмов. Уникальность воды состоит в том, что она достаточно хорошо растворяет как органические, так и неорганические вещества, обеспечивая высокую скорость протекания химических реакций и в то же время — достаточную сложность образующихся комплексных соединений. Благодаря водородной связи, вода остаётся жидкой в широком диапазоне температур, причём именно в том, который широко представлен на планете Земля в настоящее время.

Применение

Земледелие

Выращивание достаточного количества сельскохозяйственных культур на открытых засушливых землях требует значительных расходов воды на ирригацию, доходящих до 90% в некоторых странах.

Питьё и приготовление пищи

Живое человеческое тело содержит от 55% до 78% воды, в зависимости от веса и возраста. Потеря организмом человека более 10 % воды может привести к смерти. Для нормального функционирования организма человеку нужно усвоить от 1 до 7 литров воды за день в зависимости от температуры и влажности окружающей среды, физической активности и пр.

Растворитель

Вода является растворителем для многих веществ. Она используется для очистки как самого человека, так и различных объектов человеческой деятельности. Вода используется как растворитель в промышленности.

Теплоноситель

Схема работы атомной электростанции на двухконтурном водо-водяном энергетическом реакторе (ВВЭР)

Среди существующих в природе жидкостей вода обладает наибольшей теплоёмкостью. Теплота её испарения выше теплоты испарения любых других жидкостей, а теплота кристаллизации уступает лишь аммиаку. В качестве теплоносителя воду используют в тепловых сетях, для передачи тепла по теплотрассам от производителей тепла к потребителям. Воду в качестве льда используют для охлаждения в системах общественного питания, в медицине. Большинство атомных электростанций используют воду в качестве теплоносителя.

Пожаротушение

В пожаротушении вода зачастую используется не только как охлаждающая жидкость, но и для изоляции от огня в составе пены.

Спорт

Многие вида спорта проходят на водных поверхностях, на льду, на снегу и даже в воде. Это подводное плавание, хоккей, лодочные виды спорта, биатлон и пр.

Инструмент

Гидроабразивная резка

Вода используется как инструмент для разрыхления, раскалывания и даже резки пород и материалов. Она используется в добывающей промышленности, горном деле и в производстве. Достаточно распространены установки по резке водой различных материалов: от резины до стали. Вода, выходящая под давлением несколько тысяч атмосфер способна разрезать стальную пластину толщиной несколько миллиметров, или более при добавлении абразивных частиц.

Интересные факты

• В среднем в организме растений и животных содержится более 50 % воды.^[3]
• В составе мантии Земли воды содержится в 10-12 раз больше, чем в Мировом океане.
• При средней глубине в 4 км Мировой океан покрывает около 71 % поверхности планеты и содержит 97,6 % известных мировых запасов свободной воды.
• Если бы на Земле не было впадин и выпуклостей, вода покрыла бы всю Землю, и ее толщина была бы 3 км.
• Если бы все ледники растаяли, то уровень воды на Земле поднялся бы на 64 м и около 1/8 поверхности суши было бы затоплено водой.
• Морская вода при обычной её солёности 35 ‰ замерзает при температуре −1,91 °C^[4].
• Иногда вода замерзает при положительной температуре^[5].
• При определённых условиях (внутри нанотрубок) молекулы воды образуют новое состояние, при котором они сохраняют способность течь даже при температурах, близких к абсолютному нулю. ^[6]
• Среди существующих в природе жидкостей поверхностное натяжение воды уступает только ртути.
• Вода отражает 5 % солнечных лучей, в то время как снег — около 85 %. Под лёд океана проникает только 2 % солнечного света.
• Синий цвет чистой океанской воды объясняется избирательным поглощением и рассеянием света в воде.
• С помощью капель воды из кранов можно накопить заряд 10 киловольт, опыт называется «Капельница Кельвина».
• Существует следующая поговорка с использованием формулы воды — H₂O: «Сапоги мои того — пропускают H₂O». Вместо сапогов в поговорке может участвовать и другая дырявая обувь.^[7][8][9]

См. также

71 % поверхности — Н₂O

• Всемирный день водных ресурсов
• Анализ воды
• Влажность
• Загрязнение океанов
• Загрязнение пресных вод
• Прозрачность воды
• Очистка сточных вод
• Орошение
• Морозные узоры
• Дигидроген моноксид
• Роль воды в клетке

Дополнительное чтение

• Всеволод Арабаджи Загадки простой воды.
• Л.Кульский, В.Даль, Л.Ленчина. Вода: знакомая и загадочная
• Мембрана: Впервые созданы пятиугольные кристаллы льда

Литература

• Лосев К.С. Вода. — Л.: Гидрометеоиздат, 1989. — 272 с.
• Жорес Медведев. Какая вода лучше

Примечания

1. ↑ Элементарный учебник физики.
2. ↑ pereplet.ru
3. ↑ Наука и техника. Книги. Загадки простой воды.
4. ↑ [1]
5. ↑ Всеволод Арабаджи. Загадки простой воды. 2001
6. ↑ Science Daily (англ.)
7. ↑ Глава 3. Химическая связь и строение молекул. — учебник с сайта alhimik.ru
8. ↑ Доспехи водника — описание снаряжения с сайта sport.potrebitel.ru
9. ↑ Бизнес на босу ногу — казахстанская общенациональная газета «Мегаполис»

Ссылки

Информационные проекты

• Вода и всё о воде
• Чистая вода

Справочные материалы

• Теплофизические свойства воды и водяного пара
• Диаграмма фазовых состояний ((англ. ))

Статьи

• Водные ресурсы России и мира
• Аномальная вода — гипотезы и факты

Вода представляет собой оксид водорода, представленный формулой ${{H}_{2}}O$. Однако оксид фтора представлен формулой $O{{F}_{2}}$, а не $ {{F}_{2}}O$. Как вы это обосновываете?

Ответить

Проверено

231k+ просмотров

Подсказка: Оксиды обычно имеют степень окисления -2. В случае дифторида кислорода степень окисления кислорода равна +2. Когда мы пишем формулы соединений, электроотрицательность также играет большую роль. 9{-2}}$. Степень окисления кислорода будет соответственно различаться в пероксидах, супероксидах и т. д.
 — Как мы знаем, кислород является одним из наиболее электроотрицательных атомов. Это означает, что кислород будет притягивать к себе электроны. Когда кислород соединяется с металлом с образованием соединения, кислород вытягивает электроны из металла, и таким образом образуется оксидный ион.
 — Это то, что происходит в случае с молекулами воды и другими примерами. Следовательно, мы можем сказать, что вода является оксидом водорода.
 — Как известно, атом фтора более электроотрицателен, чем кислород. В результате, когда кислород соединяется со фтором, электроны кислорода притягиваются фтором. 9{+2}}$). Итак, как мы упоминали выше, оксид имеет степень окисления -2. Но в $O{{F}_{2}}$ кислород имеет заряд +2. Следовательно, это не оксид.
— Таким образом, $O{{F}_{2}}$ не является оксидом фтора. Вместо этого мы можем сказать, что это фторид кислорода.

Поэтому $O{{F}_{2}}$ называется дифторидом кислорода.

Примечание: Объяснение можно дать и проще. Когда мы обычно пишем символы или названия соединений, сначала пишется название электроположительного элемента, а затем название электроотрицательного элемента. В $O{{F}_{2}}$ кислород более электроположителен по сравнению с фтором. Таким образом, кислород должен быть записан сначала как в $O{{F}_{2}}$, а не как в ${{F}_{2}}O$.

Недавно обновленные страницы

Большинство эубактериальных антибиотиков получают из биологии ризобий класса 12 NEET_UG

Саламиновые биоинсектициды были извлечены из биологии класса 12 А NEET_UG

Какое из следующих утверждений относительно бакуловирусов класса 12 Sew00000_9000_ канализационные трубы не должны быть непосредственно 12 класса биологии NEET_UG

Очистка сточных вод выполняется микробами A. B Удобрения 12 класса биологии NEET_UG

Иммобилизация фермента – это конверсия активного фермента класса 12 биологии NEET_UG

Большинство эубактериальных антибиотиков получают из биологического класса Rhizobium 12 NEET_UG

Саламиновые биоинсектициды были извлечены из биологического класса А 12 NEET_UG

12 класс биологии NEET_UG

Канализационные или городские канализационные трубы не должны быть напрямую 12 класс биологии NEET_UG

Очистка сточных вод выполняется микробами A B Удобрения 12 класс биологии NEET_UG

Иммобилизация ферментов – это Превращение активного фермента класса 12 в биологии NEET_UG

Актуальные сомнения

Окисление водой | Brudvig Group

       Катализаторы окисления воды опосредуют четырехэлектронное и четырехпротонное окисление воды до кислорода. В природе кислород-выделяющий комплекс (OEC), кластер Mn ₄ Ca в ферменте Фотосистема II, катализирует это превращение. Энергия полученных электронов и протонов, высвобождаемых при окислении воды, сохраняется в виде биологического эквивалента водорода. Эти восстанавливающие эквиваленты в конечном итоге используются для фиксации углекислого газа. Разработка активных и надежных катализаторов окисления воды имеет решающее значение для создания искусственных фотосинтетических устройств. Реакция расщепления воды часто считается одним из самых сложных аспектов такого устройства, поскольку согласованное удаление четырех протонов и четырех электронов из двух субстратных вод требует как энергетических, так и кинетических усилий.

       В сотрудничестве с Crabtree Group мы разработали несколько катализаторов для окисления воды. Наша работа привела к разработке первого функционального модельного комплекса марганца для OEC Photosystem II. При работе с первичными окислителями, такими как гипохлорит или пероксимоносульфат (оксон), наш катализатор, так называемый «димер Mn-терпи», эффективно генерирует кислород из воды. Кинетические, спектроскопические и электрохимические исследования предоставили подробные сведения о механизме выделения кислорода. Хотя существует множество возможных механизмов гомогенного окисления воды, мы часто представляем себе ключевой этап, на котором высоковалентные оксо-металлы подвергаются нуклеофильной атаке водой субстрата:

[M = O] ^N+ + H ₂ O -> M ^{(N -2)+} + O ₂ + 2H ⁺ + 2E ^—

Текущие исследования включают в себя разработку новые комплексы марганца в качестве структурных и функциональных моделей ОЕС, а также синтез и характеристика новых гетерогенных марганцевых материалов для той же реакции.

        Другая работа группы сосредоточена на комплексах иридия Cp*, которые можно активировать с образованием катализаторов окисления воды при добавлении химического окислителя церия (IV), перйодата натрия или электродного потенциала. В зависимости от лигандного окружения предшественника Cp*Ir образующийся активный катализатор может быть либо гомогенным, либо гетерогенным. После окисления они становятся высокоактивными катализаторами, способными к высокой скорости выделения кислорода при низких перенапряжениях. Текущие эксперименты направлены на выяснение деталей механизма выделения кислорода, катализируемого иридием, а также на включение этих катализаторов в более сложные искусственные фотосинтетические системы.

Видео синего слоя (пленка IrOx с большой площадью поверхности), выделяющего кислород электрохимически:
«Функциональные модели кислородообразующего комплекса фотосистемы II», Клайд В. Кэди, Роберт Х. Крэбтри и Гэри В. Брудвиг (2008) Координ. хим. Откр. 252, 444–455.

«Химия окисления воды фотосистемы II», Гэри В. Брудвиг (2008) Phil.Trans. Р. Соц. Лонд. В 363, 1211-1219.

«Функциональная модель образования связи O-O комплексом, развивающимся O2, в фотосистеме II», Джулиан Лимбург, Джон С. Вреттос, Луиза М. Лайбл-Сэндс, Арнольд Л. Рейнгольд, Роберт Х. Крэбтри и Гэри В. Брудвиг ( 1999) Наука 283,1524-1527.

«Высокоактивные и надежные комплексы Cp* иридия для каталитического окисления воды», Джонатан Ф.