Мир воды (стр. 2 из 3)
Бывает ли полутяжелая вода?
Полутяжелой водой можно назвать воду со смешанными молекулами состава HDO. Она есть во всякой природной воде, но получить ее в чистом виде невозможно, потому что в воде всегда протекают реакции изотопного обмена. Атомы изотопов водорода очень подвижны и непрерывно переходят из одной молекулы воды в другую. Приготовить воду, средний состав которой будет соответствовать формуле полутяжелой воды, нетрудно. Но благодаря реакции обмена
она будет представлять собой смесь молекул с разным изотопным составом:
, 
, 
.Что такое “нулевая” вода?
Нулевая вода состоит из чистого легкого водорода и кислорода воздуха. Эту воду физико – химики выбрали в качестве эталона: у нее постоянный состав. Ее не так уж трудно получить, и с ней удобно сравнивать воду неизвестного свойства определив разницу, в плотности, легко найти содер-жание дейтерия.
А может быть, есть еще какая – нибудь вода?
Кроме всех перечисленных вод, еще существует тяжелокислородная вода -
. Получать ее из природной воду очень сложно и трудно. До сих пор эту воду в чистом виде еще, пожалуй, никто не сумел приготовить.Тяжелокислородная вода очень нужна для исследования многих биохимических процессов, поэтому довольно концентрированные растворы этой воды в воде обычно получают теперь на заводах.
А радиоактивная вода существует?
Да. Физики научились получать тритиевую воду искусственным путем в атомных реакторах. Из – за сильной радиоактивности эта вода очень опасна. Пока такая вода нужна только ученым.
Зачем нужна тяжелая вода теперь?
В наши дни тяжелая вода успешно применяется в атомной энергетике для замедления нейтронов в ядерных реакторах.
Самым лучшим заменителем мог бы быть легкий водород, но он заметно поглощает нейтроны.Тяжелый водород их почти не поглощает. Нейтрону, попавшему в тяжелую воду, достаточно всего 25 раз столкнуться с тяжелым водородом, чтобы потерять свою высокую энергию и приобрести способ-ность взаимодействовать с ураном. Неплохой замедлитель – углерод в форме графита, но нейтрону в нем приходится испытывать около 140 столкновений, чтобы утпатить начальную скорость.
Использование тяжелой воды в качестве замедлителя позволяет конструк-торам создавать оченьэффективные, а главное, легкие и компактные атомные энергетические установки, особенно для их применения на транспорте.
Зачем еще нужна тяжелая вода?
Чтобы исследовать механизм многих химических, физических и биологи-ческих процессов. Это, конечно, странное, но очень важное применение тяжелой воды. Наверное, нет ни одного природного процесса, в котором не принимала бы участие вода или водород. Атомы тяжелого водорода наиболее важные меченые атомы. Их, как разведчиков в бой, направляют химики в исследуемые реакции, чтобы проследить за ее ходом. В наши дни уже возникла и быстро развивается самостоятельная область науки – химия изотопного обмена. Наиболее важная ее задача – изучить с помощью дейте-рия механизм химических реакций при получении органических соединений и исследовать их строение.
Так же установлено, что из воды можно получать энергию.
СВОЙСТВА ВОДЫ.
Почему вода – вода?
Этот вопрос совсем не так неразумен, как это может показаться. В самом деле, разве вода – это только та бесцветная жидкость, что налита в стакан?
Океан, покрывающий почти всю нашу планету, всю нашу чудесную Землю, в которой миллионы лет назад зародилась жизнь, - это вода. Тучи, облака, туманы, несущие влагу всему живому на земной поверхности, - это ведь тоже вода. Бескрайние ледяные пустыни полярных областей, снеговые покровы, застилающие почти половину планеты, - и это вода.
Прекрасно, невоспроизводимо бесконечное многообразие красок солнеч-ного заката, его золотых и багряныхпереливов; торжественны и нежны краски небосвода при восходе солнца. Эта обычная и всегда необыкновенная симфония цвета обязана рассеянию и поглощению солнечного спектра водяными парами в атмосфере. Этот великий художник природу – вода.
Горные цепи сложены гиганскими толщами сотен различных горных пород, и геологи знают, что большинство из них созданы величайшем строителем природы – водой. Непрерывно изменяется облик Земли. На месте, где возвышались высочайшие горы, расстилаются бесконечные равни-ны, их создает великий преобразователь – вода.
Безгранично многообразие жизни. Она всюду на нашей планете. Но жизнь есть только там, где есть вода. Нет живого существа, если нет воды.
Почему же одно из бесчисленных химических соединений с простой и ничем не примечательной формулой, состоящее из двух обычных для мироздания элементов, молекула которого состоит всего из трех атомов, - простая окись водорода, самая обычная вода, занимает столь особое место в жизни природы? Чем объясняется такая исключительная роль воды?
Среди необозримого множества веществ вода с ее физико – химическими свойствами занимает совершенно особое, исключительное место. И это надо понимать буквально. Почти все физико – химические свойства воды - исключения в природе. Она действительно самое удивительное вещество на свете. Она удивительна не только многообразием изотопных форм молекулы и не только как неиссякаемый источник энергии. Она удивительна своими самыми обычными свойствами. Простое химическое соединение с простей-шей формулой
заняло особое место на нашей чудесной планете благода-ря изумительному сочетанию необычайных свойств.Как построена молекула воды?
Как построена одна молекула воды, теперь известно очень точно. Она построена вот так:
Хорошо изучено и измерено расположение ядер атомов водорода и кислоро-да и расстояние между ними. Оказалось, что молекула воды нелинейна. Вместе с электронными оболочками атомов молекулу воды, если на нее взглянуть “сбоку”, можно было бы изобразить вот так:
а если взглянуть “сверху” – со стороны атома кислорода, то так:
т.е геометрически взаимное расположение зарядов в молекуле воды можно изобразить в виде простого тетраэдра.
Такое строение ведет к возникновению необычайно сильного взаимного притяжения молекул воды друг к другу: каждая молекула воды может обра-зовать четыре одинаковые водородные связи с другими молекулами воды.
Все молекулы воды с любым изотопным составом построены совершенно одинаково.
Как построена молекула льда?
Никаких особых молекул льда нет. Молекулы воды благодаря своему замечательному строению соединены в куски льда друг с другом так, что каждая из них связана и окружена четырьмя другими молекулами. Это приводит к возникновению очень рыхлой структуре льда, в которой остается очень много свободного объема. Правильное кристаллическое строение льда выражается в изумительном изяществе снежинок и в красоте морозных узо-ров на замерзших оконных стеклах.
При какой температуре вода должна кипеть?
Этот вопрос, конечно, странен. Ведь вода кипит при ста градусах. Это знает каждый. Больше того, всем известно, что именно температура кипения воды при давлении в одну атмосферу и выбрано в качестве опорной точки температурной шкалы, условно обозначенной
Однако вопрос поставлен иначе: при какой температуре вода должна кипеть? Ведь температуры кипения различных веществ не случайны. Они зависят от положения элементов, входящих в состав их молекул, в переоди-ческой системе Менделеева.
Чем меньше атомный номер элемента, чем меньше его атомный вес, тем ниже температура кипения его соединений. Вода по химическому свойству может быть названа гидридом кислорода.
- химические аналоги воды. Если проследить за температурами их кипения и сопоставить, как изменяются температуры кипения гидритов в других группах периоди-ческой системы, то можно довольно точно определить температуру кипения любого гидрита, так же как и любого другого соединения.Если же определить температуру кипения гидрита кислорода по положе-нию его в периодической таблице, то окажется, что вода должна кипеть при
ниже нуля. Следовательно, вода кипит приблизительно на сто восемьде-сят градусов выше, чем должна кипеть. Температура кипения воды – это наиболее обычное ее свойство – оказывается необычайным и удивительным.При какой температуре вода замерзает?
Не правда ли, вопрос не менее странен, чем предыдущий? Ну кто не знает, что вода замерзает при нуле градусов? Это вторая опорная точка термометра. Это самое обычное свойство воды. Но ведь и в этом случае можно спросить, при какой температуре вода должна замерзать в соответствии со своей хими-ческой природой. Оказывается, гидрид кислорода на основании его положе-ния в таблице Менделеева должен был бы затвердевать при ста градусах ниже нуля.