shkolageo.ru 1

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ МЕСТНОЙ АДМИНИСТРАЦИИ г. Нальчика

Муниципальное образовательное учреждение

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 7


ТЕМА

исследовательской работы

«Чудесный мир воды»


СЕКЦИЯ

химия



Научные руководители:

Акопян Роза Насибовна- учитель химии

Белоусова Елена Николаевна, замдиректора по НМР

Автор: Сонова Марьяна, 8 класс


2008 - 2009 учебный год

г. Нальчик

Содержание


  1. Введение. Что такое вода?………………………………………………2

  2. Что же такое обыкновенная вода?……………………………………..2

  3. Почему вода – вода?……………………………………………………..3

  4. Как построена молекула воды?…………………………………………4

  5. Как построена молекула льда?………………………………………….4

  6. При какой температуре вода должна кипеть?…..…….……………5

  7. При какой температуре вода замерзает?…………………………….6

  8. Сколько существует газообразных состояний воды?…………………..7

  9. Сколько существует жидких состояний воды?…………………………7

  10. Что должно быть легче – вода или лед?…………………………………8

  11. Сколько существует льдов?………………………………………………8

  12. Что нужно, чтобы лед растаял?…………………………………………..9

  13. Как вода попадает в облака?……………………………………………..10

  14. Почему в море вода соленая?…………………………………………….11

  15. Почему вода “мокрая”?…………………………………………………12

  16. Какую форму имеет вода?………………………………………………12

  17. Заключение ………………………………………………………………14
  18. Литература………………………………………………………………..15




Введение

В этом проекте я хочу рассказать о самом необыкновенном в мире веществе – ВОДЕ.

Что такое вода?

Такой вопрос может показаться не только странным, но и немного невежливым. Кто же этого может не знать? Всякий знает, что вода – это соединение водорода и кислорода. Вот ее всем известная формула:




С водой очень хорошо знаком каждый, кто привык умываться по утрам, пьёт чай, умеет плавать, любит бегать под дождем, не боясь промокнуть, кататься на коньках, и ходить на лыжах.


Что такое обыкновенная вода?


Такой воды в мире нет. Нигде нет обыкновенной воды. Она всегда необыкновенная. Даже по изотопному составу вода в природе всегда различная. Она зависит от истории воды – от того, что с ней происходило в бесконечном многообразии ее круговорота в природе. При испарении вода обогащается протием, и вода дождя поэтому отлична от воды озера. Вода реки непохожа на морскую воду. В закрытых озерах вода содержит больше дейтерия, чем вода, горных ручьев. В каждом источнике свой изотопный состав воды.

Когда зимой замерзает вода в озере, никто из тех, кто катается на коньках, и не подозревает, что изотопный состав льда изменился. В нем уменьшилось содержание тяжелого водорода, но зато повысилось количество во тяжелого кислорода. Поэтому вода из растаявшего льда уже другая, и отличается от той воды, из которой лед был получен.

Если воду разложить химически и сжечь добытый из нее водород, то получится снова вода, но совсем другая, потому что в воздухе изотопный состав кислорода отличается от среднего изотопного состава кислорода воды. Но зато, в отличии от воды, изотопный состав воздуха один и тот же на всем земном шаре.

Вода в природе не имеет постоянного изотопного состава, она вечно меняется, и только поэтому нельзя сказать, что где – то есть какая – то обыкновенная вода.



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 солнечного заката, его золотых и багряных переливов; 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 природы – вода.

Горные цепи сложены гигантскими 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 равнины, 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 простейшей формулой заняло особое место на нашей чудесной планете благодаря 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 кислорода 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 образовать 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 узоров 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 100о С. 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 периодической 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. Если проследить за температурами их кипения и сопоставить, как изменяются температуры кипения гидритов в других группах периодической 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 положению его в периодической таблице, то окажется, что вода должна кипеть при ниже нуля. Следовательно, вода кипит приблизительно на сто восемьдесят 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 химической природой.

Оказывается, гидрид кислорода на основании его положения в таблице Менделеева должен был бы затвердевать при ста градусах ниже нуля.

Вода на самом деле удивительное вещество. Ее, пожалуй, даже можно назвать непослушным веществом. Она не подчиняется многим физико – химическим закономерностям, справедливым для других соединений, потому что взаимодействие ее молекул необычайно велико и требует особенно интенсивное тепловое движение молекул, чтобы преодолеть дополнительное притяжение. Это и приводит к такому неожиданному и резкому повышению температур ее кипения и плавления.



Сколько существует газообразных состояний воды?


Только одно – пар.

Сколько существует жидких состояний воды?

На такой вопрос не так просто ответить. Конечно, тоже одно – привычная нам всем жидкая вода. Но вода в жидком состоянии обладает такими необыкновенными свойствами, что приходится задуматься: правилен ли такой, простой, казалось бы не вызывающий никаких сомнений ответ? Вода– единственное в мире вещество, которое после плавления сначала сжимается, а затем по мере повышения температуры начинает расширяться. Эту редкостную аномалию в свойствах воды объясняют тем, что в действительности жидкая вода представляет собой сложный раствор совершенно необыкновенного состава: это раствор воды в воде.

При плавлении льда сначала образуются крупные сложные молекулы воды. Они сохраняют остатки рыхлой кристаллической структуры льда и растворены в обычной низкомолекулярной воде. Поэтому сначала плотность воды низкая, но с повышением температуры эти большие молекулы разрушаются, и поэтому плотность воды снова падает. Если это верно, то возможны несколько состояний воды, только их никто не умеет разделить. И пока неизвестно, удастся ли когда – нибудь это сделать.


Что должно быть легче – вода или лед?



Кто же этого не знает… Ведь лед плавает на воде. В океане плавают гигантские айсберги. Озера зимой покрываются плавающим сплошным слоем льда. Конечно, лед легче воды. Но почему “конечно”?.. Разве это так ясно? Наоборот, объем всех твердых тел при плавлении увеличивается, и они тонут в своем собственном растворе. А вот лед плавает в воде. Это свойство воды – аномалия в природе, исключение, и притом совершенно замечательное исключение.




Сколько существует льдов?

В природе, на нашей Земле – один: обычный лед. Это самый прекрасный из всех минералов. Никакие алмазы не могут сравниться блеском и красотой со снежинками, искрящимися на солнце. Из этого голубовато – зеленого камня сложены на Земле не только горы и колоссальные ледники, им покрыты целые материки. Лед – горная порода с необычайными свойствами. Он твердый, но течет, как жидкость, и существуют огромные ледяные реки, медленно стекающие с высоких гор. Лед – изменчив – он непрерывно исчезает и образуется вновь. Лед необычайно прочен и долговечен.

Что нужно, чтобы лед растаял?



Очень много тепла. Гораздо больше, чем для плавления такого же количества любого другого вещества. Исключительно большое значение скрытой теплоты плавления – 80 калорий на грамм льда – так же аномальное свойство воды.

При замерзании воды такое же количество тепла снова выделяется.

Когда наступает зима, образуется лед, выпадает снег и вода отдает обратно тепло, подогревая землю и воздух. Они противостоят холоду и суровой зиме, и жестоким морозам. Именно благодаря этому замечательному свойству воды на нашей планете существует осень и весна.

Сколько тепла нужно, чтобы лед растаял?

Очень много. Больше чем для нагревания равного количества любого другого вещества. Чтобы нагреть грамм воды на один градус, необходима одна калория. Это больше чем вдвое превышает теплоемкость любого химического соединения.


Как вода попадает в облака?



Очень просто. Солнце нагревает воду. Всюду, где она есть, - в луже, в пруду, в море, в океане. Вода поглощает в своем верхнем слое почти всю энергию попадающих на нее солнечных лучей и испаряется.

Молекулы воды исключительно просты в своем строении и вместе с этим необычайны, отличны от всех других молекул. Вода – гигантский двигатель в природе. Метеорологи подсчитали, что Солнце испаряет на земле за одну минуту миллиард тонн воды. Каждую минуту миллиард тонн водяного пара вместе с восходящими потоками нагретого воздуха поднимается в верхние слои атмосферы. Каждый грамм водяного пара уносит с собой 537 калорий солнечной энергии.

На большой высоте, где давление мало, воздух расширяется, его темпера-тура сильно понижается и водяной пар конденсируется, снова превращаясь в воду,- ее мельчайшие капельки образуют облака.

Энергия Солнца, поднятая с водяным паром вверх, неминуемо должна выделиться обратно, когда он превращается в облака. Эта энергия переходит в тепловую, нагревая воздух. Каждую минуту водяной пар отдает атмосфере Земли чудовищно огромное количество энергии: . Столько энергии за то же время могли бы выработать сорок миллионов электростанций, по миллиону киловатт каждая.

Почему в море вода соленая?

Это, пожалуй, одно из самых важных следствий одного из самых удивительных свойств воды. В ее молекуле центры положительных и отрицательных зарядов сильно смещены относительно друг друга. Поэтому вода обладает исключительно высоким, аномальным значением диэлектрической проницаемости.




Для воды Е=80, а для воздуха и вакуума Е=1. Это значит, что два любых разноименных заряда в воде взаимно притягиваются друг к другу с силой в 80 раз меньше чем в воздухе.

Именно благодаря аномально высокой диэлектрической проницаемости вода – один из сильнейших растворителей. Она способна растворить любую горную породу на земной поверхности. Медленно и неотвратимо она разрушает даже гранит, выщелачивая из них наиболее легко растворимые составные части. Нет в природе такой прочной породы, которая могла бы сопротивляться всемогущему разрушителю – воде.

Ручьи, речки и реки сносят растворенные водой примеси в океан. Вода из океана испаряется и вновь возвращается на землю, чтобы снова и снова продолжать свою вечную работу. А растворенные соли остаются в морях и океанах.

Не думайте, что вода растворяет и сносит в море только то, что легко растворимо, и что в морской воде содержится только обычная соль, которая стоит на обеденном столе. Нет, морская вода содержит в себе почти все элементы, существующие в природе. В ней есть и магний, и кальций, и сера, и бром, и йод, и фтор. В меньшем количестве в ней найдены железо, медь, никель, олово, уран, кобальт, даже серебро и золото. Свыше шестидесяти элементов нашли химики в морской воде. Наверное, будут найдены и все остальные. Больше всего в морской воде поваренной соли. Поэтому вода в море соленая.

Почему вода “мокрая”?

Вода не очень “мокрая”, если считать, что этот шутливый вопрос относится к способностям воды смачивать другие тела. Большинство жидкостей гораздо “мокрее” воды. Вода с прудом смачивает металлы, совершенно не смачивает жирные поверхности. Водой не намочишь парафин. Капли воды скатываются с поверхности многих полимерных материалов: тефлона, полиэтилена и др. Спирт же, например, или керосин очень хорошо смачивают почти любые тела. Это объясняется тем, что вода собирается в капли там, где все другие жидкости растекаются.


Какую форму имеет вода?

Хотя этот вопрос может показаться странным, но он задан совершенно правильно. Вода обладает собственной формой, как и любая другая жидкость. Eё форма – шар.



Утверждение учебников, что вода принимает форму сосуда, а собственной не имеет, неверно. Ее собственная форма на Земле обычно искажена силой тяжести.

Но что воде свойственна форма шара, в этом очень легко убедиться – достаточно слетать на космическом корабле в космос и вытряхнуть там воду из бутылки. Можно увидеть это и на Земле: посмотрите на падающую каплю или выдуйте хороший мыльный пузырь. Во всех этих случаях действие силы тяжести исключено и вода принимает свою собственную форму.

Итак, это всего лишь несколько перечисленных свойств воды. Но с каждым исследованием этого свойства открываются новые его способности, которые надо доказывать. До сих пор ученые не могут еще понять и объяснить очень многие ее свойства. Но будем надеяться, что будет открыто еще немало новых, более удивительных загадочных свойств воды – самого необыкновенного вещества в мире.


Заключение

Вода – это бесценный дар природы и наш долг заключается в том, чтобы сохранить его и передать потомкам.


Литература


  1. Г.Г. Маленков. Успехи физической химии, 2001 С.В.Зенин,

  2. Масару Эмото. Послания воды: Тайные коды кристаллов льда. Перев. с англ. М. ООО Издательский дом «София».2005.

  3. Резников К.М. Вода жизни //Прикладные информационные аспекты медицины. – 2001. – Т.4. - №2. С.3-10.

  4. Вилле Герман Гайнц «Чудесный мир воды»

Ссылки

http://kleman.chat.ru

«http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%B0»