Физико-химические характеристики воды
Физико-химические характеристики воды
Вода обладает необыкновенными качествами. Большая ее плотность наблюдается при температуре 4°С. При охлаждении пресных водоемов зимой по мере снижения температуры поверхностных слоев более плотные массы воды опускаются вниз, а на их место подымаются снизу теплые и наименее плотные. Так происходит до того времени, пока вода в глубинных слоях не достигнет температуры 4°С. В данном случае перенос тепла прекращается, потому что понизу будет находиться более томная вода. Предстоящее остывание воды происходит только с поверхности, чем и разъясняется образование льда в поверхностном слое водоемов. Благодаря этому подо льдом не прекращается жизнь.
Вертикальное смешивание морской воды осуществляется за счет деяния ветра, приливов и конфигурации плотности по высоте. Смешивание воды ветром происходит в направлении сверху вниз, приливное — снизу ввысь. Плотностное смешивание появляется за счет остывания поверхностных вод. Ветровое и приливное смешивания распространяются на глубину до 50 м, на огромных глубинах может сказываться действие только плотностного смешивания.
Интенсивность смешивания придонных и поверхностных вод содействует их освежению, обогащению кислородом и питательными субстанциями, необходимыми для развития жизни. Растворенный в воде воздух всегда более богат кислородом, чем воздух атмосферный. Имеющийся в воде кислород оказывает благотворное воздействие на развитие в ней актуальных процессов.
При замерзании незапятнанная вода расширяется, морская — на наименьшую величину. Так как водапри замерзании расширяется, повышение внешнегодавления понижает температуру ее замерзания; темпе-,ратура плавления льда, напротив, увеличивается с давлением. В лабораторных критериях при давлении более 40тыс. атмосфер можно получить лед, который будет расплавляться при температуре 175°С. Теплоемкость и теплотаплавления льда уменьшаются с температурой, теплопроводимость же практически не находится в зависимости от температуры. Когдатолщина льда на поверхности водоема добивается 15 см,он становится надежным тешгоизолятором меж водой и воздухом. .
Морская вода леденеет при температуре —1,91°С. При предстоящем снижении температуры начинается оседание сернокислого натрия, и только при температуре —23°С из раствора выпадает хлористый натрий. Потому что часть рассола При кристаллизации уходит изо льда, соленость его меньше солености морской воды. Долголетний морской лед так опресняется, что из него можно получать питьевую воду. Температура наибольшей плотности морской воды ниже температуры замерзания. Это является предпосылкой довольно резвого переноса тепла, пронизывающего значительную’ толщу морской воды и затрудняющего замерзание. Теплоемкость морской воды стоит на 3-ем месте после теплоемкости водорода и водянистого аммиака.
Время от времени вода леденеет и при плюсовой температуре. Такое явление наблюдается в трубопроводах и почвенных капиллярах. В трубопроводах вода может замерзнуть при температуре +20°С. Разъясняется это присутствием в воде метана. Так как молекулы метана занимают приблизительно в 2 раза больший объем, чем молекулы воды, они «расталкивают» молекулы воды, наращивают расстояние меж ними, что приводит к снижению внутреннего давления и увеличению температуры замерзания. В почвенной влаге схожую роль делают молекулы белка. За счет воздействия белковых молекул температура замерзания воды в почвенных капиллярах может возрасти до +4,4°С.
Соленость воды находится в зависимости от концентрации растворенных в ней солей, потому в различных морях и океанах соленость воды неодинакова. Средняя соленость вод океана составляет 35%; соленость морской воды может изменяться от нуля поблизости мест впадения больших рек до 40% в тропических морях. Вода для питья должна содержать наименее 0,05% растворенных солей. Для полива растений в воде должно содержаться менее 0,25% солей, в неприятном случае растения погибнут.
Имеющиеся в природе воды можно поделить на обычные и ассоциированные. Нормальными именуются те воды, у каких молекулы не соединяются воединыжды в группы (ассоциации). Воды, не подчиняющиеся этому условию, именуются ассоциированными. Вода принадлежит к числу ассоциированных жидкостей. Если б вода была неассоциированнойжидкостью, температура плавления льда в обычных критериях была бы +1,43°С, а температура кипения воды 103°С. Обычно, теплоемкость жидкостей с температурой вырастает, но у воды с приближением к температуре +35°С теплоемкость после роста спадает до минимума, а потом опять равномерно вырастает. Происходит это из-за того, что при таковой температуре разрушаются молекулярные связи. Чем проще молекулярная структура, тем меньше теплоемкость вещества. Температура большей плотности воды снижается с повышением давления и при давлении 150 атмосфер добивается 0,7°С. Это также разъясняется конфигурацией структуры молекулярных ассоциаций.
Посреди имеющихся в природе жидкостей вода обладает большей теплоемкостью. Это ее качество оказывает существенное воздействие на климат. Главным терморегулятором климата являются воды океанов и морей: накапливая тепло летом, они отдают его зимой. Отсутствие водоемов на местности обычно приводит к образованию резко континентального климата. Благодаря воздействию океанов на значимой части Земного пара обеспечивается перевес осадков на суше над испарением, и организмы растений и животных получают необходимое им для жизни, количество воды. Аква и воздушная оболочки Земного шара повсевременно обмениваются углекислотой с горными породами, растительным и животным миром, что также содействует стабилиза-ппи климата.
Понятно, что молекулы, находящиеся на поверхности воды, имеют излишек возможной энергии и потому стремятся втянуться вовнутрь так, что при :-том на поверхности остается малозначительное количество молекул. Из-за этого повдоль поверхности воды всегда действует сила, стремящаяся уменьшить поверхность. Это явление в физике получило заглавие поверхностного натяжения воды.
Посреди имеющихся в природе жидкостей поверхностное натяжение воды уступает только ртути. С поверхностным натяжением воды связано ее сильноесмачивающее действие (способность «прилипать» к поверхности многих жестких тел). Не считая того, вода является универсальным растворителем. Теплота ееиспарения выше теплоты испарения всех других жидкостей, а теплота кристаллизации уступает только аммиаку.
Молекула воды состоит из 2-ух атомов водорода и 1-го атома кислорода. В составе обыкновенной воды Н2О имеется маленькое количество тяжеленной воды D2O и совершенно малозначительное количество сверхтяжелой воды Т,О. В молекулу тяжеленной воды заместо обычного водорода Н — протия заходит его тяжкий изотоп D — дейтерий, в состав молекулы сверхтяжелой воды заходит еще больше тяжкий изотоп водорода Т — тритий. В природной воде на 1000 молекул Н,0 приходится две молекулы D2O и на одну молекулу Т,0 — 1019 молекул Н2О.
Томная вода D2O тускла, не имеет ни аромата, ни вкуса и живыми организмами не усваивается. Температура ее замерзания 3,8°С, температура кипения 101,42°С и температура большей плотности 11,6°С. По возможности впитываться томная вода близка к серной кислоте. Ее плотность на 10% больше плотности природной воды, а вязкость превосходит вязкость природной воды на 20%. Растворимость солей в тяжеленной воде приблизительно на 10% меньше, чем в обыкновенной воде. Так как D2O испаряется медлительнее легкой воды, в тропических морях и озерах ее больше, чем в водоемах полярных широт.
Н.И.Мазнев