фізика води

Чиста вода - чи існує вона в природі?

Говорячи про фізику води. ми будемо говорити про фізичні властивості води, як про такий собі збірному понятті. Природна вода. де б вона не перебувала і в якому б агрегатному стані (газоподібному, рідкому або твердому) не була, завжди є розчином інших речовин, газоподібних, рідких або твердих, а також містить часом в незначітельниx кількостях інші води (з іншими відносними атомними масами водню і кисню і іншими властивостями).
Чиста вода - чи існує вона в природі? Зрозуміло, під чистою водою ми на увазі не санітарно бездоганну рідина, а воду, що відповідає за складом звичної нам зі шкільної лави хімічній формулі Н2О. При цьому відносна атомна маса водню, що входить до складу з'єднання, дорівнює 1, а кисню 16, ніяких інших речовин в формі розчинених або зважених домішок вода не містить. Такий окису водню, що складається з двох вагових частин водню і шістнадцяти вагових частин кисню, в природі в чистому вигляді не існує. та й штучно отримати таку речовину навіть у сучасних лабораторіях вкрай важко, а якщо і можливо, то тільки на дуже короткий відрізок часу, що вимірюється секундами.

«Чистої» водою можна назвати надзвичайно складна речовина, що складається з атомів різних изотопических різновидів водню і кисню без домішки будь-яких інших речовин. Всі з'єднання водню з киснем, а також водень і кисень окремо, як емпірично встановлено, складають родинні і мінливі структурні частинки, що можуть переходити при деяких умовах одна в іншу і назад, іонізуватися і рекомбінуватися.
Наприклад, (відкидаючи ізотопічні різновиди водню і кисню), можна назвати наступні сполуки:
• легка вода Н2О,
• перекис водню Н2О2,
• перігідроксіл АЛЕ2,
• заряджена молекула легкої води Н2О +,
• гідрооксаній Н3О +,
• гідратований електрон eag # 713;
• збуджена молекула води - екситон Н2О # 713 ;,
• гідроксил ОН # 713 ;,
• гідроксил-моногідрат Н3О2,
• іон кисню Про # 713 ;,
• іон водню Н +,
• поліводород Н2О3
• гіперводород Н2О4.
Чиста вода в будь-яких агрегатних станах являє собою ще не розшифровану, надзвичайно гнучку, мінливу рівноважну структурну суміш пара, льоду і рідини, що залежить від найменших змін: тиску, температури і різноманітних енергетичних полів.
Незважаючи на те, що вода - речовина, прийняте в фізиці, як еталон заходи щільності, обсягу, і т.д. для інших речовин, сама вода, як це не дивно, є самим аномальним серед них. Можна сказати, що фізика оди - аномальна, і цих дивовижних аномалій у води багато, розглянемо лише основні з них:

Точки кипіння і замерзання (плавлення) води

Теплота плавлення води

Поверхневий натяг і прилипання води

Динамічна в'язкість води

Випаровування, транспірація, сублімація і конденсація води

Яка структура води як рідини

Продовжуючи розмову про чисту воду, т. Е. Воді, в якій містяться лише атоми водню і кисню, задамося питанням, а як поєднуються між собою різні молекули і іони водню і кисню?
При вивченні води було встановлено, що структура води визначається умовами перебування (температурою і тиском), присутністю у воді тих чи інших сполук водню з киснем, електромагнітним полем і ще багатьма іншими причинами.

Природно, що при будь-якій структурі води повинні існувати якісь сили, які пов'язували б окремі молекули в певні комплекси і агрегати, а останні в загальну масу того, що ми називаємо власне водою. Подібно до того, як цеглини якоїсь споруди пов'язані цементуючим розчином, так і окремі молекули води пов'язані один з одним силами тяжіння, званими, зокрема, водневими зв'язками.

Між атомами всередині молекули будь-якої речовини існують сили взаємодії - електромагнітні сили. В результаті руху електронів на зовнішніх оболонках атомів виникають хімічні зв'язки: електрони, що належать двом різним атомам, стають загальними для них. Таким чином, наприклад, з двох атомів водню утворюється його молекула.

Що ж таке воднева зв'язок? Це електростатичне взаємодія між негативним зарядом кисню однієї молекули води і частковим позитивним зарядом водню сусідньої молекули води. Так як кожна молекула води прагне зв'язатися за допомогою водневого зв'язку з чотирма сусідніми молекулами води, розташування атомів виходить близьким до тетраєдраїческому. Слід зазначити, що водневі зв'язки між молекулами води в 24 рази слабкіше, ніж зв'язок в самій молекулі в оди між атомами водню і кисню за рахунок спарювання електронів.
Якщо середня відстань між атомами кисню сусідніх молекул в рідкій воді при 15 ° С становить 2,90, а при 83 ° С - 3,05, то для льоду воно дорівнює 2,76 А. Таким чином, відстань між атомами кисню сусідніх молекул з підвищенням температури збільшується. При таненні льоду розривається близько 15% його водневих зв'язків, що дозволяє розглядати рідку воду як злегка «розтрісканий» лід.
При 100 ° С водневі зв'язки між молекулами води ще існують, вони повністю руйнуються при нагріванні водяної пари до 600 ° С. Водневі зв'язки спостерігаються і для ряду інших сполук водню.

Класифікація води за фізичними властивостями

Природну воду виходячи з її фізичних властивостей можна розділити на ряд груп за різними ознаками, наприклад,
За температурі:

• Холодні
Переохолоджені ............................ Менш 0 ° С
дуже холодні .............................. .0-10 ° С
холодні ....................................... .10-20 ° С

• високотермальні
дуже гарячі ................................. .50-100 ° С
перегріті .................................... ..более 100 ° С, до критичної температури

За місцезнаходженням:
• Атмосфера .............................. .Метеорние
• Океани, моря, озера, річки .......... поверхневі
• Земні надра ........................... .Подземние

За різними видами стану води в гірських породах (для підземних вод):

• Пароподібна (в незаповнених порожнинах і порах порід), дуже рухлива, може конденсуватися.
• Гігроскопічна, що обволікає найтоншої плівкою частки породи, міцно утримується молекулярними і електричними силами.
• Плівкова, також обволікає частинки породи, але більш товстою плівкою; може пересуватися, але не підкоряється силі тяжіння (гравітації).
• Гравітаційна, або вільна, що підкоряється силі тяжіння і передає гідростатичний тиск. Окремий випадок цієї води - капілярна, яка може підніматися всупереч гравітації, наприклад в легенях глинах на висоту до 12 м, правда, за досить тривалий термін (близько року).
• У формі льоду, що заповнює тріщини в породах або залягає в формі пластів.

Хоча можна було б навести ще ряд поділів природних вод за їхніми фізичними властивостями, в даному розділі ми обмежимося лише зазначеними.