Вода и ее применение в современных технологиях (стр. 1 из 7)
ВВЕДЕНИЕ.. 2
Глава 1Физические свойства воды. 5
1.1Чистая вода. 5
1.2Плотность. 7
1.3Точки кипения и замерзания (плавления). 9
1.4Теплота плавления. 11
1.5Поверхностное натяжение и прилипание. 12
1.6Теплоемкость воды. 13
1.7Испарение, транспирация, сублимация и конденсация. 15
1.8Твердая вода. 16
1.9Серебряная вода и ее применение. 18
Глава 2Химические свойства воды. 19
2.1Характеристика природной воды. 19
2.2Растворимость газов в воде. 20
2.3Растворимость твердых веществ в воде. 21
2.4Взаимодействия воды с растворенным в ней веществом. 24
Глава 3Использование воды в современной технике и технологиях. 27
3.1Морская вода в промышленности. 27
3.2Морская вода в сельском хозяйстве. 28
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ... 29
Хотя все в природе взаимосвязано и каждая деталь важна, все же отдельные явления и предметы более существенны, а другие менее при естественном равновесии как живой, так и неживой материи. Ведь нельзя же поставить в один ряд по значимости палец и сердце. Поэтому вполне закономерен вопрос: какое вещество является самым главным, самым важным для нас в окружающем материальном мире? Ответ на этот вопрос можно дать уверенно и однозначно: это природная вода. Такой ответ, бесспорно, справедлив, во всяком случае для нашей планеты Земля.
Если человек спустится в подземные пещеры, то они поразят его сложнейшей системой многоэтажных помещений, коридоров, обширных залов со сводчатыми потолками, причудливой колоннадой, то свешивающейся сверху, то растущей снизу. В этих подземных пустотах подчас встретятся вам журчащий ручей или целое подземное озеро, по которому свободно можно кататься на лодке. Какой архитектор построил этот сказочный подземный дворец? Природная вода!
Обратив свой взор к небу, человек видит облака или тучи, тянущиеся на десятки, сотни, а иногда и на тысячи километров. Глядя, как легко они плывут в воздушном океане, окружающем нашу планету, некоторые люди думают, что они невесомые. Масса 1 км3 облаков около 2000 т, и состоят они опять-таки из природной воды.
Все люди хорошо знают текущие по суше водотоки — ручейки, речушки, реки. Иногда они низвергаются с высоты десятков и сотен метров водопадами, на многие сотни метров наполняя воздух мельчайшей алмазной пылью, переливающейся в лучах солнца всеми цветами радуги. Иногда образуют мощные пенящиеся стремнины, вытачивающие в скалах причудливые формы. Крупные водотоки на сотни километров пропиливают даже в плотных породах широкие, до десятка километров, и глубокие, до многих сотен метров, долины. Все это делает сила природной воды.
Но если обратиться к самым страшным из известных нам катастроф, которые переживали наша планета за геологическое время, а человечество за время своего, правда, короткого существования, таким, как тайфуны, смерчи, цунами, земле- и моретрясения, извержения вулканов, когда нередко за немногие часы, а то и минуты уничтожались целые города и гибли сотни тысяч людей, и если мы попытаемся -вскрыть механизм природного аппарата, который вызвал эти ужасные катастрофы, то увидим, что и в этом случае принимала участие природная вода!
Большая часть поверхности нашей планеты, около 71%, покрыта Мировым океаном, составляющим 97% всех поверхностных вод Земли и около половины всех вод литосферы. Глубина Мирового океана достигает 11 км. Если срезать сушу и заполнить ею дно океанической чаши, то вся планета покроется слоем воды глубиной около 3 км.
Почва и все породы, слагающие литосферу (земную кору), также всегда содержат воду. Это утверждение справедливо не только для увлажненных районов. Оно достоверно даже для таких мест, где годами не выпадает ни одной капли дождя. Это справедливо и для всех участков величайшей «безводной» пустыни—Сахары. Да что Сахара! На нашей планете нет ни одного естественного предмета, тела, пылинки, которые были бы лишены воды. Все живое и неживое содержит ее. В огненной магме, изливающейся из жерл вулканов, также есть вода, причем в немалом количестве.
Да и человек, на 70% состоит из воды. Чего больше всего в нашей твердой и жидкой пище — в овощах, мясе, рыбе, хлебе, крупе, молоке? Природной воды! С каким веществом впервые знакомится новорожденный? С водой, в которой его купают. Даже в первом вздохе новорожденный получает воду, которая всегда содержится в воздухе. Где лучше всего во время отдыха чувствует себя здоровый человек? Конечно, во время купанья в теплой морской, озерной или речной воде. Недаром некоторые биологи предполагают, что колыбелью жизни на Земле были мелководные лагуны, даже и в том случае, если жизнь зародилась не на планете Земля, а была занесена на нее из межпланетного пространства в форме спор одноклеточных организмов.
Итак, кругом, всюду и везде, всегда и во всем,— природная вода! Воду с полным правом можно назвать вездесущей. Это не поэтическая гипербола.
Действительно, человечество во все времена стремилось к познанию этого удивительного вещества — воды, прекрасно осознавая ее исключительность. Так, еще шесть тысячелетий назад у шумеров существовали космогонические представления, в которых воде уделялась главная роль: «Еще не было вверху неба, а внизу Земли, но уже царствовали боги океана (Апсу) и моря (Тиамата)».
В Месопотамии, в Вавилоне (в переводе с аккадского—врата бога), расположенном на месте более древнего шумерского города Кадингирра, возникла поэма «О сотворении мира», в которой задолго до появления Библии описаны всемирный потоп и борьба божества, охраняющего мировые воды, с чудовищем преисподней.
Тысячелетием позже древние египтяне согласно господствовавшей в их стране космогонической теории утверждали, что вначале не было ни неба, ни земли; окруженную густым мраком Вселенную наполняла первичная вода.
Две тысячи шестьсот лет назад древнегреческий философ Фалес Милетский считал воду первоисточником всего сущего.
В средние века алхимики приписывали воде совершенство, обозначая ее в виде опрокинутого равностороннего треугольника Δ. «Тела не действуют, если не растворены» — одно из основных положений алхимии, не утерявшее во многом справедливости и поныне.
Крупный немецкий профессор Ф. Ауэрбах писал:
«Самое удивительное и самое лучшее — это вода». Американские физик Дж. Дэй и химик К. Девис называли воду зеркалом науки. Перефразируя это удачное утверждение, автор с неменьшим основанием может сказать, что отношение к воде — зеркало ученого-естествоиспытателя. Чем серьезнее он к ней относится, тем выше как ученый стоит в ряду своих коллег. Автор обращает также внимание на то, что без воздуха жизнь возможна (анаэробы), а без воды ее нет.
Известный французский писатель Антуан де Сент-Экзюпери сказал о природной воде следующее: «Нельзя сказать, что ты необходима для Жизни, ты сама Жизнь... Ты самое большое богатство в мире».
Один из крупнейших специалистов по физической химии воды Э. X. Фрицман в своей классической монографии о природе воды [1935] утверждал: «Ни одно из природных веществ не играет такой выдающейся и существенной роли на поверхности земного шара и в прилегающих слоях, как вода... наука и техника подтвердили старое основное положение человечества: вода есть то, из чего происходит все, другими словами название aqua вполне себя оправдывает: aquaomniasunt [1935, с. 5, 157].
Лучше всех из современных мыслителей значение воды определил крупнейший ученый, основоположник ряда новых научных дисциплин, биохимик и минера' лог, академик В. И. Вернадский: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных, геологических процессов. Нет земного вещества—минерала, горной породы, живого тела, которое ее бы не заключало. Все земное вещество... ею проникнуто и охвачено» [1960,с. 16].
Глава 1 Физические свойства воды.
Среди всех веществ, изучаемых физиками и
физико-химиками, вода во многих
отношениях является самым трудным.
В. В. Шуленкин, 1968
Разумеется, под чистой водой мы подразумеваем не санитарно безупречную жидкость, а воду, отвечающую по составу привычной нам со школьной скамьи химической формуле Н2О. При этом относительная атомная масса водорода, входящего в состав соединения, равна 1, а кислорода 16, никаких других веществ в форме растворенных или взвешенных примесей вода не содержит. Такой окиси водорода, состоящей из двух весовых частей водорода и шестнадцати весовых частей кислорода, в природе в чистом виде не существует, да и искусственно получить такое вещество даже в современных лабораториях крайне трудно, а если и возможно, то только на очень короткий отрезок времени, измеряемый секундами. [3]
Природная вода, где бы она ни находилась и в каком бы агрегатном состоянии (газообразном, жидком или твердом) ни была, всегда представляет собой раствор других веществ, газообразных, жидких или твердых, а также содержит подчас в незначительных количествах другие воды (с другими относительными атомными массами водорода и кислорода и другими свойствами). Стало быть, вода — понятие собирательное.
 |
Что же представляет собой та идеальная «чистая» вода Н2О с физической точки зрения? Как и большинство веществ, вода состоит из молекул, а последние из атомов. Структура атома следующая: вокруг положительно заряженного протонного ядра на определенных уровнях по различным орбитам движутся отрицательно заряженные электроны, образующие электронное облако. Число электронов в каждой оболочке для атома каждого элемента строго определенное. Так, у атома водорода лишь одна оболочка с единственным электроном, а у атома кислорода — две оболочки: внутренняя с двумя электронами и внешняя с шестью. Образование молекулы воды из двух атомов водорода и одного атома кислорода (рис. 1). Два атома водорода замещают вакансию двух недостающих (до восьми) электронов наружной оболочки для ее устойчивости.
Можно было бы предполагать, что атом кислорода и два атома водорода в молекуле воды образуют у центрального атома кислорода угол, близкий к 180°. Однако в действительности он значительно меньше — всего 104° 27' (рис. 2), что приводит к неполной компенсации внутримолекулярных сил, избыток которых обусловливает асимметрию распределения зарядов, создающую полярность молекулы воды. Эта полярность у воды, более значительная, чем других веществ, обусловливает ее дипольный момент и диэлектрическую проницаемость. Последняя у воды весьма велика и определяет интенсивность растворения водой различных веществ. При 0°С диэлектрическая проницаемость воды (в твердой фазе) составляет 74,6; с повышением температуры она падает. Так, при 20° С диэлектрическая проницаемость воды равна 81.