Вода как химическое соединение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Доклад по химии

Тема: «Вода»

Содержание

1. Вода как химическое соединение

2. Вода: ее биогенное значение и применение человеком

3. Химическое строение воды

4. Как вода участвует в химических реакциях

5. Уникальные свойства воды

6. Официальная наука о воде

7. Вода в жизни человека

8. Для чего нужна вода

1. Вода как химическое соединение

Вода -- неорганическое соединение, оксид водорода или гидрид кислорода. Вода составляет всего 0,05% массы планеты, но покрывает, в виде жидкости и льда, более 70% ее поверхности.

Кроме обычной воды, существует такая же внешне, но отличная по свойствам тяжелая вода, с дейтерием в молекуле, и сверхтяжелая вода с изотопом тритием. Тяжелая вода плохо растворяет соли, скорость химических реакций в ней другая. Она не поддерживает биологические процессы в живых клетках и не утоляет жажду. Ее еще называют «мертвой водой». Она востребована в атомной энергетике.

Свойства

Прозрачная жидкость, без цвета (в тонком слое), без запаха и вкуса. По своим физическим свойствам представляет собой аномальное вещество. В нормальных условиях вода жидкая, а похожие по составу водородные соединения (метан, фтороводород, сероводород) -- газы. Если сравнить воду с гидридами серы, теллура и селена, относящимися к той же группе таблицы Менделеева, что и кислород, то выясняется, что кипит и замерзает вода «неправильно». По правилам, она должна была бы кипеть при -80 °С, а замерзать при -100 °С, а не кипеть при +100 и замерзать при 0 °С.

Вода -- единственное вещество, существующее в естественных условиях в жидком, твердом и газообразном состоянии. Превращение воды в твердое вещество сопровождается уменьшением плотности.

Вода -- очень сильный растворитель. Пропускает УФ-излучение, поглощает инфракрасное и микроволновое излучение. Чистая вода не пропускает электрический ток, но так как в «обычной» воде всегда растворены какие-то вещества, то, на практике, вода хорошо пропускает электричество. На этом свойстве основан принцип действия ионометров, определяющих чистоту воды по ее электропроводности.

Аномальные свойства воды ученые объясняют ее сложным изотопным составом и водородными связями между молекулами. У водорода имеется 5 изотопов, у кислорода -- шесть. Всего возможно 23 комбинации изотопного состава воды, из них в природной воде найдены 9.

Вода относится к химически активным веществам, проявляющим окислительные и восстановительные свойства. В реакциях с активными газами, такими как фтор и хлор, вода проявляет восстановительные свойства, образуя кислоты. В реакциях с активными металлами, кальцием, литием и т.п. выступает в качестве окислителя, образуя гидроксид кальция, лития и прочие. При определенных условиях (повышение температуры, использование катализатора и т. д.) вступает в реакции с угарным газом, углем, метаном, фторидами, оксидами металлов и неметаллов, с железом и магнием, солями слабых кислот и со многими другими веществами, включая органические вещества, такие как амиды, эфиры карбоновых кислот, ацетилен и др. Образует кристаллогидраты многих солей.

Важнейшее свойство воды -- ее возможность распадаться на ионы. Ионы воды, присоединяясь к молекулам погруженного в воду вещества, ослабляют связи между его молекулами, способствуя его растворению.

2. Вода: ее биогенное значение и применение человеком

В прошлом пункте я рассказала о химических и физических свойствах воды. В этой -- остановимся на биогенном значении воды и ее применении в разных сферах человеческой деятельности.

Аномальные свойства воды сделали возможной жизнь на Земле. Ее способность находиться в жидком состоянии именно в том диапазоне температур, который характерен для поверхности основной части нашей планеты, способствовал развитию форм жизни.

Вода -- важнейшее биогенное вещество на земле. Является идеальным растворителем органических и неорганических соединений, что делает возможным протекание биохимических реакций в клетках. В теле человека и животных воды больше половины массы; медуза, например, состоит из воды на 90%, а водоросли -- почти на 98%. Без пищи человек может прожить несколько недель, а без воды умирает через 3-5 дней.

Вода оказывает огромное влияние на формирование климата Земли. Обладая высокой теплоемкостью, океаны поглощают огромное количество тепла, а потом отдают его, выравнивая, таким образом, климат. Важнейшее значение имеют течения, переносящие теплые или холодные массы воды. Примером может служить Гольфстрим, благодаря которому климат в Англии существенно мягче, чем в Якутии, расположенной южнее. Водяной пар в верхних слоях атмосферы задерживает и возвращает более 60% излучаемого планетой тепла. Благодаря воде и создаваемому водяным паром «парниковому эффекту», наша планета до сих пор не остыла.

Применение

* Сырье для химической, фармацевтической, пищевой промышленности. Вода нужна в электролитах, буферных растворах, лекарствах, напитках. Она выполняет роль катализатора, растворителя, основы во многих химических реакциях. Выпаривание -- один из способов получения чистых химических веществ.

* В медицине применяется для проведения физиотерапевтических процедур, водолечения и т.д.

* В качестве растворителя в быту и промышленности. Для обеспечения промышленных процессов в деревообработке, текстильной, химической индустрии и др.

* Теплоноситель в сетях центрального отопления, на электро- и атомных станциях. Вода в твердом состоянии (лед) -- охладитель в медицине и общепите.

* Обычная и тяжелая вода применяются на атомных станциях как замедлитель нейтронов.

* Для тушения пожаров, причем как непосредственно струями воды, так и водяным паром. Интересно, что горячая вода лучше тушит огонь, чем холодная, так как быстрее превращается в пар, препятствующий доступу кислорода к огню.

* В промышленности используется для разрыхления, растворения, перемещения горных пород. Применяется в металлургии и гидрометаллургии.

* Как режущий инструмент (струя под высоким давлением).

* Входит в состав некоторых смазочных материалов. Иногда сама выступает как смазка.

* Опосредованно вода -- мощный источник энергии (гидроэлектростанции).

* Вода используется как эталон определения массы, температуры, количества тепла, высоты местности (над уровнем моря).

3. Химическое строение воды

Из школьного курса химии мы знаем, что вода -- это неорганическое соединение двух элементов. Формула проста -- H2O, то есть два атома водорода и один атом кислорода. Вода имеет несколько агрегатных состояний, самое распространенное из них -- жидкость. Два других состояния: твердое -- лед и газообразное -- пар.

Значение воды для жизни на Земле трудно переоценить. Без этой субстанции в принципе невозможно существование биологических форм. Кроме того, она участвует в обменных процессах на самой планете и в организмах живых существ.

Получение воды

Воду можно получить не только путем соединения водорода и кислорода. Например, разложением пероксида углерода получают 2Н2О и О2, гидрокарбонат натрия при контакте с уксусной кислотой дает воду, ацетат натрия и углекислый газ. Жидкость можно получить при взаимодействии кислоты и щелочи -- химическая реакция называется нейтрализация, или путем восстановления оксидов металла водородом.

4. Как вода участвует в химических реакциях

Н2О взаимодействует со всеми веществами на Земле. Например, с металлами, неметаллами и их соединениями. При контакте с металлами выделяется кислород, правда, для этой реакции подходят только щелочноземельные и щелочные группы I и II. Реакция с неметаллами проходит менее активно и только путем нагревания.

При соединении с оксидами образуются новые химические реагенты. Так при контакте с оксидом серы IV группы -- сернистая кислота, а с тем же оксидом VI группы -- серная кислота, с диоксидом углерода -- угольная кислота. Химическое соединение воды с оксидом кальция дает гашеную известь. Однако не все оксиды хорошо взаимодействуют с водой. Например, оксиды титана, цинка, хрома не растворяются в жидкой среде. Именно поэтому их используют для защиты металлических поверхностей от влаги и коррозии.

При пропускании электрического тока через воду происходит окислительно-восстановительная реакция, в которой вода выполняет сразу две функции -- окисляет и восстанавливает. Результатом таких реакций с оксидом металла получаются водород и кислород.

H2O участвует в биосинтезе, в ходе которого выделяется кислород. Данная реакция происходит при помощи двуокиси углерода и солнечного света.

5. Уникальные свойства воды

Вода -- единственное из природных веществ, которое может одновременно существовать в трёх состояниях: жидком, твёрдом и газообразном.

Это химическое соединение уникально, т.к. в нем существуют ярко выраженные аномалии. Например, в твердом состоянии вода легче, чем в жидком. До четырех градусов вода уплотняется, после четырех она становится менее плотной, и это дает ей возможность всплыть наверх. Лед плавает на поверхности воды, то есть плотность кристаллического льда меньше, чем плотность жидкости -- это одна из самых больших аномалий воды. Когда любое другое вещество переходит из жидкого состояния в твердое, его плотность возрастает и вещество становится более тяжелым.

Во льду частички воды располагаются очень упорядоченно, с большим количеством свободного пространства между ними. Когда лед снова превращается в воду, ее частички становятся в сотни тысяч раз более активными, и поэтому свободные пространства заполняются. Это и делает жидкую форму воды более плотной и тяжелой, чем твердая форма.

Благодаря этому явлению вода не замерзает до самой глубины, и какая бы холодная зима не стояла над водоемом, температура воды у дна остается постоянной: +4°С. В результате все, что живет в водоеме, может пережить длинные зимы подо льдом. Если бы вода вела себя как все другие вещества, и лед опускался бы на дно, то при минусовой температуре дно озер и океанов превращалось бы в сплошной лед и все живые существа погибали. Благодаря тому, что лед плавает, состояние воды подо льдом дает возможность жизни продолжаться даже тогда, когда поверхность воды покрывается льдом.

Аномалия воды проявляется в том, что ее плотность зависит от температуры немонотонно: после плавления при повышении температуры плотность воды увеличивается и достигает максимума при 4°C. При дальнейшем нагреве от 4°C до 40°C плотность воды уменьшается, а затем вновь увеличивается. Поскольку плотность воды максимальна при 4°C, значит при понижении температуры ее плотность начинает уменьшаться, т.е. вода при замерзании расширяется, и поэтому зимой на морозе лопаются трубы.

Теплоёмкость и некоторые другие параметры воды также зависят от температуры немонотонно. Для других жидкостей почти нигде не свойственно, чтобы какой-то важный параметр вёл себя немонотонно, т.е. сначала рос, а после прохождения критического значения уменьшался.

Вода также обладает уникальной способностью растворять другие вещества и вымывать их. Поэтому поддерживать воду в совершенно чистом состоянии чрезвычайно трудно. Вода из-под крана или вода из природного водоема, которая вроде бы выглядит совершенно чистой, содержит множество загрязнений и минералов. Без воды различные частички не смогли бы ни смешиваться, ни распространяться. Вода -- это та сила, которая создает и дает жизнь. Все аномальные и специфические свойства воды настолько «удачны» для всего живого, что делает воду незаменимой основой существования жизни на Земле.

Не так давно ученые обратили внимание, что протекание химических реакций в воде зависит от времени. Каждый день они протекают по-разному. Также стало известно, что характер реакции в воде следует ритму солнечной активности. Свойства воды исследованы далеко не полностью, и ученых ожидает впереди еще множество открытий.

Память воды

Удивительны два других чрезвычайно важных свойства воды: память и информативность.

Оказывается, вода способна воспринимать, сохранять и передавать информацию, даже такую тонкую, как человеческая мысль, слово и эмоция.

Изучением этих свойств уже более 30 лет занимается японский учёный Масару Эмото.

Его книга «Послание Воды» пользуется большим успехом и переведена на несколько языков. Исследования Эмото показывают, что вода, подобно человеку или развитому животному, реагирует на вибрацию, энергию, мысль, слова, идеи и музыку.

Эмото с помощью опытов доказал, что энергетические вибрации человека, мысли, слова, идеи и музыка воздействуют на молекулярную структуру воды. Эмото визуально задокументировал эти молекулярные изменения в воде, используя специальные технологии фотографирования. Эмото заморозил капельки воды, подвергшиеся действию различных эмоций, а затем сфотографировал их с помощью микроскопов с встроенной фотокамерой.

Учёный обнаружил много удивительных различий в кристаллической структуре воды, взятой из различных источников и из разных условий со всей нашей планеты. Вода из древних горных потоков и ключей отличалась прекрасно сформированной геометрической структурой. Загрязнённая и токсичная вода из промышленных областей и застоявшаяся вода из водопроводов и водохранилищ имела нарушенную и случайным образом сформированную структуру.

Продолжая опыты, ученый изучал влияние различных музыкальных композиций, человеческих эмоций, мыслей, слов и даже графических изображений на формирование структуры кристаллов воды. Оказалось, если говорить с водой с любовью и нежностью, то меняется ее молекулярная структура, и фотографии фиксируют красивую шестиугольную форму, напоминающую цветок. Гармоничная, мягкая, красивая музыка после нескольких часов воздействия, добрые слова, напечатанные на бумаге и наклеенные на ночь на стеклянную посуду с водой, улыбки, положительные эмоции -- все это невероятным образом преобразовывало воду. Полученные кристаллы были прекрасны и совершенны. При негативных воздействиях эффект был прямо противоположный. Ниже приведены несколько фотографий из книги М. Эмото «Послание Воды».

Люблю - Благодарю - Ненавижу

Учитывая, что мозг человека на 80-90% состоит из воды, логично предположить, что фактически на эмоцию реагируют не ткани, на нее откликается вода. Иначе говоря, вопрос можно сформулировать так: что является основой для образования мыслей? Мозг или вода, содержащаяся в нем? В мозгу, безусловно, имеется небольшое количество твердого вещества. Но оно не в состоянии функционировать в отсутствие воды. В то время, как официальная наука не принимает воду во внимание и сосредоточивается на функционировании в мозгу твердого вещества, именно вода, возможно, и есть то, что реально функционирует в мозгу, она и есть подлинный мозг и сила, вызывающая наше мышление.

Качество воды внутри нас напрямую зависит от того, какими людьми мы являемся. Эмото подчеркивает, что у нас водяное тело, и вода вовне естественным образом притягивается к воде внутри нас.

Когда пьешь свежую воду из горного ручья, то сразу чувствуешь бодрость и прилив энергии. Вода из горного ручья обладает высоким энергетическим уровнем, эта энергия проникает в каждую клетку тела, и весь организм наполняется ею. У энергетически насыщенной воды отсутствуют воспоминания о ядах и неблагоприятных влияниях. Поэтому неудивительно, что мозг сразу же реагирует на эту вибрацию, и вы ощущаете свежесть и прилив сил.

Проходя через насосы, электромагнитные поля, под влиянием высокого давления в трубопроводах и химических загрязнений, молекулярная структура природной воды подвергается сильным изменениям, искажается. Происходит наложение частот различных полей, не свойственных полю естественного состояния воды. После отфильтровывания химических загрязнений в молекулах воды остается колебательное поведение, сформированное полем удаленных примесей. Молекулярные образования фактически несут в себе память о загрязнении, старую вредную информацию. биогенный вода химический организм

В процессе исследований ученые выявили, что память воды стирается только в двух случаях. Первый, когда вода подвергается воздействию высоких температур, то есть когда вода начинает испаряться, а потом в виде осадков или конденсата снова переходит в свое естественное жидкое состояние. Второй случай -- когда вода замораживается, а после снова размораживается. В этих двух случаях вода восстанавливает свои первоначальные свойства, и молекулы воды приобретают свою естественную форму в виде правильной снежинки.

6. Официальная наука о воде

У идеи «памяти воды» есть много защитников. В мире ежегодно проходят десятки конференций, на которых ученые докладывают о своих опытах, свидетельствующих о том, что вода «помнит» вещества, которые в ней когда-то были растворены, что вода поддается омагничиванию и т.д. Тем не менее академическая наука эти теории отвергает. Вероятно потому, что под эти факты нет объясняющей их теории.

Противники теории «памяти» утверждают:

Давно известно: ни одна снежинка (замерзшая капелька воды) никогда не повторяет другую -- все они разные. Поэтому совершенно не важно, какую им включать музыку и какие слова говорить -- каждый раз мы получим свое, уникальное изображение снежинки. Там будут и красивые варианты, и не очень красивые, и просто безобразные. Поэтому нельзя взять одну из снежинок и сказать -- вот он, ответ на мысль «я люблю», а вот эта снежинка -- ответ на ругань матом.

Сторонники идеи приводят свои аргументы:

Выходит, что наличие воды в мозге человека, а это около 80-90%, служит лишь для его охлаждения?

Как осуществляется информационное взаимодействие всех органов в таком слаженном организме, как человек? Каким образом осуществляется управление всеми его органами?!

А энергетику человека какая субстанция представляет?

Между тем, эффект памяти воды давно уже вошел в медицинскую практику: на этих свойствах воды базируется такая область медицины, как гомеопатия. Действие гомеопатических препаратов основано на том, что «вода обладает памятью» и осуществляет передачу биологической информации. Гомеопаты растворяют лекарство в таких ничтожных концентрациях, что на ведро воды остается буквально несколько молекул лекарства. Но физики при этом утверждают, что помогает гомеопатия далеко не всем и вообще это все эффект плацебо.

7. Вода в жизни человека

Наш организм в основном состоит из воды. Эмбрион человека на 97% составляет вода. У новорожденного на долю воды приходится около 80% от массы тела. Наиболее интенсивно он теряет жидкость в первые дни жизни -- происходит физиологическая убыль массы тела (5-7 %).

С годами количество воды в организме постоянно уменьшается. У детей в возрасте до 5 лет содержание воды в организме составляет уже около 70% от массы тела. К тому времени, когда мы достигаем 50-60-летнего возраста, наше тело содержит не более 50-60% воды.

Все мы знаем, какая эластичная и мягкая кожа у младенцев. Они изгибаются и скручиваются, оставаясь пухлыми, как наполненный водой шарик. Степень гибкости, свойственная младенцам и маленьким детям, к сожалению, с возрастом снижается.

Содержание воды в разных тканях варьирует от 20% в жировой ткани до 83-90% в почках и крови, у женщин в связи с большим количеством жировой клетчатки содержание воды ниже, чем у мужчин. Наш мозг представляет собой влажную субстанцию и состоит из воды на 85%, слюна из неё состоит на 99%, мышцы на 60%. Особенно много воды в крови -- до 90%, а стекловидное тел глаза содержит ее даже 96-99%. В костях 20% воды и около 10% в верхних слоях кожи.

Именно благодаря воде обеспечивается тонкое регулирование всех процессов в организме. Вода регулирует массу и температуру нашего тела, разносит питательные вещества к клеткам и выводит шлаки и продукты распада из организма, защищает внутренние органы, участвует в процессе дыхания, растворяет минеральные соли, помогает организму усваивать питательные вещества и преобразовывать пищу в энергию.

Водный обмен регулируется жаждой, метаболизмом, ведущим к образованию воды вследствие процессов окисления, кислотно-щелочным балансом (ацидоз увеличивает диурез, алкалоз -- уменьшает), а также функциональным состоянием почек, играющих решающую роль в водном обмене. Резкие сдвиги водного баланса как в сторону гипо-, так и гипергидратации неблагоприятно отражаются на общем состоянии организма человека. При этом избыток воды переносится легче, чем ее недостаток. При понижении содержания воды в организме всего на 2% человек чувствует усталость. Если оно понизится на 8%, следует ожидать серьезных проблем со здоровьем, а на 12% -- вероятна остановка сердца.

Вода организма расположена в различных областях и не смешивается в одну общую массу. Различают клеточный и внеклеточный сектор. К последнему относится:

вода плазмы;

органов, а интерстициальная вода (водный раствор неорганических солей, питательных веществ и конечных продуктов метаболизма) и лимфа;

вода, содержащаяся в плотной соединительной ткани (хрящи, сухожилия);

вода костной ткани;

межклеточная вода, которая секретируется слизистыми и серозными оболочками также содержится в полых органах, эндокринных и экзокринных железах.

Внеклеточная вода составляет у взрослого молодого человека около 45% общего количества воды, на ее долю приходится 27% от веса тела. Остальное количество воды (55%) располагается внутриклеточно и составляет 33% от веса тела.

У младенцев большая часть воды в организме находится внутри оболочек клеток, что делает их более энергичными и здоровыми. С возрастом и потерей влаги, жидкость внутри клеток уходит, собираясь в пространствах между ними, и уже не может вернуться назад. Существует множество причин, по которым внеклеточной воде трудно проникнуть за оболочку клеток и обновить их функции, когда мы достигаем пожилого возраста. На этот процесс влияют стресс, нехватка кислорода и кровоснабжения клеток, обезвоживание, употребление загрязненной воды, кофе, газированных напитков и алкоголя. Каждый из этих факторов влияет на развитие хронического обезвоживания организма и преждевременный процесс старения.

Усыхание организма - один из самых существенных факторов старения. Об этом писал еще Авиценна в своих «Рецептах долголетия». Постепенное сокращение количества воды в организме приводит к сгущению крови и лимфы, замедлению обмена веществ, снижению эластичности суставов, кожи и мышц, появлению морщин. Вместе с водой из клеток организма уходит жизнь.

8. Для чего нужна вода

Очень часто специалисты по здоровому питанию, диетологи и даже врачи гораздо больше внимания уделяют продуктам питания и их калорийности, часто забывая о том, что для доставки питательных веществ по назначению к клеткам, организму необходимо достаточное количество растворителя.

Вода -- это самый распространенный на Земле растворитель, и чем с большим количеством примесей она попадает в наше тело, тем меньший положительный эффект от ее использования. Сейчас многие вообще воду не пьют, и это очень плохо. Недавние исследования американских ученых показали, что 70% детей дошкольного возраста совсем не пьют чистую воду. Родители предпочитают давать детям соки, считая их полезнее воды. Однако привычка пить соки и газированные напитки приводит к нарушению водного баланса в организме и повышению его восприимчивости к различным заболеваниям. Недостаток воды -- причина многих хронических заболеваний.

Признаками обезвоживания являются сухая кожа, головные боли, усталость, депрессия, мышечные судороги. Хроническое обезвоживание может привести к проблемам с кровяным давлением, проблемам кровообращения и пищеварения, дисфункции почек и тяжелым осложнениям в любой системе нашего организма. Симптомами хронического обезвоживания являются изжога, боль в суставах и спине, колиты, фибромиалгия, астма, аллергии, диабет, псориаз, экзема и другие заболевания.

Те, кто пьют мало воды, болеют чаще. Вода увлажняет поверхность бронхов и слизистую желудка и кишечника (области, максимально подверженные атакам бактерий и вирусов), активизируя их защитные свойства. Когда организму не хватает воды, слизистые обезвоживаются и высыхают. Тогда мокрота и слизь прилипают к стенкам дыхательных путей, превращаясь в благодатную среду для бактерий и вирусов.

Как мы знаем, вода входит в состав лимфы. Лимфатические сосуды выполняют важнейшую функцию очистки, фильтрации и выведения из организма белков и отходов пищеварения вместе с водой. В лимфатических сосудах имеются гамма-глобулины (защитные антитела) и энзим лизоцим, обладающий антибактериальными свойствами. Нормальное функционирование иммунной системы без чистой, хорошей воды невозможно.

Вода участвует во всех обменных процессах. И для того, чтобы увеличить их скорость и сбросить лишний вес, нужно пить больше чистой воды. Если же организм испытывает водный дефицит, он, наоборот, все свои процессы замедляет и начинает откладывать жир - про запас. Кроме того, недостаточное употребление чистой воды делает слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта более уязвимыми для агрессивного воздействия желудочного сока, что в конечном итоге может привести к развитию эррозивных и язвенных процессов. Чистая вода необходима также для того, чтобы усваивать и расщеплять сахар, а также протеины, участвующие в росте и восстановлении тканей.

Размещено на Allbest.ru