Вода и водные ресурсы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вода и водные ресурсы

Содержание

• 1. Что такое вода
• 2. Свойства воды
• 3. Распространение водных ресурсов
• Список литературы

1. Что такое вода

Вода (оксид водорода) -- прозрачная жидкость, не имеющая цвета (в малом объёме), запаха и вкуса. Химическая формула: Н₂O. В твёрдом состоянии называется льдом или снегом, а в газообразном -- водяным паром. Около 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озёра, реки, лёд на полюсах).

Является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы).

Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды.

Вода - самое распространенное на поверхности Земли химическое соединение и вместе с тем самое удивительное. Она - единственное вещество, встречающееся в природе одновременно во всех трех агрегатных состояниях - твердом, жидком и газообразном.

Вода - универсальный растворитель, она растворяет больше солей и других веществ, чем любое другое вещество. Вода имеет очень редкую способность расширяться при замерзании, благодаря чему лед имеет плотность меньше единицы и плавает на воде, остающейся под ним в жидкой фазе, где водные организмы не замерзают.

Вода - очень прочное химическое соединение. Вода имеет самое большое из всех жидкостей поверхностное натяжение, что обусловливает ее высокую капиллярность. Газообразная вода - водяной пар легче воздуха, благодаря чему возможно образование облаков, перенос воды в атмосфере и выпадение осадков.

Мы привыкли называть чистой воду, которая строго говоря, таковой не является. Хлорирование воды - далеко не лучший метод её обработки. Оно устраняет опасность эпидемий, но грозит обострением желудочно-кишечных болезней под влиянием хлоридов.

Главный критерий, интересующий здорового человека, это благоприятное воздействие воды на человеческий организм. Но вода вбирает в себя информацию обо всех загрязнениях, которыми мы нагружаем окружающую природу. Выявлены достоверные связи между физическими и психическими заболеваниями людей и применением пестицидов и минеральных удобрений в конкретной местности.

Исследователи раскрывают все более тонкие и сложные механизмы "внутренней организации" водной массы. Изучение воды дает все новые факты, углубляя и усложняя наши представления об окружающем мире. Развитие этих представлений помогает нам понять свойства воды и особенности взаимодействия ее с другими веществами.

Воду считают самым трудным из всех веществ, изучаемых физиками и химиками. Химический состав вод может быть одинаков, а их воздействие на организм разным, потому что каждая вода формировалась в конкретных условиях. И если жизнь - это одушевленная вода, то, также как и жизнь, вода многолика и характеристики ее бесконечны.

Роль воды в жизни нашей планеты удивительна и, как ни странно, раскрыта еще не до конца. Океаны, покрывающие Землю, являются единым огромным своеобразным термостатом, который летом не дает Земле перегреваться, а зимой постоянно снабжает континенты теплом. Водная поверхность планеты поглощает избыток углекислого газа в атмосфере, иначе Земля бы перегрелась из-за "парникового эффекта".

По содержанию растворенных в ней веществ вода делится на 3 класса: пресная, соленая и рассолы. Наибольшее значение в быту имеет пресная вода. Хотя вода покрывает три четверти поверхности Земли и запасы ее огромны и постоянно поддерживаются кругооборотом воды в природе, проблема обеспечения пресной водой во многих районах земного шара не решена и с развитием научно-технического прогресса обостряется.

2. Свойства воды

Наиболее полно изучены свойства воды, благодаря которым возникла жизнь. Эти свойства сделали возможным существование живой природы в том диапазоне температур, который характерен для Земли как космического тела. Какие же это свойства?

Среди необозримого множества веществ вода с ее физико-химическими свойствами занимает совершенно особое, исключительное место. Это надо понимать буквально. Почти все физико-химические свойства воды -- исключение в природе. Она действительно самое удивительное вещество на свете. Она удивительна не только многообразием изотопных форм молекулы и не только надеждами, которые связаны с ней как с неиссякаемым источником энергии будущего. Она удивительна своими самыми обычными свойствами. Простое химическое соединение с простейшей формулой Н₂О заняло особое место на нашей чудесной планете благодаря изумительному сочетанию необычайных свойств.

Физические свойства

Вода обладает рядом необычных особенностей:

· При таянии льда его плотность увеличивается (с 0,9 до 1 г/см?). Почти у всех остальных веществ при плавлении плотность уменьшается.

· При нагревании от 0 °C до 4 °C (точнее, 3,98 °C) вода сжимается. Соответственно, при остывании - плотность падает. Благодаря этому могут жить рыбы в замерзающих водоёмах: когда температура падает ниже 4 °C, более холодная вода как менее плотная остаётся на поверхности и замерзает, а подо льдом сохраняется положительная температура.

· Высокая температура и удельная теплота плавления (0 °C и 333,55 кДж/кг), температура кипения (100 °C) и удельная теплота парообразования (2250 КДж/кг), по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом.

· Высокая теплоёмкость жидкой воды.

· Высокая вязкость, высокое поверхностное натяжение.

Термодинамические свойства воды

Вода имеет особенные, аномальные свойства. В первую очередь это касается таких термодинамических констант, как теплоемкость воды, теплота парообразования, скрытая теплота плавления льда. Аномальный характер этих величин определяет большинство физико-химических и биологических процессов на Земле.

Удельная теплоемкость воды составляет 4,1868 кДж/(кг-К), что почти вдвое превышает удельную теплоемкость таких веществ, как этиловый спирт (2,847), растительное масло (2,091), парафин (2,911) и многие другие. А это значит, что при нагревании на одинаковое количество градусов вода способна воспринять почти вдвое больше тепла, чем перечисленные жидкости. Но и при остывании вода отдает больше тепла, чем другие жидкости. Поэтому при нагревании вод Мирового океана под воздействием солнечных лучей и их остывании при отсутствии энергии солнечной радиации теплоемкость выступает как свойство, обеспечивающее минимальные колебания температуры воды днем и ночью, летом и зимой.

Аномально высокое значение имеет теплота парообразования воды. Эта величина более чем вдвое превышает теплоту парообразования этанола, серной кислоты, анилина, ацетона и других веществ. Поэтому даже в самое жаркое время вода испаряется крайне медленно, что способствует ее сохранению и, следовательно, сохранению жизни на Земле. Высокое значение скрытой теплоты плавления льда также обеспечивает стабильность температурного режима на планете.

Свойства чистой воды

Вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные -- атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.

Это свойство воды используется живыми существами. В живой клетке и в межклеточном пространстве вступают во взаимодействие растворы различных веществ в воде. Вода необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле.

Чистая (не содержащая примесей) вода -- хороший изолятор. Но поскольку вода -- хороший растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные соли, то есть в воде присутствуют положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество. По электропроводности воды можно определить её чистоту.

Вода имеет показатель преломления n = 1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60 % парникового эффекта. Благодаря большому дипольному моменту молекул, вода также поглощает микроволновое излучение, на чём основан принцип действия микроволновой печи.

Агрегатные состояния

Фазовая диаграмма воды: по вертикальной оси -- давление в Па, по горизонтальной -- температура в Кельвинах. Отмечены критическая (647,3 K; 22,1 МПа) и тройная (273,16 K; 610 Па) точки. Римскими цифрами отмечены различные структурные модификации льда.

При атмосферном давлении вода замерзает (превращается в лёд) при температуре в 0 °C и кипит (превращается в водяной пар) при температуре 100 °C. При снижении давления температура плавления воды медленно растёт, а температура кипения -- падает.

При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм.) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01 °C. Такое давление и температура называются тройной точкой воды. При более низком давлении вода не может находиться в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар. Температура возгонки льда падает со снижением давления.

При росте давления температура кипения воды растёт, плотность водяного пара в точке кипения тоже растёт, а жидкой воды -- падает. При температуре 374 °C (647 K) и давлении 22,064 МПа (218 атм.) вода проходит критическую точку. В этой точке плотность и другие свойства жидкой и газообразной воды совпадают.

При более высоком давлении нет разницы между жидкой водой и водяным паром, следовательно, нет и кипения или испарения. Так же возможны метастабильные состояния -- пересыщенный пар, перегретая жидкость, переохлаждённая жидкость.

Эти состояния могут существовать длительное время, однако они неустойчивы и при соприкосновении с более устойчивой фазой происходит переход. Например, нетрудно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0 °C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд.

Изотопные модификации воды

И кислород, и водород имеют природные и искусственные изотопы. В зависимости от типа изотопов, входящих в молекулу, выделяют следующие виды воды: лёгкая вода (просто вода), тяжёлая вода (дейтериевая), сверхтяжёлая вода (тритиевая).

3. Распространение водных ресурсов

Вода - наиболее распространенное на Земле вещество. Ее количество достигает 1018 тонн, и она покрывает приблизительно четыре пятых земной поверхности. Это единственное химическое соединение, которое в природных условиях существует в виде жидкости, твердого вещества (лед) и газа (пары воды). Вода играет жизненно важную роль в промышленности, быту и в лабораторной практике; она совершенно необходима для поддержания жизни. Приблизительно две трети человеческого тела приходятся на долю воды, и многие пищевые продукты состоят преимущественно из воды.

Водные ресурсы - воды, пригодные для использования в хозяйстве. Особенно важны ресурсы пресной воды, которая составляет менее 3% общего объема гидросферы.

Общий объём водных ресурсов оценивается в 1,4 млрд. км?, из них на долю пресных вод приходится только 2 %, а на долю технически доступных для использования - всего 0,3 %. Забор воды из всех источников составляет около. 4000 км? в год. Водные ресурсы используются в энергетике, для орошения земель, промышленного, с.-х., коммунально-бытового водоснабжения, а также в качестве транспортных путей. При использовании водных ресурсов их количество либо не меняется вообще (напр., в гидроэнергетике, водном транспорте), либо часть их изымается (для орошения, коммунального водоснабжения).

Техносфера в настоящее время сильно конкурирует с биосферой за наиболее доступные резервуары пресной воды. Преобладающим источником водоснабжения в мире остаются реки, многие из которых зарегулированы человеком: значительная часть стока рек мира проходит через плотины гидроэлектростанций., создано более 30 тыс. водохранилищ с общей площадью зеркала около 500 тыс. км², что больше площади Черного и Азовского морей. Безвозвратный расход воды, заканчивающийся в основном испарением, составляет 75%.

Человеку каждый день необходима вода для питья и приготовления пищи. Не так уж вроде и много воды требуется для этого - примерно 2,5-3 л в сутки на человека, но это 1 м³ в год. Однако это особая вода, питьевая. К ней предъявляются повышенные требования по чистоте, она не должна содержать вредных для здоровья примесей и патогенных микробов.

Вода нужна людям каждый день и для других целей, поэтому очень важно ее рационально и бережно расходовать, поскольку запасы ее на Земле не так уж и безграничны. Если доступным для организмов суши ресурсом пресной воды считать только постоянно возобновляемые запасы воды в почве, биомассе, реках и озерах, то их суммарный статический объем составляет всего 0,014% общего количества воды на планете. Большая часть запасов пресной воды сосредоточена в материковых льдах, главным образом Антарктиды (см. табл.).

Список литературы

агрегатный оксид водород вода

1. Андреев В.Г. Влияние протонного обменного взаимодействия на строение молекулы воды и прочность водородной связи. Материалы V Международной конференции "Актуальные проблемы науки в России", Кузнецк 2008, т. 3 с. 58 - 62.

2. Википедия - свободная энциклопедия /http:// ru.wikipedia.Org/wiki /H₂O.

3. География. Современная иллюстрированная энциклопедия/ под ред. проф. А.П. Горкина.- М.: Росмэн, 2006.

4. Краткий географический словарь. М.: EdwART, 2008.

5. Кульский Л., Даль В., Леншина Л. Вода знакомая и загадочная. - М., 2005.

6. О некоторых вопросах поддержания качества воды и ее самоочищения / Водные ресурсы. 2005. т. 32. № 3. С. 337 - 347.

Размещено на Allbest.ru