Абсолютно чистая вода свойства

Свойства воды

Материал из ТеплоВики — энциклопедия отоплении

Вода – самое аномальное вещество природы. Это расхожее выражение связано с тем, что свойства воды во многом не соответствуют физическим законам, которым подчиняются другие вещества.

Содержание

Химически чистая вода

Когда мы говорим о природной воде, все суждения должны быть отнесены не к воде как таковой, а к водным растворам разных, фактически всех, элементов Земли.
До сих пор получить химически чистую воду не удалось. Например, в одном из опытов немецкий химик В.Ф. Кольрауш подвергал воду 42 циклам дистилляции подряд, причем вода находилась в сосуде, с которым ученый работал до этого опыта в течение 10 лет. Следовательно, можно было предположить, что из стенок сосуда в выпариваемую воду ничего не перейдет. Степень чистоты воды, полученной в опыте Кольрауша и определенной по электропроводимости, оказалась в 100 раз больше, чем у монодистиллированной (один цикл дистилляции) воды.
Но все-таки эту воду нельзя назвать абсолютно чистой: в дистиллированной воде сразу же растворяются газы земной атмосферы и, вероятно, все-таки частицы стенок сосуда. В воде есть и «собственные» примеси: при обычной температуре из каждого миллиарда молекул воды образуется два иона – Н + и ОН — . Ион Н + немедленно присоединяется к молекуле воды, образуя ион гидроксония Н₃О + .

Строение молекул и ассоциатов природной воды

Самая простая принятая сегодня модель молекулы воды – тетраэдр. В действительности одиночные молекулы воды при нормальных температуре и давлении не существуют. Есть несколько гипотез, описывающих строение и свойства ассоциатов воды. Однако единое понимание пока не достигнуто.
Существует и вполне обоснованное мнение о том, что в воде, кроме ионов Н + , Н₃О + и ОН — (отвлекаясь от инородных примесей), содержатся и другие ионы: Н₉О₄ + и Н₇О₄ — . По этой гипотезе в воде идет реакция:

Не лишено основания предположение ряда ученых-физиков: из-за асимметричного расположения электрических зарядов в молекуле воды все молекулы связаны друг с другом – каждый из ионов водорода одной молекулы притягивает к себе электроны атомов кислорода в соседних молекулах. И можно сказать: все молекулы воды связаны в одну пространственную сетку, то есть океан – одна гигантская молекула. Но составные части этой макромолекулы находятся в постоянных изменениях в зависимости от внешних условий (температуры и др.).

Состав природной воды. Изотопы

Вследствие существования изотопов водорода и кислорода молекулярная масса воды может отличаться от 18. В природной воде найдены три изотопа водорода и три изотопа кислорода. Искусственно созданы два изотопа водорода и пять изотопов кислорода. Теоретически сегодня можно говорить о 135 различных видах воды. Но только девять из них устойчивые.
Соотношение этих стабильных изотопов в природной воде, % мол.: 1 Н₂ 16 О – 99,73; 1 Н₂ 18 О – 0,20; 1 Н₂ 17 О – 0,04; 1 Н₂Н₁₆О

0,03%. Другие изотопы присутствуют в ничтожном количестве.

Физические свойства воды

Полярная асимметричная структура воды и разнообразие ее ассоциатов обусловливают удивительные аномальные физические свойства воды.
Вода достигает наибольшей плотности при плюсовой температуре, у нее аномально высокие теплота испарения и теплота плавления, удельная теплоемкость, температура кипения и замерзания. Например, можно сравнить воду с аналогичными водородными соединениями подгруппы кислорода периодической системы элементов Д.И. Менделеева (таб.1)

Таблица 1
Зависимость температур замерзания и кипения некоторых соединений водорода от молекулярной массы

Соединения элементов подгруппы кислорода с водородом	Молекулярная масса	Температура, °С
замерзания	кипения
H2Te	130	–51	–4
H2Se	81	–64	–42
H2S	34	–82	–61
H2O	18	0	+100

Исходя из температур кипения и замерзания гидридов серы H₂S, селена H₂Se и теллура H₂Te, вода (гидрид кислорода) должна была бы кипеть при температуре минус 80°С и замерзать при минус 100°С. В действительности вода кипит при +100°С и замерзает при 0°С.
Наибольшая плотность воды при температуре +4°С обеспечивает жизнь в воде зимой. Плотность чистой воды, свободной от воздуха, при атмосферном давлении 0,1 МПа равна 1,00000 г/мл. При любых других температурах плотность меньше.

Большая удельная теплоемкость – 4,1855 Дж/(г ·°С) при 15°С – способствует регулированию температуры на Земле из-за медленного нагревания и остывания масс воды. У ртути, к примеру, удельная теплоемкость при 20°С – только 0,1394 Дж/(г ·°С). Вообще теплоемкость воды более чем вдвое превышает теплоемкость любого другого химического соединения. Этим можно объяснить выбор воды в качестве рабочего тела в энергетике.
Аномальное свойство воды – расширение объема на 10% при замерзании обеспечивает плавание льда, то есть опять сохраняет жизнь подо льдом.
Еще одно чрезвычайно важное свойство воды – исключительно большое поверхностное натяжение. Молекулы на поверхности воды испытывают действие межмолекулярного притяжения с одной стороны. Так как у воды силы межмолекулярного взаимодействия аномально велики, то каждая «плавающая» на поверхности воды молекула как бы втягивается внутрь слоя воды. У воды поверхностное натяжение равно 72 мН/м при 25°С. В частности, этим свойством объясняется шаровая форма воды в условиях невесомости, поднятие воды в почве и в капиллярных сосудах деревьев, растений и т.д. Для сравнения: у этилового спирта при этой же температуре поверхностное натяжение в 3,5 раза меньше.

Источники

Хохрякова Е.А., Резник Я.Е. Водоподготовка / Под ред. д.т.н. С.Е. Беликова. — Москва: Издательский Дом «Аква-Терм», 2007. — С. 13-15. — 240 с. — 3000 экз. — ISBN 5-902561-09-4 (978-5-902561-09-5)

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Абсолютно чистая вода

Абсолютно чистая вода при [ Н ] — 10 — т имеет D7; р полаосты. [2]

Абсолютно чистой воды в природе нет — она всегда содержит какие-либо вещества. Взаимодействуя с солями, содержащимися в земной коре, она приобретает определенную жесткость. Жесткость воды является одним из очень важных показателей качества воды при использовании ее в системах охлаждения ГПА. Жесткость воды обусловлена главным образом растворенными в ней солями калия и магния. Различают жесткость общую Ж0, карбонатную ( временную) Жк и некарбонатную ( постоянную) Жш. Соли, определяющие карбонатную жесткость воды при температуре выше 40 С, способны выпадать из воды и откладываться на нагретых поверхностях. Отложения, даже незначительные, сильно снижают теплоотдачу нагретых поверхностей и тем самым нарушают их охлаждение. [3]

Хотя абсолютно чистая вода должна иметь рН, равное 7, в действительности же рН даже у наиболее тщательно приготовленной воды редко точно равняется 7 вследствие незначительных загрязнений. [4]

Как известно, абсолютно чистая вода должна иметь нейтральную реакцию. Однако при соприкосновении с воздухом вода поглощает наряду с кислородом и углекислоту. Вода, следовательно, получает определенную кислотность, которая может быть использована для нейтрализации щелочей. [5]

Впервые константа диссоциации абсолютно чистой воды была определена Кольраушем и Гейдвейлером ( 1894 г.) методом электропроводности. [6]

Получить таким способом абсолютно чистую воду нельзя, так как стекло частично растворяется в воде. Однако для изготовления лекарств такая вода ( Aqua destillata) вполне пригодна. [7]

Мало того, получить абсолютно чистую воду еще никому не удалось, сколь бы тщательным и длительным не был способ ее очистки. Так, можно добиться получения лишь химически чистой воды, а эта чистота условна. Естественно, что при таких способностях вода в природе всегда является раствором веществ и газов. [8]

Таким образом, концентрация водородных ионов абсолютно чистой воды при 22 С равна одной деся-т и м и л л и о н н о и грамма Н — ионов в 1 литре. [9]

Так как, согласно новейшим опытам, абсолютно чистая вода максимально приближается к идеалу непроводника, а следовательно, и неэлектролита, то важно доказать, что в этих и подобных случаях разлагается прямо электрохимически не вода, а что здесь составные элементы воды выделяются из кислоты, в образовании которой, разумеется, должна участвовать также и вода раствора. [10]

Поскольку степень диссоциации ( а) для абсолютно чистой воды величина крайне незначительная, при определении недиссоциированной части воды этой величиной без особой погрешности можно пренебречь и тогда знаменатель будет рааен единице. [11]

Несколько точек калибровочного графика получают разведением контрольной суспензии абсолютно чистой водой . [12]

Абсолютно чистую воду никогда и никому еще не удавалось получить ни в одном из ее агрегатных состояний; химически чистую воду, в значительной мере лишенную растворенных веществ, производят путем длительной и кропотливой очистки в лабораториях или на специальных промышленных установках. [13]

Зная константу диссоциации, легко высчитать концентрацию водородных и гидроксильных ионов воды. В абсолютно чистой воде количество Н и ОН — ионов одинаково. [14]

Источник

Может ли на самом деле существовать чистая вода?

Судя по рекламе, так называемая «чистая» вода очень важна для людей. Бутилированная ключевая вода различных мировых брендов рекламируется в первую очередь как «чистая», а уже потом все остальное.

Чистая вода

Компании, производящие фильтры для воды зарабатывают немалые деньги, обещая полностью очистить ее от химических веществ, оставив в кувшине исключительно H₂O. Есть даже целая отрасль альтернативной медицины, основывающаяся на абсолютно магических свойствах так называемой «совершенно» чистой воды.

Проблема в том, что абсолютно чистой воды не существует ни в природе, ни даже в лаборатории. Возможно, где-то на бескрайних просторах вселенной и найдется чистейшая вода, но уж точно не на Земле.

Растворитель

Мэй Найман, преподаватель химии в Университете штата Орегон, объясняет, что молекулы воды с готовностью притягивают ионы из окружающей среды, поэтому даже в стерильных условиях она не может быть чистой.

Вода прекрасно растворяет другие вещества. Все потому, что у молекул воды необычная форма, похожая на силуэт головы Микки-Мауса, с двумя водородными ядрами с одной стороны и кислородным ядром с другой стороны, и у них различные заряды.

Молекулы воды используют свои заряженные водородные ядра, чтобы цепляться друг за друга, но, кроме этого, они с готовностью цепляются и к другим молекулам. Вероятнее всего, вода растворяет в себе хоть самую маленькую часть любого материала, который вступает с ней в контакт.

И чем она чище, тем сильнее ее молекулы пытаются притянуть к себе ионы из окружающей среды.

Магнит

Это ограничивает способность людей создать даже искусственным образом абсолютно чистую воду, потому что в определенный момент, в порыве притянуть к себе хоть что-нибудь, вода начнет растворять внутренние стенки сосуда, в котором находится.

Среди химиков часто можно услышать описание воды из озера Байкал. Дело в том, что в этом озере обитают особенные моллюски, которые «фильтруют» воду, поедая все органические вещества, находящиеся в ней.

В 90-х годах в озере Байкал была настолько чистая вода, что, попадая в стакан, она начинала разъедать стекло. Воде необходимы ионы, поэтому она готова получать их даже из стекла.

Питьевая вода

Эта потребность воды в ионах слишком сильна, и даже в строгих лабораторных условиях ученым не удается ее избежать. Все, что попадает в контакт с чистой водой, оставляет в ней следы столкновения, даже пылинка или пластиковый контейнер.

Полностью чистая вода необходима в крайне редких ситуациях. Именно поэтому в большинстве государств, но не везде, можно пить воду прямо из крана. Даже в тех случаях, когда необходима максимально чистая вода, современные системы фильтрации могут устранить большинство химических веществ из состава воды.

Источник

Какой должна быть питьевая вода — Часть 1

Какой должна быть вода, которую мы пьем? На этот вопрос всякий ответит, не задумываясь: «Чистой». О том, что это значит на самом деле и о многом другом мы расскажем в этом материале.

Вода, она же оксид водорода — самая распространенная жидкость на поверхности планеты. Именно она считается формальным маркером жизни — например, наибольший интерес для астрономов представляют именно экзопланеты, которые располагаются в так называемой потенциально обитаемой зоне. Это узкий интервал расстояний от звезды, при попадании орбиты в который на поверхности планеты может быть вода в жидком состоянии. Это легко объяснимо: подавляющее большинство обменных процессов в тканях и клетках протекают в водной среде.

Что значит чистая вода?

Вопрос о чистоте воды — вопрос, в первую очередь, терминологии. Например, химически чистое вещество, с точки зрения теории, — вещество, состоящее из молекул одного вида. На практике обычно это означает, что никакими существующими методами химического анализа в нем нельзя найти примеси. Но так как химической лаборатории под рукой обычно не бывает, чистота определяется из других соображений.

Самое простое, бытовое, это посмотреть на цвет и прозрачность воды. Любая взвесь выдаст наличие нерастворимых примесей даже невооруженному глазу. Прозрачная, но окрашенная вода говорит о наличии растворимых примесей, поглощающих определенные цвета из солнечного спектра (кстати, эта оценка на глаз тоже используется при анализе воды в лаборатории: мутность и поглощение света измеряют специальными методами — турбидиметрией и оптической спектрометрией соответственно).

Второе — это понюхать воду. У чистой воды нет запаха, так как она является довольно устойчивым оксидом и не вступает во взаимодействие с рецепторами, которые отвечают за запах. Наличие резкого запаха, как это ни банально, обычно означает наличие некоторых примесей, которые за этот запах отвечают.

Третье — это попробовать воду на вкус. Вообще говоря, вкус — это реакция соответствующих рецепторов на определенные химические соединения. Например, соленый вкус — это реакция определенных рецепторов на ионы натрия. Рецепторов для идентификации воды, вообще говоря, у человека нет (есть мнение, что это было полезно в ходе эволюции), но есть несколько гипотез , которые позволяют объяснить, почему некое ощущение вкуса воды возникает. Если коротко, оно связано с тем, что рецепторы языка адаптируются к вкусу нашей слюны так, чтобы мы его не ощущали постоянно. Попадание воды меняет концентрацию слюны, то есть среду, в которой находятся рецепторы, что и вызывает похожие на вкус ощущения от воды. При этом абсолютно чистая вода, скорее всего, будет восприниматься как слегка горьковатая.

Мы даже не начинали перечислять десятки других видов примесей, которые могут присутствовать в воде, но примерное представление об идеально чистой воде получили: прозрачная, бесцветная, без вкуса и запаха. Возникает следующий закономерный вопрос: можно ли такую воду пить?

Можно ли пить совсем чистую воду?

Можно, но однозначной рекомендации пить обессоленную воду (то есть воду, из которой удалены все соли) вы не найдете, пусть вопрос о ее общей пользе для здоровья и остается открытым. Среди отчетов Всемирной организации здравоохранения можно найти некоторые общие выводы на этот счет. Несмотря на то, что обессоленная вода ни в коем случае не является ядом и не может существенно навредить организму (как вас могли пугать в школе, например), исследователи по большей части рекомендуют реминерализацию воды после ее полной очистки.

Почему так происходит? Потому, что соли (которые в растворе диссоциируют на ионы натрия, калия, хлора и других элементов) придают воде те свойства, без которых в нашем организме будут невозможны многие процессы. Скажем, важным элементом клеточных мембран являются ионные каналы — это каналы, по которым могут двигаться строго определенные ионы. Например, калиевый канал не пропустит ионы натрия, и наоборот. Благодаря наличию таких каналов ионные составы внутри и снаружи клеток несколько отличаются.

Более того, концентрация ионов снаружи и внутри должна лежать в строго определенном диапазоне, только тогда все сложные процессы, протекающие на мембране (основном «органе связи» клетки с ее окружением) будут проходить так, как надо. Нарушение солевого баланса — процесс медленный и поначалу малозаметный — может привести к серьезным последствиям. Поскольку в ходе работы выделительной системы соли вымываются из организма естественным образом, их запас приходится восполнять. Большая часть солей в наш организм поступает с пищей, однако в случае кальция и магния вода является одним из важных источников, предоставляя до 25 процентов от общего потребления этих элементов.

Так где взять воду для питья?

Существенная часть плохих, то есть вредных, примесей можно условно поделить на химические и биологические (есть еще органолептические и радиологические, но про них мы говорить не будем). Первые, вероятно, мало заботили людей в предшествующие века, так как в отсутствие какой-либо химической промышленности заражать водоемы было просто нечем (хотя бывают неприятные исключения вроде водных источников Бангладеш, в которых содержатся, среди прочего, повышенные концентрации мышьяка). А вот опасность биологического заражения существовала всегда.

Долгое время борьба с биологическими загрязнениями велась при помощи эмпирических методов. Например, научившись термически обрабатывать пищу, люди научились и кипятить воду. Только лишь в середине XIX века Луи Пастер доказал, что кипячение уничтожает большинство микроорганизмов. Для обеззараживания воды и других напитков использовали и другие средства. Так, хмель — неотъемлемую составляющую современного пива, — еще в древности стали добавлять в сусло именно потому, что он обладает бактерицидными свойствами. Сам факт бактерицидности выяснился позже, но пивовары замечали, что добавление хмеля снижало риск того, что пиво скиснет.

Современные методы стерилизации воды пошли значительно дальше. Поскольку кипятить всю водопроводную воду было бы крайне затратно, применяют другие методы: например, хлорирование, озонирование или кварцевание, то есть облучение воды ультрафиолетом. Последние два метода уступают хлорированию, но зато практически не оставляют после себя «следов», что делает их более безопасными. Хлорирование же предполагает добавку к воде хлорсодержащих примесей, например, хлорноватистой кислоты или ее солей — гипохлоритов, которые со временем приводят к образованию атомарного кислорода. Он в итоге и стерилизует воду, то есть убивает содержащиеся в ней микроорганизмы. В целом можно сказать, что вода, прошедшая водоподготовку лишается абсолютного большинства биологических примесей, так что за эту сторону можно не переживать.

Современным людям, в отличие от предков, приходится иметь дело и с химическими загрязнениями. Необходимость предварительно очищать воду и положило начало такой технологии, как водоподготовка. В России первые станции водоочистки стали появляться с развитием водопроводных и канализационных сетей в крупных городах. В Москве, например, водопровод открыли в 1804 году. Поскольку воду тогда брали из ключей в районе современных Мытищ, дополнительная ее очистка не требовалась. Только через 100 лет, в 1903 году, была построена Рублевская водопроводная станция, оснащенная аппаратурой для водоподготовки по «английской» системе: воду отстаивали для удаления крупнозернистых примесей, а затем пропускали через песчаные фильтры.

Продолжение читайте во второй части.

Источник