Для приготовления растворов применяется вода

Тема 1.4. Свойства и применение воды. Растворы
план-конспект урока

Опорный конспект по теме » Вода . Свойства воды . Водные растворы » для самостоятельного изучения и подготовки к уроку. . Водные растворы . Вода — жизненная среда всех живых организмов. Человек живет на суше, но его организм на 65-70% состоит из воды .

Скачать:

Вложение	Размер
Вода. Свойства воды. Растворы	34.06 КБ
Кроссворд Свойства воды	15.37 КБ
Презентация .Вода	1.02 МБ
Дополнительный материал к уроку	901.91 КБ
Домашнее задание. Ответить на вопросы	13.1 КБ

Предварительный просмотр:

Тема урока: «Вода. Свойства воды. Водные растворы»

Физические свойства воды

Чистая вода — прозрачная жидкость, без цвета, вкуса и запаха, плотность 1 кг/л, температура кипения 100 °С при 1 атм, температура плавления 0°С. У воды высокая удельная теплоемкость — 4,12 кДж/кг К), поэтому она долго нагревается и медленно остывает. У воды большая теплота испарения. На испарение 1 г воды требуется 2,25 кДж теплоты.

Атомы Н и О в молекуле воды соединены полярными ковалентными связями. На атоме водорода в молекуле Н 2 О имеется небольшой положительный заряд δ+, а на атоме кислорода — небольшой отрицательный δ-. Поскольку молекула воды имеет уголковое строение, она представляет собой двухполюсную частицу — диполь : . Между молекулами воды существует межмолекулярная водородная связь: Н 2 O ··· Н 2 O .

Химические свойства воды

Вода реагирует со многими металлами по типу реакций замещения.

С наиболее активными металлами — от Li по Аl в ряду активности металлов при комнатной температуре протекают реакции замещения одного атома Н в молекуле Н 2 O . С магнием реакция идет при нагревании, с алюминием — после снятия защитной оксидной пленки. В реакции образуются гидроксиды металлов — соединения, содержащие гидроксогруппу ОН, и водород:

2Li + 2Н 2 O = 2LiOH + Н 2 ↑,
Са + 2Н 2 O = Са(ОН) 2 + Н 2 ↑.

Менее активные металлы — Zn, Mo, W, Fe — взаимодействуют с водой при высокой температуре (400-600 °С). В этих реакциях образуются оксиды металлов и водород:

Zn + Н 2 O = ZnO + Н 2 ↑,
3Fe + 4Н 2 O = Fe 3 O 4 + 4Н 2 ↑

Вода реагирует с оксидами активных металлов (реакция гидратации). При этом получаются растворимые в воде гидроксиды металлов — щелочи :

Na 2 O + Н 2 O = 2NaOH,
СаО + Н 2 O = Са(ОН) 2 .

Вода соединяется с оксидами многих неметаллов. При этом получаются растворимые в воде гидроксиды неметаллов — кислоты :

СO 2 + Н 2 O = Н 2 СO 3 ,
SO 3 + Н 2 O = H 2 SO 4 .

Гидролиз — это обратимая реакция обмена, например соли с водой. При этом происходит расщепление молекул воды на Н и ОН, которые входят в состав двух новых веществ:

К 2 СO 3 + Н 2 O = КНСО 3 + КОН,
РСl 3 + ЗН 2 O = Н 3 РО 3 + ЗНСl.

Вода в жизнедеятельности человека. Водные растворы

Вода — жизненная среда всех живых организмов. Человек живет на суше, но его организм на 65-70% состоит из воды. Все процессы в живой клетке осуществляются в водной среде. В сутки человеку необходимо 2 л питьевой воды. Кроме того, вода нужна, чтобы варить пищу, стирать белье, умываться. Большие количества пресной воды расходуются в промышленности и сельском хозяйстве (растворитель). Отметим, что соленая вода морей и океанов для этих целей непригодна. Доля пресной воды в общих запасах воды на Земле составляет менее 3% от всех водных ресурсов.

Вода — химический реагент. Соединяясь с оксидами активных металлов, вода образует щелочи, а в реакциях с оксидами неметаллов дает кислоты — два больших и важных в деятельности человека класса веществ. Один из способов синтеза этилового спирта (этанола) C 2 H 5 OH — реакция этилена С 2 Н 4 с водой:

С 2 Н 4 + Н 2 O = С 2 Н 5 ОН.

Жесткость воды — это свойства воды, обусловленные содержанием в ней ионов Са 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ . Если концентрация этих ионов велика, то воду называют жесткой, если мала — мягкой. При стирке с мылом в жесткой воде образуются осадки, часть мыла уходит в осадок и ухудшается качество ткани. Такая вода непригодна для охлаждения в радиаторах автомобилей, в паровых котлах и стиральных машинах. При нагревании жесткой воды образуется накипь, которая забивает трубы и ускоряет изнашивание механизмов. Различают временную и постоянную жесткость воды.

Временная или карбонатная жесткость вызвана присутствием растворенных гидрокарбонатов кальция Са(НСО 3 ) 2 , магния Mg(HCO 3 ) 2 и железа Fe(HCO 3 ) 2 . При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются с образованием осадка карбоната, и жесткость воды снижается:

Са(НСO 3 ) 2 = СаСО 3 ↓ + СO 2 ↓ + Н 2 O,
Fe(HCO 3 ) 2 = FeCO 3 ↓ + CO 2 ↓ + Н 2 O.

Другой способ устранения временной жесткости — действие известкового молока или соды:

Постоянная жесткость воды обусловлена присутствием в ней хлоридов, сульфатов и других растворимых солей кальция, магния и железа. Ее устраняют действием соды:

СаСl 2 + Na 2 CO 3 = СаСO 3 ↓ + 2NaCl.

Водный раствор — разновидность раствора, в котором растворителем служит вода. Будучи превосходным растворителем, именно вода используется для приготовления большинства растворов в химии.

Вещества, которые плохо растворяются в воде, называют гидрофобными (‘боящимися воды’), а хорошо в ней растворяющиеся — гидрофильными (‘любящими воду’). Примером типичного гидрофильного соединения может служить хлорид натрия (поваренная соль).

Если вещество образует водный раствор, который хорошо проводит электрический ток, то он называется сильным электролитом; в противном случае — слабым.

Источник

Вода не всякая подойдет!

Вода – важный компонент для приготовления строительных растворов для возведения конструкций и отделки. Не секрет, что для затворения цемента подходит не любая жидкость, а соответствующая определенным требованиям. Мы расскажем, какой должна быть вода для бетонов и строительных растворов и почему нельзя использовать жидкость из любого водопроводного крана.

Проблема выбора источника

Бетонные и другие растворы на цементе отличаются прочностью готового изделия или покрытия. Это свойство обеспечивается особой структурой, которая образуется в результате гидратации и химических реакций компонентов смеси между собой. На характеристики материала оказывает воздействие минералогический состав раствора, который подбирается тщательным образом.

Влияние воды на марку бетона нельзя недооценивать – жидкость может как способствовать приобретению прочности и других проектных параметров, так и значительно их снизить из-за наличия таких компонентов в составе:

1. Вода с минералами в избыточном или недостаточном количестве может снижать скорость твердения, итоговую прочность, препятствовать образованию молекулярных связей в структуре камня.
2. Органические загрязнения (ил, плесневелые грибки) вредят бетону фактически и в перспективе: они мешают минеральным компонентам вступать в реакцию и качественно кристаллизоваться, со временем во влажной среде органика развивается и разрушает изделие по всему объему.

Соответственно, использовать можно только воду, которая соответствует государственным нормативам, то есть из водопроводов, но проверенных лабораторно: к сожалению, действительно хорошая жидкость доходит до потребителя редко из-за плохого состояния проводных магистралей. То же относится к промывке наполнителей и поливке молодого твердеющего бетона.

Стандарт

Качество воды для бетонов и растворов регламентирует специальный ГОСТ 23732-2011 «Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия». Документ устанавливает ограничения по наличию в среде минералов и химических соединений (таб. 1 ГОСТа):

ГОСТ подробно описывает, какая вода для бетона, а также критерии для оценки ее качества при предварительных испытаниях (таб. 3 настоящего стандарта):

При наличии удобного источника водопровода перед использованием ресурса проводят обязательный анализ и сравнивают полученные показатели со значениями из таб. №3. При их соответветствии вода поступает в работу для замеса бетона и продуктов на основе цемента.

Влияние химических соединений на качество бетона

В бетоне много воды – от 155 литров на 1 м 3 , в зависимости от фракции щебня, песка, ожидаемой марки камня. Жидкость взаимодействует с каждой песчинкой и пылинкой цемента, поэтому ее качество оказывает влияние на весь объем будущей конструкции. Как химические соединения в воде влияют на свойства бетона, если пренебречь установленными нормами ГОСТа?

• Сахара и фенолы отсрочивают твердение бетона и сильно ухудшают его качество. Нормируемое содержание этих веществ – 10 мл/литр;
• Нефтепродукты образуют водонепроницаемую пленку на частичках вяжущего;
• Поверхностно-активные вещества (мыльные остатки) также обволакивают компоненты. В отличие от присадок-улучшителей, дают только замедление твердения;
• Растворимые соли сульфат-ионов и хлор-ионов кристаллизуются в порах бетона, приводят к коррозии камня и арматуры. По этой причине воду из моря использовать категорически запрещено.

Сточные, болотные и речные воды использовать для затворения бетонов и цементов можно, но только после очистки и проверки санитарно-эпидемиологической станцией.

Количество воды

Водосодержание бетона часто застает врасплох обывателей: сколько жидкости нужно для замеса раствора оптимальной подвижности? Тем не менее, знать это нужно, ведь вода находится в теле конструкции долгое время – гидратация может происходить в течение нескольких месяцев, необходимо обеспечить нормальные условия для этого.

В сводной таблице представлен технологический расход воды на куб при производстве бетона:

От чего зависит расход воды в бетоне:

• Фракция песка и щебня;
• Марка цемента и его тип;
• Ожидаемая марка бетона.

Объем воды в бетоне не должен превышать норму – в погоне за пластичностью можно легко потерять качество, избыток жидкости тормозит гидратацию цемента, а ожидаемую прочность бетон не наберет. Соответственно, добавлять ее при замесе сверх нормы нельзя.

Слишком малое водосодержание бетонного раствора не даст перемешать компоненты должным образом, а пластичность у такого будет минимальной.

Чтобы получить бетон с хорошей пластичностью и удобоукладываеомстью, используйте специальные пластификаторы!

Источник

Медицинская биохимия, принципы измерительных технологий в биохимии, патохимия, диагностика, биохимия злокачественного роста. Часть 2.

Вода и электролиты

1. Вода — универсальный биологический растворитель

Растворителем, в котором работают почти все известные живые системы, служит окись водорода, или вода (H 2O). В молекуле воды атом кислорода соединен с двумя атомами водорода одинарными ковалентными связями.

Раствори́мость — способность вещества образовывать с другими веществами однородные системы — растворы, в которых вещество находится в виде отдельных атомов, ионов, молекул или частиц.

Электроотрицательность — сила, с которой атом в составе молекулы оттягивает на себя общие с другим атомом электроны, образующие ковалентную связь. Это понятие ввел Лайнус Полинг (Linus Carl Pauling). Самый электроотрицательный элемент — фтор, за ним на шкале электроотрицательности следует кислород. Иными словами, кислород превосходит по электроотрицательности все другие атомы, за исключением фтора (который в биологической химии практически не встречается). Запомним этот факт.

Электроотрицательность одинаковых атомов по определению равна. Если между двумя одинаковыми атомами есть ковалентная связь, то образующие ее электроны никуда не смещены (в рамках старинной планетарной модели атома можно сказать, что они находятся точно посредине между атомами, как на картинке). Такая ковалентная связь называется неполярной.

Если ковалентную связь образуют два разных атома, то общие электроны смещаются к тому из них, у которого выше электроотрицательность. Такая связь называется полярной. При очень большой разнице в электроотрицательности она может даже стать ионной — это случится, если один атом полностью “отберет” у другого общую пару электронов.

Связь между водородом и кислородом в молекуле воды — типичный пример ковалентной полярной связи. Электроотрицательность кислорода намного выше, поэтому общие электроны смещены к нему. В результате на кислороде возникает маленький отрицательный заряд, а на водороде маленький положительный; эти заряды принято обозначать буквой δ (“дельта”).

Связи кислорода с водородом или углеродом (H-O или C-O) — всегда полярные. Молекулы, в которых много таких связей, несут многочисленные частичные заряды, отрицательные на кислороде и положительные на водороде или углероде. В то же время связь между углеродом и водородом (C-H) считается неполярной: разница в электроотрицательности между этими элементами так мала, что смещение электронов незаметно. Например, молекулы углеводородов в силу этого полностью неполярны, они не несут никаких частичных зарядов ни на каких атомах.

При наличии полярных связей между водородом и кислородом частичные заряды на этих атомах (отрицательные на кислороде и положительные на водороде) притягиваются друг к другу, образуя водородные связи. Эти связи гораздо слабее ковалентных, но могут давать сильный эффект, если их много. Например, именно из-за колоссального количества водородных связей у воды очень высокая теплоемкость — ее трудно нагреть и трудно остудить. Строго говоря, водородная связь может образоваться не только с кислородом, но и с другими электроотрицательными атомами (например, с азотом или фтором).

Любые заряженные частицы в водном растворе гидратируются, то есть окружаются молекулами воды — конечно, по-разному ориентированными в зависимости от того, положительная это частица или отрицательная. Любые ионы, растворенные в воде, на самом деле присутствуют там в гидратированном состоянии, то есть с водной оболочкой. На картинке для примера показана растворенная поваренная соль (NaCl) — образец чисто ионного вещества.

Полярные молекулы (а тем более ионы) хорошо взаимодействуют с водой, образуя с ней водородные связи и (или) подвергаясь гидратации. Такие вещества хорошо растворяются в воде и называются гидрофильными. Неполярные молекулы взаимодействуют с водой гораздо слабее, чем друг с другом. Такие вещества плохо растворяются в воде и называются гидрофобными. Типичные гидрофобные вещества — углеводороды. Типичные гидрофильные вещества — спирты, такие как этанол или показанный на картинке глицерин. Вообще кислородсодержащие соединения углерода, как правило, гидрофильны, если только в них нет совсем уж огромных углеводородных радикалов.

Могут ли подойти для жизни другие растворители, кроме воды? Ответ — да. Например, двуокись углерода (CO 2) при более высоких давлениях, чем наше атмосферное, становится жидкостью и представляет собой хороший гидрофильный растворитель, в котором успешно идут многие биохимические реакции. В этом растворителе могут жить даже земные микроорганизмы: например, на дне Окинавского желоба в Восточно-Китайском море обнаружено целое озеро жидкой углекислоты, в котором постоянно живут довольно разнообразные бактерии (Inagaki et al., 2006).

Некоторые исследователи предполагают, что океаны жидкой двуокиси углерода могут существовать на планетах-“суперземлях” с массой, в несколько раз превосходящей массу Земли (Budisa, Schulze-Makuch, 2014). На картинке — художественное изображение планеты GJ1214b в созвездии Змееносца.

На крупнейшем спутнике Сатурна — Титане — есть углеводородные озера и даже моря, состоящие из метана (CH 4), этана (C 2H 6) и пропана (C 3H 8). Это гидрофобный растворитель, в котором тоже иногда предполагают существование жизни, хотя прямых подтверждений тому пока нет. На картине — пейзаж Титана. Жидкой воды на поверхности Титана нет, там слишком холодно.

Аммиак (NH 3) — гидрофильный растворитель, образующий много водородных связей, в данном случае между водородом и азотом, и напоминающий воду по физико-химическим свойствам. На более холодных планетах, чем Земля, аммиак находится в жидком состоянии и вполне может быть средой для жизни.

Теоретически возможно существование холодных землеподобных планет с аммиачными океанами (на картинке художественное изображение такой планеты). Есть ли там жизнь, никто не знает. Но почему бы и нет? Если насчет альтернатив углеродной жизни есть сомнения, то углеродную жизнь в неводном растворителе представить гораздо легче.

Можно придумать и другие экзотические варианты — например, океан из плавиковой кислоты (HF) на планете, описанной в фантастической повести Ивана Ефремова “Сердце Змеи”. “Люди Земли увидели лиловые волны океана из фтористого водорода, омывавшие берега черных песков, красных утесов и склонов иззубренных гор, светящихся голубым лунным сиянием…” Возвращаясь к земной биохимии, будем помнить, что она — не единственная теоретически возможная.

Источник