Почему вода — жидкость. Водородная связь.
Сегодня мы ответим на вопрос о том, почему вода при нормальных условиях является жидкостью, а так же рассмотрим ещё один тип химической связи.
Одно время вокруг «необъяснимых» или даже «мистических» свойств воды в информационном и прежде всего телевизионном пространстве ходило много спекулятивных и откровенно не самых правдивых слухов, которые, к счастью, даже при поверхностном знакомстве с химией обнаруживают свою неудовлетворительность.
Действительно, на первый взгляд может показаться, что вода при обычных условиях должна представлять из себя газ, ведь молекулы воды обладают очень маленькой относительной молекулярной массой.
Mr(H2O) = 2 *Ar(H) + 1*Ar(O) = 2*1 + 16 = 18
Которая по своей величине значительно уступает большинству газообразных при обычных условиях веществ, например, всем известному пропану Mr(C3H8) = 44 .
Так почему вода — это жидкость? Для ответа на этот вопрос нам необходимо разобраться с электронным строением молекулы воды!
То, что молекула воды состоит из двух атомов водорода ( H ) и одного атома кислорода ( O ) знают все, но мы попробуем уйти значительно дальше.
Дело в том, что между атомом кислорода и атомами водорода в молекуле воды реализована ковалентная полярная химическая связь , образованная за счёт обобществлённых электронных пар (подробнее об этом здесь ).
Для упрощения при построении структурных формул обобществлённые электронные пары ковалентной связи заменяют обычной символической чёрточкой. Так в качестве маленького промежуточного итога мы получим достаточно простую угловую структурную формулу.
Далее взглянем в ряд электроотрицательности неметаллов . Напомню, что электроотрицательность — это способность атомов химических элементов оттягивать на себя электронную плотность.
Как мы можем видеть, кислород и водород в ряду электроотрицательности неметаллов находятся друг от друга в двух противоположных концах, то есть, мы имеем дело с чрезвычайно электроотрицательным атомом кислорода ( O ), уступающим в электроотрицательности лишь фтору ( F ), и относительно слабо-электроотрицательным атомом водорода ( H ).
Как итог, значительно более электроотрицательный кислород оттягивает на себя электронную плотность в виде обобществлённых электронных пар от атома водорода и, укутываясь в своего рода электронное одеялко, концентрирует на себе повышенный частичный отрицательный заряд (электроны несут заряд со знаком минус), что мы обозначили как δ- .
Чтобы понять следующую мысль, необходимо взглянуть на электронное строение атома водорода.
Так как у атома водорода всего один электрон и именно он входит в оттягиваемую атомом кислорода обобществлённую электронную пару, то у атома водорода в молекуле воды как бы оголяется положительно заряженное ядрышко , поэтому на атоме водорода в молекуле воды сконцентрирован доступный для взаимодействия (это очень важно) частичный повышенный положительный заряд, мы обозначили как δ+ .
Так как атом кислорода в молекуле воды несёт на себе частичный отрицательный заряд δ- , а атом водорода частичный положительный заряд δ+ , молекулу воды часто называют диполем, а воду как вещество — полярным растворителем .
А теперь самое важное! В реальной системе молекула воды практически никогда не остаётся одна, каждая из молекул воды несёт на себе как частичный положительный , так и частичный отрицательный заряд , а согласно закону Кулона (это нам известно из курса физики) разноимённо заряженные частицы что делают? Правильно. Притягиваются! Поэтому и молекулы воды притягиваются друг к другу, образуя так называемые ассоциации молекул!
Таким образом мы подошли к определению водородной связи :
Водородная связь — это электростатические силы взаимного притяжения, образующиеся за счёт имеющегося на высокоэлектроотрицательном атоме ( F , O , Cl , N ) частичного отрицательного заряда и частичного положительного заряда на атоме водорода (бывает как межмолекулярной, так и внутримолекулярной).
Водородная связь характерна не только для такого вещества, как вода, но и для спиртов и других веществ.
Теперь мы можем вернуться к вопросу, с которого начали наш разговор. Почему же вода при нормальных условиях является жидкостью? Дело в том, что молекулы воды связаны друг с другом «крючочками» водородной связи , что не позволяет молекулам воды попросту разлететься друг от друга.
Именно за счёт водородной связи , то есть за счёт взаимного электростатического притяжения молекул воды друг к другу мы и можем наблюдать, как вода, словно живая, будучи разлитой, сама по себе распределяется на ассоциации молекул, которые мы чаще всего и наблюдаем в виде капель (что интересно, на сферическую форму капель влияет так же принцип минимума свободной энергии системы, но об этом как-нибудь потом).
Источник
Исследовательская работа «Вода-удивительная жидкость!»
Городская научная – практическая конференция учащихся
«Талант. Мысль. Открытие.»
«Вода – удивительная жидкость!»
МБОУ «Гимназия №20»
Мамаевым Денисом Евгеньевичем и
Хонской Валерией Михайловной
учитель начальных классов
Макарова Ирина Васильевна
Способность растворять вещества
Способность расширяться и сжиматься
Круговорот воды в природе
Типы и качество воды
Новейшие исследования воды
Нет на Земле напитка лучше,
чем стакан чистой холодной воды. В.Песков
Вода сопровождает нас везде. Это и облака, плывущие по небу, и родники, бьющие из-под земли, соединяющиеся в полноводные реки, и могучие моря и океаны. Вода — это самое привычное для человека вещество, но знаем ли мы какую тайну хранит эта удивительная жидкость? Откуда она появилась? Почему стала основой жизни?
Знает ли ответы на эти вопросы сама вода? Мы решили узнать ответы на эти вопросы, используя не только известные факты о воде, но и новейшие исследования ученых.
Актуальность темы: Вода – одно из самых необходимых веществ для жизни живых организмов. От ее качества и количества зависит их развитие. Поэтому воду нужно изучать и охранять.
Цель работы: Изучить свойства воды и их влияние на живые организмы.
ü найти и познакомиться с литературой по данной теме;
ü изучить свойства воды опытным путем;
ü провести наблюдение за влиянием разных видов воды на живые организмы;
ü обобщить полученную информацию;
ü провести анкетирование учащихся и сделать выводы;
найти интересные факты о новейших исследованиях воды в разных странах мира.
1. Основная часть. 
Если посмотреть из космоса на нашу планету, то создается впечатление, что мы живем не на планете Земля, а на планете – Вода. Действительно запасы пресной воды составляют 400 000 км 3 . Ледниковый щит Антарктиды занимает 14 млн. км 2 , а льды Антарктиды – 4 млн. км 2 . Если этот лед растопить, то мировой океан поднимется на 40 м и многие города окажутся под водой.
На нашей планете большие запасы воды, но основная их часть – это соленая вода, и только 3% пресной воды пригодно для употребления. Но основная их часть не доступна для человека, т.к. содержится в ледниках.
Все живые организмы на Земле состоят из воды:
тела животных и рыб на 75%, медуз – на 99%, картофель – на 76%, огурцы – на 95%, новорожденный ребенок – на 86%, а пожилой человек — на 50%.
Ученые предполагают, что задолго до появления нашей планеты вода существовала во Вселенной в виде пара или льда, который концентрировался на космических частицах, из которых и образовалась наша Земля. Внутри неё оказался подземный океан. Много тысячелетий гейзера и вулканы извергали на поверхность фонтаны горячей воды, пара и газов. Остывала планета – пар превращался в воду, которая выпадала на поверхность в виде дождей и наполняла будущие моря и океаны бурлящими грязными потоками. Прошло много лет, наши водные просторы остыли и очистились, став голубыми и солеными. Именно в океане зародилась жизнь, подарив Земле такое многообразие представителей флоры и фауны. «Воде, — сказал великий Леонардо, — была дана волшебная власть стать соком жизни на Земле. Говорят: нет воды — нет жизни, есть вода — есть жизнь» [1] .
2. Свойства воды
Вода — прозрачная жидкость без цвета и запаха, молекула которой содержит два атома водорода и один атом кислорода.
Вода содержит минеральные вещества, которые вымыла из почвы и камней.
В природе существует в трех состояниях: жидком, газообразном (в виде пара) и твердом (лед). При температуре 100 0 жидкое состояние переходит в газообразное, а при 0 0 вода превращается в лед.
Изучим основные свойства воды.
Свойство прозрачности воды доказать легко при помощи картинки и тарелки с водой. Изображение хорошо видно через толщу воды. Это свойство используется в аквариумах, бассейнах и фонтанах.
Понюхаем чистую воду. Запаха нет.
2.3.Способность растворять вещества.
Благодаря этому свойству вода из разных источников имеет разный химический состав. Растворим в воде поваренную соль. Вода осталась прозрачной, но приобрела соленый вкус. Добавим песок и получим мутный раствор. Песок в воде не растворяется. При помощи бумажного фильтра воду можно очистить от песка. Вода стала опять прозрачной. Если ее выпарить, то останутся кристаллики соли.
Не все вещества растворяются в воде. Если в стакан с водой добавить растительное масло, то оно останется плавать на поверхности воды. Поэтому нефть, попавшая в океан, образует на его поверхности пленку, которая пагубно влияет на живые организмы, живущие в его водах. Живые организмы океана вырабатывают 82% всего кислорода. Погибнет жизнь в океане – погибнет она и на земле.
Способность воды растворять вещества человек использует при стирке, мытье полов, приготовлении пищи. Растения могут усваивать питательные вещества только в растворенном виде.
2.4. Способность расширяться и сжиматься.
При нагревании вода расширяется, а при охлаждении сжимается. Это свойство человек использует в термометре.
Если воду заморозить, то она тоже будет увеличиваться в объёме.
Возьмем пластиковый стаканчик. Наберем в него воды и сделаем отметку. Поставим в морозилку. После того, как вода превратилась в лед, мы видим, что ее уровень стал выше нашей отметки.
После размораживания она заняла прежний объем.
Вода течет. Мы ее можем перелить из одного сосуда в другой. Это происходит потому, что вода состоит из молекул, которые движутся.
А зависит ли скорость движения воды от ее температуры? Возьмем два пластиковых стаканчика и проделаем в их два одинаковых отверстия. В один нальем воду охлажденную в холодильнике, а в другой теплую. Оказывается, что теплая вода течет быстрее охлажденной.
Возьмем две емкости с водой. В одну наливаем холодную воду и добавляем синий краситель. Во вторую – горячую воду и добавляем красный краситель.
Накрываем вторую банку картонкой, переворачиваем и ставим на вторую банку. Убираем картонку и видим, что горячая красная вода поднимается вверх, смешивается с холодной синей водой и образует при смешивании воду фиолетового цвета.
Проведем вторую часть эксперимента. Поменяем емкости местами. Синяя холодная вода не поднимается вверх и не смешивается с горячей до тех пор, пока горячая не остынет.
Это свойство воды легко пронаблюдать, добавив в горячий чай холодную воду. Сделав глоток, мы почувствуем, что чай не стал холоднее, т.к. холодная вода опустилась на дно чашки. Перемешав напиток ложкой, мы получаем необходимую температуру.
В природе это свойство помогает выжить зимой речным обитателям. При наступлении холодов верхний, 
насыщенный кислородом слой воды охлаждается и опускается на дно, вытесняя на поверхность более теплые слои, которые в свою очередь, охладившись, опускаются вниз. Так происходит перемешивание воды и насыщение ее кислородом. Этот процесс заканчивается, когда поверхность водоема полностью покрывается льдом, защищающим его от полного промерзания.
Человек активно использует это свойство в радиаторах отопления. Один кубометр горячей воды на 14 кг легче, чем теплой. Вода нагревается в котле и по трубам поднимается вверх. Попадая в более тонкие трубы, а потом и в батареи центрального отопления, вода отдает своё тепло, охлаждается и опускается вниз. Попадая в котел – нагревается и опять поднимается вверх. Таким образом, человек использует это свойство воды для обогрева своего жилища в зимнее время.
3.Круговорот воды в природе.
Рисунок: Вода в трёх состояниях – твёрдом (лёд), жидком и газообразном (водяной пар).
Вода – это единственное вещество, которое в зависимости от температуры, может находиться в трех состояниях: жидком, твердом (лед) и газообразном (пар). Благодаря этому, мы можем наблюдать удивительное явление, которое называем круговоротом воды в природе. Днем солнце нагревает водоемы и поверхность земли. Часть воды испаряется и в виде пара поднимается в верхние слои атмосферы, где образуются облака. Когда облака попадают в зону низкой температуры, то влага конденсируется и выпадает на землю в виде осадков.
Попробуем воссоздать этот процесс в домашних условиях:
Вскипятим чайник. При нагревании выше 100 0 вода испаряется и превращается в водяной пар, который начинает выходить из носика чайника. Поднесем к нему холодную ложку.
На ней начинают конденсироваться капельки воды, которые соединяясь, образуют небольшие ручейки. Если эту ложку поместить в холодильник, то вода превратится в лед.
Такой же процесс преобразования воды происходит и в природе.
4.Типы и качество воды
Изучив литературу, мы узнали. Что слово «вода» в разных языках мира звучит почти одинаково. Вероятнее всего, оно образовано от древне – славянского *voda (вода), а оно, в свою очередь, восходит к этрусскому слову *weda (веда), который обозначал – дающая жизнь всему живому. От этого корня образовалось слово «вода». Этот корень дал множество слов, о родстве которых мы не задумываемся: ведро. Ватерлиния, фарватер, выдра и многие другие.
Во все времена люди обожествляли воду и относились к ней очень бережно. Без воздуха человек может прожить 5- 10 минут, а без воды – не более 5 дней.
Суточный рацион человека должен на 30% состоять из любой воды, а остальные 70% должна составлять только качественная вода.
Для нормального функционирования, организму человека нужно 1,5- 2 литра воды. В мышцах находится больше воды, чем в жире, следовательно, чем стройнее человек, тем больше воды в его организме. Обезвоживание способствует развитию тяжелых заболеваний.
Существуют разные виды воды:
ü Образуется в растениях, содержит большое количество солнечной энергии. Большое ее содержание в свёкле, винограде, сахарном тростнике, огурцах. Очень полезна для нашего организма.
ü Секреторная вода – жидкость, вырабатываемая внутри тела.
ü Хлорированная вода – вода, созданная человеком. Хлор убивает болезнетворные микроорганизмы. Поступает к нам в жилище по водопроводу. Постоянное употребление хлорированной воды приводит к развитию различных заболеваний. Если мы хотим получить из нее полезную воду, то ее необходимо заморозить, а потом прокипятить.
ü Минеральная вода – вода, полученная из подземных источников. Содержит большое количество микроэлементов. Делится на классы в зависимости от уровня кислотности и минерализации. Применяется как для утоления жажды, так и для лечения различных заболеваний.
ü Чистая вода – природная вода, которая не содержит примесей и пригодна для питья.
ü Дистиллированная вода – вода очищенная то различных примесей и включений, используемая в медицине.
ü Талая вода – является структурной. Получается при естественном таянии льда и сохраняющая все его связи.
ü Пресная вода – вода с минимальным содержанием солей. Применяется для утоления жажды. Не рекомендуется употребление более 30% суточной потребности.
ü Морская вода – особый вид, рекомендуемый для питания через кожу. Насыщает организм полезными минералами.
ü Искусственная вода – все виды подслащенных и газированных напитков. Получена путем добавления различных химических соединений. Не рекомендуется употребление более 10% суточной нормы.
ü Питательная вода – сок, квас, морс, суп и т.д. Это вода, основой для которой являются полезные для организма элементы. Рекомендуется не более 30 % от суточной потребности при нормальном питании. До 50 % при его отсутствии.
ü Тяжелая вода — вода, в которой вместо легкого изотопа водорода (протия) присутствуют два атома тяжелого изотопа водорода – дейтерия. В природе ее очень мало. Может присутствовать в небольших количествах в разных видах вод.
Мы провели анкетирование в двух классах и выяснили, какую воду применяют учащиеся чаще всего для утоления жажды.
Оказалось, что в 3 классах чаще всего пьют минеральную (27%) и кипяченую воду (22%), а во 2 классах – бутилированную (36%) и кипяченую (22%). Сырую водопроводную воду предпочитают соответственно 18% и 20% учащихся. Но все дети ответили, что при возможности, с удовольствием бы пили только газированные напитки и сок.
5. Новейшие исследования воды.
Вода существовала на Земле задолго до появления человечества. На протяжении веков люди продолжают ее изучать, и каждый раз узнают что-то новое. Ни один ученый не может объяснить почему при замерзании вода расширяется, хотя все остальные вещества ведут себя наоборот.
Это уникальное свойство северные народы, еще в древности использовали для добычи камня. Они заливали в расщелины воду перед заморозками. Вода замерзала и раскалывала камни. На юге для добычи камня вбивали деревянные клинья и поливали их водой. Разбухая, дерево разрывало камни. Позже, ученые установили, что находясь в капиллярах, вода создает давление до 400 атмосфер. Поэтому хрупкий росток с легкостью пробивает асфальт.
Недавно ученые выдвинули гипотезу, что вода обладает памятью. Воде достаточно соприкоснуться с веществом, чтобы сохранить эту информацию в своей памяти. Структура воды – это организованные молекулы, которые объединены в группы – кластеры. Именно они, как на магнитную ленту записывают всю информацию.
Погода на нашей планете очень изменчива и не зависит от человека. Но у многих народов существуют определенные ритуалы, передаваемые из поколения в поколение, воздействующие на погодные условия. Возможно ли, чтобы человек силой своего желания смог подействовать на природные явления?
Известно, что к лету 1991 года в Израиле дождя не было уже 2 года. И тогда 10 000 израильтян собрались у стены плача, чтобы произнести молитву о дожде. На третий день над страной хлынул долгожданный дождь. Что это? Совпадение? Объяснения до сих пор нет.
В 1995 году японский ученый Эмото Масаро проводил уникальные эксперименты влияния музыки на воду. Он давал воде послушать музыку, а затем мгновенно ее замораживал. Оказалось, что кристаллы, полученные после классической музыки, имели шесть правильных лучиков, а после тяжелого рока – в них царил хаос.
Всё начинается в воде и в воде заканчивается. Во всех религиях вода является связующим звеном человека с богом. Иудеи и мусульмане перед молитвой совершают омовение. У христиан существует таинство крещения. Что же происходит с человеком в этот момент? Божественная благодать снисходит на человека. Известно много случаев, когда молитва влияла на выздоровление больных. Гибнущее растение, политое святой водой. Восстанавливалось.
Кристаллы воды из-под крана имеют хаотичную форму. После того, как она побывала в храме — форма кристаллов меняется и становится похожей на шестилучиковую звезду. Значит концепция природы совпадает с религией.
Мы провели опыт, который доказывает влияние слова на рост растений. Одновременно были посажены три группы семян ржи и пшеницы. Первые ростки поливались водой родниковой, которой говорили добрые слова, второй – водопроводной, которой говорили грубые слова, а третьей ничего не говорили. Через три недели ростки первой группы значительно опередили в росте своих соседей. Это доказывает силу доброго слова и его воздействие на живые организмы.
Ученые уверены, что этот эксперимент преподносит важный урок отношения к детям. Самый большой вред растущему организму наносит равнодушие и сквернословие.
Было проведено много экспериментов для того, чтобы найти самые сильные слова, очищающие воду. Оказалось, что это не одно слово, а сочетание двух слов – ЛЮБОВЬ и БЛАГОДАРНОСТЬ. 
Антуан де Сент-Экзюпери писал: «…Вода! У тебя нет ни цвета, ни вкуса, ни запаха, тебя невозможно описать, тобою наслаждаются, не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты – сама жизнь! Ты исполняешь нас радостью, которую не объяснить нашими чувствами. С тобою возвращаются к нам силы, с которыми мы уже простились. По твоей милости в нас вновь начинают бурлить высохшие родники нашего сердца… Ты самое большое богатство на свете…»
Мироздание создано абсолютом, началом, которое произвело всё сущее и все его материальные проявления. В каждом из нас есть частица воды первозданного океана, каждое наше слово, как капля воды, носитель мысли источник информации. И за это мы должны платить абсолюту любовью и благодарностью.
1. Ахманов М. Вода, которую мы пьем. Качество питьевой воды и ее очистка с помощью бытовых фильтров. СПб.: «Невский проспект», 2002, 192 с. ISBN 5-94371-183-Х.
2. Батмангхелидж Ф. Вода для здоровья. Мн.: ООО «Попурри», 2005, 288 с. ISBN 985-483-371-2..
3. Ершов М.Е. Самые распространенные способы очистки воды. Донецк: Сталкер, 2006, 94 с.
4. Обербайль К. Чудо-вода. М.: 000 «ТД «Издательство Мир книги», 2005, 128 с.
5. Суслов Б. Н. Вода. М.: Гос.изд. технико-теоретической литературы, 1950, 64 с.
6. Эмото Масару. Тайная жизнь воды. Мн.: «Попурри», 2006, 160 с.
7. Эмото Масару. Энергия воды для самопознания и исцеления. М.: ООО Издательский дом «София», 2006, 96 с.
Опыт№1 «Сухим из воды» . Для этого опыта, я положил монетку на небольшую плоскую тарелку. Налил столько воды, чтобы она покрывала монетку. Далее я взял пластилин в него воткнул две спички, зажег их и быстро накрыл спички стаканом. Когда спички погасли, стакан наполнился белым дымом, и под ним собралась вся вода из тарелки. Монета остается на месте, и я ее беру, не замочив пальцев.
Опыт№2 «Чудо-крышка » С помощью одного лишь стакана воды и листика бумаги я провел ошеломительный эксперимент. Наверняка 99% людей на вопрос: «Что случится, если стакан с водой перевернуть?» ответят однозначно: «Он прольется». Придется юным исследователям доказывать обратное, правда, для подстраховки прежде чем переворачивать стакан, нужно накрыть его листом бумаги, потому что, первый раз у меня опыт не получился. Итак, стакан воды я накрыл листом бумаги. Резко перевернул его, поддерживая листок. Я убрал руку — бумага и вода никуда не делись! Опыт показывает, что давление воздуха, которое получает бумага снизу, больше, чем давление воды, которое получает листок сверху и потому вода держится с его помощью и не выливается.
Источник
