Вода это молекула или атом

Из чего состоит вода?

Вода – источник жизни на нашей голубой планете. Она есть в клетках всех живых организмов. Это самое распространённое в мире вещество. Вода – один из важнейших факторов, определяющих природные условия на Земле, и влияет на формирование климата и рельефа территории.

Слово “вода” происходит от древнегерманского “текучий, мокрый”.

Состав воды

Молекула воды (H₂O) складывается из 2-х атомов водорода и 1-го атома кислорода. Это два газообразных вещества, которые, соединяясь, образуют невероятно прочные связи. Главную роль в молекуле выполняет атом кислорода. Атомы водорода несут положительный заряд, а атом кислорода – отрицательный. Каждый из атомов водорода, крепко держась в образованной молекуле, одновременно притягивается к атому кислорода из соседней молекулы. Связи кислорода и водорода из соседних молекул гораздо слабее, чем внутри. Благодаря этим межмолекулярным связям, вода обладает рядом удивительных свойств.

Физические свойства

Вода – уникальное вещество на планете, способное быть в трех физических состояниях:

Если спросить человека, что такое вода, то самый популярный ответ будет: “Это жидкость” . Жидкое самое распространённое в природе состояние воды.

Изменение состояния воды возможно благодаря тому, что под действием температур меняется расстояние между молекулами. В твердой форме – молекулы наиболее близко расположены друг к другу. В жидкой – подальше. В газообразной – совсем далеко, что позволяет им отрываться. При температуре от 100°С и выше это пар. От 0°С до 100°С – это вода. А ниже 0°С – это лед.

Когда вода замерзает, ее молекулы выстраиваются в правильные шестигранные формы. Все кристаллы льда похожи друг на друга. Лед обладает уникальным свойством – он легче самой воды, из которой получен, и никогда не тонет в ней. Поэтому этому водоемы всегда замерзают сверху, что позволяет сохранить жизнь на дне.

В атмосфере всегда есть мельчайшие капельки воды. Но присутствие влаги мы замечаем только тогда, когда её количество увеличивается, формируя облака и туман.

Виды воды

Вся вода делится на категории:

1. Солёная (моря, океаны)
2. Пресная (реки, озера, ледники, подземные воды)
3. Дождевая
4. Минеральная
5. Вода, обработанная человеком (водопроводная, канализационная, дистиллированная, искусственная)

На планете примерно 96,5 % воды приходится на долю морской воды. Пресной – намного меньше. Её доля – около 2,5 %, причём большая часть – в ледниках и грунтовых водах. Менее 0,3 % от всей пресной воды содержится в реках, озёрах и атмосфере, а в живых организмах – всего 0,003 %.

У природных вод есть важный признак – прозрачность. От этого зависит, как глубоко смогут проникнуть солнечные лучи в толщу воды. Цветность определяется количеством растворенных органических соединений, которые окрашивают воду при прохождении её через торфяные и гумусные слои почвы.

Природная солёная вода содержит большое количество разных примесей минеральных и органических соединений. Количество этих веществ оказывает влияние на плотность воды. Самые плотные в природе это морская и минеральная воды. Самой плотной считается вода Мёртвого моря. По степени солёности вода делится на несколько категорий:

Таблица 1. Классификация воды по содержанию солей

Наименование	Концентрация солей	Где встречаются
Рассолы	Более 50 г/л	Мертвое море, Озеро Ретба, Пруд Гаэтале
С повышенной солёностью	10-35 г/л	Красное море, Средиземное море, Мировой океан
Солёные	3-10 г/л	Мраморное море, Черное море
Солоноватые	1-3 г/л	Азовское море, Белое море
С повышенной минерализацией	0,5-0,1 г/л	Минеральная вода Боржоми, Нарзан

В пресной воде тоже есть соли. В основном это кальций и магний. Для такой воды есть характеристика жёсткости. Чем больше содержание примесей, тем более жёсткой называют воду.

Чистой воды в природе никогда не бывает. Вода хорошо растворяет в себе разные вещества – твердые, жидкие и газообразные. Даже дождевая вода пока падает на землю, захватывает из воздуха пыль и газы и растворяет их в себе.

Человек для своих нужд изменяет воду. В водопроводе течет пресная вода из рек и водохранилищ. Она проходит 5 стадий очистки, обеззараживается. В канализацию попадает вода загрязнённая примесями и частицами от человеческой жизнедеятельности. Прежде чем выпустить такую воду в окружающую среду, стоки очищают на специальных очистных сооружениях.

Дистиллированную воду используют в разных областях, чаще в научной и технической. Получают её, испаряя и затем осаждая пар на холодной поверхности. Примеси остаются в перегонном сосуде. Такая вода является наиболее чистой из всех возможных.

Пресная вода на планете распространена неравномерно. Есть области, где существует сильная её нехватка. Для решения проблемы в таких районах строят водоопреснительные станции. На этих станциях морскую воду выпаривают и получают дистиллированную воду, которая тоже непригодна для использования человеком. Её насыщают минеральными солями до показателей природной пресной воды.

Интересные факты

Многие столетия вода считалась простым веществом. В 1783 году химик Лавуазье смог разложить воду на два вещества и предположить количественное их соотношение в молекуле.

В обычных условиях вода не имеет ни вкуса, ни запаха. Вода бесцветна, но при толщине более 2 метров она приобретает голубой цвет. Это происходит благодаря рассеиванию коротких лучей солнечного спектра.

Вода – сильный поглотитель солнечной энергии. У воды есть замечательное свойство – медленно нагреваясь, она и медленно остывает. Мировой океан планет накапливает тепло летом и отдаёт его зимой. Так сглаживаются скачки температуры на планете. Суточные и сезонные колебания температуры уменьшаются вблизи водных объектов. Чем меньше в той или иной местности крупных водоемов, тем более резкоконтинентальный там климат.

Что мы узнали?

Вот краткий список основных сведений о воде, ее составе и свойствах:

• Молекула воды состоит из 2-х атомов водорода и 1 атома кислорода
• Лед легче воды
• Вода – единственное на планете вещество, способное пребывать в трех агрегатных состояниях: газообразном, твердом, жидком
• В воде всегда присутствуют примеси
• Количество морской воды на планете гораздо больше, чем пресной
• Вода регулирует температуру планеты

Источник

Чем отличается атом от молекулы [смотрим на фотографиях]

Начиная с первых уроков физики в школе, из-за неправильного объяснения, между понятиями атом и молекула часто ставится знак равенства . Но на самом деле это разные вещи. Так и живем мы с путаницей в голове, пока вдруг не узнаем, что эти штуки хотя и связаны, но значительно отличаются друг от друга. Говорить, что атом и молекула — одно и то же совсем неправильно .

Исходя из теории строения вещества, всё вокруг нас состоит из частиц . Будь-то камень или деревяшка, мясной стейк или банка со сметаной. Каждое физическое тело построено из атомов и молекул, как и кирпичный дом построен из кирпичей.

Конфигурация этого строения определяет свойства вещества. Скажем, взаимное расположение молекул делает воду жидкой, а камень твёрдым. Из-за особенностей строения одно тело хорошо горит, а другое может совсем не гореть. Понятно, что ещё играет роль и состав материала, но конфигурация строения тоже имеет весьма значимое влияние.

Материя состоит из молекул, а молекулы объединяются в различные структуры и строения . Аналогично тому, как мы строим стену из камней, молекулы тоже строятся из атомов. Любая молекула состоит из более мелких частиц. Эти мелкие частицы и носят название атомы . Подробно о том, из чего по современным представлениям состоит материя, мы рассказывали в этой статье .

Соответственно, если мы спрашиваем, чем отличается молекула от атома, это эквивалентно тому, как спросить чем кирпичная стена отличается от кирпича .

Получается, что именно атомы составляют материю, а молекулы состоят из разных атомов , которые объединились в некоторую структуру. Структуры могут быть самыми разными. Молекулы принимают самую причудливую форму. Они бывают и ветвистые, и линейные, и объемные. Между тем, атомы всегда выглядят, как сферический объект .

Опять же, представим это в простой форме. Мы строим стену из кирпичей, а сами кирпичи состоят из каких-то неясных структурных составляющих, типа мелких камней. В этом примере кирпичи — это молекулы, а то из чего состоит кирпич — это атомы.

Правда если копнуть поглубже, мы узнаем, что атомы тоже не являются мельчайшей частицей, а состоят из протонов, нейтронов и электронов. Правда и обозначенные структурные составляющие тоже не являются мельчайшими. Так и был построен коллайдер, целью которого являлось выявить мельчайшую частичку .

Есть и ещё одно очень важное отличие. Если молекулы можно воспринимать как нечто целое и мельчайшую частицу, существующую отдельно, то атомы всегда представлены в виде некоторых агломератов . Одиночных атомов в природе не существует. По крайней мере, в обычных условиях. Они всегда являются «системой».

Атом имеет электрический заряд, а молекула нейтральна. Ведь в ней всё уравновешено. На данный момент считается, что именно атом наделяет вещество теми или иными свойствами, а молекула их наследует. Правда до сих пор не определено, какая именно частица наделяет вещество массой , но это уже совсем другая история.

Ну и самое интересное мы оставили на последок. Атомы и молекулы на сегодняшний день возможно сфотографировать с помощью электронного микроскопа. Используя современную технику, удалось запечатлеть атом и молекулу.

На фотографии мы видим, что атом действительно имеет сферическую форму и организован согласно планетарной модели Резерфорда.

Источник

Какое строение имеет молекула воды

Вода является источником жизни для всех живых организмов.

Молекула воды имеет уникальное строение. В ней удивительным образом сочетаются прочность и устойчивость кристаллической структуры (льда), и подвижность жидкого вещества.

В статье мы подробно рассмотрим особенности строения молекулы воды в различных агрегатных состояниях: жидком, твердом, газообразном.

Какое строение имеет молекула воды

Долгое время химики считали воду простым соединением, не вступающим в сложные реакции.

Состав воды как сложного вещества был установлен Лавуазье в 1783 г.

Одна молекула воды состоит из трех атомов: двух атомов водорода и одного атома кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. Химическая формула: H₂O

Характерные свойства ковалентной связи — направленность, насыщаемость, полярность, поляризуемость. Они определяют химические и физические свойства соединений.

Молекула воды, картинка № 1

По форме молекула воды напоминает равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два атома водорода. Связь между атомом кислорода и атомами водорода полярная, т.к. кислород притягивает электроны сильнее, чем водород.

Межъядерные расстояния О—Н близки к 0,1 нм, расстояние между ядрами атомов водорода равно 0,15 нм, угол между связями Н—О—Н равен 104,5°.

Молекула воды имеет два положительных и два отрицательных полюса и поэтому в большинстве случаев ведёт себя как диполь (т.е. на одной стороне – положительный заряд, на другой – отрицательный)

Значения эффективных зарядов на атомах составляет ±0,17 от заряда электрона.

Водородная связь

В жидкой воде происходит ассоциация молекул, т. е. соединение их в более сложные агрегаты за счёт особой химической связи, которая называется водородной.

Особенностями водородной связи, по которым её выделяют в отдельный вид, является её не очень высокая прочность.

Водородная связь также играет важную роль в процессах растворения, поскольку растворимость зависит и от способности соединения давать водородные связи с растворителем. В результате содержащие ОН-группы такие вещества, как сахар, глюкоза, спирты, карбоновые кислоты, как правило, хорошо растворимы в воде.

На картинке № 2 показано образование димера воды с одной водородной связью.

Димер — это две молекулы Н2О, соединенные водородной связью. Связь между молекулами воды водородная.

Каждая молекула способна образовать четыре водородные связи: две между неподеленными электронными парами её атома кислорода и атомами водорода соседних молекул и ещё две – между атомами водорода и атомами кислорода двух других молекул.

Энергия водородной связи может изменяться от 17 до 33 кДж/моль.

Строение молекулы в различных агрегатных состояниях

Вода может быть в нескольких состояниях:

1. Жидком. Это ее преимущественное состояние в нормальных условиях. Жидкая вода образует многочисленные реки, ручьи, озёра, Мировой океан.
2. Твердом – это лед, а его кристаллы часто образуют иней или снег.
3. Газообразном — водяной пар.

Существуют также и переходные состояния жидкости, которые возникают при замерзании или испарении.

Примечательно, что различные формы воды могут одновременно находиться рядом и даже взаимодействовать, например реки с ледниками, айсберги с морской водой, облака на небе с водяным паром.

Строение молекулы воды, водородная связь способствует расположению молекул воды. Рассмотрим особенности каждого агрегатного состояния по отдельности.

Представляет собой твердое состояние воды.

Молекулы воды образуют слои, причём каждая молекула связана с тремя молекулами в своём слое и с одной молекулой соседнего слоя. Расстояние между атомами кислорода ближайших молекул равно 0,276 нм.

Атом кислорода связан с четырьмя атомами водорода: с двумя, расположенными на расстоянии 0,096 — 0,102 нм посредством валентных связей, и с двумя другими, находящимися на расстоянии 0,174 — 0,180 нм посредством водородных связей.

Жидкая вода

В отличие от структуры льда структура жидкой воды исследована ещё недостаточно.

Предполагается, что жидкая вода по своему строению представляет нечто среднее между кристаллами льда и паром.

В результате изучения молекулы воды с помощью инфракрасных и рентгеновых лучей было видно, что при температуре близкой к точке замерзания, молекулы жидкой воды собираются в небольшие группы, практически так, как в кристаллах.

При температуре близкой к точке кипения они располагаются более свободно.

Водяной пар

Это газообразное агрегатное состояние воды.

При данном состоянии молекула воды не имеет структуры и состоит преимущественно из мономерных молекул воды, которые находятся на расстояние относительно друг друга.

Из чего состоит вода

При обычных условиях вода выглядит как прозрачная жидкость. У нее отсутствуют вкус и запах. При небольшой толщине слоя не наблюдается даже цвета.

Вода является отличным растворителем. В природе в ней постоянно находятся растворенные газы и соли. При соединении атомов кислорода с водородом получается молекула воды. Поскольку более сильными являются водородные соединения, то, когда происходит их разрыв, они прикрепляются к иным веществам, помогая тем растворяться.

Из-за своего малого размера каждую молекулу растворенного вещества окружают очень много молекул воды. Благодаря этому в ней присутствуют отрицательные и положительные ионы.

Чистая вода является еще и хорошим изолятором с концентрацией протонов и гидроксильных ионов в количестве 10-7 моль/л, это позволяет ей проводить электричество. Именно по ее электропроводности можно оценивать чистоту жидкости.

При взаимодействии с другими веществами состав воды не изменяется, что играет особую роль в жизни любого живого организма. Ведь очень важно, чтобы жидкостные растворы, через которые в организм поступают полезные вещества, не изменялись.

Кроме того, вода хорошо поглощает инфракрасное и микроволновое излучение, а также способна хранить в себе память о веществах, которые были в ней растворены.

Элементы

Проходя гидрологический цикл: испарение, конденсацию и выпадение в виде осадков вода может дополняться разными химическими элементами, которые можно разделить на 6 категорий. Рассмотрим информацию в таблице № 1.

Таблица № 1 «Элементы, которые могут входить в состав воды».

Ионы	Na, K, Mg, Ca, анионы: Cl, HCO3 и SO4. Эти компоненты находятся в воде в наибольшем, по сравнению с другими, количестве.
Растворенные газы	Кислород, азот, сероводород, углекислый газ и прочие. Количество каждого газа в воде напрямую зависит от ее температуры.
Биогенные элементы	Главными из них являются фосфор и азот, которые поступают в жидкость из осадков
Микроэлементы	Их насчитывается около 30 видов: бром, селен, медь, цинк и т. д. Показатели их в составе воды очень малы и колеблются от 0,1 до микрограмма на 1 литр.
Органические вещества	Спирты, углеводы, альдегиды, фенолы, пептиды и прочее.
Токсины	Тяжелые металлы и продукты нефтепереработки.

В настоящий момент доступны специальные методы очистки, которые эффективно борются с вредными химическими соединениями.

Вода также может содержать в себе магний и катионы кальция. В зависимости от этого ее подразделяют на мягкую и жесткую.

По изотопам водорода в молекуле воды можно говорить о легкой воде, тяжелой и сверхтяжелой воде.

Подводим итоги

Вода необходима для жизни всего живого на Земле. Она участвует в мировом круговороте воды в природе. Благодаря испарению с поверхности водоемов, почвы, растений образуются облака. Затем они выпадают в виде дождя, снега, града, питая собой подземные воды и родники. Родниковые воды по рекам попадает в море.

Таким образом, количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы — это и есть круговорот воды в природе.

Уникальное строение молекулы воды помогает ей трансформироваться в три агрегатных состояния.

При замерзании воды ее молекулы собираются в небольшие группы. При испарении находится на расстоянии относительно друг друга. Жидкая вода по своему строению представляет нечто среднее между кристаллами льда и паром.

1. Химия и микробиология воды. Учебное пособие В. В. Котов, Г.А. Нетесова
2. Конспект лекций ГИДРОГЕОХИМИЯ. Киреева Т.А., МГУ им. М.В. Ломоносова, 2016

Источник