Вода мягкое или твердое вещество

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. Является важнейшим веществом для всех живых существ на планете Земля.

Содержание

Виды воды

Вода на Земле может существовать в трёх основных состояниях — жидком, газообразном и твёрдом и приобретать различные формы, которые могут одновременно соседствовать друг с другом: водяной пар и облака в небе, морская вода и айсберги, ледники и реки на поверхности земли, водоносные слои в земле. Вода способна растворять в себе множество органических и неорганических веществ. Из-за важности воды, «как источника жизни», её нередко подразделяют на типы по различным принципам.

По особенностям происхождения, состава или применения, выделяют, в числе прочего:

Химические названия воды

С формальной точки зрения вода имеет несколько различных корректных химических названий:

Оксид водорода
Гидроксид водорода
Монооксид дигидрогена
Гидроксильная кислота
Оксидан
Дигидромонооксид

Свойства

Физические свойства

Вода в нормальных атмосферных условиях сохраняет жидкое агрегатное состояние, тогда как аналогичные водородные соединения являются газами. Это объясняется особыми характеристиками слагающих молекулы атомов и присутствием связей между ними. Атомы водорода присоединены к атому кислорода, образуя угол 104,45°, и эта конфигурация строго сохраняется. Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По этой причине молекула воды является активным диполем, где кислородная сторона отрицательна, а водородная положительна. В результате молекулы воды притягиваются своими противоположными полюсами, и образуют полярные связи, на разрыв которых требуется много энергии [2] . В составе каждой молекулы Ион водорода (протон) не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, в результате чего он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома кислорода соседней молекулы, образуя водородную связь с другой молекулой. Каждая молекула связана с четырьмя другими посредством водородных связей — две из них образует атом кислорода и две атомы водорода [2] . Комбинация этих связей между молекулами воды — полярной и водородной и определяет очень высокую температуру её кипения и удельную теплоты парообразования [2] . В результате этих связей в водной среде возникает давление в 15-20 тыс. атмосфер, которое и объясняет причину трудносжимаемости воды, так при увеличении атмосферного давления на 1 бар, вода сжимается на 0,00005 доли её начального объёма [2] [В каких пределах изменения давления корректна эта оценка?] .

Структуры воды и льда между собой очень похожи [2] . В воде, как и во льду, молекулы стараются расположиться в определённом порядке — образовать структуру, однако тепловое движение этому препятствует. При температуре перехода в твёрдое состояние тепловое движение молекул более не препятствует образованию структуры, и молекулы воды упорядочиваются, в процессе этого объёмы пустот между молекулами увеличиваются и общая плотность воды падает, что и объясняет причину меньшей плотности воды в фазе льда. При испарении, напротив, рвутся все связи. Разрыв связей требует много энергии, отчего у воды самая большая удельная теплоёмкость среди прочих жидкостей и твёрдых веществ. Для того чтобы нагреть один литр воды на один градус, требуется затратить 4,1868 кДж энергии. Благодаря этому свойству вода нередко используется как теплоноситель. Однако удельная теплоёмкость воды, в отличие от других веществ непостоянна: при нагреве от 0 до 35 градусов Цельсия её удельная теплоёмкость падает, в то время как у других веществ она постоянна при изменении температуры. Помимо большой удельной теплоёмкости, вода также имеет большие значения удельной теплоты плавления (0 °C и 333,55 кДж/кг) и парообразования (2250 кДж/кг).

Температура °С	Удельная теплоёмкость воды кДж/(кг*К)
-60 (лёд)	1,64
-20 (лёд)	2,01
-10 (лёд)	2,22
0 (лёд)	2,11
0 (чистая вода)	4,218
10	4,192
20	4,182
40	4,178
60	4,184
80	4,196
100	4,216

Вода обладает также высоким поверхностным натяжением среди жидкостей, уступая в этом только ртути [3] [4] [5] [6] . Относительно высокая вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.

По сходным причинам 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 [7] . Вода необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле.

Чистая вода — хороший изолятор. При нормальных условиях вода слабо диссоциирована и концентрация протонов (точнее, ионов гидроксония H₃O + ) и гидроксильных ионов HO − составляет 0,1 мкмоль/л. 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.

Источник

Вода мягкое или твердое вещество

Жёсткость воды – совокупность ее химических и физических свойств, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния.

Вода с большим содержанием таких солей называется жёсткой, с малым содержанием — мягкой.

По величине общей жёсткости различают:

мягкую воду (до 2 мг-экв/л),
воду средней жёсткости (2-10 мг-экв/л),
жёсткую воду(более 10 мг-экв/л).

С 1 января 2014 года в России введен межгосударственный стандарт ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жесткости». По новому ГОСТу жесткость выражается в градусах жесткости (°Ж). 1 °Ж соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его миллимоля на литр (1 °Ж = 1 мг-экв/л).

По величине общей жёсткости различают воду:

мягкую (до 2 °Ж);
средней жёсткости (2-10 °Ж);
жёсткую (более 10 °Ж).

У одного и того же водоисточника жесткость воды может меняться в течение года. Например, весной, в период паводка, жесткость воды, особенно в поверхностных источниках, уменьшается. А жарким летом в связи с повышенным испарением воды с поверхности водоема, а так же из-за редких дождей жесткость воды, наоборот, увеличивается.

В подземных источниках жесткость воды практически не меняется в течение года, и, как правило, очень высокая (до 80-100 мг-экв/л).

Жёсткая вода при умывании сушит кожу, в ней плохо образуется пена при пользовании мылом. Использование жёсткой воды вызывает появление осадка (накипи) на стенках котлов, в трубах и т.п. В то же время, использование слишком мягкой воды может приводить к коррозии труб. В этом случае отсутствует кислотно-щелочная буферность, которую обеспечивает гидрокарбонатная жёсткость.

В различных информационных источниках можно встретить информацию, что жесткая вода способствует образованию камней в мочеполовой системе, а мягкая увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний. Многие люди отмечают, что умываясь водой с повышенном содержанием солей, кожа лица становится суше. Однако, достоверных клинических исследований о вреде такой воды на организм человека не существует. Поэтому, вероятнее всего, потребление и использование в быту жёсткой или мягкой воды не является опасным для здоровья.

А вот бытовой технике или водопроводной системе жесткая или мягкая вода может нанести существенный вред.

Нередки случаи, кода чайник или стиральная машина выходят из строя в связи с использованием жесткой воды. Жёсткая вода вызывает появление осадка (накипи) на нагревательных элементах бытовых приборов, стенках котлов, в трубах. Особенно часто это наблюдается при использовании для бытовых и хозяйственных нужд подземных водоисточников.

В то же время, использование слишком мягкой воды может привести к коррозии труб, так как, в этом случае отсутствует кислотно-щелочная буферность, которую обеспечивает гидрокарбонатная жёсткость.

Вкусовые качества воды тоже значительно отличаются друг от друга именно из-за отсутствия или наличия в ней тех или иных солей.

Вот почему родниковая или минеральная вода нам часто очень нравится – она более насыщена солями.

Способы устранения жесткости воды:

Термоумягчение.

Самый доступный и наиболее часто используемый в быту способ. Основан на кипячении воды. В результате термически нестойкие гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием накипи.

Реагентное умягчение.

Метод основан на добавлении в воду различных реагентов, например, кальцинированной соды, гашёной извести или ортофосфата натрия. Последний, часто входит в состав бытовых средств, которые мы используем для предотвращения образования накипи в стиральных, посудомоечных машинах или других бытовых приборах.

Метод основан на использовании ионообменной гранулированной загрузки (чаще всего ионообменные смолы). Такая загрузка при контакте с водой поглощает катионы солей жёсткости (кальций и магний, железо и марганец). Взамен, в зависимости от ионной формы, отдаёт ионы натрия или водорода.

Этот метод используется в промышленности.

Метод основан на прохождении воды через полупроницаемые мембраны (как правило, полиамидные). Вместе с солями жёсткости удаляется и большинство других солей. Эффективность очистки может достигать 99,9 %. Этот метод является дорогостоящим.

Обратноосмотические фильтры часто применяются нами в быту.

Такая вода становится практически дистиллированной.

Электродиализ

Основан на удалении из воды солей под действием электрического поля.

Дистилляция – полностью очищает воду от солей.

Часто, для смягчения воды в быту применяются механические фильтры.

Источник

Мягкая вода: что это такое и чем она отличается от жесткой, как определить мягкость жидкости – плюсы и минусы

Вы наверняка слышали о солях жесткости и о том, насколько они вредны и опасны. Но как определить их концентрацию в домашних условиях? Сегодня мы расскажем, как понять, что вода мягкая, и в целом рассмотрим ее особенности. Вы узнаете, какими качествами она обладает, так ли хороша, как кажется.

Сразу отметим: вопрос пользования ею обычно становится актуален для тех, кто переезжает жить за город, в собственный дом. Потому что для бытовых нужд люди начинают набирать жидкость из скважин, а она зачастую насыщена частицами магния, железа, кальция. Это нерастворимые соединения, которые оседают на внутренних стенках трубопроводов, на ТЭНах при стирке и — главное —накапливаются в организме, что приводит к развитию целого букета заболеваний и появлению проблем со здоровьем.

Чем полезна мягкая вода

Теоретическим и практическим путем, а также на основе сравнения и анализа были выявлены следующие ее достоинства:

1. На 30-50% уменьшает расход стирального порошка, мыла, гелей и прочих моющих средств, так как при взаимодействии с нею они активно образуют пену, а значит их нужно реже добавлять.

2. Соли ухудшают органолептические свойства; а раз их не будет, это самым положительным образом скажется на вкусе, запахе и качестве блюд и напитков, приготовленных на основе жидкости.

3. Не оказывает негативного влияния на состояние волос и кожи (а это известные минусы жесткой воды), косвенно помогая дольше сохранять молодость и лучше выглядеть.

4. Способствует более долгой службе бытовой техники и трубопровода – за счет того, что не провоцирует появление накипи. Откладываясь на ТЭНах и внутренних поверхностях баков, котлов, бойлеров, стиральных машин, утюгов, чайников, соединения кальция и магния постепенно понижают теплопередачу, забивают отверстия и шланги, разъедают уплотнители. Хорошо, что в нашем случае этого не происходит.

5. Не ухудшает здоровье (главное достоинство), так как в ее составе нет солей, которые могли бы накапливаться в организме и приводить к развитию мочекаменной болезни, проблемам с почками и суставами.

Особенности

Мягкая вода – это какая? С малой концентрацией нерастворимых веществ – не более 2 мг-экв/л. Приобретать катионы Ca, Mg, частицы Fe, Mn и другие нежелательные добавки она может, протекая сквозь почву (особенно на загрязненных промышленностью землях), терять – в процессе парообразования. Конденсат естественным образом очищается, поэтому-то наши предки ставили бочки, чтобы те наполнялись дождем, собирали и растапливали снег. Хотя сегодня осадки используются далеко не так же часто, как раньше, и только в экологически чистых районах. Причина банальна: пока капли собираются в облаках над крупными городами, заводами и фабриками, они вбирают в себя газы и другие вредные вещества, которыми так богаты мегаполисы и индустриальные зоны.

Кстати, состав мягкой воды сильно зависит от условий накопления и протекания ее источника и может отличаться по одному или нескольким из следующих показателей:

цвет и прозрачность;
вкус и запах (органолептические свойства – это вообще характерный индикатор наличия/отсутствия посторонних добавок);
коэффициент расширения/сжатия;
степень испарения и промерзания;
способность растворять в себе самые разные примеси.

Ну а главный параметр, варьирующийся и изменяющий свойства, – это концентрация щелочноземельных металлов. С оглядкой на него проводят анализ забранной жидкости, именно по нему в итоге определяют всю совокупность дальнейших качеств.

Жесткая и мягкая вода: что это значит, откуда взялись названия

Так повелось издревле: наши прадеды заметили, что после стирки одна одежда становится приятной на ощупь, а другая – грубой. Люди задумались, в чем причина, и решили, что в жидкости, которую они использовали (и были правы!) Эластичность ткани снижалась из-за того, что поры ее нитей забивались солями. Одновременно с этим менялся цвет вещи: она приобретала сероватый или желтоватый оттенок, не слишком эстетичный и особенно заметный на белом фоне.

MBFT-75 Мембрана на 75GPD

SF-mix Clack до 0,8 м3/ч

SF-mix Runxin до 0,8 м3/ч

В старину многие имена собственные рождались из буквальностей, так произошло и в этом случае. Воду, которая делала рубашки мягкими, люди так и называли, и с жесткой та же история.

Также ее громко именовали живой и мертвой соответственно, и вот это уже было не совсем верно. Да, такие термины есть, используются и поныне, и они действительно отражают тот эффект, который несет регулярное употребление жидкости для приготовления напитков и пищи, и, по сути, как раз и взяты из сказок и мифов о целебных и разрушительных свойствах. Просто дело не в солях жесткости, а в наличии изотопов (дейтерия и трития), кислот и токсинов – их присутствие постепенно угнетает организм.

Но даже при полном отсутствии примесей определенная угроза здоровью все-таки есть, и с нею нужно считаться.

Что значит «мягкая вода опасна»

Да, с бытовой точки зрения она лучше жесткой: не так вредит технике, не портит белье, помогает экономить на моющих средствах. Да, состояние волос и кожи она тоже не ухудшает, это мы уже выяснили, но учитывайте, что в ней содержится крайне мало вообще всех соединений, а не только магниевых, кальциевых или железистых.

Соответственно, если пить только ее, со временем организм начнет испытывать дефицит минералов, а это уже оборачивается следующими проблемами:

развитие кариеса, стоматита, других болезней ротовой полости;
появление гастрита, язв кишечника и желудка;
повышение давления, вплоть до возникновения гипертонии;
общий упадок сил, снижение иммунитета;
учащение случаев аритмии, вероятность инфаркта.

Отдельного разговора заслуживают дети, ведь они активно растут, а значит особенно нуждаются в полноценном заряде микроэлементов, витаминов, полезных веществ. Их питье просто обязано быть сбалансированным, иначе они рискуют столкнуться с желтухой, анемией, недостаточной подвижностью суставов, хрупкостью костей и частыми переломами.

Чем отличается жесткая вода от мягкой

Разница проявляется в следующих моментах:

Концентрация и тип растворенных частиц – ключевой фактор, определяющий даже структуру молекул, не говоря уже об органолептических свойствах. Внимание, четких границ в вопросе содержания солей нет – их может быть и 0,5 0Ж, и 4,3 0Ж, причем в одном и том же источнике, в зависимости от сезонности. Можно выделить лишь нижний предел – 0%, и он у дистиллята, то есть у чистой H2O, избавленной от чего-либо вообще и поэтому тоже непригодной для регулярного употребления.

Прозрачность и цвет – примеси меняют оттенок или даже окрас жидкости, делая ее мутной, желтоватой, зеленоватой. Во время кипячения она часто светлеет именно потому, что посторонние вещества оседают и остаются на стенках чайника (или другой емкости).

Взаимодействие с предметами – нужно смотреть, как влияет на окружение жесткая и мягкая вода: отличие второй в том, что она нейтральна к металлическим поверхностям, в то время как соли первой вступают в химические реакции с трубами и ТЭНами и откладываются на них в виде твердых пород, а их потом проблематично удалить.

Хотя главная практическая разница лежит не в затратах и бытовой экономии, а заключается в том комплексном эффекте, который две жидкости оказывают на наше здоровье при регулярном их употреблении. Как мы уже выяснили, если пить лишь одну из них, проблемы в любом случае возникнут, вопрос только в том, какие разовьются заболевания. Поэтому стоит соблюдать баланс и озаботиться вопросом очистки – чтобы удалять соли, но не полезные минералы.

Источник