Вода - источник жизни на Земле

   Вначале в таком водоеме резко увеличивается  количество микроскопических водорослей. С увеличением кормовой базы возрастает количество ракообразных, рыб и других водных организмов. Затем происходит отмирание огромного количества организмов. Оно приводит к расходованию всех запасов кислорода, содержащегося в воде, и накоплению сероводорода. Обстановка в водоеме меняется настолько, что он становится непригодным для существования любых форм организмов. Водоем постепенно “умирает”.

   Современный уровень очистки сточных вод таков, что даже в водах, прошедших биологическую очистку, содержание нитратов и фосфатов достаточно для интенсивного эвтрофирования водоемов.

   Эвтрофизация - обогащение водоема биогенами, стимулирующее  рост фитопланктона. 0т этого вода мутнеет, гибнут бентосные растения, сокращается концентрация растворенного кислорода, задыхаются обитающие на глубине рыбы и моллюски.

   Во  многих водных объектах концентрации загрязняющих веществ превышают  ПДК, установленные санитарными  и рыбоохранными правилами.

   Загрязнению подвергаются не только поверхностные, но и подземные воды. В целом  состояние подземных вод оценивается  как критическое и имеет опасную  тенденцию дальнейшего ухудшения.

   Подземные воды (особенно верхних, неглубоко залегающих, водоносных горизонтов) вслед за другими элементами окружающей среды испытывают загрязняющее влияние хозяйственной деятельности человека. Подземные воды страдают от загрязнения нефтяных промыслов, предприятий горнодобывающей промышленности, полей фильтрации, шламонакопителей и отвалов металлургических заводов, хранилищ химических отходов и удобрений, свалок, животноводческих комплексов, не канализированных населенных пунктов. Происходит ухудшение качества воды в результате подтягивания некондиционных природных вод при нарушении режима эксплуатации водозаборов. Площади очагов загрязнения подземных вод достигают сотен квадратных километров. Из загрязняющих подземные воды веществ преобладают: нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель, ртуть), сульфаты, хлориды, соединения азота,

   Перечень  веществ контролируемых в подземных  водах не регламентирован, поэтому  нельзя составить точную картину  о загрязнении подземных вод. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА 

   Молекулы  воды обнаружены в межзвёздном пространстве. Вода входит в состав комет, большинства  планет солнечной системы и их спутников.              

   Изотопный состав. Существуют девять устойчивых изотопных разновидностей воды. Содержание их в пресной воде в среднем следующее: 1Н216О – 99,73%, 1Н218О – 0,2%,

   1Н217О  – 0,04%, 1H2Н16О – 0,03%. Остальные  пять изотопных разновидностей  присутствуют в воде в ничтожно  малых количествах.

   Строение  молекулы. Как известно, свойства химических соединений зависят от того, из каких элементов состоят их молекулы, и изменяются закономерно. Воду можно рассматривать как оксид водорода или как гидрид кислорода. Атомы водорода и кислорода в молекуле воды расположены в углах равнобедренного треугольника с длиной связи О – Н  0,957 нм; валентный угол Н – О – Н 104o 27’.  

   Но  поскольку оба водородных атома  расположены по одну сторону от кислородного, электрические заряды в ней рассредоточиваются. Молекула воды полярна, что является причиной особого взаимодействия между разными её молекулами. Атомы водорода в молекуле воды, имея частичный положительный заряд, взаимодействуют с электронами атомов кислорода соседних     молекул.Такая химическая связь называется  в о д о р о д н о й. Она обьединяет молекулы воды в своеобразные полимеры пространственного строения. В водяном паре присутствует около 1%  димеров воды. Расстояние между атомами кислорода – 0,3 нм. В жидкой и твёрдой фазах каждая молекула воды образует четыре водородные связи: две – как донор протонов и две – как акцептор протонов. Средняя длина этих связей – 0, 28 нм, угол  Н – О – Н  стремится к 1800 .Четыре водородные связи молекулы воды направлены приблизительно к вершинам правильного тетраэдра.

   Структура модификаций льда представляет собой  трёхмерную сетку. В модификациях, существующих при низких давлениях, так называемый лёд – I , связи Н – О – Н почти прямолинейны и направлены к вершинам правильного тетраэдра. Но при высоких давлениях обычный лёд можно превратить в так называемые  лёд – II, лёд – III так далее – более тяжёлые и плотные кристаллические формы этого вещества. Самые твёрдые, плотные и тугоплавкие пока – лёд – VII  и лёд – VIII. Лёд – VII получен под давлением 3 млрд Па, он плавится при температуре + 1900 C . В модификациях – лёд – II -  лёд – VI – с вязи Н – О – Н искривлены и углы между ними отличаются от тетраэдрического, что обусловливает увеличение плотности по сравнению с плотностью обычного льда. Только в модификациях лёд – VII  и лёд – VIII  достигается самая высокая плотность упаковки: в их структуре две правильные сетки, выстроенные из тетраэдров, вставлены одна в другую, при этом сохраняется система прямолинейных водородных связей.

   Трёхмерная  сетка водородных связей, построенная  из тетраэдров, существует и в жидкой воде во всём интервале от температуры плавления до критической температуры, равной + 3,980 С. Увеличение плотности при плавлении, как и в случае плотных модификаций льда, объясняется искривлением водородных связей.

   Искривление водородных связей увеличивается с  ростом температуры и давления, что ведёт к возрастанию плотности. С другой стороны при нагревании средняя длина водородных связей становится больше, в результате чего плотность уменьщается. Совместное действие двух фактов объясняет наличие максимума плотности воды при температуре + 3, 980 С.

   Физические  свойства воды аномальны, что объясняется  приведёнными выше данными о взаимодействии между молекулами воды.

   Вода  – единственное вещество на Земле, которое существует в природе  во всех трёх агрегатных состояниях – жидком, твёрдом и газообразном.

   Плавление льда при атмосферном давлении сопровождается уменьшением объёма на 9%. Плотность  жидкой воды при температуре, близкой  к нулю, больше, чем у льда. При 00С 1 грамм льда занимает объём 1,0905 кубических сантиметров, а 1 грамм жидкой воды занимает объём 1,0001 кубических сантиметров. И лёд плавает, оттого и не промерзают обычно насквозь водоёмы, а лишь покрываются ледяным покровом.

   Температурный коэффициент объёмного расширения льда и жидкой воды отрицателен при  температурах соответственно ниже       - 2100 С и + 3,980 С.

   Теплоёмкость  при плавлении возрастает почти  вдвое и в интервале от 00 С  до 1000 С почти не зависит от температуры.

   Вода  имеет незакономерно высокие  температуры плавления и кипения  в сравнении с другими водородными соединениями элементов   главной подгруппы  VI группы таблицы  Менделеева. 

                         теллуроводород селеноводород сероводород  вода

                                Н2Те                Н2Sе               Н2S               Н2О                             

   _____________________________________________________

     t  плавления    - 510 С              - 640 С         - 820 С             00 С      

   _____________________________________________________

     t  кипения        - 40 С                - 420 С          - 610 С        1000 С

   _____________________________________________________ 

   Нужно подвести дополнительную энергию, чтобы  расшатать, а затем разрушить  водородные связи. И энергия эта  очень значительна. Вот почему так  велика теплоёмкость воды. Благодаря этой особенности вода формирует климат планеты. Геофизики утверждают, что Земля давно бы остыла и превратилась в безжизненный кусок камня, если бы не вода. Нагреваясь, она поглощает тепло, остывая, отдаёт его. Земная вода и поглощает, и возвращает очень много тепла, и тем самым “выравнивает” климат. Особенно заметно на формирование климата материков влияют морские течения, образующие в каждом океане замкнутые кольца циркуляции. Наиболее яркий пример – влияние Гольфстрима, мощной системы тёплых течений, идущих от полуострова Флорида в Северной Америке до Шпицбергена и Новой Земли. Благодаря Гольфстриму средняя температура января на побережье Северной Норвегии, за Полярным кругом, такая же, как в степной части Крыма, - около 00 С, т. е. повышена на  15 – 200 С. А в Якутии на той же широте, но вдали от Гольфстрима – минус 400 С. А от космического холода предохраняют Землю те молекулы воды, которые рассеяны в атмосфере – в облаках и в виде паров. Водяной пар создаёт мощный “парниковый эффект”, который задерживает до 60% теплового излучения нашей планеты, не даёт   ей охлаждаться. По расчётам М.И.Будыко, при уменьшении содержания водяного пара в атмосфере вдвое средняя температура поверхности Земли понизилась бы более чем на 50 С (с 14,3 до 90 С). На смягчение земного климата, в частности на    выравнивание температуры воздуха в переходные сезоны – весну и осень, заметное влияние оказывают огромные величины скрытой теплоты плавления и испарения воды.

   Но  не только поэтому мы считаем воду жизненно важным веществом. Дело в том, что тело человека почти на 63 – 68 % состоит из воды. Почти все биохимические реакции в каждой живой клетке – это реакции в водных растворах. С водой  удаляются из нашего тела ядовитые шлаки; вода, выделяемая потовыми железами и испаряющаяся с поверхности кожи, регулирует температуру нашего тела. Представители животного и растительного мира содержат такое же обилие воды в своих организмах. Меньше всего воды, лишь 5 – 7% веса, содержат некоторые мхи и лишайники. Большинство обитателей земного шара и растения состоят более чем на половину из воды. Например, млекопитающие содержат 60 – 68 %; рыбы – 70 %; водоросли – 90 – 98 % воды.

   В растворах же (преимущественно водных) протекает большинство технологических  процессов на предприятиях химической промышленности, в производстве лекарственных препаратов и пищевых продуктов.

   Не  случайно гидрометаллургия – извлечение металлов из руд и концентратов с  помощью растворов различных  реагентов – стала важной отраслью промышленности.

   Вода  – это важный источник энергоресурсов. Как известно, все гидроэлектрические станции мира, от маленьких до самых крупных, превращают механическую энергию водного потока в электрическую исключительно с помощью водяных турбин с соединёнными с ними электрогенераторами. На атомных электростанциях  атомный реактор нагревает воду, водяной пар вращает турбину с генератором и вырабатывает электрический ток.

   Вода, несмотря на все её аномольные свойства, является эталоном для измерения  темпкратуры, массы ( веса), количества тепла, высоты местности.

   Шведский  физик Андерс Цельсий, член Стокгольмской  академии наук, создал в 1742 году стоградусную шкалу термометра, которой в настоящее  время пользуются почти повсеместно. Точка кипения воды обозначена 100 , а точка таяния льда 0 .

   При разработке метрической системы, установленной  по декрету французского революционного правительства в 1793 году взамен различных  старинных мер, вода была использована для создания основной меры массы   (веса) – килограмма и грамма:  1 грамм, как известно, это вес 1 кубического сантиметра (милилитра) чистой воды при температуре её наибольшей плотности – 40  С. Следовательно, 1 килограмм – это вес 1 литра (1000 кубических сантиметров) или  1 кубического дециметра воды: а 1 тонна  (1000 килограммов) – это вес 1 кубического метра воды.

   Вода  используется и для измерения  количества тепла. Одна калория –  это количество тепла, нужное     для нагревания 1 грамма воды с 14, 5  до 15,50 С.

   Все высоты и глубины на земном шаре отсчитываются от уровня моря.

   В 1932 году американцы Г.Юри и Э.Осборн обнаружили, что даже в самой чистой воде, которую только можно получить в лабораторных условиях, содержится незначительное количество какого-то вещества, выражающегося, по-видимому, той же химической формулой Н2О, но обладающего молекулярным весом 20 вместо  веса 18, присущего обычной воде. Юри назвал это вещество тяжёлой водой. Большой вес тяжёлой воды объясняется тем, что её молекулы состоят из атомов водорода с удвоенным атомным весом по сравнению с атомами обычного водорода. Двойной вес этих атомов в свою очередь обусловливается тем, что их ядра содержат, кроме единственного протона, составляющего ядро обычного водорода, ещё один нейтрон. Тяжёлый изотоп водорода получил название дейтерия