Вода как растворитель различных веществ. Главный растворитель

Вода - одно из самых распространенных соединений на Земле. Она есть не только в реках и морях; во всех живых организмах тоже присутствует вода. Без нее невозможна жизнь. Вода - хороший растворитель (в ней легко растворяются разные вещества). животных и сок растений состоят преимущественно из воды. Вода существует вечно; она постоянно переходит из почвы в атмосферу и организмы и обратно. Более 70% земной поверхности покрыто водой.

Что такое вода

Круговорот воды

Вода рек, морей, озер постоянно испаряется, превращаясь в мельчайшие капли водяного пара. Капли собираются вместе, образуя , из которых вода проливается на землю в виде дождя. В этом состоит круговорот воды в природе. В облаках пар охлаждаемся и возвращается на землю в виде дождя, снега или града. Сточные воды из канализации и с заводов очищаются и затем сбрасываются в море.

Водонапорная станция

Речная вода обязательно содержит при­меси, поэтому ее необходимо очищать. Вода поступает в водохранилища, где отстаивается и твердые частицы оседают на дно. Затем вода проходит через фильтры, задерживающие оставшиеся твердые частицы. Вода просачивается через слои чистого гравия, песка или активированного угля, где она очищается от грязи и твердых примесей. После фильтрации воду обрабатывают хлором, чтобы убить болезнетворные бактерии, после чего закачивают ее в резервуары и по­дают в жилые дома и на заводы. Прежде чем сточная вода уйдет в море, ее нужно очистить. На водоочистной станции ее пропус­кают через фильтры, задерживающие грязь, затем перекачивают в отстой­ники, где твердые частицы должны осесть на дно. Бактерии уничтожают остатки органических веществ, разлагая их на без­вредные компоненты.

Очистка воды

Вода - хороший растворитель, поэтому она обычно содержит примеси. Очистить воду можно с помощью дистилляции (см. статью « »), но более эффективный метод очистки - деионизация (обессоливание). Ионы - это атомы или молекулы, утратившие или приобретшие электроны и в силу этого получившие положительный или отрицательный заряд. Для деионизации берется вещество, называемое ионитом . В нем есть положительно зараженные ионы водорода (Н +) и отрицательно заряженные ионы гидроксида (ОН —) Когда загрязненная вода проходит через ионит, ионы примесей заменяются ионами водорода и гидроксида из ионита. Ионы водорода и гидроксида соединяются, образуя новые молекулы воды. Вода, прошедшая через ионит, уже не содержит примесей.

Вода как растворитель

Вода - превосходный растворитель, очень многие вещества легко растворяют­ся в ней (см. так же статью « «). Именно поэтому в природе ред­ко встречается чистая вода. В молекуле воды электрические заряды слегка разделены, так как атомы водорода располагаются с одной стороны молекулы. Из-за этого ионные соединения (соединения, состоящие из ионов) так легко растворяются в ней. Ионы заряжены, и молекулы воды притягивают их.

Вода, как и все растворители, может растворить только ограниченное количество вещества. Раствор называется насыщенным, когда растворитель не может растворить дополнительную порцию вещества. Обычно количество вещества, которое способен растворить растворитель, возрастает при нагревании. В горячей коде сахар растворяется легче, чем в холодной. Шипучие напитки - это водные ра­споры углекислого газа. Чем выше , тем большее количество газа способен поглотить раствор. Поэтому когда мы открываем банку с напитком и тем самым, уменьшаем давление, из напитка вырывается углекислый газ. При нагревании растворимость газов уменьшается. В 1 литре речной и морской воды обычно растворено около 0,04 грамма кислорода. Этого хватит водорослям, рыбам и другим обитателям морей и рек.

Жесткая вода

В жесткой воде растворены минералы, по­павшие туда из горных пород, по которым текла вода. В такой воде мыло плохо мылится, потому что оно вступает в реакции с минералами и образует хлопья. Существует жесткая вода двух видов; разница между ними в типе растворенных минералов. Тип минералов, растворенных в воде, зависит от типа горных пород, по которым течет вода (см. рис.). Временная жесткость воды возникает при реакции известняка с дождевой водой. Известняк - это нерастворимый карбонат кальция, а дождевая вода - слабый ра­створ угольной кислоты. Кислота вступает в реакцию с карбонатом кальция и образует гидрокарбонат, который растворяется в воде и придаст ей жесткость.

При кипении или испарении воды с временной жесткостью часть минералов выпадает в осадок, образуя накипь на дне чайника или сталактиты и сталагмиты в пещере. Вода с постоянной жесткостью содержит другие кальциевые и магниевые со­единения, например гипс. Эти минералы при кипячении не выпадают в осадок.

Умягчение воды

Удалить минералы, делающие воду жест­кой, можно путем добавления в раствор стиральной соды или путем ионного обмена - процесса, аналогичного деионизации воды при очистке. Вещество, содержащее ионы натрии, которые обмениваются с находящимися в воде ионами кальция и магния. В ионообменнике жесткая вода проходит через цеолит - вещество, содержащие натрий. В цеолите ионы кальция и магния замешаются на ионы натрия, которые не придают воде жесткости. Стиральная сода - это карбонат натрия. В жесткой воде она вступает в реакцию с соединениями кальция и магния. В результате получаются нерастворимые со­единения, не образующие хлопьев.

Загрязнение воды

Когда неочищенная вода с заводов и из домов попадает в моря и реки, происходит загрязнение воды. Если в воде слишком много отходов, бактерии, разлагающие органические вещества, размножаются и поглощают почти весь кис­лород. В такой воде выживают только болезнетворные бактерии, способные жить в воде без кислорода. Когда уровень растворенного а воде кислорода снижается, рыбы и растения умирают. В воду также попадает мусор, пестициды и нитраты из удобрении, ядовитые - свинец, ртуть. Ядовитые вещества, в том числе металлы, попадают в организм рыб, а от них - в организмы других животных и даже человека. Пестициды убивают микроорганизмы и животных, нарушая тем самым природный баланс. Удобрения с полей и моющие средства, содержащие фосфаты, попадая в воду, вызывают усиленный рост растений. Растения и бактерии, питающиеся мертвыми растениями, поглощают кис­лород, снижая его содержание в воде.

Краткая характеристика роли воды для организмов

Вода - важнейшее неорганическое соединение, без которого невозможна жизнь на . Это вещество является и важнейшей частью , и играет большую роль как внешний фактор для всех живых существ.

На планете Земля вода встречается в трех агрегатных состояниях: газообразном (пары в , жидком (вода в и туманообразная в атмосфере) и твердом (вода в ледниках, айсбергах и т.д.). Формула парообразной воды - Н 2 О, жидкой (Н 2 О) 2 (при Т = 277 К) и (Н 2 O) n - для твердой воды (кристаллы льда), где n = 3, 4, … (зависит от температуры - чем ниже температура, тем больше величина n). Молекулы воды объединяются в частицы с формулой (Н 2 O) n в результате образования особых химических связей, называемых водородными; такие частицы называются ассоциатами; за счет образования ассоциатов возникают более рыхлые структуры, чем жидкая вода, поэтому при температуре ниже 277 К плотность воды, в отличие от других веществ, не увеличивается, а уменьшается, в результате лед плавает на поверхности жидкой воды и глубокие водоемы не промерзают до дна, тем более что вода имеет малую теплопроводность. Это имеет большое значение для организмов, живущих в воде, - они не погибают при сильных морозах и выживают во время зимних холодов до наступления более благоприятных температурных условий.

Наличие водородных связей обусловливает высокую теплоемкость воды, что делает возможным жизнь на поверхности Земли, так как наличие воды способствует уменьшению перепада температур днем и ночью, а также зимой и летом, ведь при охлаждении вода конденсируется и тепло выделяется, а при нагревании вода испаряется, на разрыв водородных связей затрачивается и поверхность Земли не перегревается.

Молекулы воды образуют водородные связи не только между собой, но и с молекулами других веществ (углеводов, белков, нуклеиновых кислот), что является одной из причин возникновения комплекса химических соединений, в результате образования которого и возможно существование особого вещества - живого вещества, образующего различные .

Экологическая роль воды огромна и имеет два аспекта: она является как внешним (первый аспект), так и внутренним (второй аспект) экологическим фактором. Как внешний экологический фактор вода входит в состав абиотических факторов (влажность, среда обитания, составная часть климата и микроклимата). Как внутренний фактор вода играет большую роль внутри клетки и внутри организма. Рассмотрим роль воды внутри клетки.

В клетке вода выполняет следующие функции:

1) среда, в которой располагаются все органоиды клетки;

2) растворитель как для неорганических, так и для органических веществ;

3) среда для протекания различных биохимических процессов;

4) катализатор для реакций обмена между неорганическими веществами;

5) реагент для процессов гидролиза, гидратации, фотолиза и т.д.;

6) создает определенное состояние клетки, например тургор, что делает клетку упругой и механически прочной;

7) выполняет строительную функцию, состоящую в том, что вода входит в состав различных клеточных структур, например мембран, и т. д.;

8) является одним из факторов, объединяющих все клеточные структуры в единое целое;

9) создает электрическую проводимость среды, переводя неорганические и органические соединения в растворенное состояние, вызывая электролитическую диссоциацию ионных и сильно полярных соединений.

В организме роль воды состоит в том, что она:

1) выполняет транспортную функцию, так как переводит вещества в растворимое состояние, а полученные растворы за счет различных сил (например, осмотического давления и др.) перемещаются от одного органа к другому;

2) осуществляет проводящую функцию за счет того, что в организме содержатся растворы электролитов, способные проводить электрохимические импульсы;

3) связывает воедино отдельные органы и системы органов за счет наличия в воде особых веществ (гормонов), осуществляя при этом гуморальную регуляцию;

4) является одним из веществ, которые регулируют температуру тела организма (вода в виде пота выделяется на поверхность тела, испаряется, за счет чего теплота поглощается и организм охлаждается);

5) входит в состав пищевых продуктов и т. д.

Значение воды вне организма охарактеризовано выше (среда для обитания, регулятор температуры внешней среды и т. д.).

Для организмов большую роль играет пресная вода (содержание солей менее 0,3%). В природе химически чистой воды практически не существует, наиболее чистой является дождевая вода сельской местности, удаленной от крупных населенных пунктов. Для организмов пригодна вода, содержащаяся в пресных водоемах - реках, прудах, пресных озерах.

МОУ Манинская СОШ

Открытый урок по географии

V класс

Учитель:

2008 г .

Тема урока: «Вода – растворитель. Работа воды в природе».

Цели урока:

Познакомить учащихся с значением воды на Земле.

Дать понятие о растворах и взвесях, растворимых и нерастворимых в воде веществах

Показать работу воды в природе (созидательную и разрушительную)

Воспитывать бережное отношение к воде, любовь к прекрасному.

Оборудование: карта полушарий, глобус, высказывание о воде, таблицы «Морской прибой», «Пещера», «Океан», «Обитатели морей и океанов», «Выветривание», пробирки с водой, соль, песок, фильтр, магнитофон, телевизор, мультимедийный проектор.

Ход урока.

I. Организационный момент.

II. Изучение нового материала.

Урок начинается с просмотра фрагмента фильма о воде.

На фоне негромкой музыки, отражающей звуки воды.

Учитель :

Безбрежная ширь океана

И тихая заводь пруда,

И все это только вода,

Тема нашего урока «Вода – растворитель. Работа воды в природе».

О роли воды в природе ярко и точно сказал академик. «Разве вода – это только жидкость, что налили в стакан?

Океан, покрывающий почти всю планету, всю нашу чудесную Землю, в которой миллионы лет назад зародилась жизнь – это вода».

Тучи, облака, туман, несущие влагу всему живому на земной поверхности – это ведь тоже вода.

В кружева будто одеты

Деревья, кусты, провода,

И кажется сказкою это

А, в сущности, – только вода.

Безгранично многообразие жизни. Она всюду на нашей планете. Но жизнь есть только там, где есть вода. Нет живого существа, если нет воды. Да, речь у нас сегодня на уроке пойдет о воде, о Царице – Водице. Проведем небольшую разминку.

Отгадайте загадки.

1. Под землею ходит,

На небо смотрит. (родник )

2. Что видно, когда ничего не видно. (туман )

3. Вечером наземь слетает,

Ночь на земле пребывает,

Утром опять улетает. (роса )

4. Без крыльев летят,

Без ног бегут,

Без паруса плывут. (облака )

5. Не конь, а бежит,

Не лес, а шумит. (река, ручей ).

6. Приходил - стучал по крыше,

Уходил - никто не слышал. (дождь )

Давайте посмотрим на глобус. Наша планета названа Землёй по явному недоразумению: на сушу приходится ¼ часть её территории, а всё остальное - вода. Правильно было бы назвать её планета Вода! Воды на земле много, но абсолютно чистой воды в природе нет, в ней всегда присутствуют, какие - то примеси одни из них желательны, так как нужны организму человека. Другие могут быть опасными для здоровья, и делать воду непригодной для использования.

1. Вода - растворитель.

Нет таких веществ, которые, хотя бы в малой мере, не растворялись в воде. В воде незначительной степени растворяются даже золото, серебро, железо, стекло. Учёные подсчитали, что, например, когда мы выпиваем стакан горячего чая, вместе с ним поглощаем примерно 0,0001 г. растворённого стекла. Из-за способности воды растворять другие вещества её никогда нельзя назвать абсолютно чистой.

Демонстрация опыта: вода, как растворитель.

Насыпаем в стакан с водой соль и размешиваем её ложкой. Что происходит с кристаллами соли? Они становятся всё меньше и меньше и скоро совсем исчезают. Но исчезла ли соль?

Нет. Она растворилась в воде. Мы получили раствор соли.

Пропустим раствор соли сквозь фильтр. На фильтре ничего не осело. Раствор соли свободно прошёл через фильтр. Что же называется раствором?

Раствор - жидкость, содержащая посторонние вещества, которые равномерно в ней распределены .

Демонстрация опыта: опыт с глиной.

Проделаем такой же опыт с глиной. Частички глины плавают в воде. Пропустим воду сквозь фильтр. Вода прошла через него, а частицы глины остались на фильтре.

Из этого опыта можно сделать вывод, что глина не растворяется в воде.

Чем отличаются результаты двух опытов? (вода с растворенной солью прозрачная, а вода с глиной – нет)

Действительно в природной воде могут быть различные частицы, которые в ней не растворяются. Такие частицы делают её мутной. В этом случае говорят о взвеси . Постояв какое-то время мутная жидкость становится прозрачной. Нерастворимые частички вещества опускаются на дно. А в растворах, сколько бы они не стояли, вещества на дно не оседают.

Люди давно заметили, что вода, налитая в серебряные сосуды, долго не портится. Дело в том, что в ней содержится растворенное серебро, которое губительно действует на бактерии, находящиеся в воде. «Серебряная» вода используется космонавтами во время полётов.

Как можно в домашних условиях приготовить серебряную воду?

В воде растворяются не только твёрдые и жидкие вещества, но и газы: кислород, азот , углекислый газ.

Растворенным в воде кислородом дышат рыбы, растения и животные.

Получение газированной воды основано на растворение в воде углекислого газа.

Физкультминутка «Вода - не вода»

Игра на внимательность. Я называю слова. Если названное слово обозначает, то, что содержит воду (облако), то дети должны встать. Если предмет или явление имеет косвенное отношение к воде (корабль), дети поднимают руку. Если называется предмет или явления не имеющий никакой связи с водой (ветер), дети хлопают в ладоши.

Лужа, катер, дождь, песок, водопад, камень, водолаз , снег, дерево, пляж, тюлень, машина, туча.

2. Работа воды в природе.

Многие явления на поверхности Земли происходит с участием воды.

Так, ручейки талой воды, объединяясь, становятся грозными потоками, и могут принести большие разрушения. Так образуются овраги (демонстрация «барельефа », «образование оврага»).

Вода смывает верхний слой плодородной почвы.

Под действием воды медленно разрушаются горные породы (рассказ по таблице «Выветривание» ). В народе существует пословица «Вода камень точит».

Просачиваясь в землю, вода размывает и растворяет различные породы. Так под землёй образуются пустоты – пещеры (таблица «Пещеры»).

Хорошо известны страшные стихийные бедствия – наводнения и цунами.

Во время наводнений и цунами вода сносит мосты, разрушает берега и постройки, уничтожает посевы культурных растений, уносит человеческие жизни.

Сообщение учащегося «Наводнения».

Наводнение – это затопление местности, населенных пунктов, промышленных и сельскохозяйственных объектов, приносящее ущерб. Наводнения приводит к разрушению хозяйственных объектов, гибели посевов, лесов и вынужденной эвакуации населения из зоны затопления. Наводнения, которые приводят не только к разрушениям, но и к человеческим жертвам, называют катастрофическими.

Их причиной могут быть сильные ливни, дружное таяние снегов после многоснежной зимы.

Сообщение учащегося «Цунами»

Цунами – редкое, но очень грозное явление природы. Слово «цунами» в переводе с японского означает «большая волна, заливающая бухту ». Эти волны могут быть незначительными и даже незаметными, но могут быть и катастрофическими. Разрушительные цунами вызываются главным образом сильными подводными землетрясениями на больших глубинах морей и океанов, а также подводными извержениями вулканов. При этом в короткие промежутки времени приводится в движение миллиарды тонн воды. Возникают невысокие волны, бегущие по поверхности океана со скоростью реактивного самолета – 700-800 километров в час.

В открытом океане даже самые грозные цунами совсем не опасны. Трагедии разыгрываются при подходе волн цунами в район прибрежного мелководья. На берегу волны достигают 10-15 метров и выше.

Последствия цунами бывают катастрофическими: наносят огромные разрушения, уносят сотни тысяч человеческих жизней.

Самое большое количество цунами зарождается на побережье Тихого океана (примерно раз в год).

Учитель: какую работу совершает вода во всех этих примерах?

(разрушительную)

Но вода совершает не только разрушительную работу. Речная вода во время весеннего половодья наносит плодородный ил, на отдельные участки земли . На них очень хорошо развивается растительность.

Ни один процесс в живых организмах не проходит без участия воды. Растениям она необходима для поглощения веществ из почвы, продвижения их по стеблю, листочкам, в виде растворов, для прорастания семян.

Все живое и неживое: любые почвы, горные породы, все предметы, тела, организмы – состоят из воды.

Например, в человеческом теле на долю воды приходится 60 – 80% от всей массы.

Важную роль играет вода в жизни человеческого общества. Человек превратил водоемы в транспортные пути, речные потоки - источник дешевой электроэнергии.

Вода является средой обитания многих живых организмов, которых не встретишь на суше (фрагмент видео фильма «Обитатели морей и океанов»)

Водные ресурсы - национальное богатство нашей страны, которое требует бережного отношения: строгого учета, охраны от загрязнения, экономного использования.

Учитель: А всегда ли экономно мы используем воду?

Человек запомни навсегда:

Символ жизни на земле - вода!

Экономь ее и береги -

Мы ведь на планете не одни!

III . Закрепление

1. Вопросы:

а) Как называются все моря и океаны вместе взятые (мировой океан )

б) Не море, не земля - корабли не плавают и ходить нельзя (болото )

б) Кругом вода с питьем - беда (море )

г) Отгадайте, о каком веществе идет речь: Это вещество очень распространено в природе, но в чистом виде практически не встречается. Без этого вещества жизнь невозможна. У древних народов оно считалось символом бессмертия и плодородия. В общем - это самая необыкновенная жидкость на свете. Что это? (вода ).

2. Игра «Зачеркни лишнее» (на столах учащихся карточки с заданием)

Задание: вычеркнуть лишнее слово и объяснить почему?

а) Снег, лед, пар, град.

б) Дождь, снежинка, море, река.

в) Град, водяной пар, снег, дождь.

3. А теперь следующее задание. Заполните пропуски в тексте:

Вода … растворитель. В ней растворяются твердые вещества.

Например… : жидкие вещества, например… газообразные вещества,

например…

В связи с этим в природе нельзя обнаружить… воды.

4. Игра «Лишнее свойство»

Задание: зачеркните свойство, которое не относится к воде.

Свойство:

а) Имеет цвет, не имеет цвета.

б) Имеет вкус, не имеет вкуса.

в) Имеет запах, не имеет запаха.

г) Непрозрачна, прозрачна.

д) Обладает текучестью, не обладает текучестью.

е) Быстро нагревается и быстро остывает, медленно нагревается и медленно остывает.

ж) Растворяет песок и мел, растворяет соль и сахар.

з) Имеет форму, не имеет форму.

На фоне музыки

Учитель:

Вода - чудный дар природный,

Живой текучий и свободный,

Картины нашей жизни красит.

В своих трех важных ипостасях.

То ручейком, то речкой вьется,

То из стакана наземь льется.

То застывает тонкой льдинкой,

Красиво названной снежинкой.

То обретает легкость пара:

Была - и вдруг ее не стало.

Великий труженик водица,

Ну как же ей не восхититься.

Она плывет к нам облаками,

Поит снегами и дождями,

И разрушает и наносит,

И так заботы нашей просит.

IV . Задание на дом § 23, задание 77 рабочая тетрадь. стр. 45

Энергия образования молекул воды высока, она сос­тавляет 242 кДж/моль. Этим объясняется устойчивость во­ды в природных условиях. Устойчивость в сочетании с электрическими характеристиками и молекулярным стро­ением делают воду практически универсальным растворите­лем для многих веществ. Высокая диэлектрическая проницаемость обусловливает самую большую растворяю­щую способность воды по отношению к веществам, мо­лекулы которых полярны. Из неорганических веществ в воде растворимы очень многие соли, кислоты и основания. Из органических веществ растворимы лишь те, в молекулах которых полярные группы составляют значительную часть – многие спирты, амины, органические кислоты, са­хара и т.д.

Растворение веществ в воде сопровождается образо­ванием слабых связей между их молекулами или ионами и молекулами воды. Это явление называется гидратацией. Для веществ с ионной структурой характерно формирование гидратных оболочек вокруг катионов за счет донорно-акцепторной связи с неподеленной парой электронов атома кислорода. Катионы гидратированы тем в большей степени, чем меньше их радиус и выше заряд. Анионы, обычно менее гидратированные, чем катионы, присоединяют молекулы воды водородными связями.

В процессе растворения веществ изменяется величина электрического момента диполя молекул воды, изменяется их пространственная ориентация, разрываются одни и обра­зуются другие водородные связи. В совокупности эти явления приводят к перестройке внутренней структуры.

Растворимость твердых веществ в воде зависит от природы этих веществ и температуры и изменяется в широких пределах. Повышение температуры в большинстве случаев увеличивает растворимость солей. Однако раст­воримость таких соединений, как CaSО 4 ·2H 2 О, Ca(OH) 2 , при повышении температуры снижается.

При взаимном растворении жидкостей, одной из кото­рых является вода, возможны различные случаи. Например, спирт и вода смешиваются друг с другом в любых соотношениях, так как оба полярны. Бензин (неполярная жидкость) в воде практически нерастворим. Наиболее общим является случай ограниченной взаимной раст­воримости. Примером могут служить системы вода–эфир, вода–фенол. При нагревании взаимная растворимость для одних жидкостей возрастает, для других – уменьшается. Например, для системы вода–фенол повышение температуры выше 68 °С приводит к неограниченной взаимной рас­творимости.

Газы (например, NH 3 , СО 2 , SО 2) хорошо растворимы в воде, как правило, в тех случаях, когда они вступают с водой в химическое взаимодействие; обычно же растворимость газов невелика. При повышении температуры растворимость газов в воде уменьшается.

Следует отметить, что растворимость кислорода в воде почти в 2 раза выше, чем растворимость азота. Вследствие этого состав растворенного в воде водоемов или очистных сооружений воздуха отличается от атмосферного. Раство­ренный воздух обогащен кислородом, что очень важно для организмов, обитающих в водной среде.

Для водных растворов, как и для любых других, харак­терны понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения. Одно из общих свойств растворов проявляется в явлении осмоса. Если два раствора разной концентрации разделены полупроницаемой перегородкой, молекулы растворителя проникают через нее из разбавленного раствора в концентрированный. Механизм осмоса можно понять, если учесть, что, согласно общему есте­ственному принципу, все молекулярные системы стремятся к состоянию наиболее равномерного распределения (в случае двух растворов - стремление к выравниванию концентраций по обе стороны перегородки).

	1. Строение молекулы воды.	tag but isn"t running the applet, for some reason." Your browser is completely ignoring the tag!
	Вода имеет полярную молекулу. Кислород как более электроотрицательный атом оттягивает на себя общую с атомом водорода электронную плотность к себе и потому несет частичный отрицательный заряд; атомы водорода, от которых электронная плотность смещена, несут частичный положительный заряд. Таким образом, молекула воды представляет собой диполь , т.е. имеет положительно и отрицательно заряженные участки. (Модель справа объемная, ее можно вращать при помощи нажатой левой кнопки мыши.)

2. Водородные связи. Молекулы воды образуют друг с другом водородные связи . Они обусловлены силами притяжения между несущим частичный отрицательный заряд атомом кислорода одной молекулы и несущим частичный положительный заряд атомом водорода другой молекулы. (Рассмотрите на модели справа, что связи образованы именно между названными выше атомами.) Вопрос 1. Как Вы думаете: по своей природе водородные связи ближе к ковалентным или к ионным? Почему Вы так думаете? Водородные связи обуславливают целый ряд важнейших свойств воды, в первую очередь - ее свойства как растворителя. 3. Вода как растворитель.

alt="Your browser understands the tag but isn"t running the applet, for some reason." Your browser is completely ignoring the tag!

По отношению к воде все практически вещества можно разделить на две группы:

1. Гидрофильные (от греч. "филео" - любить, имеющие положительное сродство к воде ). Эти вещества имеют полярную молекулу, включающую электроотрицательные атомы (кислород, азот, фосфор и др.). В результате отдельные атомы таких молекул также обретают частичные заряды и образуют водородные связи с молекулами воды. Примеры: сахара, аминокислоты, органические кислоты .
2. Гидрофобные (от греч. "фобос" - страх, имеющие отрицательное сродство к воде ). Молекулы таких веществ неполярны и не смешиваются с полярным растворителем, каковым является вода, но хорошо растворимы в органических растворителях, например, в эфире, и в жирах. Примером могут служить линейные и циклические углеводороды . в т.ч. бензол .

Вопрос 2. Рассмотрите внимательно две молекулы справа. Как Вы думаете, какая из этих молекул гидрофильная, а какая - гидрофобная? Почему Вы так думаете? Не узнали ли Вы - что это за вещества? Среди органических веществ встречаются также соединения, одна часть молекулы которых неполярна и проявляет гидрофобные свойства, а другая - полярна и, следовательно, гидрофильна.

alt="Your browser understands the tag!

alt="Your browser understands the tag but isn"t running the applet, for some reason." Your browser is completely ignoring the tag!

Такие вещества называются амфипатическими . Молекула фосфотидилсерина (одного из фосфолипидов плазматической мембраны клеток, справа) может служить примером амфипатических соединений. Вопрос 3. Рассмотрите внимательно эту молекулу. Как Вы думаете, какая из ее частей гидрофильная, а какая - гидрофобная? Расположите молекулу так, чтобы это было максимально наглядно, создайте графический файл и в нем обозначьте гидрофильный и гидрофобный участки молекулы. Для этого, расположив молекулу наиболее выгодным образом, скопируйте все изображение экрана в буфер обмена (нажать кнопку Print Screen ), запустите графический редактор по усмотрению (достаточно Paint - Пуск - Программы - Стандартные - Paint ), обрежьте все лишнее, а на оставшемся рисунке обозначьте любим удобным способом требуемые участки. Сделайте соответствующие подписи на рисунке и сохраните файл в папку по усмотрению. 4. Вода как растворитель в живых организмах. По образному выражению, все мы - "живые растворы". Действительно, практически все процессы как в клетках организма, так и в межклеточной среде организма протекают именно в водных растворах.

alt="Your browser understands the tag but isn"t running the applet, for some reason." Your browser is completely ignoring the tag!

Кроме того, со свойством воды как растворителя прямо связана транспортная функция внутренних жидкостей как у многоклеточных животных (кровь, лимфа, гемолимфа, целомическая жидкость), так и у многоклеточных растений.

5. Вода как реагент.
Важное значение воды связано также с ее химическими свойствами - как обычного вещества, вступающего в химические реакции с другими веществами. Наиболее важными являются расщепление воды под действием света (фотолиз ) в световой фазе фотосинтеза , участие воды как необходимого реагента в реакциях расщепления сложных биополимеров (такие реакции не случайно называются реакциями гидролиза ). И, наоборот, при реакциях образования биополимеров, полимеризации, происходит выделение воды.
Вопрос 4. Какую неточность в последней фразе исправил бы химик?

(H2O) - одно из наиболее распространенных и важных веществ. Чистой воды в природе нет, - она всегда содержит примеси. Получают чистую воду методом перегонки. Перегнанная вода называется дистиллированной. Состав воды (по массе): 11,19 % водорода и 88,81 % кислорода. Чистая вода прозрачна, не имеет запаха и вкуса. Наибольшую плотность она имеет при 0° С (1 г/см3). Плотность льда меньше плотности жидкой воды, поэтому лед всплывает на поверхность. Вода замерзает при 0° С и кипит при 100° С при давлении 101 325 Па. Она плохо проводит теплоту и очень плохо проводит электричество. Вода - хороший растворитель. Молекула воды имеет угловую форму атомы водорода по отношению к кислороду образуют угол, равный 104,3°. Поэтому молекула воды - диполь: та часть молекулы, где находится водород, заряжена положительно, а часть, где находится кислород, - отрицательно. Благодаря полярности молекул воды электролиты в ней диссоциируют на ионы. В жидкой воде наряду с обычными молекулами Н2О содержатся ассоциированные молекулы, т. е. соединенные в более сложные агрегаты (Н2О)x благодаря образованию водородных связей (рис. 4). Наличием водородных связей между молекулами воды объясняются аномалии ее физических свойств: максимальная плотность при 4° С, высокая температура кипения (в ряду Н2О - Н2S - Н2Sе) аномально высокая теплоемкость (4,18 кДж/(г К)). С повышением температуры водородные связи разрываются, и полный разрыв наступает при переходе воды в пар.

Рисунок 4. Молекула воды

Растворы - однородная многокомпонентная система, состоящая из растворителя, растворённых веществ и продуктов их взаимодействия. По агрегатному состоянию растворы могут быть жидкими (морская вода), газообразными (воздух) или твёрдыми (многие сплавы металлов). Размеры частиц в истинных растворах - менее 10-9 м (порядка размеров молекул). Если молекулярные или ионные частицы, распределённые в жидком растворе присутствуют в нём в таком количестве, что при данных условиях не происходит дальнейшего растворения вещества, раствор называется насыщенным. (Например, если поместить 50 г NaCl в 100 г H2O, то при 200C растворится только 36 г соли).

Насыщенным называется раствор, который находится в динамическом равновесии с избытком растворённого вещества. Поместив в 100 г воды при 200C меньше 36 г NaCl получается ненасыщенный раствор. При нагревании смеси соли с водой до 1000C произойдёт растворение 39,8 г NaCl в 100 г воды. Если теперь удалить из раствора нерастворившуюся соль, а раствор осторожно охладить до 200C, избыточное количество соли не всегда выпадает в осадок. В этом случае мы имеем дело с перенасыщенным раствором. Перенасыщенные растворы очень неустойчивы. Помешивание, встряхивание, добавление крупинок соли может вызвать кристаллизацию избытка соли и переход в насыщенное устойчивое состояние. Ненасыщенный раствор - раствор, содержащий меньше вещества, чем в насыщенном. Перенасыщенный раствор - раствор, содержащий больше вещества, чем в насыщенном.

Растворы образуются при взаимодействии растворителя и растворённого вещества. Процесс взаимодействия растворителя и растворённого вещества называется сольватацией (если растворителем является вода - гидратацией). Растворение протекает с образованием различных по форме и прочности продуктов - гидратов. При этом участвуют силы как физической, так и химической природы. Процесс растворения вследствие такого рода взаимодействий компонентов сопровождается различными тепловыми явлениями. Энергетической характеристикой растворения является теплота образования раствора, рассматриваемая как алгебраическая сумма тепловых эффектов всех эндо - и экзотермических стадий процесса. Наиболее значительными среди них являются:

– поглощающие тепло процессы - разрушение кристаллической решётки, разрывы химических связей в молекулах;

– выделяющие тепло процессы - образование продуктов взаимодействия растворённого вещества с растворителем (гидраты) и др.

Если энергия разрушения кристаллической решетки меньше энергии гидратации растворённого вещества, то растворение идёт с выделением теплоты (наблюдается разогревание). Так, растворение NaOH – экзотермический процесс: на разрушение кристаллической решётки тратится 884 кДж/моль, а при образовании гидратированных ионов Na+ и OH - выделяется соответственно 422 и 510 кДж/моль. Если энергия кристаллической решётки больше энергии гидратации, то растворение протекает с поглощением теплоты (при приготовлении водного раствора NH4NO3 наблюдается понижение температуры).

Растворимость. Предельная растворимость многих веществ в воде (или в других растворителях) представляет собой постоянную величину, соответствующую концентрации насыщенного раствора при данной температуре. Она является качественной характеристикой растворимости и приводится в справочниках в граммах на 100 г растворителя (при определённых условиях). Растворимость зависит от природы растворяемого вещества и растворителя, температуры и давления.

1. Природа растворяемого вещества. Кристаллические вещества подразделяются на:

P - хорошо растворимые (более 1,0 г на 100 г воды);

M - малорастворимые (0,1 г - 1,0 г на 100 г воды);

Н - нерастворимые (менее 0,1 г на 100 г воды).

2. Природа растворителя. При образовании раствора связи между частицами каждого из компонентов заменяются связями между частицами разных компонентов. Чтобы новые связи могли образоваться, компоненты раствора должны иметь однотипные связи, т. е. быть одной природы. Поэтому ионные вещества растворяются в полярных растворителях и плохо в неполярных, а молекулярные вещества - наоборот.

3. Влияние температуры. Если растворение вещества является экзотермическим процессом, то с повышением температуры его растворимость уменьшается (Например, Ca(OH)2 в воде) и наоборот. Для большинства солей характерно увеличение растворимости при нагревании (рис. 5). Практически все газы растворяются с выделением тепла. Растворимость газов в жидкостях с повышением температуры уменьшается, а с понижением увеличивается.

4. Влияние давления. С повышением давления растворимость газов в жидкостях увеличивается, а с понижением уменьшается.

Рисунок 5. Зависимость растворимости веществ от температуры