Главная | Обратная связь

Фізичні властивості води

Чиста вода – безбарвна прозора рідина, без запаху і смаку. При 0°С вона замерзає і перетворюється у лід, а при 100°С і нормальному атмосферному тиску кипить, перетворюючись у пару. В газоподібному стані вода існує і при нижчій температурі, навіть нижче 0°С. Тому лід і сніг теж поступово випаровуються. Урідкому стані практично не стискається, у замерзлому стані розширюється на 1/11 від свого об'єму. Найбільшу густину вода має при +4°С. Масу 1 см³ чистої води при цій температурі прийняли за одиницю і назвали грамом. На відміну від інших рідин вода при охолодженні від + 4 до 0°С розширюється. Тому лід легший від води (на 8%) і не тоне в ній. Завдяки цьому, а також малій теплопровідності шар льоду захищає глибокі водойми від промерзання до дна і цим забезпечується у них життя. Вода характеризується великою питомою теплоємністю, що дорівнює за означенням калорії 1 кал/г-град. Завдяки цьому температура океанів і морів змінюється досить повільно і цим регулює температуру земної кори. Цим пояснює також те, що клімат на островах рівномірніший, ніж на материках. Прозорість води залежить від товщини шару, через яку проходить світло, від кольоровості й мутності води, тобто від вмісту в ній різних барвистих завислих мінеральних і органічних речовин. Мірою прозорості служить висота стовпа води, при якій можна спостерігати білий диск прозороміра певних розмірів, що його занурюють у воду, або розрізняти на білому папері стандартний шрифт певного розміру й типу. Результати виражаються в сантиметрах із називанням способу вимірювання. За ступенем прозорості води поділяють на: 1) прозорі; 2) слабко прозорі; 3) слабко каламутні; 4) каламутні; 5) сильно каламутні.

Хімічні властивості води.

У хімічному відношенні вода досить активна. З багатьма речовинами вона вступає в хімічні реакції вже при звичайній температурі. З оксидами лужних і лужноземельних металів вона утворює основи:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂

З багатьма оксидами неметалів (ангідридами) вода утворює кисневмісні кислоти:

Р₂О₅ + 3Н₂О = 2Н₃РО₄

З найактивнішими металами вона утворює основи з виділенням водню: 2Na + 2Н₂О = 2NaOH + Н₂ ↑

З деякими солями вода утворює так звані кристалогідрати, які характеризуються строго визначеною кількістю молекул води, що припадають на одну молекулу солі. Наприклад, з сульфатом міді вода утворює мідний купорос:

CuSO₄ + 5Н₂О = CuSO₄ +5Н₂О,

в якому на одну молекулу сульфату міді припадає п'ять молекул води. Воду, що входить до складу кристалів, називають кристалізаційною.

Дисоціація води.

Вода поводить себе як амфоліт. Процес дисоціації води відповідно до теорії Бренстеда протікає за рівнянням

H₂О + H₂О ↔ Н₃О⁺ + ОН^-

Відбувається автоіонізація води.

Константа дисоціації води при 25 ⁰С дорівнює:

К_д (Н₂О) = а(Н⁺)* а(ОН^-)/ а(Н₂О) = 1,8*10^-16 моль/л,

де а(Н⁺), а(ОН^-), а(Н₂О) – активності іонів Н⁺, ОН^- та водиН₂О.

Ступінь дисоціації води дуже малий, тому активності гідроген- та гідроксид-іонів в чистій воді практично дорівнюють їх концентраціям. Оскільки вода присутня у великому надлишку, її концентрація може вважатися сталою й складає 55,6 моль/л (1000 : 18 г/моль = 55,6 моль/л). Підставивши це значення до виразу для константи дисоціації, а замість активностей гідроген- та гідроксид-іонів їх концентрації, одержують новий вираз:

К (Н₂О) = [Н⁺][ОН^-] = 1*10^-14 моль²/л²,

або точніше К (Н₂О) = а(Н⁺)* а(ОН^-) = 1*10^-14 моль²/л².

Константа К (Н₂О) називається іонним добутком або константою автоіонізації (автопротолізу) води. Тобто в чистій воді або любому водному розчині при сталій температурі добуток концентрацій (активностей) гідроген- та гідроксид-іонів є величина стала, яка називається іонним добутком води.

Константа К (Н₂О) залежить від температури: при підвищенні температури К (Н₂О) зростає.

В чистій воді активності а(Н⁺) = а(ОН^-) = 1*10^-7 моль/л:

а(Н⁺) = а(ОН^-) = = √10^-14 = 1*10^-7

В порівнянні з іншими речовинами вода володіє величезною теплоємністю і тому є ефективним теплоносієм. Теплоємність - це та кількість тепла, яке потрібнопідвести до 1 кілограма речовини, аби підняти його температуру на 1 градус. Аби нагрівати 1 кілограм води на 1 градус, необхідно витратити близько 4,2 кілоджоуля тепла (для повітря за тих же умов - 1 кДж). Безумовно, при нагріванні води для системи опалювання на тепловій станції доведеться витратити в 4 рази більше тепла, чим для нагріву тієї ж кількості повітря до тієї ж температури. Проте в нашому будинку в батареях опалювання вода віддаватиме довкіллю в 4 рази більше тепла, чим могло би віддати гаряче повітря. Тому не випадково саме вода використовується як теплоносій в системах опалювання. З цієї ж причини воду використовують і як відмінний охолоджувач.