Właściwości fizyczne i chemiczne wody

Właściwości fizyczne i chemiczne wody

Właściwości wody: ogólność i ciekawość
Właściwości wody: izotopy i struktura molekularna

Historia

Woda była uważana przez Pradawnych za jeden z 4 podstawowych elementów: świat składał się z mieszanki tych 4 podstawowych zasad w zmiennej proporcji. Do XVIII wieku uważano ją za proste ciało. Następnie kilku chemików odkryło, że woda nie była prostym ciałem, przeprowadzając jej syntezę i analizę. Przywołajmy prekursorów, Priestleya, który wytwarzał wodę ze spalania wodoru (1774), Watts (1783), który wysunął hipotezę, że woda nie była prostym ciałem, Monge, który zrealizował synteza pod działaniem iskry elektrycznej z mieszaniny tlenu i wodoru. Ale decydującym eksperymentem syntezy był Lavoisier i Laplace (1783), którzy syntetyzowali wodę z wodoru i tlenu podczas pamiętnego eksperymentu publicznego. Rozkład wody nastąpił później, po odkryciu ogniwa elektrycznego przez Voltę w 1800 roku. Elektroliza wody pozwoliła zmierzyć odpowiedni stosunek tlenu i wodoru, aby ostatecznie dojść do dobrze znany wzór chemiczny H2O. Pierwsza praktyczna (i spektakularna) elektroliza została przeprowadzona w 1800 roku w Paryżu przez Robertsona; wzór chemiczny został wyjaśniony w pracach teoretycznych Daltona (1803) i Avogadro (1811).

Właściwości fizyczne wody

Woda ma dość specyficzne właściwości fizyczne w porównaniu do innych cieczy. Wydaje się być cieczą „strukturalną” i nieuporządkowaną jak inne ciecze przez to, że związane są z nią jej elementarne składniki.

Właściwości wody służą jako punkt odniesienia dla międzynarodowej standaryzacji wag cyfrowych: temperatura, gęstość, masa, lepkość, ciepło właściwe. Ciepło właściwe jest wyjątkowo wysokie (18 kalorii mol na stopień), tłumaczy to dużą bezwładność cieplną wody i jej regulującą rolę temperatury powierzchni ziemi. Oceany magazynują ogromną ilość ciepła, którą redystrybuują przez prądy oceaniczne; parowanie wody pochłania energię w środowisku wodnym i obniża temperaturę, kondensacja pary w kropelkach w chmurach przywraca to ciepło do atmosfery. Zbiorniki wodne na powierzchni globu są prawdziwymi promami termicznymi dla klimatu.

Czytaj także: Mistrzowie wody, pełne wideo

Gęstość wody zmienia się w zależności od temperatury; wzrasta, gdy temperatura spada, ale maksymalna gęstość wynosi 4 ° C (0,997 g / cm3), a nie 0 °, jak można by się spodziewać. W ten sposób morza i jeziora zamarzają z powierzchni, a nie z dna, gdzie gromadzi się, dzięki zjawisku stratyfikacji, najgęstsza woda. Woda w stanie stałym jest lżejsza niż woda w stanie ciekłym (gęstość lodu: 0,920 g / cm3).

Lepkość wody zależy od jej składu izotopowego: ciężka woda jest o 30% lepsza niż zwykła woda. Lepkość najpierw zmniejsza się wraz z ciśnieniem, a następnie wzrasta.

Izotermiczny współczynnik ściśliwości wody jest mały (4,9 10-5 na bar) i jako pierwsze przybliżenie możemy uznać wodę za nieściśliwą. Niemniej jednak wielkie obniżenia atmosferyczne działają na poziomie morza, który podnosi się podczas burz. Napięcie powierzchniowe jest wysokie: woda jest dobrym środkiem zwilżającym (72 dyn / cm); wkrada się i penetruje wszystkie szczeliny i pory skał, a także gleby przez zjawisko kapilarności. Ta właściwość ma podstawowe znaczenie dla magazynowania wody w warstwach wodonośnych, erozji powierzchniowej skał (pękanie pod wpływem mrozu: przejście wody z lodem rozwija ciśnienie do 207 000 KPa). Silne napięcie powierzchniowe wyjaśnia również kulisty kształt kropli wody.

Stan fizyczny wody zależy od temperatury i ciśnienia. Przejście ciecz-gaz konwencjonalnie wykonuje się w temperaturze 100 ° C pod normalnym ciśnieniem, ale w temperaturze 72 ° C tylko na szczycie Everestu (8 m). Temperatura topnienia lodu spada wraz z ciśnieniem: pod wpływem ciśnienia lód ponownie staje się ciekły: w ten sposób łyżwiarze faktycznie ślizgają się na cienkiej warstwie ciekłej wody utworzonej pod wpływem ciśnienia łyżwy , Punkt potrójny wody wynosi 848 ° C pod 0,01 mbar.

Czytaj także: Globalny geoinżynierii

Woda może pozostać ciekła poniżej temperatury topnienia lodu: to zjawisko przechłodzenia można utrzymać do temperatury -40 ° C. Wyjaśnia to brak zarazków w celu zainicjowania krystalizacji stałej. Na wolności zarodek jest dostarczany przez wspólną bakterię, Pseudomonas syringae. Manipulacje genetyczne tej bakterii mogą albo opóźnić zamrażanie drzew owocowych, albo przyspieszyć zamrażanie, aby łatwiej było zrobić sztuczny śnieg.

Woda jest wreszcie doskonałym rozpuszczalnikiem, który służy jako nośnik dla większości jonów na powierzchni globu.

Właściwości chemiczne wody

Woda jest doskonałym rozpuszczalnikiem, który rozpuszcza bardzo dużą liczbę soli, gazów, cząsteczek organicznych. Reakcje chemiczne życia zachodzą w środowisku wodnym; organizmy są bardzo bogate w wodę (do ponad 90%). Od dawna uważany jest za obojętny rozpuszczalnik, w którym reakcje chemiczne są niewielkie lub nie występują wcale. Rozcieńczenie w wodzie umożliwiło w szczególności spowolnienie działania odczynników. W rzeczywistości woda jest bardzo agresywnym środkiem chemicznym, który może zaatakować ściany pojemnika, który ją zawiera: w szklanej butelce jony krzemu przechodzą przez wodę. Czysta woda może istnieć z regulacyjnego punktu widzenia, tj. Woda bez zanieczyszczeń bakteryjnych i chemicznych, ale praktycznie nie istnieje z chemicznego punktu widzenia: nawet woda destylowana zawiera ślady jonów lub cząsteczki organiczne pobrane z rur i pojemników.

Czytaj także: Zasoby rybne

W reakcjach chemicznych woda interweniuje najpierw przez dysocjację na protony H +, często związane z H2O, tworząc uwodnione protony H3O + i jony hydroksylowe OH-. Jest to stosunek między tymi 2 rodzajami jonów, który określa pH roztworu (pH: logarytm odwrotności stężenia molowego H +). Wiele metali może rozkładać wodę, wytwarzając wodór i wodorotlenek metalu.

Rozpuszczanie jonów (soli, kwasów, zasad) jest konsekwencją polarnego charakteru wody. Stężenie jonów w soli charakteryzuje produkt rozpuszczalności. Sole mają różne wartości produktu rozpuszczalności, co tłumaczy zjawisko krystalizacji frakcyjnej podczas odparowywania roztworu soli. Na bagnach solnych najpierw woda morska osadza węglan wapnia, siarczan wapnia, następnie chlorek sodu i wreszcie bardzo rozpuszczalne sole, takie jak potas, jodki i bromki.

Ważną właściwością na powierzchni Ziemi jest rozpuszczanie CO2, który wytwarza słaby kwas, kwas węglowy, odpowiedzialny za chemiczną przemianę wielu skał, w szczególności skał wapiennych. Ilość rozpuszczonego CO2 jest funkcją ciśnienia i odwrotną funkcją temperatury. Węglan wapnia można rozpuścić w formie kwaśnego węglanu, a następnie ponownie wytrącić zgodnie ze zmianami temperatury i ciśnienia, jak w przypadku sieci krasowych.

Źródło: http://www.u-picardie.fr/

Przeczytaj właściwości wody: izotopy i struktura molekularna

Zostaw komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *