Смысл, Цель и Суть жизни человека - Эндерс Кей

пара в точке кипения тоже растёт, а жидкой воды – падает. При температуре 374 °C (647 К) и давлении 22,064 МПа (218 атм) вода проходит критическую точку. В этой точке плотность и другие свойства жидкой и газообразной воды совпадают. При более высоком давлении и/или температуре исчезает разница между жидкой водой и водяным паром. Такое агрегатное состояние называют «сверхкритическая жидкость».

Вода может находиться в метастабильных состояниях – пересыщенный пар, перегретая жидкость, переохлаждённая жидкость. Эти состояния могут существовать длительное время, однако они неустойчивы и при соприкосновении с более устойчивой фазой происходит переход. Например, можно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0 °C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд.

Также, вода может существовать в виде двух разных жидкостей («вторая вода» возникает при температуре около -70 °C и давлении в тысячи атмосфер), которые при определённых условиях даже не смешиваются друг с другом; гипотеза, что вода может существовать в двух различных жидких состояниях, была предложена примерно 30 лет назад на основе результатов компьютерного моделирования и экспериментально проверена только в 2020 г.[120]

Удельная теплоёмкость

Теплоёмкость льда, воды, и водяного пара при различных давлениях

Эти данные можно аппроксимировать уравнением

Cp(t) = 4219,7 + 0,009356 ∙ t2 – 9,2788 ∙ √t {0 ≤ t ≤ 100 °C}[121].

Диэлектрическая проницаемость воды

Статическая (для постоянного электростатического поля) диэлектрическая проницаемость воды при разной абсолютной температуре при давлении 1 бар в диапазоне температур -13… 100 °C выражается эмпирической формулой[122]

ϵ (T) = 253,0390655 – 0,810393675889 · T + 0,000753946922643 · T2;

P = 1 bar; 260 K ≤ T ≤ 373,15 K.

Результаты вычислений по этой формуле[123]:

Оптические свойства

Они оцениваются по прозрачности воды, которая, в свою очередь, зависит от длины волны излучения, проходящего через воду. Вследствие поглощения оранжевых и красных компонентов света вода приобретает голубоватую окраску. Вода прозрачна только для видимого света и сильно поглощает инфракрасное излучение, поэтому на инфракрасных фотографиях водная поверхность всегда получается чёрной. Ультрафиолетовые лучи легко проходят через воду, поэтому растительные организмы способны развиваться в толще воды и на дне водоёмов, инфракрасные лучи проникают только в поверхностный слой. Вода отражает 5 % солнечных лучей, в то время как снег – около 85 %. Под лёд океана проникает только 2 % солнечного света.

Изотопные модификации

И кислород, и водород имеют природные и искусственные изотопы. В зависимости от типа изотопов водорода, входящих в молекулу, выделяют следующие виды воды:

• лёгкая вода (основная составляющая привычной людям воды) Н2О;

• тяжёлая вода (дейтериевая) D2O;

• сверхтяжёлая вода (тритиевая) Т2О;

• тритий-дейтериевая вода TDO;

• тритий-протиевая вода ТНО;

• дейтерий-протиевая вода DHO.

Последние три вида возможны, так как молекула воды содержит два атома водорода. Протий – самый лёгкий изотоп водорода, дейтерий имеет атомную массу 2,0141017778 а.е.м., тритий – самый тяжёлый, атомная масса 3,0160492777 а.е.м. В воде из-под крана тяжелокислородной воды (Н2О17 и Н2О18) содержится больше, чем воды D2O16: их содержание, соответственно, 1,8 кг и 0,15 кг на тонну[124].

Хотя тяжёлая вода часто считается мёртвой водой, так как живые организмы в ней жить не могут, некоторые микроорганизмы могут быть приучены к существованию в ней[125].

По стабильным изотопам кислорода 16О, 17О и 18О существуют три разновидности молекул воды. Таким образом, по изотопному составу существуют 18 различных молекул воды. В действительности любая вода содержит все разновидности молекул.

Химические свойства

Вода является наиболее распространённым растворителем на планете Земля, во многом определяющим характер земной химии, как науки. Большая часть химии, при её зарождении как науки, начиналась именно как химия водных растворов веществ.

Воду иногда рассматривают как амфолит – и кислоту и основание одновременно (катион Н+ анион ОН-). В отсутствие посторонних веществ в воде одинакова концентрация гидроксид-ионов и ионов водорода (или ионов гидроксония), рКа = р (1,8-10-16) ~ 15,74. Вода – химически активное вещество. Сильно полярные молекулы воды сольватируют ионы и молекулы, образуют гидраты и кристаллогидраты. Сольволиз, и, в частности, гидролиз, происходит в живой и неживой природе, и широко используется в химической промышленности.

Воду можно получать:

• В ходе реакций -

2Н2О2 → 2Н2О + О2↑

NaHCO3 + СН3СООН → CH3COONa + Н2О + СО2↑

2СН3СООН + СаСО3 → Са(СН3СОО)2 + Н2О + СО2↑

• В ходе реакций нейтрализации -

H2SO4 + 2КОН → K2SO4 + 2Н2О

HNO3 + NH4OH → NH4NO3 + Н2О

2СН3СООН + Ва(ОН)2 Ва(СН3СОО)2 + 2Н2О

• Восстановлением водородомаоксидов металлов -

CuO + Н2 → Си + Н2О

Под воздействием очень высоких температур или электрического тока (при электролизе)[126], а также под воздействием ионизирующего излучения, как установил в 1902 году[127] Фридрих Гизель при исследовании водного раствора бромида радия[128], вода разлагается на молекулярный кислород и молекулярный водород:

2Н2О → 2Н21 + О2↑

Вода реагирует при комнатной температуре:

• с активными металлами (натрий, калий, кальций, барий и др.)

2Н2О + 2Na → 2NaOH + Н2↑

• со фтором и межгалоидными соединениями

2Н2О + 2F2 → 4HF + О2

Н2О + F2 HF + HOF (при низких температурах)

3Н2О + 2IF5 → 5HF + НЮ3

9Н2О + 5BrF3 → 15HF + Вг2 – 3НВгО3

• с солями, образованными слабой кислотой и слабым основанием, вызывая их полный гидролиз

Al2S3 + 6Н2О → 2Al(ОН)3↓ + 3H2S↑

• с ангидридами и галогенангидридами карбоновых и неорганических кислот;

• с активными металлорганическими соединениями (ди-этилцинк, реактивы Гриньяра, метилнатрий и т. д.);

• с карбидами, нитридами, фосфидами, силицидами, гидридами активных металлов (кальция, натрия, лития и др.);

• со многими солями, образуя гидраты;

• с боранами, силанами;

• с кетенами, недоокисью углерода;

• с фторидами благородных газов.