Вода и её загадка.

Вода (оксид водорода, химическая формула - H₂O) — прозрачная жидкость, в малых объёмах не имеющая цвета. Имеет три состояния - жидкое, твёрдое и газообразное.

В твёрдом состоянии называется льдом, инеем или снегом, а в газообразном — водяным паром. Около 70 % поверхности нашей планеты покрыто водой.

Является очень хорошим растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества.

Вода имеет большое значение для жизни на Земле (живые организмы, формирование климата).

Вода, знакомая и удивительная

В нашей жизни Вода - это самое распространенное вещество. С научной точки зрения вода - это самая необычная, очень загадочная жидкость. Наверное, только жидкий гелий может конкурировать с водой по загадочности свойств. Но такое свойство жидкого гелия как сверхтекучесть проявляется при температурах соизмеримых с абсолютным нулём. Таким образом жидкий гелий для нас скорее экзотическое вещество. Вода же является прообразом всех жидкостей. И очень удивительно, когда мы называем её самой необычной. В чём же состоит необычность воды?

Полный текст работы находится в прикреплённом файле.

Мир воды

БЕСЕДА О САМОМ НЕОБЫКНОВЕННОМ В МИРЕ ВЕЩЕСТВЕ.

Что такое вода?

Такой вопрос может показаться не только странным, но и немного невежливым. Кто же этого может не знать? Всякий знает, что вода – это соединение водорода и кислорода. Вот ее всем извесная формула: H₂O

С водой очень хорошо знаком каждый, кто привык умываться по утрам, пьёт чай, умеет плавать, любит бегать под дождем, не боясь промокнуть, кататься на коньках, и ходить на лыжах.

Сколько существует различных водородов?

В природе существует три различных водорода – три его изотопа. Самый легкий - H¹. Химики его часто называют протием. Водород в обычной воде почти нацело состоит из протия. Кроме него, во всякой воде есть тяжелый водород – дейтерий H², его чаще, в химии обозначают симвллом D. Дейтерия в воде очень мало. Но на каждые 6700 атомов протия в среднем приходится только один атом дейтерия. Кроме протия и дейтерия, существует еще сверхтяжелый водород - H³. Его обычно называют тритием и обозначают символом Т. Тритий радиоактивен, период его полураспада немного больше 12 лет. Он непрерывно образуется в стратосфере под действием космического излучения. Количество трития на нашей Земле исчезающе мало – меньше одного килограмма на всем земном шаре; но, несмотря на это, его можно обнаружить повсюду, в любой капле воды.

Физики научились получать тритий искусственно в ядерных реакторах.

Так же ученые обнаружили, что возможно существование четвертого изотопа водорода - H⁵и даже пятого - H⁵. Они тоже должны быть радиоактивными.

Сколько на свете кислородов?

В природе найдены три различных изотопа кислорода. Больше всего легкого кислорода O¹⁵, значительно меньше тяжелого O¹⁸и совсем мало кислорода O¹⁷. В кислороде воздуха, которым мы дышим, на каждые десять атомов O¹⁷приходится 55 атомов O¹⁸и более 26000 атомов изотопа кислорода O¹⁶.

Физики сумели создать в своих ускорителях и реакторах еще четыре радиоактивных изотопа кислорода: O¹⁴,O¹⁵, O¹⁹и O²⁰. Все они живут очень не долго и через несколько минут распадаются.

Сколько может быть различных вод?

Если подсчитать все возможные соединения с общей формулой H₂O, то результат покажется неожиданным: всего могут существовать сорок две различных воды.

Полный текст работы находится в прикреплённом файле.

Вода и организм человека

Вода - одно из самых распространенных на Земле соединений. Роль воды в жизни нашей планеты удивительна и, как ни странно, раскрыта и изучена еще далеко не полностью.

Вода является необходимым условием существования всех живых организмов на Земле.

"Вода дороже золота" - утверждали бедуины всю жизнь кочевавшие в песках.

Они знали, что никакие богатства не спасут путника в пустыне, если иссякнут запасы воды.

В живом организме вода - это среда, в которой осуществляются химические реакции. Процессы пищеварения и усвоения пищи человеком и животными связаны с переводом питательных веществ в раствор.

Вода вымывает из клеток отработанные продукты обмена веществ, очищает организм от токсинов, она необходима для процессов пищеварения, всасывания, циркуляции и выделения. Вода способствует переносу питательных веществ по организму, помогает восстанавливать клетки и ткани, а так же играет важную роль в регуляции температуры тела.

Тело взрослого человека на 65% - 70% состоит из воды. Вода входит в состав всех его органов и тканей: в сердце, легких, почках ее около 80 %, крови - 83 %, в костях - 30 %, в зубной эмали - 0,3 %, в биологических жидкостях организма (слюне, желудочном соке, моче и т.д.)- 95 - 99 %.

При потере организмом человека 6...8% влаги сверх обычной нормы повышается температура тела, краснеет кожа, учащается сердцебиение и дыхание, появляется мышечная слабость и головокружение, начинается головная боль.

Потеря 10% воды может привести к необратимым изменениям в организме. А потеря 15...20% приводит к смерти, поскольку кровь настолько густеет, что с ее перекачкой не справляется сердце. B сутки сердцу приходится перекачивать около 10000 л крови.

Без пищи человек может прожить около месяца, а без воды – всего лишь несколько суток. Реакцией организма на нехватку воды является жажда.

Минимальное количество воды, необходимое для поддержания нормального водного баланса в организме.

Средняя температура воздуха,°С	Минимальная потребность в воде, литров
32	3
26	1,9
21	1,5
15	1,4
10	1,3
4	1,2

Но даже при большой потере воды, если не начались необратимые процессы (потеря воды менее 10% от общего количества), все нарушенные процессы в организме быстро восстанавливаются, если организм пополнится водой до нормы.

Зная признаки, указывающие на недостаток воды в организме человека, можно приблизительно определить процент обезвоживания относительно массы тела.

Признаки, указывающие на недостаток воды в организме человека: от 1—5% — жажда, плохое самочувствие, замедление движений, сонливость, покраснение в некоторых местах кожи, повышение температуры, тошнота, расстройство желудка. От 6—10%-одышка, головная боль, покалывание в ногах и руках, отсутствие слюноотделения, потеря способности двигаться и нарушение логики речи. От 11—20% — бред, спазмы мышц, распухание языка, притупление слуха и зрения, охлаждение тела.

Водный обмен в организме человека регулируется центральной нервной системой и гормонами. Нарушение функции этих регуляторных систем вызывает нарушение водного обмена, что может приводить к отекам тела.

Конечно, различные ткани человеческого организма содержат различное количество воды.

Самая богатая водой ткань – стекловидное тело глаза, содержащее 99%. Самая же бедная – эмаль зуба. B ней воды всего лишь 0,2%. Много воды содержится в веществе мозга.

Недостаточное потребление воды нарушает нормальную жизнедеятельность организма: падает вес тела, увеличивается вязкость крови, повышается температура тела, учащаются пульс и дыхание, возникают жажда и ощущение тошноты, снижается работоспособность.

Чувство жажды определяется тем, что в организме уменьшается количество жидкости, в крови повышается концентрация солей, и центр жажды сигнализирует о необходимости потребления воды.

Минимальное количество воды, необходимое для поддержания водно-солевого баланса в течение суток (питьевая норма), зависит от климатических условий, а также характера и тяжести выполняемой работы.

Для климатических условий средней полосы России при минимальной физической нагрузке необходимо потреблять 3,5 л жидкости вместе с питьем и пищей; при физической работе средней тяжести — до 5 л; при тяжелой работе на открытом воздухе — до 6,5 л. Необходимо учесть, что яблоки и фрукты по своему весу приравниваются к воде. Полкило съеденных яблок равно 1/2 л жидкости.

Правильный питьевой режим особенно важно соблюдать в условиях, при которых теряется большое количество жидкости. Это часто случается в жарком климате, при работе в горячих цехах, при длительной и значительной физической нагрузке (например, при тренировке и соревнованиях, горных восхождениях, на марше и т. п.).

Жители районов с жарким климатом могут полностью утолять жажду только после еды и строго ограничивать прием жидкости в промежутках между едой. Лучше всего использовать чай, который увеличивает слюноотделение и устраняет сухость во рту, а также добавлять к воде фруктовые и овощные соки и их экстракты.

В горячих цехах полезнее пить газированную воду или отвары сухофруктов. Спортсменам рекомендуется утолять жажду только после окончания упражнений. В процессе выполнения упражнений следует прополаскивать водой рот и глотку.

Утолять жажду при горных восхождениях полезнее только во время больших привалов.

Если правильно соблюдать питьевой режим, то сохранится работоспособность и организм не будет ни обезвожен, ни перегружен жидкостью.

Различные части человеческого организма содержат разное количество воды: стекловидное тело глаза состоит из воды на 99%, в крови ее содержится 83%, в жировой ткани — 29%, в скелете — 22% и даже в зубной эмали -0,2%.

Вода с растворенными в ней органическими и неорганическими веществами необходима для жизнедеятельности клеток. Часть ее находится внутри клеток и называется внутриклеточной жидкостью. Около 30% воды организма содержится в межклеточном веществе. Это — межклеточная, или межтканевая, жидкость. Плазма крови составляет 5% веса тела (около 3 л) и обеспечивает доставку к тканям питательных веществ и кислорода, которые поступают к отдельным клеткам через межклеточную жидкость.

На долю межклеточной, или интерстициальной, жидкости приходится около 12 л. Она является внешней средой для клеток, которые извлекают из нее соли, питательные вещества, кислород и в которую они выделяют продукты обмена.

Внутриклеточная жидкость составляет около 50% веса тела. Она находится внутри клеток, содержит электролиты (калий, фосфаты), питательные вещества (глюкозу, аминокислоты) и благодаря постоянной ферментативной активности обеспечивает процессы метаболизма.

Обмен тканевой жидкости происходит следующим образом: с одной стороны, гидростатическое, или механическое, давление плазмы выше по сравнению с межклеточной жидкостью, и поэтому она стремится выйти за пределы кровеносных капилляров.

С другой стороны, находящиеся в плазме белки, которые не могут проникнуть в межклеточную жидкость, создают высокое осмотическое давление, благодаря которому жидкость из тканей стремится обратно в ток крови. На артериальном конце капилляров гидростатическое давление выше осмотического, в связи, с чем жидкость переходит в ткани. На венозном конце гидростатическое давление уменьшается, а осмотическое возрастает, поэтому жидкость поступает обратно в капилляры. В норме объем жидкости, покидающей капилляры, больше, чем поступающей в них обратно. Излишек межклеточной жидкости выделяется из тканей через лимфатическую систему.

Обмен между межклеточной и внутриклеточной жидкостями зависит не только от осмотического давления, но и от избирательной проницаемости клеточной мембраны, которая свободно проходима для таких веществ, как кислород, двуокись углерода и мочевина. Другие вещества имеют различную концентрацию внутри клетки и за ее пределами, что связано с их активным переносом через клеточную мембрану. Например, калий накапливается преимущественно во внутриклеточной жидкости, а натрий — с противоположной стороны клеточной мембраны. (Калий и натрий — электролиты.)

Человек за день теряет примерно 2600 мл воды: 1500 мл — с мочой, 600 мл — через кожу, 400 мл — через легкие, 100 мл — с калом.

Таким образом, за день необходимо выпить примерно 2,6 л воды, из них для образования мочи — 1,5 л. Образование меньшего количества мочи может привести к повреждению мочевых путей и к образованию камней в почках.

Без воды человек не может жить более двух - трех недель. И если физиологическим сигналом голода служит снижение количества глюкозы в крови, то чувство жажды возникает из-за увеличения в крови концентрации соли и глюкозы, которое быстро нормализуется при питье воды.

Выдра.

Выдра – это вид хищных млекопитающих рода выдры, семейства куньих, отряда хищные, класса млекопитающих, типа хордовых, царства животных. Выдра ведет полуводный образ жизни. Это довольно крупное животное со своими отличительными особенностями, необходимыми для жизни в воде. Туловище короткое, очень гибкое, хвост размером с половины туловища. Лапы короткие, пальцы которых соединены перепонками. Голова небольшая, сильно сплющенная, глаза направлены вперед и вверх. Уши короткие и имеющие особый клапан, который закрывает их в воде. Волосяной покров коричневого цвета. Летом мех у зверька немного короче. Верхний слой шерсти защищает нижний слой из пуховых волос от намокания в воде.

Выдра имеет широкое распространение по всей Евразии. В России она распространена везде. Предпочитает селиться в лесных реках, богатых рыбой, но иногда поселяется и на озерах и прудах. Входы её нор открываются под водой. В зимнее время она кочует. Питается преимущественно рыбой. Зимой ест лягушек, личинок ручейников. Иногда охотится на куликов и уток. Ведет одиночный образ жизни. Спаривание происходит весной. Половая зрелость достигается на 2-3 году жизни.

Выдра может активно действовать на протяжении целых суток, но наиболее активна она в утренние и вечерние сумерки. В период наиболее темных ночей она может ловить рыбу и в дневное время, когда видимость под водой оптимальна. Основной способ охоты – это подкарауливание и преследование. На неглубоких перекатах стережет добычу на камнях или деревьях. Под водой она всегда хватает добычу зубами. В норме это 1 кг пойманной рыбы в сутки. В отсутствии другого корма она может питаться крупными моллюсками.

Этот хищник чрезвычайно осторожен, особенно на суше. Предпочитает водные пути. Она очень подвижна, и имеет веселый нрав, что проявляется в её стремлении к разным играм, например катании с возвышенностей.

Размножение не приурочено, к какому то определенному периоду и зависит от климата.

В природе она избегает человека, но в неволе она очень дружелюбна и легко приручается. В южных странах местные жители используют её для ловли рыбы.

Выдра имеет непревзойденный мех, носкость которого в пушном деле принимается за 100%. Он очень прочен и радует глаз. Шубы, изготовленные из такого меха можно носить до 30 сезонов подряд, особенно если выдра морская.

Выдра подвержена уничтожению из-за применения пестицидов в сельском хозяйстве. Поэтому выдра занесена в красную книгу как уязвимый вид.

Физические и химические свойства воды

Физические свойства
Вода обладает следующими особенностями:

При таянии льда его плотность увеличивается (с 0,9 до 1 г/см³). Почти у всех остальных веществ при плавлении плотность уменьшается.
При нагревании от 0 °C до 3,98 °C вода сжимается. Благодаря этому в замерзающих водоёмах: когда температура падает ниже 4 °C, более холодная вода, как менее плотная, остаётся на поверхности и замерзает, а подо льдом сохраняется положительная температура.
Вода обладает высокой температурой и удельной теплотой плавления (0 °C и 333,55 кДж/кг), температура кипения (100 °C) и удельная теплота парообразования (2250 КДж/кг ), по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом.
Высокая теплоёмкость жидкой воды.
Высокая вязкость.
Высокое поверхностное натяжение.
Отрицательный электрический потенциал поверхности воды.

Эти особенности воды связаны с наличием водородных связей. Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По причине этого, а так же того, что ион водорода не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома соседней молекулы.

Благодаря этому, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот. Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях: 2 атома водорода — каждый в одной, а атом кислорода — в двух.

При таянии льда часть связей рвётся, что позволяет уложить молекулы воды плотнее; при нагревании воды связи продолжают рваться, и плотность её растёт, но при температуре выше 4 °С этот эффект слабее, чем обычное тепловое расширение; при испарении рвутся все оставшиеся связи.

Разрыв связей требует много энергии, отсюда высокая температура и удельная теплота плавления и кипения и высокая теплоёмкость. Вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.

Удельная теплоемкость воды

Вода имеет наибольшую теплоемкость среди жидкостей – 4,1868 кДж/кг, что почти вдвое превышает таковую растительных масел, ацетона, фенола, глицерина, спирта, парафина (теплоемкость растительных масел — 2,094, ацетона — 2,219, фенола — 2,345, метилового спирта — 2,345, глицерина—2,428, этилового, парафина 2,911).

Теплоемкость воды в 10 раз больше, чем у железа. У воды от 0^оС до 37^оС градусов теплоемкость снижается, а с 37^оС градусов и выше – растет. Таким образом, легче всего вода нагревается и быстрее всего охлаждается при температуре 37^оС градусов.

Например, воды — 4,1868, но льда — 2,00 и водяного пара—2,08 кДж/(кг • К).

Однако для льда она снижает более чем вдвое по сравнению с водой. Подобная картина, наблюдается и для теплоемкости пара. Это можно объяснить тем, что водородные связи легче искажаются и рвутся у воды в жидкой фазе с повышением температуры.

Поэтому молекулы, испытывающие колебания и перемещения, начинают поглощать больше тепловой энергии для осуществления различных форм движения, чем молекулы Н₂О во льду. Причем величина поглощаемой тепловой энергии с ростом температуры меняется в силу, очевидно, некоторых структурных преобразований.

При нагревании вещества теплоемкость, как правило, возрастает.
Как только вся вода превращается в пар, её теплоёмкость опускается до 2,08, следовательно, теплоемкость водяного пара приближается к теплоемкости льда.

Известно, что теплоемкость воды минимальных значений достигает около 37 °С. Это нормальная температура тела человека. Именно при температуре 36,6—37 °С сложнейшие биохимические реакции обмена веществ в организме человека наиболее интенсивны. Значит, при этой температуре организм человека находится выгодном энергетическом состоянии.

Высокая удельная теплоемкость воды позволяет избежать резкого перепада температур зимой и летом, ночью и днем, так как все континенты Земли окружены гигантским регулятором, своеобразным термостатом — водами мирового океана. Таким образом, летом мировой океан не дает Земле перегреваться, а зимой постоянно обеспечивает континенты теплом.

Большое значение в переносе тепла имеют океанские течения и мощные атмосферные потоки, содержащие значительное количество теплоты, поглощенной в процессе парообразования; т. е., при конденсации пара идет выделение тепла в эквивалентных количествах.

Земля в процессе конденсации водяного пара получает около 126•10¹⁸ кДж/год, при этом океанские течения дают 21•10¹⁸ кДж/год тепла.