Содержание
С детства из народных сказок мы помним о воде живой и мертвой. Как оказалось, сказочные предания совсем недалеко уходят от реальности.
Мы уже писали о том, что качественная питьевая вода обладает огромным влиянием на здоровье и внешний вид человека.
Но не будем забывать, что и отрицательное воздействие воды с содержанием вредных примесей трудно недооценить.
Вода, как известно, не только самое распространенное вещество в природе, но и универсальный растворитель. Только представьте: исследуя воду, ученые обнаружили несколько тысяч природных веществ и элементов! Но наряду с природными, вода содержит и и токсичные техногенные вещества, которые попадают в бассейны поверхностных вод в результате жизнедеятельности человека: промышленные выбросы, сельскохозяйственные стоки, бытовые отходы.
Безусловно, знать наизусть химический состав воды вовсе не обязательно. Но владеть информаций об основных вредных веществах, содержащихся в нашей воде, а также знать, по каким признакам можно определить их присутствие — шаг на пути к сохранению собственного здоровья.
Предупрежден — значит вооружен!
Органические вещества, остаточный хлор, сероводород, аммиак
Мелкодисперсные взвешенные частицы
Влияние на воду: повышенная мутность.
Риски. Нерастворенные механические частицы, песок, взвеси, ржавчина и коллоидные вещества приводят к ускоренному абразивному износу сантехники и труб и к их засорению.
Нитраты, нитриты, пестициды
В основном присутствуют в воде поверхностных источников, попадая сюда с удобряемых полей.
Влияние на воду: значительно снижается качество воды.
Риски. Избыточное содержание этих веществ в воде может вызывать кислородное голодание, а также заболевания некоторыми формами рака, подавляется кроветворная функция организма. Наиболее подвержены этому грудные дети и новорожденные.
Радионуклиды
Попадают в воду двумя путями: естественным и вследствие техногенной деятельности человека — при испытаниях ядерного оружия, недостаточной очистке сточных вод предприятий атомной энергетики и промышленности или авариях на этих предприятиях, добыче и переработке нефти, газа, руд и др.
Влияние на воду: значительно снижается качество воды.
Риски. При длительном поступлении таких элементов в организм человека многократно возрастает риск возникновения раковых заболеваний.
Диоксины
Ионы тяжелых металлов
В эту группу входят ионы свинца, ртути, кадмия, цинка, никеля, хрома.
Влияние на воду: значительно снижается качество воды.
Риски. Хром, свинец и кадмий, накапливаясь, способствуют развитию онкологических заболеваний и расстройству нервной системы. А потребление воды с высоким природно-обусловленным содержанием бора, брома приводит к росту заболеваний органов пищеварения.
Возвращаясь к теме об основных вредных веществах, содержащихся в водопроводной воде, следует упомянуть несколько факторов. Желтоватый либо зеленоватый оттенок воды сигнализирует о наличие в ее составе солей железа. А если вы чувствуете запах сероводорода, вполне вероятно, что в воду попали и патогенные микроорганихмы. Хотя иногда это лишь следствие избыточного количества в воде солей серной кислоты, например сернистого железа. Это чаще всего характерно для определенных минеральных вод.
Фенольный, смоляной и другие запахи свидетельствуют о возможном загрязнении воды промышленными сточными водами, запах хлора — об избыточных концентрациях остаточного хлора, используемого для обеззараживания питьевой воды и воды в плавательных бассейнах (выше 0,5 — 0,6 мг в 1 л воды).
Также угрозу для здоровья человека могут представлять некоторые живущие в неочищенной воде микробы и бактерии. Причем даже сравнительно безопасные их представители в процессе жизнедеятельности выделяют органические вещества, которые не только влияют на органолептические показатели воды, но могут вступать в химические реакции (например, с хлором). В результате, образуются ядовитые и канцерогенные соединения.
Этот перечень — далеко не полный, но и уже указанного достаточно, чтобы задуматься о том, что вода может быть источником не только жизни, но и, напротив, опасных заболеваний. Несколько цифр. По данным Всемирной Организации Здравоохранения неочищенная вода поверхностных источников содержит 13 тысяч потенциально токсичных элементов! Порядка 80% заболеваний передаётся водой или вызваны низким качеством и антисанитарным состоянием воды. Употребляя неочищенную воду, человек подвергает свой организм влиянию различных видов загрязнений, находящихся в воде. Поэтому, водную тему продолжаем публикацией о значении качества и безопасности питьевой воды.
Еще в школе, сидя на уроках химии, все мы помним таблицу на стене класса или химической лаборатории. Эта таблица содержала классификацию всех известных человечеству химических элементов, тех фундаментальных компонентов, из которых состоит Земля и вся Вселенная. Тогда мы и подумать не могли, что таблица Менделеева бесспорно является одним из величайших научных открытий, который является фундаментом нашего современного знания о химии.
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
На первый взгляд, ее идея выглядит обманчиво просто: организовать химические элементы в порядке возрастания веса их атомов. Причем в большинстве случаев оказывается, что химические и физические свойства каждого элемента сходны с предыдущим ему в таблице элементом. Эта закономерность проявляется для всех элементов, кроме нескольких самых первых, просто потому что они не имеют перед собой элементов, сходных с ними по атомному весу. Именно благодаря открытию такого свойства мы можем поместить линейную последовательность элементов в таблицу, очень напоминающую настенный календарь, и таким образом объединить огромное количество видов химических элементов в четкой и связной форме. Разумеется, сегодня мы пользуемся понятием атомного числа (количества протонов) для того, чтобы упорядочить систему элементов. Это помогло решить так называемую техническую проблему «пары перестановок», однако не привело к кардинальному изменению вида периодической таблицы.
В периодической таблице Менделеева все элементы упорядочены с учетом их атомного числа, электронной конфигурации и повторяющихся химических свойств. Ряды в таблице называются периодами, а столбцы группами. В первой таблице, датируемой 1869 годом, содержалось всего 60 элементов, теперь же таблицу пришлось увеличить, чтобы поместить 118 элементов, известных нам сегодня.
Периодическая система Менделеева систематизирует не только элементы, но и самые разнообразные их свойства. Химику часто бывает достаточно иметь перед глазами Периодическую таблицу для того, чтобы правильно ответить на множество вопросов (не только экзаменационных, но и научных).
The YouTube ID of 1M7iKKVnPJE is invalid.
Периодический закон
Существуют две формулировки периодического закона химических элементов: классическая и современная.
Классическая, в изложении его первооткрывателя Д.И. Менделеева: свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величин атомных весов элементов.
Современная: свойства простых веществ, а также свойства и формы соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элементов (порядкового номера).
Графическим изображением периодического закона является периодическая система элементов, которая представляет собой естественную классификацию химических элементов, основанную на закономерных изменениях свойств элементов от зарядов их атомов. Наиболее распространёнными изображениями периодической системы элементов Д.И. Менделеева являются короткая и длинная формы.
Группы и периоды Периодической системы
Группами называют вертикальные ряды в периодической системе. В группах элементы объединены по признаку высшей степени окисления в оксидах. Каждая группа состоит из главной и побочной подгрупп. Главные подгруппы включают в себя элементы малых периодов и одинаковые с ним по свойствам элементы больших периодов. Побочные подгруппы состоят только из элементов больших периодов. Химические свойства элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются.
Периодом называют горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания порядковых (атомных) номеров. В периодической системе имеются семь периодов: первый, второй и третий периоды называют малыми, в них содержится соответственно 2, 8 и 8 элементов; остальные периоды называют большими: в четвёртом и пятом периодах расположены по 18 элементов, в шестом — 32, а в седьмом (пока незавершенном) — 31 элемент. Каждый период, кроме первого, начинается щелочным металлом, а заканчивается благородным газом.
Физический смысл порядкового номера химического элемента: число протонов в атомном ядре и число электронов, вращающихся вокруг атомного ядра, равны порядковому номеру элемента.
Свойства таблицы Менделеева
Напомним, что группами называют вертикальные ряды в периодической системе и химические свойства элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются.
Свойства элементов в подгруппах закономерно изменяются сверху вниз:
- усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические;
- возрастает атомный радиус;
- возрастает сила образованных элементом оснований и бескислородных кислот;
- электроотрицательность падает.
Все элементы, кроме гелия, неона и аргона, образуют кислородные соединения, существует всего восемь форм кислородных соединений. В периодической системе их часто изображают общими формулами, расположенными под каждой группой в порядке возрастания степени окисления элементов: R2O, RO, R2O3, RO2, R2O5, RO3, R2O7, RO4, где символом R обозначают элемент данной группы. Формулы высших оксидов относятся ко всем элементам группы, кроме исключительных случаев, когда элементы не проявляют степени окисления, равной номеру группы (например, фтор).
Оксиды состава R2O проявляют сильные основные свойства, причём их основность возрастает с увеличением порядкового номера, оксиды состава RO (за исключением BeO) проявляют основные свойства. Оксиды состава RO2, R2O5, RO3, R2O7 проявляют кислотные свойства, причём их кислотность возрастает с увеличением порядкового номера.
Элементы главных подгрупп, начиная с IV группы, образуют газообразные водородные соединения. Существуют четыре формы таких соединений. Их располагают под элементами главных подгрупп и изображают общими формулами в последовательности RH4, RH3, RH2, RH.
Соединения RH4 имеют нейтральный характер; RH3 — слабоосновный; RH2 — слабокислый; RH — сильнокислый характер.
Напомним, что периодом называют горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания порядковых (атомных) номеров.
В пределах периода с увеличением порядкового номера элемента:
- электроотрицательность возрастает;
- металлические свойства убывают, неметаллические возрастают;
- атомный радиус падает.
Элементы таблицы Менделеева
Щелочные и щелочноземельные элементы
К ним относятся элементы из первой и второй группы периодической таблицы. Щелочные металлы из первой группы — мягкие металлы, серебристого цвета, хорошо режутся ножом. Все они обладают одним-единственным электроном на внешней оболочке и прекрасно вступают в реакцию. Щелочноземельные металлы из второй группы также имеют серебристый оттенок. На внешнем уровне помещено по два электрона, и, соответственно, эти металлы менее охотно взаимодействуют с другими элементами. По сравнению со щелочными металлами, щелочноземельные металлы плавятся и кипят при более высоких температурах.
Щелочные металлы | Щелочноземельные металлы |
Литий Li 3 | Бериллий Be 4 |
Натрий Na 11 | Магний Mg 12 |
Калий K 19 | Кальций Ca 20 |
Рубидий Rb 37 | Стронций Sr 38 |
Цезий Cs 55 | Барий Ba 56 |
Франций Fr 87 | Радий Ra 88 |
Лантаниды (редкоземельные элементы) и актиниды
Лантаниды — это группа элементов, изначально обнаруженных в редко встречающихся минералах; отсюда их название «редкоземельные» элементы. Впоследствии выяснилось, что данные элементы не столь редки, как думали вначале, и поэтому редкоземельным элементам было присвоено название лантаниды. Лантаниды и актиниды занимают два блока, которые расположены под основной таблицей элементов. Обе группы включают в себя металлы; все лантаниды (за исключением прометия) нерадиоактивны; актиниды, напротив, радиоактивны.
Лантаниды | Актиниды |
Лантан La 57 | Актиний Ac 89 |
Церий Ce 58 | Торий Th 90 |
Празеодимий Pr 59 | Протактиний Pa 91 |
Неодимий Nd 60 | Уран U 92 |
Прометий Pm 61 | Нептуний Np 93 |
Самарий Sm 62 | Плутоний Pu 94 |
Европий Eu 63 | Америций Am 95 |
Гадолиний Gd 64 | Кюрий Cm 96 |
Тербий Tb 65 | Берклий Bk 97 |
Диспрозий Dy 66 | Калифорний Cf 98 |
Гольмий Ho 67 | Эйнштейний Es 99 |
Эрбий Er 68 | Фермий Fm 100 |
Тулий Tm 69 | Менделевий Md 101 |
Иттербий Yb 70 | Нобелий No 102 |
Галогены и благородные газы
Галогены и благородные газы объединены в группы 17 и 18 периодической таблицы. Галогены представляют собой неметаллические элементы, все они имеют семь электронов во внешней оболочке. В благородных газахвсе электроны находятся во внешней оболочке, таким образом с трудом участвуют в образовании соединений. Эти газы называют «благородными, потому что они редко вступают в реакцию с прочими элементами; т. е. ссылаются на представителей благородной касты, которые традиционно сторонились других людей в обществе.
Галогены | Благородные газы |
Фтор F 9 | Гелий He 2 |
Хлор Cl 17 | Неон Ne 10 |
Бром Br 35 | Аргон Ar 18 |
Йод I 53 | Криптон Kr 36 |
Астат At 85 | Ксенон Xe 54 |
— | Радон Rn 86 |
Переходные металлы
Переходные металлы занимают группы 3—12 в периодической таблице. Большинство из них плотные, твердые, с хорошей электро- и теплопроводностью. Их валентные электроны (при помощи которых они соединяются с другими элементами) находятся в нескольких электронных оболочках.
Переходные металлы |
Скандий Sc 21 |
Титан Ti 22 |
Ванадий V 23 |
Хром Cr 24 |
Марганец Mn 25 |
Железо Fe 26 |
Кобальт Co 27 |
Никель Ni 28 |
Медь Cu 29 |
Цинк Zn 30 |
Иттрий Y 39 |
Цирконий Zr 40 |
Ниобий Nb 41 |
Молибден Mo 42 |
Технеций Tc 43 |
Рутений Ru 44 |
Родий Rh 45 |
Палладий Pd 46 |
Серебро Ag 47 |
Кадмий Cd 48 |
Лютеций Lu 71 |
Гафний Hf 72 |
Тантал Ta 73 |
Вольфрам W 74 |
Рений Re 75 |
Осмий Os 76 |
Иридий Ir 77 |
Платина Pt 78 |
Золото Au 79 |
Ртуть Hg 80 |
Лоуренсий Lr 103 |
Резерфордий Rf 104 |
Дубний Db 105 |
Сиборгий Sg 106 |
Борий Bh 107 |
Хассий Hs 108 |
Мейтнерий Mt 109 |
Дармштадтий Ds 110 |
Рентгений Rg 111 |
Коперниций Cn 112 |
Металлоиды
Металлоиды занимают группы 13—16 периодической таблицы. Такие металлоиды, как бор, германий и кремний, являются полупроводниками и используются для изготовления компьютерных чипов и плат.
Металлоиды |
Бор B 5 |
Кремний Si 14 |
Германий Ge 32 |
Мышьяк As 33 |
Сурьма Sb 51 |
Теллур Te 52 |
Полоний Po 84 |
Постпереходными металлами
Элементы, называемые постпереходными металлами, относятся к группам 13—15 периодической таблицы. В отличие от металлов, они не имеют блеска, а имеют матовую окраску. В сравнении с переходными металлами постпереходные металлы более мягкие, имеют более низкую температуру плавления и кипения, более высокую электроотрицательность. Их валентные электроны, с помощью которых они присоединяют другие элементы, располагаются только на внешней электронной оболочке. Элементы группы постпереходных металлов имеют гораздо более высокую температуру кипения, чем металлоиды.
Постпереходные металлы |
Алюминий Al 13 |
Галлий Ga 31 |
Индий In 49 |
Олово Sn 50 |
Таллий Tl 81 |
Свинец Pb 82 |
Висмут Bi 83 |
Неметаллы
Из всех элементов, классифицируемых как неметаллы, водород относится к 1-й группе периодической таблицы, а остальные — к группам 13—18. Неметаллы не являются хорошими проводниками тепла и электричества. Обычно при комнатной температуре они пребывают в газообразном (водород или кислород) или твердом состоянии (углерод).
Неметаллы |
Водород H 1 |
Углерод C 6 |
Азот N 7 |
Кислород O 8 |
Фосфор P 15 |
Сера S 16 |
Селен Se 34 |
Флеровий Fl 114 |
Унунсептий Uus 117 |
А теперь закрепите полученные знания, посмотрев видео про таблицу Менделеева и не только.
Вода́ (оксид водорода) — бинарное неорганическое соединение с химической формулой H 2 O : молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного — кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. При нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеющую цвета (при малой толщине слоя), запаха и вкуса. В твёрдом состоянии называется льдом (кристаллы льда могут образовывать снег или иней), а в газообразном — водяным паром. Вода также может существовать в виде жидких кристаллов (на гидрофильных поверхностях) [5] [6] .
Вода является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы).
Исключительно важна роль воды в глобальном кругообороте вещества и энергии [7] , возникновении и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды. Вода является важнейшим веществом для всех живых существ на Земле [8] .
Всего на Земле около 1400 млн кубических километров воды. Вода покрывает 71 % поверхности земного шара (океаны, моря, озёра, реки, льды — 361,13 млн квадратных километров [9] [10] ). Бо́льшая часть земной воды (97,54 %) принадлежит Мировому океану — это солёная вода, непригодная для сельского хозяйства и питья. Пресная же вода находится в основном в ледниках (1,81 %) и подземных водах (около 0,63 %), и лишь небольшая часть (0,009 %) в реках и озерах. Материковые солёные воды составляют 0,007 %, в атмосфере содержится 0,001 % от всей воды нашей планеты [11] [12] .
Содержание
Этимология
Происходит от др.-русск. вода, далее от праславянского *voda [13] (ср. ст.-слав. вода, болг. вода́, сербохорв. во̀да, словен. vóda, чеш. voda, слвц. voda, польск. woda, в.-луж., н.-луж. woda), затем от праиндоевропейского *wed-, родственно лит. vanduõ, жем. unduo, д.-в.-н. waʒʒar «вода», гот. watō, англ. water, греч. ὕδωρ, ὕδατος, арм. get «река», фриг. βέδυ, др.-инд. udakám, uda-, udán– «вода», unátti «бить ключом», «орошать», ṓdman– «поток», алб. uj «вода» [14] [15] . Также родственно русским словам ведро, выдра. В рамках необщепринятой гипотезы о существовании некогда праностратического языка слово может сравниваться с гипотетическим прауральским *wete (ср., например, фин. vesi, эст. vesi, коми va, венг. víz), а также с предполагаемыми праалтайскими, прадравидийским и пр. словами, и реконструироваться как *wetV для праязыка [16] .
Химические названия
С формальной точки зрения вода имеет несколько различных корректных химических названий:
- Оксид водорода: бинарное соединение водорода с атомом кислорода в степени окисления −2, встречается также устаревшее название окись водорода.
- Гидроксид водорода: соединение гидроксильной группы OH – и катиона (H + )
- Гидроксильная кислота: воду можно рассматривать как соединение катиона H + , который может быть замещён металлом, и «гидроксильного остатка» OH –
- Монооксид дигидрогена
- Дигидромонооксид
Свойства
Физические свойства
Вода при нормальных условиях находится в жидком состоянии, тогда как аналогичные водородные соединения других элементов являются газами (H2S, CH4, HF). Атомы водорода присоединены к атому кислорода, образуя угол 104,45° (104°27′). Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По этой причине молекула воды обладает большим дипольным моментом (p = 1,84 Д, уступает только синильной кислоте и диметилсульфоксиду). Каждая молекула воды образует до четырёх водородных связей — две из них образует атом кислорода и две — атомы водорода [17] . Количество водородных связей и их разветвлённая структура определяют высокую температуру кипения воды и её удельную теплоту парообразования [17] . Если бы не было водородных связей, вода, на основании места кислорода в таблице Менделеева и температур кипения гидридов аналогичных кислороду элементов (серы, селена, теллура), кипела бы при −80 °С, а замерзала при −100 °С [18] .
При переходе в твёрдое состояние молекулы воды упорядочиваются, при этом объёмы пустот между молекулами увеличиваются, и общая плотность воды падает, что и объясняет меньшую плотность (больший объём) воды в фазе льда. При испарении, напротив, все водородные связи рвутся. Разрыв связей требует много энергии, отчего у воды самая большая удельная теплоёмкость среди прочих жидкостей и твёрдых веществ. Для того чтобы нагреть один литр воды на один градус, требуется затратить 4,1868 кДж энергии. Благодаря этому свойству вода нередко используется как теплоноситель. Помимо большой удельной теплоёмкости, вода также имеет большие значения удельной теплоты плавления (333,55 кДж/кг при 0 °C) и парообразования (2250 кДж/кг).
Температура, °С | Удельная теплоёмкость воды, кДж/(кг*К) |
---|---|
-60 (лёд) | 1,64 |
-20 (лёд) | 2,01 |
-10 (лёд) | 2,22 |
0 (лёд) | 2,11 |
0 (чистая вода) | 4,218 |
10 | 4,192 |
20 | 4,182 |
40 | 4,178 |
60 | 4,184 |
80 | 4,196 |
100 | 4,216 |
Физические свойства разных изотопных модификаций воды при различных температурах [19] :
Модификация воды | Максимальная плотность при температуре, °С | Тройная точка при температуре, °С |
---|---|---|
Н2O | 3,9834 | 0,01 |
D2O | 11,2 | 3,82 |
T2O | 13,4 | 4,49 |
Н2 18 O | 4,3 | 0,31 |
Вода обладает также высоким поверхностным натяжением, уступая в этом только ртути [20] [21] [22] . Относительно высокая вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.
Вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные — атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.
Это свойство воды используется живыми существами. В живой клетке и в межклеточном пространстве вступают во взаимодействие растворы различных веществ в воде [23] . Вода необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле.
Чистая вода — хороший изолятор. При нормальных условиях вода слабо диссоциирована и концентрация протонов (точнее, ионов гидроксония H3O + ) и гидроксильных ионов OH − составляет 10 -7 моль/л. Но поскольку вода — хороший растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные соли, то есть присутствуют другие положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество. По электропроводности воды можно определить её чистоту.
Вода имеет показатель преломления n=1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60 % парникового эффекта. Благодаря большому дипольному моменту молекул, вода также поглощает микроволновое излучение, на чём основан принцип действия микроволновой печи.
“>