Применение воды. 
Анализ химических свойств воды

Роль воды в нынешней науке и технике очень велика. Вот только часть областей применения воды.

В сельском хозяйстве для полива растений и питания животных.

В химической промышленности для получения кислот, оснований, органических веществ.

В технике для охлаждения, в паровых двигателях.

В металлургии для выплавки металлов.

В медицине для приготовления лекарств.

В термоядерных реакторах для задержки нейтронов применяется тяжелая или сверхтяжелая вода (D20, Т20 соответственно; D — дейтерий, Т — тритий; это изотопы водорода).

Бурное развитие всех отраслей промышленности может повлечь за собой недостаток пресной воды. Чтобы изготовить 1 кг бумаги, требуется 100 л воды; чтобы вырастить корову требуется 100 л в сутки. Расход воды на одного городского жителя — около 40 литров в сутки. Экономисты посчитали, что все фабрики и заводы России «выпивают» за минуту целую реку Волгу. И это неудивительно. На производство одной тонны металла идет 500 тонн воды, на производство одной тонны капрона в 7−8 раз больше.

Чтобы избежать «водяного голода», ученые предлагают опреснять воды Мирового океана. И сейчас по всей Земле строят дистилляционные установки для получения пресной воды. Есть и другие способы опреснения воды: замораживание; воздействие электротока; полупроницаемые мембраны, поры которых пропускают лишь мелкие молекулы воды, а молекулы солей задерживают; и т. д.

Вода как растворитель.

Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электроны 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 рвется, 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.

По сходным причинам вода является хорошим растворителем. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягиваются к атомам кислорода, а отрицательно заряженные — к атомам водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворимого вещества.

Это свойство воды используется живыми существами. В живой клетке и в межклеточном пространстве вступают во взаимодействие растворы различных веществ в воде. Поэтому вода необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле.

Чистая (не содержащая примесей) вода—хороший изолятор. Но благодаря тому, что вода — растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные соли, что обуславливает наличие в воде различных положительных и отрицательных ионов, что позволяет определять чистоту воды по её электропроводности.

Тяжелая вода.

Тяжёлая вода (также оксид дейтерия) — обычно этот термин применяется для обозначения тяжёловодородной воды. Тяжёловодородная вода имеет ту же химическую формулу, что и обычная вода, но вместо атомов обычного лёгкого изотопа водорода (протия) содержит два атома тяжёлого изотопа водорода — дейтерия. Формула тяжёловодородной воды обычно записывается как D20 или 2Н20. Внешне тяжёлая вода выглядит как обычная — бесцветная жидкость без вкуса и запаха.

История открытия.

Молекулы тяжёловодородной воды были впервые обнаружены в природной воде Гарольдом Юри в 1932 году. А уже в 1933 году Гилберт Льюис получил чистую тяжёловодородную воду Нахождение в природе.

В природных водах один атом дейтерия приходится на 6400 атомов протия. Почти весь он находится в составе молекул полутяжёлой воды DHO. одна такая молекула приходится на 3200 молекул лёгкой воды. Лишь очень незначительная часть атомов дейтерия формирует молекулы тяжёлой воды D20, поскольку вероятность двух атомов дейтерия встретиться в составе одной молекулы в природе мала (примерно 0,5*10—7). При искусственном повышении концентрации дейтерия в воде эта вероятность растет.

Биологическая роль и физиологическое воздействие.

Тяжёлая вода токсична лишь в слабой степени, химические реакции в её среде проходят несколько медленнее, по сравнению с обычной водой, водородные связи с участием дейтерия несколько сильнее обычных. Эксперименты над млекопитающими (мыши, крысы, собаки) показали, что замещение 25% водорода в тканях дейтерием приводит к стерильности, иногда необратимой. Более высокие концентрации приводят к быстрой гибели животного; так, млекопитающие, которые пили тяжёлую воду в течение недели, погибли, когда половина воды в их теле была дейтерирована; рыбы и беспозвоночные погибают лишь при 90% дейтерировании воды в теле. Некоторые микроорганизмы и грибы способны жить в 70% растворе D20 в Н20 и даже в чистой тяжёлой воде. Человек может без всякого вреда для здоровья выпить несколько стаканов тяжёлой воды, весь дейтерий будет выведен из организма через несколько дней.

Таким образом, тяжёлая вода гораздо менее токсична, чем, например, поваренная соль. Тяжёлая вода использовалась для лечения артериальной гипертензии у людей в суточных дозах до 1,7 г дейтерия на кг веса пациента.

Тяжёлая вода накапливается в остатке электролита при многократном электролизе воды. На открытом воздухе тяжёлая вода быстро поглощает пары обычной воды, поэтому можно сказать, что она гигроскопична. Производство тяжёлой воды очень энергоёмко, поэтому её стоимость довольно высока (ориентировочно 200—250 долларов за литр).

Среди населения бытует миф о том, что при длительном кипячении природной воды концентрация тяжёлой воды в ней повышается, что якобы может вредно сказаться на здоровье. В действительности же реальное повышение концентрации тяжёлой воды при кипячении смехотворно (менее процента и к тому же, как сказано выше, тяжёлая вода практически не ядовита), гораздо сильнее скажется на вкусе и свойствах воды повышение концентрации растворённых солей.

Важнейшим свойством тяжёловодородной воды является то, что она практически не поглощает нейтроны, поэтому используется в ядерных реакторах для торможения нейтронов и в качестве теплоносителя. Она используется также в качестве изотопного индикатора в химии, биологии и гидрологии. В физике элементарных частиц тяжёлая вода используется для детектирования нейтрино; так, крупнейший детектор солнечных нейтрино SNO (Канада) содержит 1 килотонну тяжёлой воды.

Другие виды тяжёлых вод. Полутяжёлая вода Выделяют также полутяжёлую воду (известную также под названиями дейтериевая вода, монодейтериевая вода, гидрооксид дейтерия), у которой только один атом водорода замещен дейтерием. Формулу такой воды записывают так: DHO или 2ННО. Следует отметить, что вода, имеющая формальный состав DHO, вследствие реакций изотопного обмена реально будет состоять из смеси молекул DHO, D20 и Н20 (в пропорции примерно 2:1:1). Это замечание справедливо и для ТНО и TDO.

Сверхтяжёлая вода.

Сверхтяжёлая вода содержит тритий, период полураспада которого более 12 лет. По своим свойствам сверхтяжёлая вода (Т20) еще заметнее отличается от обычной: кипит при 104 °C, замерзает при +9°С и имеет плотность 1,33 г/смЗ. Известны (то есть, получены в виде более или менее чистых макроскопических образцов) все девять вариантов сверхтяжёлой воды: ТНО, TDO и Т20 с каждым из трёх стабильных изотопов кислорода. Иногда сверхтяжёлую воду называют просто тяжёлой водой, если это не может вызвать путаницы. Сверхтяжёлая вода имеет высокую радиотоксичность.

Тяжёлокислородные изотопные модификации воды.

Термин тяжёлая вода применяют также по отношению к тяжёлокислородной воде, у которой обычный лёгкий кислород 160 заменён одним из тяжёлых стабильных изотопов 170 или 180. Тяжёлые изотопы кислорода существуют в природной смеси, поэтому в природной воде всегда есть примесь обеих тяжёлокислородных.

Значение воды в живых организмах.

«Вода важнее золота» — утверждали бедуины, всю жизнь кочевавшие в песках. Научно известно, что человек может прожить без воды не больше 3 дней, а представьте, на сколько этот срок уменьшается, если человек находится в пустыне без влаги. Какую значимость создает вода для организма человека, животных? Все ли ее тайны раскрыты? Еще так много неизведанного и неизученного таит она в себе. Уже очень много написано о ней. И еще больше будет написано в самое близкое время. Уже много лет мы стараемся выявить значение пресной воды в этой жизни. В наше время к ранее известным физико-химическим свойствам воды добавились свежие свойства, которые не вписываются в прошлые временные рамки. Процесс изучения качеств и познания сущности и значения воды продолжался на протяжении многих веков. Еще в XVIII веке никто не подозревал о том, что воду можно приобщить к химическому соединению. Некоторые исследователи тех времен и ученые утверждали, что вода является стандартным химическим элементом. Целый мир знал, что вода — химическое соединение, формула которого Н20. В 1932 году мир облетела сенсация: кроме привычной воды, в природе имеется еще и тяжелая вода. Сегодня известно, что изотопных видов воды может быть 135. Состав тяжелой воды различается от состава обыкновенной воды, даже освобожденной от всех добавок, он сложнее, чем у обыкновенный. Такое нелегкое это «простейшее соединение» — вода! При взаимодействии с веществами, воду можно идентифицировать как раствор за ее химические свойства. Вода может растворить практически все. В природных обстоятельствах вода всегда имеет то или иное количество примесей, взаимодействует не только с твердыми и жидкими веществами, но и растворяет газы. Вода — поразительное химическое соединение, изучаемое не только химиками, но и физиками. Вода, какой бы она не была по составу, имеет разное влияние на здоровье человека. Не смотря на почти идентичный состав, каждая вода формируется в собственных условиях. Вода — не только самая распространенная, но и самая важная жидкость в окружающей среде, она — жизнь всего живого. Энергия воды в настоящее время удачно применяется в обрядах исцеления человека от болезней. Не существует ни одного народа, у которого вода не считалась бы матерью всего живого. Говорится: нет воды — нет жизни, есть вода — есть жизнь. Роль воды огромна для всего живого. Что было бы, если на Земле не оставалось бы рек, морей и океанов? Что было бы с нами? В данном случае жизнь на нашей планете не смогла бы даже появиться. Исключительно воде планета обязана появлением и развитием жизни, тогда, не будь ее, не было бы и нас. В данном случае ни один живой бы организм не выжил бы, а жизнь бы не появилась. Не будь воды, не знали бы мы ее строения, ее качеств, ее значимости, ее особенностей, не узнали бы мы что есть жизнь. Требуется беречь ее, и учить этому следующие поколения. Вода несёт информацию о состоянии нашей планеты, поэтому ее надо оберегать.