Исследовательский проект «Удивительные свойства воды»

История изучения свойств воды

Истоки древней философии гласят о том, что всё в природе образовано четырьмя элементами (стихиями): земля, воздух, огонь и вода. Данная идея просуществовала до начала Средних веков.

В 1781 году британский физики и химик Генри Кавендиш сообщил научному миру о том, что получил воду при сжигании водорода, но к сожалению он сам не смог оценить в полной мере важность своего открытия.

В 1783 году основатель современной химии Антуан Лоран Лавуазье смог опытным путём доказать, что вода — это не химический элемент, в соединение водорода и кислорода.

В 1819 году шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус и французский химик Пьер Луи Дюлонг и чуть позже в 1842 году французский химик Жан Батист Дюма совместно с бельгийским химиком Жаном Серве Стасом смогли установить весовой состав воды, пропуская водород через оксид меди.

Исходя из проведённых лабораторных исследований, учёные смогли определить соотношение водорода к кислороду для воды. В 1820 году французский химик Жозеф Луи Гей — Люссак смог измерить объёмы газообразного водорода и кислорода, которые при взаимодействии давали воду. Выведенное соотношение показало выражение 2 к 1, которое отвечает современной формуле воды —

На сегодняшний день можно было бы сказать о том, что человечество уже знает всё о воде, но как вода появилась на планете Земля до сих пор остаётся нерешённым. Часть учёных говорит о том, что вода на Земле образовалась за счёт синтеза водорода и кислорода. Советский математик Отто Юльевич Шмидт считает, что вода на нашу планету была привнесена из космического пространства при образовании планеты.

Вместе с космической пылью и минеральными частицами на Землю падали куски и глыбы космического льда, которые при разогревании планеты превращались в водяной пар и воду.

Газообразное агрегатное состояние воды

Особенностью воды является то, что ее молекулы способны при колебании температуры изменять характер связи друг с другом. Основные свойства ее при этом не меняются. Если нагревать воду, ее молекулы начинают двигаться быстрее.

Т.е. молекулы, которые соприкасаются с воздухом, разрывают свои связи и смешиваются с его молекулами. Вода в газообразном состоянии сохраняет все свои качества, но приобретает также свойства газа. Ее частицы находятся на большом расстоянии друг от друга и интенсивно двигаются. Чаще всего такое состояние называют водяным паром.

Это бесцветный прозрачный газ, который при определенных условиях опять превратится в воду. Он повсеместно распространен на Земле, но чаще всего его не видно. Примеры воды в газообразном состоянии — это облака, туман или водяной пар, образующийся при кипении жидкости. Кроме того, она везде находится в составе воздуха. Ученые заметили, что при его увлажнении дышать становится легче.

Чаще всего вода переходит в газообразное состояние при изменении температуры. Обычный пар, который всем знаком, образуется при кипении. Именно это беловатое горячее облако мы и называем водяным паром. Когда жидкость при нагревании достигает точки кипения, а при обычном давлении это происходит при 100°, молекулы ее начинают интенсивно испаряться. Попадая на более холодные предметы, они конденсируются в виде капелек воды.

Если нагревается большое количество жидкости, то в воздухе образуется насыщенный пар. Это состояние, когда газ и вода сосуществуют, потому что скорость испарения и конденсации одинакова. В том случае, когда в воздухе присутствует много водяного пара, говорят о его повышенной влажности. При понижении температуры такой воздух интенсивно конденсирует влагу в виде капелек росы или тумана. Но для образования тумана мало особых условий температуры и влажности.

Нужно, чтобы в воздухе находилось определенное количество пылинок, вокруг которых и конденсируется влага. Поэтому в городах туманы из-за пыли образуются чаще.

Процесс образования пара называется парообразованием. Его наблюдает каждая женщина при приготовлении пищи. Но существует и обратный процесс, когда газ превращается обратно в воду, оседая на предметах в виде мельчайших капелек. Это называется конденсацией. Каким же образом чаще всего происходит парообразование?

В естественных условиях этот процесс называется испарением. Вода испаряется постоянно под воздействием солнечного тепла или ветра. Искусственно образование пара можно вызвать с помощью кипения воды.

Это процесс, когда получается газообразное состояние воды. Он может быть естественным или ускоренным с помощью различных приспособлений. Испаряется вода постоянно.

Это ее свойство люди издавна использовали для просушки белья, посуды, дров или зерна. Любой мокрый предмет постепенно высыхает благодаря испарению влаги с его поверхности. Молекулы воды в своем движении одна за другой отрываются и смешиваются с молекулами воздуха.

Лучший способ очистки воды в домашних условиях

Способ 1. Кипячение.

Каждый день мы кипятим воду чтобы попить чай или кофе, приготовить поесть или просто остужаем и переливаем её в кувшин чтобы попить позже. Но является ли кипячение настолько хорошим способом очистки воды?

Кипятить воду нужно не меньше 10-15 минут. Только при этом значительная часть микроорганизмов гибнет. Этот метод имеет свои недостатки. В процессе долгого кипячения водопроводной воды образуется дополнительный хлороформ — канцероген, который вызывает раковые заболевания. К тому же в нашей воде часто присутствуют соли тяжелых металлов. При кипячении происходит испарение воды, и концентрация солей в ней увеличивается. Они откладываются на стенках чайника в виде накипи и извести и затем попадают в организм человека.

Я взяла некоторое количество дождевой воды. Это вода была мутной и имеет посторонний запах. Часть воды я прокипятила 15 минут. Сравнив воду из двух банок, я увидела, что она ничем не отличается. Кипяченая вода осталась такой же мутной, запах никуда не исчез. Кипячение не очистило воду от примесей, а просто убило некоторые микроорганизмы.

Способ 2. Отстаивание

Для этого способа в сосуд или в стеклянную банку емкостью 3-5 литров следует налить водопроводную воду и держать таким образом в течение суток. Затем воду можно использовать для приготовления пищи. Но пить в сыром виде такую воду не рекомендуется. Причем, использовать нужно 3/4 воды, потому что различные соли, хлорка и другие вредные вещества оседают на дно сосуда. Последнюю четверть отстоянной воды нужно вылить.

Взяв воду из озера, находящегося в моём городе, я оставила её на сутки. За это время грязь осела на дно, вода стала прозрачнее. После этого надо аккуратно, не взбалтывая перелить часть воды в другую емкость. Пить эту воду явно нельзя, потому что хоть и некоторые примеси осели на дно, в воде осталось множество микроорганизмов и не осевших примесей.

Способ 3. Замораживание.

Цель очистки воды замораживанием – улучшить качество питьевой воды. Водопроводная вода изобилует солями жесткости, которые оказывают вредное воздействие на организм человека, ускоряя его старение. Данный способ помогает избавиться от вредных солей жесткости и насытить воду кислородом. Убрать соли возможно и путем дистилляции, однако такой метод не дает возможности получить воду, полезную для организма: полученная вода не насыщена кислородом.

Я взяла обычную водопроводную воду и поместила её в морозильник. Подождав пока вода по краям заморозится, я слила воду из середины в отдельный стакан и оставила оттаивать получившийся лед. Сравнив воду в двух стаканах, я увидела, что замерзшая вода прозрачнее обычной. Замерзла чистая вода, но не факт, что там нет каких-то примесей.

Способ 4. Фильтрование.

Что такое фильтрация воды? Под этим термином понимаются все способы очистки, при которых водные растворы под напором разной силы пропускаются через пористую структуру фильтровального вещества, приспособления или материалы, способные задержать взвешенные и растворенные частицы определенной структуры и размера.

Я взяла ватку с марлей и пропустила через эту конструкцию обычную водопроводную воду. На ватке остался осадок примесей. Далее я взяла воду и пропустила её через фильтр. Повторила процедуру с ваткой и увидела, что ватка осталась чистой. А это является показателем, что вода очистилась очень хорошо.

Заключение

Работая над проектом, я рассмотрела различные способы очистки воды в домашних условиях. Гипотеза подтвердилась, в домашних условиях и правда можно оптимально очистить воду. Но для более лучшего эффекта нужно использовать не один метод, а комбинировать их. Так, вероятность того, что в воде останутся примеси или микроорганизмы будет меньше.

Для написания данной работы были использованы ресурсы Сети Интернет.

Если страница Вам понравилась, поделитесь в социальных сетях:

Свойства воды

1. Диполь (Диполь молекулы воды характеризуется дипольным моментом, т. е. вектором, направленным от отрицательного к положительному заряду. Он равен произведению зарядов на расстояние между ними).

2. Высокое поверхностное натяжение (Поверхностное натяжение обуславливает капиллярные явления, собирает воду в капли, создаёт поверхностную плёнку и позволяет некоторым насекомым перемещаться по ней. Высокая полярность молекул обуславливает способность воды растворять вещества с ионной или ковалентной полярной связью).

3. Растворитель (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).

4. Высокая вязкость (Динамическая вязкость воды выше, чем у сопоставимых, не связанных водородом жидкостей. Более того, зависимость вязкости от давления аномальна: вязкость уменьшается с давлением и достигает минимума около 60 МПа (это давление эквивалентно толще воды в 6 км).

5. Большая теплоёмкость (Это значит, что существенное увеличение тепловой энергии вызывает лишь сравнительно небольшое повышение ее температуры).

6. Электропроводность (Электрическая проводимость природной воды зависит в основном от степени минерализации и температуры).

7. Радиоактивность (Вода может нести радиоактивные вещества в растворимых и нерастворимых частицах. Частицы могут включать в себя полезные ископаемые в воде, или посторонние предметы, оказавшиеся в воде случайно).

Способы очистки воды

Кипячение. В результате этого процесса легко удаляется из воды хлор, сероводород, убивается большинство болезнетворных микробов, удаляются из воды соли кальция и магния. Вода делается мягче, ее структура меняется. Но кипячение ухудшает химический состав воды, вместе с тем повышается концентрация растворенных веществ, не удаляются вредные частицы, такие как калий, ртуть, нитраты и пестициды.

Не все микроорганизмы гибнут при 100 градусах. При длительном кипячении концентрация растворённых веществ повышается, поскольку сокращается объем жидкости. Длительное кипячение ещё более усугубляет химическую обстановку. Кроме того, вода становится невкусной. Пить кипяченую воду целесообразно только тогда, когда нет другой возможности очищения воды.

Отстаивание. Одним из способов улучшения качества воды является ее отстаивание, но и здесь надо помнить, что отстаивать воду более 12 часов просто опасно. Отстой воды преследует цель избавиться от нерастворимых в воде частиц. Удаление растворённого хлора при отстое происходит далеко не полностью. При отстаивании воды не менее 3-х часов снижается концентрация свободного хлора, но практически не удаляются соли тяжелых металлов и другие вредные для организма вещества.

Фильтрование. Угольные фильтры, применяемые дома, предназначены для удаления органических примесей, хлора. Угольные фильтры наиболее эффективны и экономичны для очистки воды от разных запахов. В качестве фильтра применяется активированный уголь. Данный фильтрующий материал позволяет эффективно очистить воду от хлора и хлорорганических соединений.

Кроме того, он значительно улучшает такие свойства воды как вкус, запах, цвет. Загрязняющие вещества лишь частично задерживаются порами фильтра на его поверхности. Со временем эффективность фильтрующего элемента уменьшается и качество получаемой воды непредсказуемо ухудшается.

Замораживание. С давних пор талая вода широко использовалась в целительной практике. Получить ее было несложно: приносили в избу со двора полное корыто снега или льда и ждали, когда он растает. Талая вода способствует выведению из организма шлаков и токсинов, дает ему сильную энергетическую подпитку.

В настоящее время не так-то просто найти снег, который превратится после таяния в чистую, полезную для здоровья воду. Те, кто верит в целебную силу талой воды, идут на хитрость, замораживая воду дома, в морозильнике.

Наиболее полезной считается та вода, которая оттаивает быстрее всего — она содержит наименьшее количество примесей. Свойства талой воды сохраняются в течение 7–8 часов после размораживания льда, но для получения ощутимого целебного эффекта лучше пить талую воду сразу же после размораживания.

Как состав воды влияет на организм человека

Вода является одним из основных элементов всего живого. Человек ежедневно потребляет воду для удовлетворения своих потребностей. Именно из-за постоянного употребления воды, её загрязнение является угрозой для здоровья человека. Загрязнённая вода вызывает огромное количество заболеваний, что ведёт к сокращению продолжительности жизни человека.

На здоровье людей отражаются все виды загрязнения воды: биологическое, химическое, радиоактивное. К биологическому загрязнению относятся продукты человеческой и животной жизнедеятельности, а также бактерии и вирусы.

Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы) и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки, пестициды). Под радиоактивным загрязнением воды понимают ее насыщение соответствующими веществами и химическими элементами, излучающими радиацию.

Вопросы чистоты и безопасности питьевой воды обсуждается как среди населения, так и на законодательном уровне. Качество воды регулируют всевозможные правила и нормы, указывающие на то, какая вода безопасна для человека в эпидемиологическом и радиационном плане, какой должна иметь химический состав, вкус и запах.

Способы улучшения качества воды

Существуют различные группы методов искусственного улучшения качества воды, вне зависимости от вида загрязнений и характера примесей. Среди них:

1. Биологические
2. Физические
3. Химические
4. Физико-химические

Для достижения максимального результата чаще всего используют комплексный подход – комбинируют наиболее эффективные способы и системы очистки воды.

Биологические методы. Подобный способ заключаются в использовании для удаления из воды вредных примесей различных живых организмов. Это направление считается сегодня наиболее перспективным, предоставляющей широкие возможности в борьбе с самыми разными загрязнителями, содержащимися в стоках.

Чаще всего, в качестве «живых чистильщиков» используют различные виды бактерий, способных разлагать и перерабатывать химические и физические загрязнители. Иногда для этих целей применяются водоросли и представители микроскопических грибков.

Одним из плюсов использования такого метода очистки представляется возможность подбирать микроорганизмы-чистильщики в зависимости от характера и состава веществ, подлежащих удалению. Как пример, можно рассмотреть нитрофицирующие микроорганизмы.

В процессе своей жизнедеятельности они разлагают и обезвреживают азотосодержащие химические компоненты. Другие бактерии могут пожирать фосфорсодержащие компоненты.

Размножаясь в водоёмах, скопления таких полезных организмов, осуществляющих фильтрацию воды, образуют целые колонии. Чаще всего они концентрируются в придонных слоях, в виде тёмно-бурой или чёрной массы.

Физические методы. Подобные способы по большей части входят в состав комплексных методик, в качестве предварительной стадии фильтрационных работ. Физические методы могут применяться для очистки больших объёмов жидких стоков.

Некоторые современные способы физического удаления загрязнений позволяют осуществлять глубокую очистку, однако производительность их недостаточна для работы с большими объёмами воды. Примером тонкой физической очистки могут служить мембранные фильтры, способные задерживать даже патогенные микроорганизмы, молекулы тяжёлых металлов, солей и оксидов.

Все способы физической очистки воды подразделяются на несколько видов:

1. Процеживание
2. Отстаивание
3. Фильтрование
4. Дезинфекция ультрафиолетом

Химические методы. Очистка воды химическим способом основана на взаимодействии реагентов с различными видами загрязнителей. В результате химической реакции вредные вещества разлагаются на безопасные компоненты или изменяют свое состояние – загрязнения превращаются в нерастворимые соединения и выпадают в отделяемый осадок.

По типу химического взаимодействия можно выделить три основных способа химической очистки воды:

• Нейтрализация
• Окисление
• Восстановление

Физико-химические методы. Физико-химические способы и методы очистки воды довольно разнообразны и составляют довольно обширную группу. Воздействие на загрязнители и токсичные вещества осуществляется с помощью сочетания физических методов и химических реактивов. Это позволяет более качественно очистить жидкость от растворенных газов и токсинов, тонкодисперсных твердых и жидких частиц. Это отличный способ очистки воды от марганца и других тяжелых металлов.

Физико-химический способ можно применять на любом этапе удаления вредных веществ. Он одинаково хорошо подходит как для предварительной нормализации состава жидкости, так и для глубокой очистки.

Ключевые методы очистки воды физико-химическим путём:

• Флотация
• Ионообмен
• Обратный осмос
• Электродиализ
• Экстракция
• Сорбция