Kurš zina ūdens formulu kopš skolas laikiem? Protams, viss. Visticamāk, ka no visa ķīmijas kursa daudziem, kas to pēc tam īpaši neapgūst, paliek tikai zināšanas par to, ko apzīmē formula H2O. Bet tagad mēs centīsimies pēc iespējas sīkāk un dziļi saprast, kas ir ūdens? Kādas ir tās galvenās īpašības un kāpēc tieši bez tā dzīve uz planētas Zeme nav iespējama.
Ūdens kā viela
Ūdens molekula, kā zināms, sastāv no viena skābekļa atoma un diviem ūdeņraža atomiem. Tās formula ir uzrakstīta šādi: H2O. Šai vielai var būt trīs stāvokļi: ciets - ledus veidā, gāzveida - tvaika veidā un šķidrs - kā viela bez krāsas, garšas un smaržas. Starp citu, šī ir vienīgā viela uz planētas, kas dabiskos apstākļos var pastāvēt visos trīs stāvokļos vienlaicīgi. Piemēram: Zemes polios - ledus, okeānos - ūdens, un iztvaikošana zem saules stariem ir tvaiks. Šajā ziņā ūdens ir anomāls.
Arī ūdens ir mūsu izplatītākā vielaplanēta. Tas pārklāj planētas Zeme virsmu gandrīz par septiņdesmit procentiem - tie ir okeāni un daudzas upes ar ezeriem un ledāji. Lielākā daļa ūdens uz planētas ir sāļš. Tas nav piemērots dzeršanai un lauksaimniecībai. Svaigs ūdens veido tikai divarpus procentus no kopējā ūdens daudzuma uz planētas.
Ūdens ir ļoti spēcīgs un kvalitatīvs šķīdinātājs. Pateicoties tam, ķīmiskās reakcijas ūdenī notiek ar milzīgu ātrumu. Šī pati īpašība ietekmē vielmaiņu cilvēka organismā. Ir labi zināms fakts, ka pieauguša cilvēka ķermenis ir septiņdesmit procenti ūdens. Bērnam šis procents ir vēl lielāks. Līdz vecumam šis skaitlis samazinās no septiņdesmit līdz sešdesmit procentiem. Starp citu, šī ūdens īpašība skaidri parāda, ka tas ir cilvēka dzīvības pamats. Jo vairāk ūdens organismā – jo tas ir veselīgāks, aktīvāks un jaunāks. Tāpēc visu valstu zinātnieki un ārsti nenogurstoši atkārto, ka jādzer daudz. Tas ir ūdens tīrā veidā, nevis aizstājējs tējas, kafijas vai citu dzērienu veidā.
Ūdens veido klimatu uz planētas, un tas nav pārspīlēts. Siltās straumes okeānā silda veselus kontinentus. Tas ir saistīts ar faktu, ka ūdens absorbē daudz saules siltuma un pēc tam to atdod, kad tas sāk atdzist. Tātad tas regulē temperatūru uz planētas. Daudzi zinātnieki saka, ka Zeme jau sen būtu atdzisusi un pārvērtusies par akmeni, ja uz zaļās planētas nebūtu tik daudz ūdens.
Ūdens īpašības
Ūdenim ir daudzas ļoti interesantas īpašības.
Piemēram, ūdens ir viskustīgākā viela pēc gaisa. No skolas kursa daudzi noteikti atceras tādu lietu kā ūdens cikls dabā. Piemēram: straume tiešas saules gaismas ietekmē iztvaiko, pārvēršas ūdens tvaikos. Tālāk šo tvaiku kaut kur nes vējš, sakrājas mākoņos un pat negaisa mākoņos un nokrīt kalnos sniega, krusas vai lietus veidā. Tālāk no kalniem strauts atkal tek lejā, daļēji iztvaikojot. Un tā – pa apli – cikls atkārtojas miljoniem reižu.
Arī ūdenim ir ļoti augsta siltumietilpība. Tieši tāpēc ūdenstilpes, īpaši okeāni, pārejot no siltā gadalaika vai diennakts laika uz auksto, ļoti lēni atdziest. Un otrādi, paaugstinoties gaisa temperatūrai, ūdens uzsilst ļoti lēni. Pateicoties tam, kā minēts iepriekš, ūdens stabilizē gaisa temperatūru uz visas mūsu planētas.
Pēc dzīvsudraba ūdenim ir visaugstākais virsmas spraigums. Nav iespējams nepamanīt, ka nejauši uz līdzenas virsmas izlijis piliens dažkārt kļūst par iespaidīgu plankumu. Tas parāda ūdens elastību. Vēl viena īpašība izpaužas, kad temperatūra nokrīt līdz četriem grādiem. Tiklīdz ūdens atdziest līdz šai atzīmei, tas kļūst gaišāks. Tāpēc ledus vienmēr peld pa ūdens virsmu un sasalst garozā, pārklājot upes un ezerus. Pateicoties tam, zivis neaizsalst ūdenstilpēs, kas aizsalst ziemā.
Ūdens kā elektrības vadītājs
Pirmkārt, jums vajadzētu uzzināt, kas ir elektriskā vadītspēja (ieskaitot ūdeni). Elektriskā vadītspēja ir spēja avai vielas vada elektrību caur sevi. Attiecīgi ūdens elektriskā vadītspēja ir ūdens spēja vadīt strāvu. Šī spēja ir tieši atkarīga no sāļu un citu piemaisījumu daudzuma šķidrumā. Piemēram, destilēta ūdens elektrovadītspēja ir gandrīz samazināta, jo šāds ūdens tiek attīrīts no dažādām piedevām, kas ir tik nepieciešamas labai elektrovadītspējai. Lielisks strāvas vadītājs ir jūras ūdens, kurā sāļu koncentrācija ir ļoti augsta. Elektrovadītspēja ir atkarīga arī no ūdens temperatūras. Jo augstāka temperatūra, jo lielāka ir ūdens elektrovadītspēja. Šis modelis tika atklāts, pateicoties vairākiem fiziķu eksperimentiem.
Ūdens elektriskās vadītspējas mērīšana
Ir tāds termins - konduktometrija. Tas ir vienas no elektroķīmiskās analīzes metodēm, kuru pamatā ir šķīdumu elektrovadītspēja. Šo metodi izmanto, lai noteiktu koncentrāciju sāļu vai skābju šķīdumos, kā arī kontrolētu dažu rūpniecisko šķīdumu sastāvu. Ūdenim ir amfoteriskas īpašības. Tas ir, atkarībā no apstākļiem tas spēj izrādīt gan skābas, gan bāziskas īpašības - darboties gan kā skābe, gan kā bāze.
Šai analīzei izmantotajai ierīcei ir ļoti līdzīgs nosaukums - konduktometrs. Izmantojot konduktometru, tiek mērīta elektrolītu elektrovadītspēja šķīdumā, kura analīze tiek veikta. Varbūt ir vērts izskaidrot citu terminu - elektrolīts. Šī ir viela, kas, izšķīdinot vai izkususi,sadalās jonos, kuru dēļ pēc tam tiek vadīta elektriskā strāva. Jons ir elektriski lādēta daļiņa. Faktiski konduktometrs, par pamatu ņemot noteiktas ūdens elektriskās vadītspējas vienības, nosaka tā elektrisko vadītspēju. Tas nozīmē, ka tā nosaka noteikta ūdens tilpuma elektrisko vadītspēju, kas ņemta par sākotnējo vienību.
Vēl pirms pagājušā gadsimta septiņdesmito gadu sākuma elektrības vadītspējas apzīmēšanai tika izmantota mērvienība "mo", tā bija atvasinājums no cita lieluma - Ohm, kas ir galvenā pretestības mērvienība. Elektriskā vadītspēja ir lielums, kas ir apgriezti proporcionāls pretestībai. Tagad tas tiek mērīts Siemens. Šī vērtība savu nosaukumu ieguvusi par godu fiziķim no Vācijas - Verneram fon Sīmensam.
Siemens
Siemens (var apzīmēt gan ar Cm, gan S) ir Om, kas ir elektriskās vadītspējas mērvienība, apgrieztā vērtība. Viens cm ir vienāds ar jebkura vadītāja elektrisko vadītspēju, kura pretestība ir 1 omi. Siemens izsaka ar formulu:
Ūdens siltumvadītspēja
Tagad parunāsim par to, kas ir siltumvadītspēja. Siltumvadītspēja ir vielas spēja nodot siltumenerģiju. Parādības būtība slēpjas apstāklī, ka tiek pārnesta atomu un molekulu kinētiskā enerģija, kas nosaka dotā ķermeņa vai vielas temperatūru.cits ķermenis vai viela to mijiedarbības laikā. Citiem vārdiem sakot, siltumvadītspēja ir siltuma apmaiņa starp ķermeņiem, vielām, kā arī starp ķermeni un vielu.
Arī ūdens siltumvadītspēja ir ļoti augsta. Cilvēki ikdienā izmanto šo ūdens īpašību, to nemanot. Piemēram, ielejot traukā aukstu ūdeni un tajā atdzesējot dzērienus vai ēdienus. Auksts ūdens paņem siltumu no pudeles, trauka, tā vietā dodot aukstumu, iespējama arī apgrieztā reakcija.
Tagad to pašu parādību var viegli iedomāties planētu mērogā. Okeāns vasarā uzsilst, un pēc tam, iestājoties aukstam laikam, tas lēnām atdziest un atdod savu siltumu gaisam, tādējādi sildot kontinentus. Pēc ziemas atdzišanas okeāns sāk sasilt ļoti lēni, salīdzinot ar zemi, un atdod savu vēsumu kontinentiem, kas nīkuļo no vasaras saules.
Ūdens blīvums
Iepriekš tika teikts, ka zivis ziemā dzīvo dīķī tāpēc, ka ūdens sasalst ar garozu pa visu to virsmu. Mēs zinām, ka ūdens sāk pārvērsties par ledu nulles grādu temperatūrā. Sakarā ar to, ka ūdens blīvums ir lielāks par ledus blīvumu, ledus peld un sasalst uz virsmas.
Kādas ir ūdens redoksīpašības
Tāpat dažādos apstākļos ūdens var būt gan oksidētājs, gan reducētājs. Tas ir, ūdens, atsakoties no elektroniem, ir pozitīvi uzlādēts un oksidēts. Vai arī tas iegūst elektronus un tiek negatīvi uzlādēts, kas nozīmē, ka tas tiek atjaunots. Pirmajā gadījumā ūdens oksidējas un tiek saukts par mirušu. Viņai piederļoti spēcīgas baktericīdas īpašības, taču jums tas nav jādzer. Otrajā gadījumā ūdens ir dzīvs. Tas uzmundrina, stimulē organismu atjaunoties, ienes šūnās enerģiju. Atšķirība starp šīm divām ūdens īpašībām ir izteikta ar terminu "redokspotenciāls".
Ar ko ūdens var reaģēt
Ūdens spēj reaģēt ar gandrīz visām vielām, kas pastāv uz Zemes. Vienīgais, lai šīs reakcijas notiktu, ir jānodrošina piemērota temperatūra un mikroklimats.
Piemēram, istabas temperatūrā ūdens labi reaģē ar tādiem metāliem kā nātrijs, kālijs, bārijs – tos sauc par aktīviem. Halogēni ir fluors un hlors. Sildot, ūdens labi reaģē ar dzelzi, magniju, akmeņoglēm, metānu.
Ar dažādu katalizatoru palīdzību ūdens reaģē ar amīdiem, karbonskābju esteriem. Katalizators ir viela, kas, šķiet, virza sastāvdaļas uz savstarpēju reakciju, to paātrinot.
Vai ūdens ir citur, izņemot Zemi?
Līdz šim ūdens nav atrasts ne uz vienas Saules sistēmas planētas, izņemot Zemi. Jā, viņi pieņem tā klātbūtni uz tādu milzu planētu satelītiem kā Jupiters, Saturns, Neptūns un Urāns, taču līdz šim zinātniekiem nav precīzu datu. Ir vēl viena hipotēze, kas vēl nav pilnībā pārbaudīta, par gruntsūdeņiem uz planētas Marsa un uz Zemes pavadoņa - Mēness. Attiecībā uz Marsu ir izvirzītas vairākas teorijas, ka kādreiz uz šīs planētas bija okeāns, un tā iespējamo modeli pat izstrādāja zinātnieki.
Ārpus Saules sistēmas ir daudz lielu un mazu planētu, kur, pēc zinātnieku domām, var atrasties ūdens. Taču pagaidām nav ne mazākā veida, kā par to pārliecināties.
Kā izmantot ūdens siltumvadītspēju un elektrisko vadītspēju praktiskiem mērķiem
Sakarā ar to, ka ūdenim ir augsta siltumietilpība, to izmanto siltumtrasēs kā siltumnesēju. Tas nodrošina siltuma pārnesi no ražotāja līdz patērētājam. Daudzas atomelektrostacijas izmanto arī ūdeni kā lielisku dzesēšanas šķidrumu.
Medicīnā ledus tiek izmantots dzesēšanai, bet tvaiks tiek izmantots dezinfekcijai. Ledus tiek izmantots arī ēdināšanas sistēmā.
Daudzos kodolreaktoros ūdens tiek izmantots kā sekmīgas kodolķēdes reakcijas regulētājs.
Spiediena ūdens tiek izmantots akmeņu skaldīšanai, izlaušanai un pat griešanai. To aktīvi izmanto tuneļu, pazemes objektu, noliktavu, metro būvniecībā.
Secinājums
No raksta izriet, ka ūdens savās īpašībās un funkcijās ir visneaizstājamākā un apbrīnojamākā viela uz Zemes. Vai cilvēka vai jebkuras citas dzīvas būtnes dzīve uz Zemes ir atkarīga no ūdens? Noteikti jā. Vai šī viela veicina cilvēka zinātnisko darbību? Jā. Vai ūdenim ir elektrovadītspēja, siltumvadītspēja un citas noderīgas īpašības? Atbilde arī ir jā. Cita lieta, ka uz Zemes paliek arvien mazāk ūdens un vēl jo vairāk tīra ūdens. Un mūsu uzdevums ir to (un līdz ar to arī mums visiem) nosargāt un nodrošinātpazušana.
