Физические свойства воды



В статье раскрыты основные физические свойства воды. Рассмотрены такие внешние особенности: температура, вкус, запах, цвет, мутность и прозрачность.

Ключевые слова: свойства, цвет, вкус, запах, прозрачность, температура.

The article reveals the basic physical properties of water. The following external features are considered: temperature, taste, smell, color, turbidity and transparency.

Keywords: properties, color, taste, smell, transparency, temperature.

Введение

Вода является оксидом водорода и имеет химическую формулу H ₂ O: молекула воды имеет два атома водорода и один атом кислорода, соединенные ковалентной связью. Если принимать нормальные условия, то вода не имеет ни цвета, ни запаха, ни вкуса и является прозрачной жидкостью. В газообразном состоянии является водяным паром, в твердом состоянии льдом, в частных случаях снегом или инеем. Сильнополярный растворитель. В основном в природе содержит в себе растворенные соли и газы [1] [2].

Вода является фундаментом всей жизни на Земле. Неоценимая роль ее в круговороте вещества и энергии [3], создании и поддержании жизни, формирование пригодных климатических условий, в химическом составе в живых организмах [4].

Вода на Земле занимает порядка объема и покрывает ее поверхности (реки, озера, океаны, моря —

[5]). Но при этом содержится в Мировом океане, в котором соленая вода, то есть непригодная для питья и жизнедеятельности человека. Порядка воды содержится в ледниках, в подземных водах — , в реках и озерах — и даже в атмосфере [6].

Под физическими свойствами воды обычно понимают так называемые внешние особенности: температуру, вкус, запах, цвет, мутность и прозрачность.

1. Температура

Вода в природе бывает разной температуры, от температуры близкой к и до кипящей воды в некоторых горячих источниках. Но для применения в хозяйстве и для других нужд пригодна только вода умеренной температуры; так, для питья вода должна по возможности иметь температуру от 7 до 12 ℃, чтобы казаться зимой-холодной, а летом теплой.

Холодная вода 5° неприятна и даже вредна, так как холод может вызвать раздражение полости рта, гортани и пищеварительных органов и недомогание печени. Теплая вода 14–15° перестаёт освежать [2].

2. Вкус и запах

Чистая вода безвкусная и не имеет запаха; вкус и запах происходят от растворенных или взвешенных примесей к воде. Большинство минеральных солей, сахар и т. п. придают воде вкус, не вызывая запаха, как растворенные газы и масла действуют больше на обоняние, чем на вкус.

Растворимость газа в водах различна, и повышение температуры уменьшается; образует водород с постоянной растворимостью при температуре .

Таблица 1

Коэффициенты растворимости некоторых газов при давлении 760 мм.рт.ст.

Название газов.	Коэффициент растворимости при давлении 760 мм. рт. ст.			Удельный вес при (по отношению к воздуху).	Вес 1 м 3 при и давлении 760 мм. рт. ст.
Воздух	0,025	0,020	0,017	1	1,2932 гр.
Кислород	0,041	0,032	0,028	1,1050	1,43
Водород	0,019	0,019	0,019	0,06929	0,0895
Азот	0,020	0,010	0,014	0,9714	1,256
Углекислый газ	1,80	1,18	0,90	1,529	1,977
Окись углерода	0,032	0,026	0,023	0,908	1,254
Болотный газ	0,054	0,044	0,035	0,558	0,716
Сероводород	4,37	3,59	2,90	1,171	1,523
Аммиак	1,049	0,812	0,654	0,597	0,761
Хлор	3,00	2,58	2,16	2,47	3,81

Рис. 1. Растворимость твердых веществ в жидкостях

На вкус и цвет сильно влияют методы получения воды:

— при реакциях

— при реакциях нейтрализации

— при восстановлении водородом оксида металла

При воздействии высоких температур, электролизе [1], радиационном излучении вода распадается на молекулярный кислород и водород. Данный факт был установлен в 1902 году [2] Фридрихом Гизелем в эксперименте с водным раствором бромидом радия [13]:

3. Законы растворимости газов

1) При одинаковой температуре растворимость увеличивается прямо пропорционально давлению;

2) При соприкосновении смеси газа с жидкостью каждый газ растворяется в ней, если бы он занимал весь объем всей смеси газов.

Нередко запах вызывают присутствие в воде живых или мертвых микроорганизмов, главный образом, водорослей, которые особенно сильно развиваются в озёрах и прудах. Живые микроорганизмы вызывают ароматические запахи, схожие с запахом герани (Asterionella) или фиалки (Mallomonas), другие вызывают запах травы (Anabaena, Melosira и т. д.) или рыбы (Chloro phycea). После смерти микроорганизмы разлагаются и придают вое запах сероводорода и углеводорода [7].

Еще не до конца определено, вредно ли для здоровья вода с таким запахом, и даже с самими микроорганизмами. По-видимому, они безвредны для здорового человека, но могут повредить кишечник.

На практике для выяснения отсутствия запаха берут 0,5 л воды и нагревают до 40–50°С.

Если вода содержит сероводород, заглушающий другие пахучие газы, прибавляют к воде раствор сернокислой меди, которая со свободным (освобожденными при нагревании раствора) сероводородом образуют сернистую медь и освобождают воду от этого газа; затем повторяют нагревание для определения других пахучих газов.

Для характеристики силы запаха нет научных приёмов и выражений, и приходится определять запах как «слабый», «заметный», «сильный» и т. п., то есть по субъективным параметрам. А. Герардин предложил. определять запах, вызываемый в воздухе органическими примесями, посредством перекиси марганца и установил понятие «озометрического градуса». Озометрический градус — это количество кристаллической щавелевой кислоты, которая производит на перекись марганца такое действие, как органическое вещество, содержащее 1 грамм воздуха [8].

4. Вкус

Вкусовые ощущения делятся на четыре группы: сладкий вкус, соленый, кислый и горький. Человеческий язык не чувствителен, и большинство преобладающих водных солей вкуснее только при вкусе не более 0,5–1 гр. на 1 литр; исключение составляет соли железа и меди, которая придает металлический привкус при 0,05–0,06 гр. на литр. Органические вещества действует исключительно на обаяние, а не на вкус.

Нам кажется, что вода имеет «приятный» вкус, когда она производит на нас освежающее действие, которое зависит от температуры воды и от количества растворенных в ней воздуха и углекислоты.

5. Цвет, прозрачность и мутность

Характерная особенность воды, независимо от количества находящихся в ней веществ; мутность («turbidity»), т. е. сильно загрязненная мелкими частицами; наконец прозрачность воды, которая является результатом двух предыдущих свойств и объясняется водопроницаемостью воды.

Цвет. Химически чистая вода отличается небольшой глубиной и имеет голубоватый цвет, а при глубине в несколько метров зеленоватую окраску.

Все остальные цвета происходят от растворенных в воде веществ. Вещества эти по большей части бывают растительного происхождения и происходят от листьев, мха, травы, которые придают поверхностным водам желтоватую окраску.

Окраска грунтовых вод зависит от растворенных в ней соединений железа, образовавшихся вследствие недостатка кислорода; при соприкосновении с воздухом, эти соединения, окисляясь, переходят в нерастворимые и осаждаются.

Для определения относительной степени окраски воды ее сравнивают с дистиллированной водой. Для этого берут два одинаковых цилиндрических сосуда из чистого бесцветного стекла, диаметром 20–30 мм, и длиною 30–40 см, и наполняют один в исследуемую, а другой в дистиллированную воду, и затем смотрят через цилиндры на подложенную под дно белую бумагу. Приборы для определения окраски воды называются колориметрами.

Мутность. Вода не всегда содержит одинаковое количество взвешенных веществ. В поверхностных водах она увеличивается весною во время таяния снегов, когда стекающие воды увлекают землистые частицы с поверхности земли. Однако, не всякая взвешенная частица мутит воду; так, бактерии даже в значительном количестве не вызывают мутности, вследствие ничтожных размеров. Чтобы вызвать мутность воды, взвешенные частицы должны быть достаточно крупными и находится в достаточном количестве. Органические взвешенные частицы попадаются практически в озерах и искусственных резервуарах, вследствие разложения водорослей и мелких организмов.

Степень мутности воды характеризуется или количеством взвешенных частиц в единицу объема воды, или же прозрачностью воды.

Для определения прозрачности используют приборы, подобные колориметру, или же наливают в цилиндр, прозрачного стекла столб исследуемой воды высотой 70 см и под дно помещают белую пластинку с напечатанными на ней цифрами различного размера (шкала Хиллера); наименьшая из видимых цифр дает степень прозрачности исследуемой воды.

В настоящее время чаще определяют степень прозрачности воды глубиною, до которой видна погруженная в воду платиновая проволока, диаметром 1 мм. Для выражения мутности воды в градусах, за образец принимают воду, содержащую 100 мгр. аморфного кремния. В таком количестве платиновая проволока видна до глубины 100 мм, причем глаз наблюдателя находится на 1,2 м над проволокой. Мутность такого образца принимают за 100 градусов. Для оценки воды, более мутной чем образец, ее разбавляют дистиллированной водой до ступени мутности образца, и определяют отношение объема разбавленной воды к первоначальному объему мутной воды. Для оценки менее мутной воды наоборот разбавляют образец [9].

6. Физическое качество воды для здоровья

Без сомнения, желательно, чтобы питьевая вода была надлежащей температуры ( ), без вкуса и без запаха и совершенно прозрачна [10]. Однако, вода, не обладающая теми или иными из этих качеств, далеко не всегда вредна для здоровья. В каждом отдельном случае необходимо выяснить причину того или из физических недостатков воды, и уже в зависимости от этой причины говорит вредна ли вода и необходимо ли с точки зрения гигиены, устранение найденных недостатков. Как мы уже указывали, вода, содержащая много железа, по соприкосновению с воздухом становится мутной, вследствие окисления растворенных в ней солей железа и перехода их в нерастворимые соединения, выпадающие из воды и дающую мутность; однако такая вода совершенно безвредна для здоровья. Напротив, иногда вода, на вид безукоризненно чистая, содержит много бактерий и опасна для здоровья.

Однако, несмотря на все физические свойства, человек чувствует инстинктивно недоверие и даже отвращение к воде, не обладающей физической чистотой — мутной, пахучей и т. п. Если имеется возможность выбирать между водою, неприятную на вид, хотя и совершенно безвредной, и водою чистою по виду, хотя и содержащей бактерии, — человек почти всегда предпочтет вторую.

Поэтому при очистке воды всегда приходится заботиться об улучшении внешних физических свойств воды.

Заключение

XXI век считается информационным. С одной стороны человечество шагнуло сильно вперед, открыты все просторы для долгого и счастливого существования человечества. Но с другой — экологические вопросы в связи с этим ушли на первый план. Одна из этих проблем — это проблема качества воды, которая необходима для существования всего живого на нашей планете. Вода в природе практически никогда не бывает абсолютно чистой, в ней всегда присутствуют примеси растворенных веществ. Вода, являясь хорошим растворителем, содержит большое количество органических и неорганических химических веществ, которые могут нанести огромный вред нашему организму [1]. Наличие микроорганизмов в воде говорит нам о рисках заполучить заболевания от бактерий, вирусов, грибов. При поступлении в наш организм вместе с питьевой водой они вызывают необратимые процессы. В связи с этим человечество разработало существенное количество методов очистки воды [2]. Поэтому данная тема является и будет являться актуальной. Ведь она касается нашего с вами здоровья.

Литература:

1. Виктор Семенович Архипкин. Океанология. Физические свойства морской воды 2-е изд., испр. и доп. Учебное пособие для академического бакалавриата / Виктор Семенович Архипкин. — М.: Юрайт, 2017. — 174 c.
2. Батмангхелидж Вода для здоровья / Батмангхелидж, Фирейдон. — М.: Попурри, 2018. 486–544 c.
3. Кондратов, А. М. Века и воды / А. М. Кондратов. — М.: Детская литература, 2016. — 208 c.
4. Анатолий Невзоров. Микрофизика холодных облаков: феномен жидкой фазы. — М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2014. — 80 с.
5. Леонид Якушин. Аспекты кинетической картины мира. — М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2015. — 76 с.
6. Глейк, П. Х. Пиковая вода / П. Х. Глейк, М. Паланиаппан, // Труды Национальной академии наук. — 2010.
7. Пресс-релиз Организации Объединенных Наций POP/952 (13 марта 2007 года). Население мира увеличится на 2,5 миллиарда человек к 2050 году.
8. Betterton, C. Introduction to Structured Water with Clayton Nolte / C. Betterton. — Ultimate Destiny Network, 2011. — p. 5–7.
9. Аткинс, П. В. Физическая химия Аткинса / П. В. Аткинс, Дж. де Паула, Дж. Кеелер. — Оксфорд, 2018.
10. Centre for Affordable Water and Sanitation Technology, Biosand Filter Manual: Design, Construction, & Installation. — 2007.