Woda mineralna: informacje dla klasy 4
- Szczegóły
Woda jest najbardziej rozpowszechnionym, najbardziej znanym i jednocześnie najbardziej zagadkowym płynem na Ziemi, a możliwe, że nie tylko na tej planecie. Jej właściwości znacznie odbiegają od właściwości innych substancji o podobnej budowie. Z tego powodu woda w temperaturze pokojowej jest cieczą, co warunkuje właściwe funkcjonowanie organizmów żywych.
Budowa cząsteczki wody
Woda jest substancją zbudowaną z cząsteczek. Każdą cząsteczkę tworzą dwa atomy wodoru połączone z jednym atomem tlenu. Pomiędzy atomami tlenu i wodoru występują wiązania kowalencyjne spolaryzowane. Atomy wodoru i tlenu nie leżą w jednej linii, wiązania pomiędzy nimi tworzą kąt około 104,5°.
W cząsteczce wody atom tlenu ma silniejsze zdolności do przyciągania elektronów niż atom wodoru, dlatego wspólne pary elektronowe są przesunięte w kierunku atomu tlenu. Z tego względu jądro atomu wodoru jest częściowo „odsłonięte”, jego dodatni ładunek nie jest w pełni „zobojętniony” przez ujemny ładunek elektronu. Atom wodoru zyskuje ładunek dodatni, którego wartość jest mniejsza od elementarnego ładunku dodatniego (ładunku protonu), stanowi tylko jego część, dlatego mówi się, że na atomie wodoru występuje cząstkowy ładunek dodatni. Przy atomie tlenu występuje nadmiar ładunku ujemnego, a jego wartość jest mniejsza od ładunku elektronu.
Cząstkowe ładunki, ujemny na atomie tlenu i dodatnie na atomach wodoru, równoważą się i cząsteczka wody jest elektrycznie obojętna.
Zachowanie się cząsteczek w różnych stanach skupienia wody
Jak wiemy, ładunki różnoimienne (dodatni i ujemny) wzajemnie się przyciągają. Tak dzieje się również w przypadku cząsteczek wody - atom wodoru jednej cząsteczki może oddziaływać elektrostatycznie z atomem tlenu drugiej cząsteczki. Takie zjawisko można wyraźnie zaobserwować w wodzie w stanie ciekłym i stałym. W wodzie w fazie ciekłej obok wolnych cząsteczek występują także ich skupiska, które tworzą się właśnie dzięki przyciąganiu elektrostatycznemu. Skupiska te nie są trwałe. Jedne cząsteczki uwalniają się z nich, inne zaś dołączają do układu. W stanie stałym cząsteczki wody dzięki oddziaływaniom elektrostatycznym tworzą stosunkowo trwałe struktury.
Przeczytaj także: Butelkowana woda a środowisko
Zjawisko łączenia się drobin (cząsteczek, jonów, atomów) w większe układy złożone z dwóch lub większej liczby cząstek w wyniku elektrostatycznych oddziaływań nosi nazwę asocjacji.
Jak polarna budowa cząsteczek wody wpływa na gęstość tej substancji?
Polarna budowa cząsteczek wody ma swoje konsekwencje - są nimi właściwości fizyczne wody. Zazwyczaj jest tak, że w ciele stałym drobiny znajdują się bliżej siebie niż w cieczy i substancja w stanie stałym ma większą gęstość niż w stanie ciekłym. W przypadku wody cząsteczki w fazie stałej tworzą struktury, które pozostawiają dużo wolnej przestrzeni, przez co odległości między cząsteczkami są większe w lodzie niż w wodzie. Z tego powodu lód ma mniejszą gęstość niż woda ciekła.
Niska w stosunku do gęstości ciekłej wody, gęstość lodu ma bardzo ważne znaczenie dla istnienia życia wodnego na Ziemi. Lód, który tworzy się na powierzchni wody, izoluje jej głębsze warstwy i chroni je przed zamarzaniem. Umożliwia w ten sposób egzystencję organizmom wodnym w czasie mrozów.
| Stan skupienia | Gęstość |
|---|---|
| woda w stanie stałym w temperaturze 0°C | 0,917 g/cm³ |
| woda w stanie ciekłym w temperaturze około 4°C | 1,000 g/cm³ |
Jak polarna budowa cząsteczek wody wpływa na temperaturę topnienia i wrzenia tej substancji?
Gdy substancja zmienia swój stan skupienia ze stałego w ciekły, a następnie gazowy, musi być dostarczana energia po to, by cząsteczki mogły się od siebie oddalić. Im więcej energii należy dostarczyć, tym substancja ma wyższą temperaturę topnienia i wrzenia.
Podczas przechodzenia lodu w ciecz cząsteczki wody muszą uwolnić się od odziaływań elektrostatycznych, a następnie otrzymać energię, która pozwoli im na przemieszczanie się. Podobnie podczas parowania cząsteczki wody muszą uzyskać energię potrzebną do pokonania sił elektrostatycznych oraz niezbędną do oddalenia się od siebie na duże odległości i poruszania się. Dlatego woda ma stosunkowo wysoką temperaturę topnienia i wrzenia. Znacznie wyższą niż substancje o podobnej budowie, których cząsteczki nie oddziałują między sobą, np. chlorowodór (HCl) czy siarkowodór (H2S).
Przeczytaj także: Korzyści z zielonych ścian dla uczniów
| Nazwa substancji | Wzór sumaryczny | Temperatura topnienia | Temperatura wrzenia |
|---|---|---|---|
| woda | H2O | 0°C | 100°C |
| chlorowodór | HCl | -114°C | -85°C |
| siarkowodór | H2S | -82°C | -60°C |
Składniki roztworu wodnego
Wszystkie roztwory składają się z następujących składników: rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonych.
W mieszaninie wody z cukrem spożywczym rozpuszczalnikiem jest woda, a substancją rozpuszczoną - sacharoza (główny składnik cukru spożywczego).
Jakie procesy mogą zachodzić podczas rozpuszczania substancji w wodzie?
Woda jest najbardziej rozpowszechnionym rozpuszczalnikiem zarówno w przyrodzie, jak i w laboratoriach. Wiele substancji, które tworzą w wodzie roztwory właściwe, ulega podczas rozpuszczania różnym procesom.
Woda rozpuszcza substancje, które tak jak ona są polarne. Ponadto dobrze rozpuszcza większość związków jonowych. Polarne związki kowalencyjne mogą zachowywać się różnie w wodzie: niektóre pozostają w niej jako cząsteczki (np. sacharoza), inne zaś mogą ulec pod jej wpływem rozpadowi na jony (np. chlorowodór). Związki jonowe, jeśli rozpuszczają się w wodzie, podczas mieszania się z nią ulegają rozpadowi, a jony z sieci krystalicznej przechodzą do roztworu.
Nie wszystkie substancje dobrze rozpuszczają się w wodzie i tworzą roztwory właściwe. Niektóre z nich nie ulegają pod wpływem wody rozpadowi do pojedynczych drobin, ale tworzą w wodzie większe skupiska.
Przeczytaj także: Odwrócona lekcja: Kompletny przewodnik
Różne substancje mają różną zdolność do mieszania się z wodą. Są takie, które rozpuszczają się w wodzie bardzo dobrze i tworzą z nią roztwory właściwe, na przykład chlorek sodu czy sacharoza (główny składnik cukru spożywczego). Istnieją też i takie substancje, które wykazują słabą zdolność do mieszania się z wodą i tworzą w niej zawiesiny, na przykład: skrobia ziemniaczana, krzemionka (piasek), kreda. Podczas próby rozpuszczenia białka kurzego w wodzie otrzymamy roztwór koloidalny.
tags: #przyroda #klasa #4 #woda #mineralna #informacje
