Woda Destylowana ze Śniegu: Właściwości i Znaczenie
- Szczegóły
Woda to związek chemiczny o wzorze sumarycznym H2O, składający się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu. Masa atomowa wody wynosi 18 u. Ze względu na konfigurację elektronową tlenu, woda nie ma geometrii liniowej, jej cząsteczka jest zgięta pod kątem 104°. Dzięki temu cząsteczka wody jest trwale spolaryzowana: tlen, jako bardziej elektroujemny, gromadzi ładunek ujemny, a wodory dodatni.
Polarność cząsteczek wody umożliwia jej tworzenie zarówno w roztworze, jak i stanie stałym, tworzenie sieci spolaryzowanych wiązań, zwanych wiązaniami wodorowymi. Wiązania te są odpowiedzialne za wszystkie właściwości fizyczne, oraz wiele właściwości chemicznych wody. Woda jest substancją bezbarwną, bez smaku i zapachu. W warunkach normalnych jest cieczą, która przy ciśnieniu atmosferycznym krzepnie w temperaturze 0°C a wrze w temperaturze 100°C.
Unikalne Właściwości Fizyczne Wody
Woda jest jedną z nielicznych substancji, które wykazują w pewnym zakresie odwrotną rozszerzalność cieplną: podczas krzepnięcia w temperaturze 4 - 0°C woda, zamiast, tak jak inne substancje, zmniejszać swojej objętości, rozszerza ją. Zmiana objętości podczas krzepnięcia wody dochodzi do 10%, a więc jest bardzo duża. Proces ten łatwo można zaobserwować wkładając do zamrażalnika szczelnie wypełnioną wodą butelkę. W wyniku zwiększania swojej objętości podczas zamarzania, woda rozrywa butelkę.
Podobny proces jest przyczyną kruszenia się skał i powstawania gleb. Także dzięki tej właściwości w zimie zbiorniki wodne nie zamarzają na całej objętości, a jedynie powierzchniowo. Ponieważ lód ma mniejszą gęstość niż woda, utrzymuje się on na powierzchni (około 90% lodu zanurzone jest pod powierzchnią wody, a 10% wystaje ponad nią).
Woda składa się z bardzo małych cząsteczek, polarnych, dzięki czemu jest doskonałym rozpuszczalnikiem bardzo wielu substancji. Podczas przenikania przez glebę woda rozpuszcza i "zabiera" ze sobą wiele soli mineralnych, dlatego zwykła woda zawiera duże ilości rozpuszczonych gazów, zawiesin i soli mineralnych. Nawet najczystsze wody źródlane mają pewną ilość rozpuszczonych substancji, głównie węglanów wapnia i magnezu, które są najobficiej występującymi w glebach minerałami.
Przeczytaj także: Gdzie kupić wodę destylowaną?
Stosunkowo czysta jest woda z opadów atmosferycznych, jednak w związku z coraz większym zanieczyszczeniem powietrza zawiera ona często rozpuszczone szkodliwe substancje, a nawet kwas siarkowy i azotowy. Najczystszą wodą w przyrodzie jest woda z lodowców arktycznych, jednak ona również zawiera pewne rozpuszczone związki mineralne. Woda morska zawiera pewne ilości NaCl oraz innych metali lekkich, przez co jest ona słona.
Aby otrzymać czystą wodę, bez żadnych rozpuszczonych substancji, stosuje się proces destylacji. Zawartość składników mineralnych w wodzie określa się, podając jej twardość. Zależnie od zastosowań przemysłowych, twardość wody musi być odpowiednia, aby spełniła ustalone normy. Na przykład wody, które poddawane są działaniu wysokich temperatur (wody zasilające kotły), muszą być całkowicie pozbawione soli mineralnych, zwłaszcza węglanu wapnia, który powoduje osadzanie się tzw. kamienia i zatykanie rur, co może doprowadzić do wybuchu. Ponadto kamień ma bardzo małe przewodnictwo cieplne, więc ścianki rur pokryte kamieniem bardzo słabo oddają ciepło. Twardość wody to współczynnik określający zawartość w wodzie rozpuszczonych związków wapnia, magnezu, żelaza i krzemu.
Woda jest najpowszechniejszym związkiem chemicznym na naszej planecie - jej ilość szacuje się na 2,2´1018 ton. Oznacza to, iż jeśli każda tona wody byłaby wielkości główki od szpilki, to można by było nią wybrukować drogę od Ziemi do Księżyca o szerokości 10 km!
Woda w Przyrodzie i Jej Obieg
Ze względu na to, że wody w przyrodzie jest tak dużo, oraz że występuje ona praktycznie wszędzie: w morzach, oceanach, w lodowcach, w glebie, w atmosferze, w organizmach żywych itd., znajduje się ona w pewnym stanie dynamicznej równowago. Zachodzące przemiany oraz procesy nie powodują zachwiania tej równowagi na tyle, aby w jakimkolwiek środowisku nagle zaczęło brakować wody. Najważniejszym procesem, któremu podlega woda, jest parowanie pod wpływem światła słonecznego.
Z olbrzymich powierzchni mórz i oceanów dostaje się do atmosfery bardzo dużo wody, jednak jednorazowo jest jej jedynie tyle, że starczyłoby zaledwie na 10 dni deszczu. Woda w atmosferze, w sprzyjających warunkach (duża wilgotność), skrapla się i grupuje, tworząc chmury. Woda z opadów zostaje wchłonięta przez glebę, a także zasila wody powierzchniowe. Jednak największa część wsiąka do Ziemi, skąd jest pobierana przez liczne rośliny, dla których jest niezbędnym składnikiem w procesie fotosyntezy.
Przeczytaj także: Inwestycje w Jakość Wody w Proszówkach
Woda, która wsiąka głębiej w glebę dociera do nieprzepuszczalnych warstw skalnych i tworzy wody gruntowe i głębinowe. Podczas przechodzenia przez glebę woda zostaje dokładnie przefiltrowana i wzbogacona w minerały, dzięki czemu otrzymujemy bardzo czyste źródła. Ze źródeł tych pobieramy wodę pitną w postaci tzw. wody źródlanej (niskozmineralizowanej) oraz wody mineralnej (wysokozmineralizowanej). Wody gruntowe zasilają również wody powierzchniowe, które mają swoje ujście w morzach i oceanach, stale dostarczając im wody.
Znaczenie Właściwości Wody dla Klimatu i Organizmów Żywych
O tym, iż woda jest tak unikalną substancją, decyduje nie tylko jej powszechność, ale także pewne właściwości fizyczne. Jedną z nich jest bardzo wysokie ciepło właściwe wody: aby podnieść temperaturę 1 g wody o 1°C, potrzeba dostarczyć jej energii w ilości 1 kalorii. Również bardzo wysokie jest ciepło parowania wody: do odparowania 1 g potrzeba 540 kalorii. W porównaniu np. z alkoholem etylowym, wielkości te są ponad 2 razy większe.
Wymienione właściwości fizyczne powodują między innymi, iż klimat na obszarach nadmorskich jest znacznie cieplejszy niż w głębi lądu (woda w okresie zimowym, ochładzając się, oddaje ciepło zgromadzone w okresie letnim). Wysokie ciepło parowania sprawia także, iż parowanie oraz topnienie zamarzniętych rzek i jezior nie jest procesem gwałtownym, tylko przebiega spokojnie, umożliwiając dużym ilościom uwolnionej wody rozprzestrzenienie się.
Wysokie ciepło parowania wody jest także wykorzystywane przez organizm w celu utrzymywania stałej temperatury w okresach przegrzania. Woda z organizmu wydziela się przez skórę w postaci potu, a następnie odparowywana odparowywana, co wymaga włożenia przez organizm sporej ilości ciepła.
Biologiczna Rola Wody
Woda jest związkiem chemicznym o podstawowym znaczeniu biologicznym. Spośród licznych związków chemicznych budujących komórki, woda jest najliczniej występującą. Jej udział w budowie ciała wszystkich organizmów żywych jest przeważający nad innymi substancjami: wynosi, zależnie od organizmu, od 70 do 90%. Biologiczna rola wody polega na tworzeniu płynów ustrojowych, regulacji temperatury ciała, ciśnienia osmotycznego oraz odczynu (pH) a także uczestniczeniu w wielu procesach przemiany materii.
Przeczytaj także: Woda mineralna Józef: Zalety
Jedną z najważniejszych funkcji wody w organizmie jest regulacja ciśnienia osmotycznego. Ciśnienie osmotyczne to pewna wielkość, umożliwiająca istnienie równowagi między wnętrzem komórki i płynami ustrojowymi. Równowaga ustrojowa polega na występowaniu równych ciśnień osmotycznych pomiędzy wnętrzem komórki i zewnętrznym roztworem. W takich warunkach nie następuje wnikanie ani uchodzenie wody z komórek, dzięki czemu zachowany jest kształt i rozmiar komórki.
Roztwór, który jest w równowadze z komórką, nazywany jest izotonicznym. Przykładem takiego roztworu jest osocze krwi. W przypadku, gdy ciśnienie osmotyczne roztworu otaczającego komórkę jest niższe, tzn. roztwór zawiera mniej niż komórka substancji rozpuszczonych, to komórka pęcznienie aż do wyrównania ciśnienia osmotycznego. Takie roztwory nazywamy hipotonicznymi. Roztwory hipertoniczne to z kolei roztwory, które zawierają więcej substancji rozpuszczonych niż komórka. Powodują one kurczenie się komórki, aż ciśnienie osmotyczne się wyrówna.
Drugą ważną rolą wody jest wydalanie z organizmu zbędnych produktów przemiany materii oraz szkodliwych substancji. Wydalanie następuje wraz z moczem. Oddawanie moczu powoduje znaczne ubytki wody w organizmie: średnio dorosły człowiek oddaje 0,6 do 2,5 litrów wody dziennie.
Właściwości Chemiczne Wody
Woda otrzymywana jest w procesie utleniania wodoru. Reakcja utleniania wodoru jest reakcją bardzo egzotermiczną, towarzyszy jej wydzielenie dużej ilości ciepła. Dlatego woda jest bardzo trwałym związkiem: do zdysocjowania jej cząsteczek potrzeba temperatury około 1800K. Mimo tego, woda jest dość reaktywną substancją. Reaguje na przykład z niektórymi metalami (na przykład Na, K, Ca), tworząc wodorotlenki, z wydzieleniem wodoru. Ponadto ma duże zdolności solwatacyjne, oraz jest przyłączana przez różne związki.
- wodę konstytucyjną, nie występującą w związku jako cząsteczka H2O, ale tworzącą się w czasie rozkładania związku.
- wodę koordynacyjną, związaną koordynacyjnie z kationami metali.
- wodę krystalizacyjną, związaną w kryształach substancji jonowych.
Inną ważną cechą wody jako rozpuszczalnika jest to, iż nie rozpuszcza ona związków o cząsteczkach niepolarnych. Mówimy, że takie związki są hydrofobowe. Bardzo dobrze zjawisko to można zobaczyć na przykładzie oleju zmieszanego z octem. Mieszanina taka, po dodaniu do wody, rozdziela się: polarny kwas octowy jest przez wodę rozpuszczany, natomiast długie, niepolarne cząsteczki tłuszczu gromadzą się na powierzchni jako osobna faza. Woda i kwas octowy, oprócz tego, iż są cieczami polarnymi, mają bardzo podobne rozmiary cząsteczek. Dlatego mieszają się ze sobą w stopniu nieograniczonym: możemy mieć zarówno roztwór kwasu octowego w wodzie jak i wody w kwasie octowym. Mówimy, iż woda i kwas octowy tworzą roztwór jednorodny o nieograniczonej rozpuszczalności.
Woda w Układach Chłodzenia
Zimą do spryskiwaczy i chłodnic samochodowych wlewa się specjalne płyny, które zamarzają w temperaturze poniżej -20°C, a nawet -37°C. Ochrona układu chłodzenia pojazdu przed zimą to kwestia kluczowa dla każdego kierowcy. Woda w układzie chłodzenia zamarza już przy 0°C, podczas gdy profesjonalny płyn wytrzymuje nawet -35°C.
Kluczowym składnikiem płynu chłodniczego jest glikol, który nie tylko zapobiega zamarzaniu, ale również chroni metalowe elementy przed korozją. Mechanizm niszczenia silnika przez zamarzającą wodę jest bezwzględny i nieuchronny. Kiedy zamarzł płyn w chłodnicy, który składa się głównie z wody, następuje zwiększenie objętości o około 9%. W zamkniętym układzie chłodzenia to pozornie niewielka zmiana generuje ogromne ciśnienie, które może prowadzić do katastrofalnych skutków. Szczególnie narażone są połączenia metalowo-gumowe oraz cienkie ścianki chłodnicy, które jako pierwsze ulegają uszkodzeniu.
Zanim zamarznięty płyn w chłodnicy spowoduje poważne szkody, warto przeprowadzić dokładną diagnostykę układu chłodzenia. Najprostszym narzędziem do wstępnej oceny jest refraktometr, który pozwala określić temperaturę zamarzania płynu chłodniczego. Prawidłowy odczyt powinien wskazywać temperaturę zamarzania poniżej -20°C. Jeśli wynik jest bliższy zeru, oznacza to, że w układzie znajduje się zbyt dużo wody.
Wybór odpowiedniego płynu chłodniczego to nie tylko kwestia ochrony przed mrozem. Nowoczesne płyny chłodnicze to zaawansowane mieszaniny chemiczne, które pełnią wiele istotnych funkcji w układzie chłodzenia. Oprócz zabezpieczenia przed zamarzaniem zawierają inhibitory korozji, dodatki zmniejszające pienienie oraz składniki poprawiające przewodność cieplną. Kluczowe jest dobranie płynu zgodnego z zaleceniami producenta samochodu. Warto wiedzieć, że mieszanie różnych typów płynów chłodniczych może prowadzić do ich wzajemnej neutralizacji i utraty właściwości ochronnych.
Wytwarzanie Sztucznego Śniegu
Okazuje się więc, że nie tylko temperatura, ale także i wilgotność powietrza ma znaczenie przy produkcji sztucznego śniegu. Z tego powodu przy -2,2°C i 20% wilgotności względnej oraz przy -6,3°C i 90% wilgotności względnej, mamy do czynienia z identycznymi warunkami do produkcji sztucznego śniegu. Dzieje się tak dlatego, że w obu przypadkach występuje taka sama "mokra" temperatura.
Woda zawiera mnóstwo obcych domieszek, które zachowują się jak nukleatory. Różne rodzaje substancji kondensują wodę przy różnych temperaturach. Można je podzielić na nukelatory wysokotemperaturowe (jodki, suchy lód, proteiny) i niskotemperaturowe (wapń, sód, powszechnie występujące w przyrodzie minerały). Woda stosowana do wytwarzania sztucznego śniegu, pochodząca z górskich strumieni, rzek lub wodociągu, zawiera duże ilości nukleatorów niskotemperaturowych. To sprawia, że jej temperatura nukleacyjna jest dość niska - jak już powiedzieliśmy - najczęściej ok. -8°C.
Wspomniane już powyżej dodatki mają właściwości nukleatorów wysokotemperaturowych, dzięki czemu temperatura zamarzania wzrasta do ok. -3°C. Bardzo istotne jest to, że proces przemiany wody w kryształ lodu inicjuje nukleator z najwyższą temperaturą nukleacji. Z kolei znajdujące się w wodzie nukleatory, są w niej rozmieszczone nierównomiernie. To powoduje, że temperatura zamarzania kropli zależy od jej wielkości - im mniejsza kropla tym mniejsze prawdopodobieństwo, że będzie ona zawierać nukleator wysokotemperaturowy.
Dla narciarzy najważniejsze jest to, sztuczny puch jest ok. cztery razy trwalszy niż naturalny - 30 cm pierwszego topnieje tyle samo czasu, co 120 cm drugiego, więc sztuczna pokrywa o grubości ok. 0,5 m, w temperaturze powyżej zera i przy opadach deszczu, powinna utrzymać się na stoku mniej więcej dwa tygodnie. Jego kryształki są dużo mniejsze i gęstsze, a wilgotność najczęściej wynosi ok. 35%. Dlatego nawet przez przygotowania ratrakiem jest twardy i szybki. Niestety ma też wady - w naszych warunkach klimatycznych, przy częstym przechodzeniu temperatury przez punkt 0°C, co wiąże się z rozmarzaniem i zamarzaniem, jest dużo bardziej podatny na zlodzenie niż śnieg naturalny.
Destylowana Woda a Przechłodzenie
Czy woda w ciekłym stanie skupienia może istnieć w temperaturze poniżej 0 C? jak najbardziej. Nazywamy to zjawiskiem przechłodzenia. Jeśli będziemy w czystym naczyniu ochładzać wodę destylowaną to możemy obniżyć temperaturę nawet do -46°C bez krzepnięcia. Taką ciecz nazywamy przechłodzoną. Jeśli nastąpi najmniejsze wstrząśnięcie lub wrzucimy kryształek lodu do niej to nastąpi krzepnięcie i temperatura podniesie się do 0°C. Wyjaśnienie: aby zaczęło zachodzić krzepnięcie muszą istnieć centra krzepnięcia np. zanieczyszczenia lub nierówności naczynia. Przy ich braku ciecz można przechłodzić. Przechłodzenie występuje też zimą w burzliwym potoku gdzie kryształki lodu nie mogą się wytworzyć wskutek ciągłych szybkich zmian środowiska wodnego mimo ujemnych temperatur.
tags: #woda #destylowana #ze #śniegu #właściwości
