Роль воды в природе и жизни человека

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО

Уральский государственный университет 
 

Кафедра экологии и природопользования 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ 

по дисциплине: «Экология»

на тему: «Роль воды в природе и жизни  человека»  
 
 
 
 
 
 

Исполнитель: студентка II курса,

ИЭФ, гр. УП-08-1,

Яворский  А. В.  

Научный руководитель:

Камалетдинова Р. Р. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Екатеринбург

2010

 

Содержание. 

1. Введение……………………………………………………………….2
2. Вода – самое удивительное вещество на Земле…………………….3
1. Строение молекулы воды………………………………………4
2. Какие связи имеет H₂O………………………………………….5
3. Физические свойства H₂O………………………………………7
4. Химические свойства H₂O……………………………………...8
5. Круговорот воды в природе…………………………………...10
6. Почему не кончается вода на Земле…………………….....…14
7. Водный голод планеты………………………………………...16
3. Приобретаемые вопросы об охране водных ресурсов…………….19

4. Виды  воды…………………………………………………………...20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       

1. Введение. 

Вода, у  тебя нет ни цвета, ни вкуса, ни запаха,

тебя  невозможно описать, тобой наслаждаются,

не ведая, что ты такое. Нельзя сказать,

что необходимо для жизни: ты сама жизнь.

Ты исполняешь нас с радостью,

которую не объяснишь нашими чувствами.

С тобой  возвращаются к нам силы,

с которыми мы уже простились.

По твоей  милости в нас вновь начинают

бурлить высохшие родники нашего сердца.

(А. де  Сент-Экзюпери. Планета людей) 

      Мной  написан реферат по теме "Вода – самое удивительное вещество в  мире". Я выбрал эту тему потому что – это самая актуальная тема, так как вода это самое  важное вещество на Земле без которого не может существовать ни один живой организм и не могут протекать ни какие биологические, химические реакции, и технологические процессы.

      Вода  – одно из самых распространённых веществ в природе (гидросфера занимает 71 % поверхности Земли). Воде принадлежит  важнейшая роль в геологии, истории планеты. Без воды невозможно существование живых организмов. Дело в том, что тело человека почти на 63% - 68% состоит из воды. Практически все биохимические реакции в каждой живой клетке – это реакции в водных растворах… В растворах же (преимущественно водных) протекает большинство технологических процессов на предприятиях химической промышленности, в производстве лекарственных препаратов и пищевых продуктов. И в металлургии вода чрезвычайно важна, причём не только для охлаждения. Не случайно гидрометаллургия – извлечение металлов из руд и концентратов с помощью растворов различных реагентов – стала важной отраслью промышленности. 
 
 
 
 
 

2. Вода – самое  удивительное вещество  на Земле. 

      Вода  – вещество привычное и необычное. Известный советский учёный академик И. В. Петрянов свою научно-популярную книгу о воде назвал "самое необыкновенное вещество в мире". А "Занимательная физиология", написанная доктором биологических наук Б. Ф. Сергеевым, начинается с главы о воде – "Вещество, которое создало нашу планету".

      Учёные  абсолютно правы: нет на Земле  вещества, более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в тоже время не существует другого такого вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах.

      Почти? поверхности нашей планеты занято океанами и морями. Твёрдой водой  – снегом и льдом – покрыто 20% суши. От воды зависит климат планеты. Геофизики утверждают, что Земля  давно бы остыла и превратилась в  безжизненный кусок камня, если бы не вода. У неё очень большая теплоёмкость. Нагреваясь, она поглощает тепло; остывая, отдаёт его. Земная вода и поглощает, и возвращает очень много тепла и тем самым "выравнивает" климат. А от космического холода предохраняет Землю те молекулы воды, которые рассеяны в атмосфере – в облаках и в виде паров… без воды обойтись нельзя – это самое важное вещество на Земле. 
 
 
 
 

2.1 Строение молекулы  воды. 

     Поведение воды "нелогично". Получается, что  переходы воды из твёрдого состояния  в жидкое и газообразное происходит при температурах, намного более высоких, чем следовало бы. Этим аномалиям найдено объяснение. Молекула воды H₂О построена в виде треугольника: угол между двумя связками кислород – водород 104 градуса. Но поскольку оба водородных атома расположены по одну сторону от кислорода, электрические заряды в ней рассредоточиваются. Молекула воды полярная, что является причиной особого взаимодействия между разными её молекулами. Атомы водорода в молекуле H₂О, имея частичный положительный заряд, взаимодействуют с электронами атомов кислорода соседних молекул. Такая химическая связь называется водородной. Она объединяет молекулы H₂О в своеобразные полимеры пространственного строения; плоскость в которой расположены водородные связи, перпендикулярны плоскости атомов той же молекулы H₂О. Взаимодействием между молекулами воды и объясняются в первую очередь незакономерно высокие температуры её плавления и кипения. Нужно подвести дополнительную энергию, чтобы расшатать, а затем разрушить водородные связи. И энергия эта очень значительна. Вот почему, кстати, так велика теплоёмкость воды.  
 
 

     2.2 Какие связи имеет  H₂O?

     В молекуле воды имеются две полярные ковалентные связи  Н-О.

     

     Они образованы за счёт перекрывания двух одноэлектронных р – облаков  атома кислорода и одноэлектронных S – облаков двух атомов водорода.

     В молекуле воды атом кислорода имеет  четыре электронных пары. Две из них участвуют в образовании  ковалентных связей, т.е. являются связывающими. Две другие электронные пары являются не связывающими.

     В молекуле имеются четыре полюс зарядов: два – положительные и два – отрицательные. Положительные зарядов сосредоточены у атомов водорода, так как кислород электроотрицательнее водорода. Два отрицательных полюса приходятся на две не связывающие электронные пары кислорода: 
 
 
 

     Подобное  представление о строении молекулы позволяет объяснить многие свойства воды, в частности структуру льда. В кристаллической решётке льда каждая из молекул окружена четырьмя другими. В плоскостном изображении  это можно представить так:

                           

     На  схеме видно, что связь между  молекулами осуществляется посредством  атома водорода: 
 
 
 
 

     Положительно  заряженный атом водорода одной молекулы воды притягивается к отрицательно заряженному атому кислорода  другой молекулы воды. Такая связь получила название водородной (её обозначают точками). По прочности водородная связь примерно в 15 – 20 раз слабее ковалентной связи. Поэтому водородная связь легко разрывается, что наблюдается, например, при испарении воды.

     Структура жидкой воды напоминает структуру льда. В жидкой воде молекулы также связаны друг с другом посредством водородных связей, однако структура воды менее "жёсткая", чем у льда. Вследствие теплового движения молекул в воде одни водородные связи разрываются, другие образуются.

2.3 Физические свойства  H₂O

     Вода, H₂O, жидкость без запаха, вкуса, цвета (в толстых слоях голубоватая); плотность 1 г/см³ (при 3,98 градусах), t_пл=0 градусов, t_кип=100 градусов.

     Разная  бывает вода: жидкая, твёрдая и газообразная. 

     Вода  – это единственное вещество в природе, которое в земных условиях существует во всех трёх агрегатных состояниях: 

     Жидком  – вода

     Твёрдом – лёд

     Газообразном  – пар 

           Советский учёный В. И. Вернадский писал: "Вода стоит  особняком в истории нашей  планеты. Нет природного тела, которое могли бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Нет земного вещества – минерала горной породы, живого тела, которое её бы не заключало. Всё земное вещество ею проникнуто и охвачено" 
 
 
 
 
 
 

2.4 Химические свойства H₂O. 

     Из  химических свойств воды особенно важны  способность её молекул дисоциировать (распадаться) на ионы и способность  воды растворять вещества разной химической природы. Роль воды, как главного и  универсального растворителя определяется прежде всего полярностью её молекул (смещением центров положительных и отрицательных зарядов) и, как следствие, её чрезвычайно высокий диэлектрической проницаемостью. Разноименные электрические заряды, и в частности ионы, притягиваются друг к другу в воде в 80 раз слабее, чем притягивались бы в воздухе. Силы взаимного притяжения между молекулами или атомами погружённого в воду тела также слабее, чем на воздухе. Тепловому движению в этом случае легче разобщить молекулы. Оттого и происходит растворение, в том числе многих трудно растворимых веществ: капля камень точит…

      Диссоциация (распадение) молекул воды на ионы H₂О     H⁺+OH^-, или 2H₂О    H₃O (ион гидроксия) +ОН в обычных условиях крайне незначительна; диссоциирует в среднем одна молекула из 500000000. При этом надо иметь в виду, что первое из приведённых уравнений сугубо условное: не может существовать в водной среде лишённый электронной  оболочки протон Н. Он сразу соединяется с молекулой воды, образуя ион гидроксия Н₃О. Считают даже, что ассоцианты водных молекул в действительности распадаются на значительно более тяжёлые ионы, такие, например, как 8Н₂О      HgO₄+H₇O₄, а реакция H₂О     H⁺+OH^- - лишь сильно упрощенная схема реального процесса.

      Реакционная способность воды сравнительно невелика. Правда, некоторые активные металлы способны вытеснять из неё водород: 2Na+2H₂O    2NaOH+H₂     , а в атмосфере свободного фтора вода может гореть: 2F₂+2H₂O     4HF+O₂. Из подобных же молекулярных ассоциатов соединений молекул состоят и кристаллы обычного льда. "Упаковка" атомов в таком кристалле не ионная, и лёд плохо проводит тепло. Плотность жидкой воды пи температуре близкой к нулю, больше чем у льда. При 0 градусов 1гр льда занимает объём 1,0905 см³, а 1гр жидкой воды – 1,0001 см³. И лёд плавает, оттого и не промерзают насквозь водоёмы, а лишь покрываются ледяным покровом. В этом проявляется ещё одна аномалия воды: после плавления она сначала сжимается, а уж потом, на рубеже 4 градусов, при дальнейшем процессе начинает расширятся. При высоких давлениях обычный лёд можно превратить в так называемый лёд – 1, лёд – 2, лёд – 3, и т. д. – более тяжёлые и плотные кристаллические формы этого вещества. Самый твёрдый, плотный и тугоплавкий пока лёд – 7 – полученный при давлении 3 кило Па. Он плавится при 190 градусах. 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.5 Круговорот воды  в природе. 

     Организм  человека пронизан миллионами кровеносных  сосудов. Крупные артерии и вены соединяют друг с другом основные органы тела, более мелкие оплетают их со всех сторон, тончайшие капилляры  доходят практически до каждой отдельной клетки. Копаете ли вы яму, сидите ли на уроке или блаженно спите, по ним беспрерывно течёт кровь, связывая в единую систему человеческого организма мозг и желудок, почки и печень, глаза и мускулы. Для чего же нужна кровь?

     Кровь доносит до каждой клетки вашего тела кислород из лёгких и питательные вещества из желудка. Кровь собирает отходы жизнедеятельности из всех, даже самых укромных уголков организма, освобождая его от углекислого газа и других ненужных, в том числе опасных веществ. Кровь разносит по всему телу особые вещества – гормоны, которые регулируют и согласовывают работу разных органов. Иными словами, кровь соединяет разные части тела в единую систему, в слаженный и работоспособный организм.