Chemia wody – część a wstęp: Woda – niezwykła ciecz 1 Budowa cząsteczki wody 2



Pobieranie 2,47 Mb.
Strona1/36
Data26.02.2018
Rozmiar2,47 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   36

Chemia wody – część A


Wstęp: Woda – niezwykła ciecz 1

Budowa cząsteczki wody 2

Budowa cząsteczki wody z punktu widzenia teorii VB 2

Budowa cząsteczki wody z punktu widzenia teorii VSEPR 4

Budowa cząsteczki wody z punktu widzenia teorii MO 4

Właściwości fizykochemiczne i synteza wody 8

Woda jako cząsteczka polarna 8

Moment dipolowy wody 8

Wiązanie wodorowe jako przyczyna powstawania asocjatów i niektórych hydratów 9

Właściwości fizyczne wody 14

Gęstość 14

Ciepło przemian fazowych 16

Ciepło właściwe wody 17

Przewodnictwo cieplne wody 18

Ściśliwość wody 19

Napięcie powierzchniowe wody 19

Lepkość wody 22

Płynność wody 23

Przewodnictwo elektryczne wody 24

Stała dielektryczna 26

Przewodność dźwięku 27

Współczynnik załamania światła 29

Właściwości spektroskopowe wody 30

Zestawienie niektórych anomalnych właściwości fizycznych wody 33

Stany skupienia wody 33

Przemiany fazowe wody 34

Diagram fazowy wody 36

Właściwości chemiczne wody 40

Stężenie wody 40

Dysocjacja wody 40

Opis liczbowy dysocjacji elektrolitycznej wody 44

Woda w teoriach kwasowo-zasadowych 48

Reakcje chemiczne zachodzące z udziałem wody 50

Woda jako substrat 50

Woda jako katalizator 59

Chemia roztworów 59

Woda jako rozpuszczalnik w procesach ekstrakcji 59

Woda jako rozpuszczalnik zapewniający środowisko reakcji 59

Aktywność a stężenie 62

Właściwości fizyczne roztworów 62

Klasyfikacja roztworów 64

Ilościowy opis roztworów 65

Pochodne” wody 70

Woda ciężka i superciężka 70

Nadtlenek wodoru i pozostałe związki jego szeregu 71





Wstęp: Woda – niezwykła ciecz


Cóż może być zwyklejszego od wody – można by zapytać, wiedząc, że jest ona najbardziej rozpowszechnionym na Ziemi płynem, który towarzyszy nam przez cały czas i wydaje się tak pospolity, iż przeważnie nie zwracamy na niego uwagi. Chyba że staje się przyczyną niedogodności (jak podczas deszczowych wakacji) lub klęsk (jak podczas wiosennych czy letnio-jesiennych powodzi), albo wtedy, gdy wody niestety brakuje.

A jednak jest woda czymś absolutnie niezwykłym – charakteryzuje się, jak zobaczymy w następnych wykładach, wysoce nietypowymi właściwościami fizykochemicznymi. Z logicznego punktu widzenia wydaje się na przykład oczywiste, że gęstość substancji powinna maleć ze wzrostem temperatury, nawet jeśli nie weźmiemy pod uwagę takich przemian fazowych, jak topnienie czy krzepnięcie. Natomiast gęstość wody największa jest w temperaturze 4 ºC i maleje zarówno ze wzrostem temperatury, jak i z jej obniżaniem. Dzięki temu nie tylko lód unosi się na wodzie – czego najbardziej spektakularnym przejawem są góry lodowe, znane choćby z filmu Titanic – ale i woda ochłodzona na powierzchni zbiornika wodnego opada na dno, co w znaczny sposób opóźnia jego zamarzanie i zwiększa możliwość przetrwania mrozów przez organizmy wodne.

Nikogo nie trzeba przekonywać, że woda jest do życia niezbędna i że jej obecność na Ziemi umożliwiła powstanie życia. Co prawda wielu naukowców oraz autorów literatury fantastyczno-naukowej próbowało wyobrażać sobie lub wymyślać życie, które mogłoby się bez wody obejść.

W opowiadaniu Śnieżka Kirył Bułyczow opisuje istoty, których biochemia oparta jest na amoniaku; co prawda poza tym owi kosmici prawie niczym się od ludzi nie różnią i autor snuje nawet opowieść o romansie między ludzkim kosmonautą a kosmitką, romansie, który musi ograniczyć się do westchnień i wymiany powłóczystych spojrzeń. Albowiem amoniak jest cieczą w zakresie od –78 do –33 ºC i jakiekolwiek dotknięcie musiałoby doprowadzić do oparzeń z jednej strony (wyobraźmy sobie, że dotyka nas istota o skórze mającej temperaturę 170 ºC!), a odmrożeń z drugiej. W tak niskich temperaturach związki organiczne są co prawda trwałe, ale wiadomo, że komórki stanowią właściwie układy koloidalne białkowych, lipidowych lub węglowodanowych polimerów, które ze spadkiem temperatury tracą swoją półpłynność. Poza tym metabolizm opiera się na skomplikowanych reakcjach enzymatycznych o przebiegu także silnie zależnym od temperatury. Przy panującym w organizmie 50-stopniowym mrozie nie będzie funkcjonować żaden enzym (przynajmniej z tych, które znamy), a większość substratów tych reakcji będzie tak trwała/nieaktywna, że nie da się ich ugryźć.

W inną stronę poszli Krzysztof Boruń i Andrzej Trepka, opisujący w powieści Kosmiczni bracia organizmy oparte na krzemie, które zresztą omal nie doprowadzają do zagłady całej ludzkości, gdyż upodobały sobie znacznie wyższe temperatury, i pierwszą rzeczą, jakiej dokonują po pojawieniu się na Ziemi, jest odpowiednie podgrzanie planety. Ta koncepcja jest o tyle ciekawa, iż faktycznie nie bardzo wiadomo, dlaczego krzem, będący w stanie wolnym jednym z najbardziej inertnych pierwiastków, na Ziemi występuje wyłącznie w postaci związków – przeważnie pochodnych tlenu (a przecież z tlenem krzem reaguje dopiero w temperaturach powyżej 600 ºC). Swego czasu ksiądz profesor Włodzimierz Sedlak wysunął nawet hipotezę, że brak krzemu pierwiastkowego może stanowi poszlakę wskazującą na istnienie niegdyś na Ziemi biocenozy krzemowej, której odchody stanowi krzemionka SiO2, podobnie jak jednym z metabolitów życia opartego na węglu jest CO2. Nie trzeba jednak dodawać, że woda w postaci ciekłej istnieje w niespecjalnie wysokich temperaturach, chyba że pod zwiększonym ciśnieniem. Ale w takich warunkach związki krzemu, które miałyby być odpowiednikami węglowych związków organicznych, miałyby zerową trwałość. Są one nietrwałe nawet w warunkach normalnych (z przyczyn, które wyjaśnia chemia nieorganiczna), a na dodatek hydrolizują, czyli rozkładają się pod wpływem wody.

Wydaje się zatem, że organiczne koloidy zawieszone w wodzie stanowią jedyną drogę dla życia – przynajmniej zgodnie z naszą dzisiejszą wiedzą. Niezwykłe „dopasowanie” wody do potrzeb takiego życia, wraz z innymi „zbiegami okoliczności” w kwestiach różnych stałych fizycznych i budowy Układu Słonecznego, doprowadza niekiedy umysły słabiej wyćwiczone w logice do przyjęcia tezy, że cały nasz Wszechświat jest skonstruowany tak, aby umożliwić powstanie życia. Jest to tzw. zasada antropiczna. Sam jednak nie jestem jej zwolennikiem i uważam, że jest to klasyczne mieszanie skutków z przyczynami. Życie na Ziemi powstało dlatego, że panowały tu odpowiednie warunki, a nie warunki takie panowały na Ziemi po to, by umożliwić powstanie życia. Grawitacja i ukształtowanie terenu oraz określone prawa fizyki powodują, że rzeka spływa z gór określonym korytem; trudno twierdzić, że grawitacja i góry powstały jedynie dlatego, by sobie jakaś rzeka mogła po nich spływać. I w ten sposób wróciliśmy do wody.




  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   36


©operacji.org 2017
wyślij wiadomość

    Strona główna