WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Природні системи абіотичного середовища біосфери - Реферат

Природні системи абіотичного середовища біосфери - Реферат

Унаслідок такого розподілу тепла збільшення градієнта температур в тропосфері завжди спрямоване з низьких широт до високих. Це зумовлює відповідно до дії Коріолісової сили переважно західні вітри: нагріте на екваторі повітря буде переміщуватись на схід, що й зумовить напрям вектора градієнта температури й тиску від полюсів. Західні вітри цього походження бувають дуже потужні, а на висоті верхньої межі тропосфери вони можуть бути надураганні (до 300 km за годину). Горизонтальне перенесення повітря супроводжується вертикальними потоками. Зі зміною температури відбуваються процеси конденсації й кристалізації водяної пари і утворення опадів — дощу, снігу, граду.

2.1.3. Гідросфера

Термін "гідросфера" походить від двох грецьких слів ΰδωρ — вода і σφαіρα — куля. Під цим терміном розуміють водневу поверхню (оболонку) Землі. На відміну від атмосфери гідросфера є не суцільною, а складається з окремих частин: Світового океану, водних басейнів на суходолі (річки й озера, підземні води, льодовики). Вода — найбільш поширена речовина на Землі. Загальна маса гідросфери понад трильйон тонн (1018 t), що становить 0,034% маси Землі, а її поверхня займає близько 4/5 земної кулі. Усі види води гідросфери становлять єдину систему, зв'язану в планетарний кругообіг просторово і за фазовими перетвореннями (тверде — рідке — пара).

Останнє є унікальною властивістю води. З усіх речовин біосфери в діапазоні температур існування живих організмів тільки вода може існувати в трьох агрегатних станах (фазах) — вода — лід, вода — рідина і вода — газ. Вода існує повсюдно. Сучасні дослідження виявили воду на інших планетах Сонячної системи і навіть за її межами — у таких космічних тілах, як комети, а сьогодні і на Місяці.

Не випадково стародавні філософи вважали, що вода є одним з чотирьох первинних елементів Природи поряд із Землею, Повітрям і Вогнем. Таке уявлення існувало ще за середньовіччя. Тільки 1781 р. американський хімік Кавендіш показав, що вода утворюється під час згоряння водню. І лише 1860 р. італієць Канніццаро встановив хімічну формулу води — Н2О. Агрегатний стан води залежить від температури й тиску.

Експериментальні дані впливу температури і тиску на агрегатний стан води можна зобразити за допомогою фазової діаграми (рис. 22).

Рис. 22. Фазова діаграма

води

За будь-яких значень температури і тиску, які відповідають точкам діаграми в площі, обмеженій кривими ВТ і СТ, вода існує тільки в рідкому стані, у точках нижче кривої АТ і у точці Т — у вигляді пари. Точки на кривих відповідають умовам, за яких дві суміжні фази перебувають у рівновазі. Дві точки на діаграмі особливо цікаві. Точка Т (273,16 К і 6,03 10–3 atm) називається потрійною точкою, де в рівновазі перебувають одночасно три фази: пара, вода і лід. Точка С (647 К і 220 atm) називається критичною. За температури, більшої за 647 К, водяну пару не можна перетворити на рідину за будь-якого підвищення тиску. Інакше кажучи, за температури і тиску, вищих ніж у точці С, водяна пара й рідка вода не розрізняються. Між ними не існує фазової межі. Діаграма стану води відіграє виключно важливу роль у вивченні природних процесів біосфери, за проектування й експлуатації парових котлів, енергетичних турбін, енергосистем, автоклавів тощо.

Аномальною характеристикою води є й те, що максимального значення густини вона набуває за охолодження її у рідкому стані до + 4°С ( = = 1000 kg/m3) (табл. 16). За дальшого охолодження аж до замерзання густина зменшується. Отже, за такої самої маси об'єм льоду більший ніж води, завдяки чому крига не тоне у воді. Ця специфічна властивість забезпечує існування водяної флори і фауни, оскільки річки, озера, моря і океани ніколи не промерзають до самого дна. Пояснення цієї унікальної аномалії слід шукати у змінах структурно-хімічної будови води за змін агрегатного стану.

Молекули води, маючи значний дипольний момент, можуть взаємодіяти одна з одною, утворюючи так звані водневі зв'язки. Однак у фазі пари вода в основному одномолекулярна: атоми водню і кисню зв'язані ковалентно. У рідкому і твердому станах кожна молекула утворює чотири водневі зв'язки, з яких два — як донор протонів (Н+1) і два — як акцептор протонів. Усі чотири водневі зв'язки молекули води спрямовано (рис. 23) приблизно до вершин правильного тетраедра (або перехресних кутів протилежних граней куба).

Рис. 23. Структурна схема міжатомного зв'язку кисню і водню води

Таблиця 16

ПАРАМЕТРИ ВОДИ (ХІМІЧНО ЧИСТОЇ)

Назва

Позначення і одиниці

Розмір

Температура кипіння

Ткип,

373 (100)

Температура плавлення

Тпл,

273 (0)

Температура критична

Tкрит,

647 (374)

Тиск критичний

Ркрит, МРа (атм)

22,06 (220)

Густина критична

dкрит. kg/m3

322

Ентальпія плавлення

ΔНпл. kJ/mol3

6

Ентальпія сублімації льодуза 273 К

ΔНcубл. kJ/mol

51

Ентальпія випаровування

ΔНвип. KJ/mol

за 273 ... 293 К

44,63

за 373 К

40,66

Густина льоду (тверда фаза)

ρтв. kg/m3

917

Густина води (рідина) за 293 К (20°С)

ρрід. kg/m3

998

Густина max 281 К (4°С)

— " —

1000

Густина париза 393 К (20°С)

ρпар. kg/m3

1,12

Теплоємність водиза 293 К (20°С)

75,34

Вода (пара)за 373 К (100°С)

— " —

36,64

Теплопровідність льодуза 273 К (°С)

MW / (m K)

2,346

Рідини за 293 К (°С)

— " —

598

Електроопір: за 293 К (20°С)

ρ, Ω m

18,9 10–6

Отже, структура льоду — це тривимірна сітка, подібна до структури алмазу. Збільшення густини за плавлення льоду і нагрівання води до + 4°С пояснюють зменшенням стабільності структури водневих зв'язків і їхнім викривленням. Отже, зі зменшенням міжатомної відстані Н—О—Н густина збільшується, але дальший нагрів послаблює міжатомні зв'язки, що знижує густину.

Однак такого популярного уявлення про міжатомні й міжмолекулярні зв'язки у воді замало для наукового пояснення унікального комплексу її властивостей (табл. 16).

Зі шкільного курсу хімії нам відомо, що вода в процесі електролізу розкладається на водень і кисень. Це пояснюється дисоціацією частини іонів води з утворенням протилежно заряджених іонів: Н2О → Н+1 + ОН–1. Звернімо увагу, що іон Н+1 являє собою протон.

То до якого класу хімічних речовин належить вода? Відповідно до наявності іону Н+ — вода є кислотою, водночас іон ОН– зумовлює її належність до лугів. Згідно з теорією Брестеда–Лоура вода є і кислотою і лугом, проявляючи в більшій мірі ту чи ту якість залежно від умов. Така властивість речовин має назву амфотерність (від гр. αμφοτερος — один і другий, обидва). Отже, вода є амфотерною речовиною: вона може виступати як донор протонів, тобто як кислота, або як акцептор протонів — основа. Наприклад, якщо у воді розчиняти хлорид водню, то його молекули повністю дисоціюють, утворюючи сильну кислоту (соляна кислота) НСl → H+ + Cl–. Оскільки молекули Н2О, як показано було вище, являють собою диполі, то іони Н+ (протони), утворені за дисоціації НСl взаємодіятимуть із негативно зарядженим полюсом молекули води з боку кисню, утворюючи позитивно заряджені іони гідроксонію:

.

Гідроксоній

Отже, у водних розчинах іон водню існує в гідратованій формі гідроксонію.

Загальне рівняння розчинення хлориду водню у воді записують так:

HCl + H2O H3O+ + Cl–.

У цьому прикладі вода виступає як акцептор протонів, тобто як основа.

Другий приклад відображає умови, які утворюються за розчинення у воді слабкої кислоти, наприклад етанової (оцтової води), яка лише частково дисоціює до певного стану рівноваги:

Loading...

 
 

Цікаве