Ūdens (molekula): īpašības, sastāvs un nozīme dabā
Ūdens (molekula): sastāvs, fiziskās un ķīmiskās īpašības, unikālā loma ekosistēmās un cilvēka dzīvē — uzzini, kā ūdens ietekmē dabu un dzīvi uz Zemes.
Ūdens (2HO, HOH) šķidrā un cietā (ledus) veidā klāj 70–75% Zemes virsmas, bet atmosfērā to var atrast tvaiku veidā. Tā ir visizplatītākā molekula uz Zemes virsmas. Lai gan pirmējais teikums satur oriģinālo saišu izvietojumu, parasti ūdens ķīmisko formulu raksta kā H2O — katra molekula sastāv no diviem ūdeņraža atomiem un viena skābekļa atoma.
Ķīmiskais sastāvs un molekulārā struktūra
Ūdens molekula ir polāra: skābekļa atoms piesaista kopējos elektronu pārus stiprāk nekā ūdeņraža atomi, tādēļ molekulā veidojas pastāvīgs elektriskais moments. Šī polaritāte kopā ar ūdeņraža saitēm starp molekulām nosaka daudzus ūdens īpašos fizikālos un ķīmiskos raksturlielumus.
Ūdens spēj tiecīgi jonizēties (autojonizēšanās), veidojot H+ un OH− jonus, kas nosaka ūdens pH un tā reakciju spēju ar citiem savienojumiem.
Fizikālās īpašības
- Telpas temperatūrā (telpas temperatūra) tas ir gandrīz bezkrāsains šķidrums bez garšas un smaržas.
- Kušanas un viršanas temperatūra: 0 °C (ledus kušanas punkts pie standarta spiediena) un 100 °C (vāšanas punkts pie 1 atm). Tomēr šie punkti mainās ar spiedienu un piemaisījumiem.
- Blīvums: ūdens blīvums ir aptuveni 1 g/cm3 pie 4 °C. Ūdens anomalā izplešanās — ledus ir mazāk blīvs nekā šķidrais ūdens — ļauj ledum peldēt virs ūdens, kas ir būtiski ekosistēmu saglabāšanai ziemā.
- Virsmas spraigums un kapilārā darbība: spēcīgās ūdeņraža saites dod ūdenim augstu virsmas spraigumu un ļauj to uzsūkties caur porainiem materiāliem.
- Siltumietilpība un siltumvadītspēja: ūdens uzsilst un atdziest lēnāk nekā daudzas citas vielas; tas stabilizē temperatūru atmosfērā un organismu iekšējos apstākļos.
Ūdens kā šķīdinātājs
Ūdenī šķīst daudzas vielas, un to parasti uzskata par universālu šķīdinātāju; tāpēc dabā un lietošanā ūdens reti kad ir tīrs, un tam var būt citas īpašības nekā laboratorijā. Šo spēju nosaka ūdens polaritāte un spēja veidot risinājumus ar joniem un polāriem molekulāriem savienojumiem. Tomēr ir daudz savienojumu, kas būtībā vai pat pilnībā nešķīst ūdenī (piem., daudzi nepolāri organiskie savienojumi).
Bioloģiskā un ekoloģiskā nozīme
Ūdens ir dzīvības pamats. Tas ir nepieciešams šūnu darbībai, vielmaiņai un transportam organismā (piem., asinsrites un šūnu šķīdumu veidošanā). Ūdens regulē klimatu, izmantojot siltuma pārvadi un enerģijas uzkrāšanu, un piedalās ģeoloģiskos procesos, kas veido ainavas un augsnes.
Ūdens cikls un sadalījums uz Zemes
Ūdens pastāvīgā kustība starp okeāniem, atmosfēru, augsni un dzīvajiem organismiem veido hidroloģisko ciklu: iztvaikošana, kondensācija, nokrišņi un notecējums. Lielākā ūdens daļa uz Zemes ir sālsūdenī okeānos; saldūdens rezervju daļa (ledāji, gruntūdens, ezeri un upes) ir ierobežota, un tās ir būtiskas cilvēku un ekosistēmu vajadzībām.
Tīrība, garša un lietošana
Tīrs ūdens ir bez garšas. Aromātu ūdenim var piešķirt citas ūdenī esošās ķīmiskās vielas, metālu joni, organiskie savienojumi vai mikroorganismi. Dzeramajam ūdenim parasti tiek noteikti standarti attiecībā uz mikrobioloģisko drošību, minerālvielu saturu un uztveramo garšu. Industriālajā un laboratoriskajā praksē ūdens demineralizē, destilē vai speciāli attīra, lai iegūtu nepieciešamo tīrības līmeni.
Papildus īpašības un ķīmiskā uzvedība
Ūdens reaģē ar daļējiem un pilnīgi polāriem savienojumiem, piedalās redoksprocesos un var darboties gan kā skābe, gan kā bāze (Brønsted–Lowry teorijā). Tā reakciju spēja un loma kā šķīdinātājam padara to par galveno vidi ķīmiskām reakcijām bioloģijā un dabā.
Ūdens ir vienīgā parastā, tīrā viela, kas dabā sastopama visos trijos vielas stāvokļos - par citām vielām skatiet Ķīmiskās īpašības. Tā daudzveidīgās un bieži unikālās īpašības padara ūdeni neaizstājamu gan dabā, gan cilvēku sabiedrībās.
Ūdens anomālās īpašības
Parasti šķidruma tilpums karsējot palielinās, taču ūdens tilpums samazinās, karsējot no 0°C līdz 4°C temperatūrā. Ūdens tilpums palielinās tikai tad, ja to uzkarsē virs 4°C. Šāda uzvedība ir viena no vairākām ūdens anomālajām īpašībām.
Šī tilpuma samazināšanās īpašība ļauj zivīm un citiem ūdensdzīvniekiem izdzīvot ūdenstilpē, kad ledus ir sasalis uz ūdens virsmas. Aukstā klimatā, kad ūdenstilpes temperatūra sasniedz 4 °C, ūdens slāņi, kas atrodas tuvu virspusē un saskaras ar aukstu gaisu, turpina zaudēt siltumenerģiju, un to temperatūra pazeminās zem 4 °C. Atdziestot zem 4°C, šie slāņi paceļas, nevis nogrimst, jo ūdens maksimālais blīvums ir 4°C temperatūrā. Tādējādi ūdens slānis ar 4°C temperatūru paliek apakšā, bet virs tā veidojas 3°C, 2°C, 1°C un 0°C ūdens slāņi. Tā kā ledus ir slikts siltuma vadītājs, tas neļauj šķidrajam ūdenim pārnest siltumenerģiju no zem ledus slāņiem esošā šķidrā ūdens, kas neļauj šķidrajam ūdenim sasalt. Tāpēc šādās vietās izdzīvo ūdens radības.
Jautājumi un atbildes
J: Kādu procentu Zemes virsmas klāj ūdens?
A: Ūdens klāj 70-75 % Zemes virsmas.
J: Kādos stāvokļos uz Zemes ir sastopams ūdens?
A: Ūdens ir šķidrā un cietā (ledus) stāvoklī, kā arī atmosfērā tvaiku veidā.
J: Kāda ir visizplatītākā molekula uz Zemes virsmas?
A: Ūdens ir visizplatītākā molekula uz Zemes virsmas.
J: Kādas ir dažas ūdens īpašības, kad tas ir istabas temperatūrā?
A: Istabas temperatūrā ūdens ir gandrīz bezkrāsains šķidrums bez garšas un smaržas.
J: Kāpēc ūdeni parasti uzskata par universālo šķīdinātāju?
A: Ūdenī šķīst daudzas vielas, tāpēc to parasti uzskata par universālo šķīdinātāju.
Vai ūdens dabā un lietošanā vienmēr ir tīrs?
A: Dabā un lietošanā ūdens reti kad ir tīrs, un tam var būt citas īpašības nekā laboratorijā.
J: Kādas citas vielas dabā ir sastopamas visos trīs vielas stāvokļos?
A: Ūdens ir vienīgā parasta, tīra viela, kas dabā sastopama visos trijos vielas stāvokļos.
Meklēt