Применение
При участии О2 совершается один из важнейших жизненных процессов – дыхание, в результате которого окисление кислородом белков, углеводов и жиров служит источником энергии живых организмов.
Кислород используется для интенсификации окислительных процессов в химической промышленности (производство НNO3, H2SO4 и т.д.). Кислород широко применяется для интенсификации металлургических процессов (при производстве стали). Кислород используют для получения высоких температур, для сварки и резки металлов (кислородно-водородное, кислородно-ацетиленовое пламя).
Жидкий О2 применяется как окислитель ракетного топлива.
В медицине кислород используют для облегчения дыхания больных (кислородные подушки и палатки). Также применяют О2 при выполнении подземных и подводных работ, космических и высотных полетов.
Вода, жесткость h2o, перекись водорода Нахождение воды в природе
Вода является наиболее распространенным соединением на Земле. Она покрывает собой около ¾ земной поверхности, а ее общая масса составляет примерно 1,4 ∙ 1018 т.
Подавляющая часть воды сосредоточена в морях и океанах и содержит в себе много растворенных солей (от 3 до 35 г/л). Такая вода называется «соленой», она непригодна для питья, орошения и многих других технических целей.
Вода, содержащаяся на поверхности суши, имеет гораздо меньшее количество растворенных солей (от 0,2 до 1 г/л) и называется «пресной». Ее можно использовать для различной хозяйственной деятельности. Но на долю пресной воды приходится около 2,6% от общих ее запасов, и в основном эта вода сосредоточена в виде льда на Северном и Южном полюсах, поэтому малодоступна для человека. Доля же доступной пресной воды составляет ~ 0,014% от общей массы H2O на Земле.
Вода входит в состав всех живых и растительных организмов, где на ее долю приходится свыше 70% по массе.
Она является основой жизни и представляет собой среду, в которой протекают биохимические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма.
Строение молекул и физические свойства воды
Молекулы воды состоят из двух атомов водорода Н и одного атома кислорода O, соединенных между собой двумя ковалентными полярными связями. На атоме О, как на более электроотрицательном, сосредоточен частичный отрицательный заряд |δ-|< 1, а на атомах Н частичный положительный заряд δ+<1. Молекула воды имеет угловую форму (атомы водорода по отношению к кислороду образуют угол, равный 104,5°) (рис. 4), поэтому та ее часть, где находятся атомы Н, заряжена положительно, а часть, где находится кислород – отрицательно. В связи с этим молекула Н2О представляет собой диполь. Благодаря полярности молекул воды, растворенные в ней электролиты диссоциируют на ионы.
Рис. 4. Схема образования молекулы Н2О
Молекулы Н2О связаны между собой в большие ассоциаты многочисленными водородными связями, причем одна молекула воды может образовать водородные связи с четырьмя другими молекулами. Это обеспечивает аномальность физических свойств Н2О в ряду однотипных соединений элементов VI группы главной подгруппы (Н2О, Н2S, H2Se и т.д.):
Температура кипения Н2O равна 100°С, температура замерзания 0°С. При комнатных условиях чистая Н2О – жидкость без запаха, вкуса. В тонком слое она бесцветна, однако при толщине более двух метров приобретает голубоватый оттенок. Вода является хорошим растворителем для многих веществ, поэтому чистой Н2О в природе нет. Она всегда содержит многочисленные примеси растворенных веществ. Для очистки от примесей воду доводят до кипения, образовавшиеся пары конденсируют в жидкость. Этот процесс называют «перегонкой», а получившуюся Н2О – дистиллированной водой.
Вода является очень слабым электролитом и плохо распадается на ионы:
Н2О H+ + OH– Kдисс. = 1,8 ∙ 10-16
Известна изотопная разновидность воды – тяжелая вода D2O. В природных водах массовое отношение D2O : Н2О ≈ 1 : 6000. Тяжелая вода имеет другие физические константы по сравнению с обычной: tплав. = 3,813оС; tкип. = 101,43оС; ρ = 1,104 г/см3. Растворимость большинства веществ в ней значительно ниже, чем в обычной воде. Тяжелая вода ядовита, так как замедляет биологические процессы в живых организмах.
Тяжелая вода постепенно накапливается в остатке электролита при многоразовом электролизе Н2О. Таким образом ее получают в промышленности. Основной потребитель тяжелой воды – ядерная энергетика, где она используется как теплоноситель и замедлитель нейтронов в атомных реакторах.