Химические и физические свойства природных вод

Вода – простейшее, устойчивое в обычных условиях химическое соединение водорода и кислорода. По своей химической природе – это оксид водорода (Н₂О). В чистом виде вода – это бесцветная, не имеющая ни вкуса, ни запаха жидкость.

В молекуле воды две пары электронов являются общими для ядер водорода и кислорода. Они имеют сильно вытянутые орбиты и, т.к. более электроотрицательный атом кислорода оттягивает электроны от атомов водорода, то последние несут частично положительные заряды, а атом кислорода с двумя неподеленными парами электронов имеет частичный отрицательный заряд. Поскольку в молекуле воды разноименные заряды пространственно разделены, она, при общей электронейтральности, является диполем. Каждая молекула воды может взаимодействовать с четырьмя другими молекулами воды за счет образования водородных связей. Водородная связь – сравнительно слабая связь.

Водяной пар преимущественно состоит из мономерных молекул воды, т.е. водородные связи практически не реализуются. В твердом состоянии (лед) строение воды в высокой степени упорядочено. В кристаллах льда молекулы воды составляют гексагональную систему с устойчивыми водородными связями. Такая структура весьма рыхла. Вода в жидком состоянии занимает промежуточное положение между паром и льдом. В такой воде сохраняются элементы “льдоподобного” молекулярного каркаса, а его пустоты частично заполняются одиночными молекулами. Поэтому “упаковка” молекул в воде, находящейся в жидком состоянии, более плотная, чем у льда, и плавление льда приводит не к уменьшению, а к увеличению плотности. Переход от полностью упорядоченной рыхлой структуры к более плотной структуре, свойственной воде в жидком состоянии, продолжается после плавления льда вплоть до температуры 4°С. Дальнейшее повышение температуры приводит к тепловому расширению воды.

Природная вода – это смесь вод разного изотопного состава. Наиболее распространена вода, состоящая из изотопов ¹Н и ¹⁶О, доля других изотопных видов ничтожна – менее 0,27%.