Презентация "Вода при замерзании" по химии – проект, доклад

Аномальные свойства воды при замерзании.

Цель: Изучение причин изменения плотности воды при снижении температуры.

Как известно, вода во внешней среде бывает одновременно в трёх агрегатных состояниях: в жидком в твёрдом в газообразном

Аномалия воды.

Удивительным свойством обладает вода: это единственное вещество на земле, которое при замерзании расширяется.

Плотность воды при понижении температуры сначала возрастает, достигает максимума при 4oС и начинает уменьшаться. ПОЧЕМУ?

Строение воды.

Молекула воды имеет угловое строение, угол Н–О–Н составляет 104,5 градусов.

Одна молекула Н2О- газ, пар.

Две неподеленные электронные пары О, образуют две донорно-акцепторные связи с атомами водорода соседних молекул воды. Это водородные связи.

Водородная связь.

ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ-взаимодействие между двумя электроотрицательными атомами одной или разных молекул посредством атома водорода: A-H…B.

Наличием водородных связей обусловлены уникальные свойства воды. Трехатомная молекула Н2О образует четыре водородные связи. В их образовании принимают участие оба атома водорода, а атом кислорода образует две водородные связи с атомами водорода соседних молекул воды. (Электронная плотность О распределяется равномерно)

Кристаллическая решетка Н2О- лед (схема)

Кристаллическая решётка льда.

в структуре льда обычные связи О–Н и водородные О•••Н структурно неразличимы – длина связей и валентные углы совпадают.

тетраэдр.

Каждая молекула воды соединена с четырьмя ближайшими к ней другими молекулами. Образуемые при этом пустоты в структуре льда приводят к уменьшению его плотности по сравнению с жидкой водой.

Величина пустот

Большая пустота образована 15 молекулами Н2О

Результаты эксперимента V пустоты : V Н2О = 2,25 : 1 Пустота удлиненная, (льдинки-иголочки) толщина чуть больше диаметра молекулы Н2О, длина = 2 диаметрам Н2О Т.к. молекула Н2О самая маленькая среди подобных молекул, то пустота не позволяет заключать в себе частицы других веществ

В структуре льда практически не бывает примесей: при замерзании они вытесняются в жидкость. Именно поэтому снежинки всегда белые, а льдинки на поверхности грязной лужи практически прозрачные.

Результаты эксперимента Максимальная плотность в интервале от 15 до 3 градусов: V Н2О при 4oС =14,6 мл. V льда =16,05 мл. Следовательно V льда увеличился на 9,932 %

Теоретический расчет m Н2О = 14,6 г.; n Н2О = 0,811 моль; n фрагментов из 15 молекул Н2О =0,054 моль; это равно n пустот V Н2О = 0,811 моль * 1 объем = 0,811 объема V пустот = 0,054 моль * 2.25 объема = 0,1217 объема. Следовательно V льда увеличился на 15 %

Вывод: Теоретически объем льда увеличивается на 15%, практически – на 10%. Следовательно, при таянии льда водородные связи разрушаются на 2/3. Т.е. 30% водородных связей заключены в кластерах.

Кластеры.

Молекулы воды могут объединяться в небольшие группы - кластеры. Их жизнь быстротечна, и потому они с трудом поддаются изучению.

При температуре 4оС общая формула кластера Н14О7. , а при комнатной температуре среднее между Н8О4 Вода – смесь разных кластеров

Изменение объема воды при снижении температуры .

Температура, *С Объем. мл.

Выводы:

Образование кластеров и пустот в них объясняет расширение воды при замерзании. Отсутствие в пустотах материальных частиц не отрицает сохранение в них полей и волн, т. е. кластер может быть хранителем информации.

Заключение:

Результаты исследования могут быть полезны в расшифровке структуры воды. Особенность образования кластеров и кристаллической решётки льда - вытеснять все растворённые в воде вещества – может быть заменима в разработке установок по отчистке воды с помощью неполного замораживания.

Автор: Захаренкова Наталья МОУ « Коммунаровская средняя общеобразовательная школа №1» Гатчинский район, Ленинградская область, Россия. Руководитель: Петролай Валентина Сафроновна