Експертната общност за ремоделиране на баня

Вода: електропроводимост и топлопроводимост. Единици за проводимост на водата

НАТРИЙ(Натрий) Na , химичен елемент 1-ви ( Ia ) група от Периодичната система, се отнася към алкалните елементи. Атомен номер 11, относителна атомна маса 22,98977. В природата има един стабилен изотоп 23 Na . Известни са шест радиоактивни изотопа на този елемент, два от които представляват интерес за науката и медицината. Натрий-22 с период на полуразпад 2,58 години се използва като източник на позитрони. Натрий-24 (полуживотът му е около 15 часа) се използва в медицината за диагностика и лечение на някои форми на левкемия.

+1 степен на окисление.

Натриевите съединения са известни от древни времена. Натриевият хлорид е основен компонент на човешката храна.

° С се чете, че човекът е започнал да го използва през неолита, т.е. преди около 57 хиляди години.

AT Старият заветспоменава се някакво вещество "нетер". Това вещество се използва като детергент. Най-вероятно нетерът е сода, натриев карбонат, който се е образувал в солените египетски езера с варовити брегове. Гръцките автори Аристотел и Диоскорид по-късно пишат за същото вещество, но под името "нитрон", а древноримският историк Плиний Стари, споменавайки същото вещество, вече го нарича "нитрум".

През 18 век химиците вече познаваха много различни натриеви съединения. Натриевите соли се използват широко в медицината, при обработката на кожи и при боядисването на тъкани.

Металният натрий е получен за първи път от английския химик и физик Хъмфри Дейви чрез електролиза на разтопен натриев хидроксид (използвайки волтова колона от 250 чифта медни и цинкови пластини). име "

натрий “, избран от Дейви за този елемент, отразява произхода му от сода Na2CO 3. Латинското и руското име на елемента произлизат от арабското "натрун" (естествена сода).Разпространение на натрия в природата и промишленото му извличане. Натрият е седмият най-разпространен елемент и петият най-разпространен метал (след алуминия, желязото, калция и магнезия). Съдържанието му в земната кора е 2,27%. По-голямата част от натрия е в състава на различни алумосиликати.

Огромни находища на натриеви соли в относително чиста формасъществуват на всички континенти. Те са резултат от изпарението на древните морета. Този процес все още продължава в Солт Лейк (Юта), Мъртво море и другаде. Натрият се среща като хлорид

 NaCl (халит, каменна сол), както и карбонат Na 2 CO 3 NaHCO 3 2 H 2 O (трон), нитрат NaNO 3 (селитра), сулфат Na 2 SO 4 10 H 2 O (мирабилит), тетраборат Na 2 B 4 O 7 10 H 2 O (боракс) и Na 2 B 4 O 7 4 H 2 O (кернит) и други соли.

Има неизчерпаеми запаси от натриев хлорид в естествени саламура и океански води (около 30 kg m 3). Изчислено е, че каменната сол в количество, еквивалентно на съдържанието на натриев хлорид в океаните, би заела обем от 19 милиона кубични метра. km (50% повече от общия обем на северноамериканския континент над морското равнище). Призма с този обем с основна площ от 1 кв. km може да достигне луната 47 пъти.

Сега общото производство на натриев хлорид от морска вода е достигнало 67 милиона тона годишно, което е около една трета от общото световно производство.

Живата материя съдържа средно 0,02% натрий; има повече от него в животните, отколкото в растенията.

Характеристика на просто вещество и промишлено производство на метален натрий. Натрият е сребристо-бял метал, на тънки слоеве с виолетов оттенък, пластичен, дори мек (лесно се реже с нож), блести прясно изрязан натрий. Стойностите на електрическата проводимост и топлопроводимостта на натрия са доста високи, плътността е 0,96842 g / cm 3 (при 19,7 ° C), точката на топене е 97,86 ° C, точката на кипене е 883,15 ° C.

Тройната сплав, съдържаща 12% натрий, 47% калий и 41% цезий, има най-ниската точка на топене за метални системи, 78°C.

Натрият и неговите съединения оцветяват пламъка в ярко жълто. Двойната линия в спектъра на натрия съответства на преход 3

s 1 3 стр 1 в атомите на елемента.

Реактивността на натрия е висока. Във въздуха той бързо се покрива с филм от смес от пероксид, хидроксид и карбонат. Натрият гори в кислород, флуор и хлор. Когато металът се изгаря във въздуха, се образува пероксид.

 Na2O 2 (с примес на оксид Na2O ).

Натрият реагира със сярата още при смилане в хаван, сярната киселина се редуцира до сяра или дори до сулфид. Твърдият въглероден диоксид („сух лед“) експлодира при контакт с натрий (пожарогасителите с въглероден диоксид не могат да се използват за гасене на горящ натрий!). С азота реакцията протича само при електрически разряд. Натрият не взаимодейства само с инертни газове.

Натрият реагира активно с вода:

 Na + 2 H 2 O = 2 NaOH + H 2

Отделената по време на реакцията топлина е достатъчна, за да разтопи метала. Следователно, ако малко парче натрий се хвърли във вода, то се стопява поради термичния ефект на реакцията и капка метал, която е по-лека от водата, „тича“ по повърхността на водата, движена от реактивната сила от отделения водород. Натрият взаимодейства много по-спокойно с алкохолите, отколкото с водата:

 Na + 2 C 2 H 5 OH \u003d 2 C 2 H 5 ONa + H 2

Натрият лесно се разтваря в течен амоняк, за да образува ярко сини метастабилни разтвори с необичайни свойства. При 33,8 ° C в 1000 g амоняк се разтварят до 246 g метален натрий. Разредените разтвори имат Син цвят, концентриран бронзов цвят. Могат да се съхраняват около седмица. Установено е, че натрият се йонизира в течен амоняк:

 Na Na + + e –

Равновесната константа на тази реакция е 9,9·10 3. Изходящият електрон се солватира от амонячни молекули и образува комплекс [

 e(NH3) н ] . Получените разтвори имат метална електропроводимост. Когато амонякът се изпари, оригиналният метал остава. Когато разтворът се съхранява дълго време, той постепенно се обезцветява поради реакцията на метала с амоняка, за да се образува амид. NaNH2 или имид Na2NH и отделяне на водород.

Натрият се съхранява под слой от дехидратирана течност (керосин, минерално масло), транспортирана само в запечатани метални съдове.

Електролитен метод за промишлено производство на натрий е разработен през 1890 г. Разтопена сода каустик е подложена на електролиза, както в експериментите на Дейви, но с помощта на по-модерни енергийни източници от волтов стълб. При този процес кислородът се освобождава заедно с натрия:

катод (желязо):

 Na + + e = Na

анод (никел): 4

 OH 4 e \u003d O 2 + 2 H 2 O .

По време на електролизата на чист натриев хлорид, сериозни проблемисвързано, първо, с близката точка на топене на натриевия хлорид и точката на кипене на натрия, и второ, с високата разтворимост на натрия в течен натриев хлорид. Добавянето на калиев хлорид, натриев флуорид, калциев хлорид към натриев хлорид прави възможно понижаването на температурата на стопилка до 600 ° C. Производство на натрий чрез електролиза на разтопена евтектична смес (сплав от две вещества с най-ниска точка на топене) 40%

 NaCl и 60% CaCl 2 при ~580°C в клетка, разработена от американския инженер Г. Даунс, стартира през 1921 г. от DuPont близо до електроцентралата в Ниагарския водопад.

Върху електродите протичат следните процеси:

катод (желязо):

 Na + + e = Na Ca 2+ + 2 e = Ca

анод (графит): 2

 Cl 2 e = Cl 2 .

Металният натрий и калций се образуват върху цилиндричен стоманен катод и се повдигат от охладена тръба, в която калцият се втвърдява и пада обратно в стопилката. Хлорът, образуван в централния графитен анод, се събира под никелов купол и след това се пречиства.

Сега обемът на производството на метален натрий е няколко хиляди тона годишно.

Промишлената употреба на метален натрий е свързана със силните му редуциращи свойства. Дълго време по-голямата част от произведения метал се използва за производство на тетраетил олово.

 PbEt 4 и тетраметилово олово PbMe 4 (антидетонатор за бензин) чрез реакцията на алкил хлориди със сплав от натрий и олово при високо налягане. Сега това производство бързо намалява поради замърсяването на околната среда.

Друга област на приложение е производството на титан, цирконий и други метали чрез редукция на техните хлориди. По-малки количества натрий се използват за получаване на съединения като хидрид, пероксид и алкохолати.

Диспергираният натрий е ценен катализатор в производството на каучук и еластомери.

Налице е нарастваща употреба на разтопен натрий като топлообменна течност ядрени реакторина бързи неутрони. Ниска температуратопенето на натрий, нисък вискозитет, ниско напречно сечение на абсорбция на неутрони, съчетано с изключително висок топлинен капацитет и топлопроводимост го правят (и неговите сплави с калий) незаменим материал за тези цели.

Натрият надеждно почиства трансформаторни масла, естери и други органични вещества от следи от вода, а с натриева амалгама можете бързо да определите съдържанието на влага в много съединения.

натриеви съединения. Натрият образува пълен набор от съединения с всички обичайни аниони. Смята се, че в такива съединения се среща почти пълна раздялазаряд между катионните и анионните части на кристалната решетка.

натриев оксид

 Na2O синтезиран от реакцията Na 2 O 2, NaOH , и най-добре NaNO 2, с метален натрий:Na 2 O 2 + 2Na \u003d 2Na 2 O

2NaOH + 2Na \u003d 2Na 2 O + H 2

 2 NaNO 2 + 6 Na = 4 Na 2 O + N 2

В последната реакция натрият може да бъде заменен с натриев азид

 NaN 3: NaN 3 + NaNO 2 = 3 Na 2 O + 8 N 2

Натриевият оксид се съхранява най-добре в безводен бензин. Той служи като реагент за различни синтези.

натриев пероксид

 Na2O 2 под формата на бледожълт прах се образува при окисляването на натрия. В този случай, при условия на ограничено снабдяване със сух кислород (въздух), първо се образува оксид Na2O , който след това се превръща в пероксид Na2O 2. При липса на кислород натриевият пероксид е термично стабилен до ~675°° С .

Натриевият пероксид се използва широко в промишлеността като избелващо средство за влакна, хартиена маса, вълна и др. Той е силен окислител: избухва в смес с алуминиев прах или въглен, реагира със сяра (същевременно се нагрява) и възпламенява много органични течности. Натриевият пероксид реагира с въглероден оксид, за да образува карбонат. Реакцията на натриев пероксид с въглероден диоксид освобождава кислород:

 Na 2 O 2 + 2 CO 2 \u003d 2 Na 2 CO 3 + O 2

Тази реакция има важни практически приложения в дихателните апарати за подводничари и пожарникари.

Натриев супероксид

 NaO 2 се получава чрез бавно нагряване на натриев пероксид при 200450 ° C под налягане на кислорода от 1015 MPa. Доказателство за образование NaO 2 са получени за първи път при реакцията на кислород с натрий, разтворен в течен амоняк.

Действието на водата върху натриевия супероксид води до освобождаване на кислород дори в студа:

 NaO 2 + H 2 O \u003d NaOH + NaHO 2 + O 2

С повишаване на температурата количеството отделен кислород се увеличава, тъй като полученият натриев хидропероксид се разлага:

 NaO 2 + 2 H 2 O \u003d 4 NaOH + 3 O 2

Натриевият супероксид е компонент на системите за регенерация на въздуха в затворени помещения.

Натриев озонид

 Na O 3 се образува чрез действието на озон върху безводен натриев хидроксид на прах при ниска температура, последвано от екстракция на червено Na Около 3 течен амоняк.

Натриев хидроксид

 NaOH често наричана сода каустик или сода каустик. Това е силна основа, класифицирана е като типична основа. От водни разтвори на натриев хидроксид са получени множество хидрати NaOH nH 2 O, където н = 1, 2, 2,5, 3,5, 4, 5,25 и 7.

Натриевият хидроксид е много агресивен. Разрушава стъклото и порцелана чрез взаимодействие със силициевия диоксид, който съдържат:

 NaOH + SiO 2 \u003d Na 2 SiO 3 + H 2 O

Името "сода каустик" отразява корозивния ефект на натриевия хидроксид върху живите тъкани. Особено опасно е попадането на това вещество в очите.

Лекарят на херцога на Орлеан Никола Льоблан (

Льоблан Никола ) (17421806) през 1787 г. разработва удобен процес за получаване на натриев хидроксид от NaCl (патент 1791). Този първи широкомащабен индустриален химически процес е голям технологичен напредък в Европа през 19 век. Процесът на Leblanc по-късно е заменен от електролитния процес. През 1874 г. световното производство на натриев хидроксид възлиза на 525 хиляди тона, от които 495 хиляди тона са получени по метода на Leblanc; до 1902 г. производството на натриев хидроксид достига 1800 хиляди тона, но само 150 хиляди тона са получени по метода на Leblanc.

Днес натриевият хидроксид е най-важната основа в промишлеността. Годишното производство само в САЩ надхвърля 10 млн. т. Получава се в огромни количества чрез електролиза на саламура. По време на електролизата на разтвор на натриев хлорид се образува натриев хидроксид и се отделя хлор:

катод (желязо) 2

Н 2 О + 2 e \u003d H 2 + 2 OH –

анод (графит) 2

 Cl 2 e = Cl 2

Електролизата е придружена от концентрация на алкали в огромни изпарители. Най-големият в света (фабрика

 PPG Industries Lake Charles ) има височина 41 м и диаметър 12 м. Около половината от произведения натриев хидроксид се използва директно в химическата промишленост за получаване на различни органични и неорганични вещества: фенол, резорцинол, b -нафтол, натриеви соли (хипохлорит, фосфат, сулфид, алуминати). В допълнение, натриевият хидроксид се използва в производството на хартия и целулоза, сапун и перилни препарати, масла, текстил. Необходим е и при обработката на боксит. Важна област на приложение на натриевия хидроксид е неутрализирането на киселини.

Натриев хлорид

 NaCl известна като обикновена сол, каменна сол. Образува безцветни, леко хигроскопични, кубични кристали. Натриевият хлорид се топи при 801 ° C, кипи при 1413 ° C. Разтворимостта му във вода зависи малко от температурата: 35,87 g се разтварят в 100 g вода при 20 ° C NaCl , а при 80 ° С 38,12 g.

Натриевият хлорид е необходима и незаменима подправка за храна. В далечното минало солта е била равна на цената на златото. AT древен РимЛегионерите често получавали заплати не в пари, а в сол, оттук и думата войник.

В Киевска Рус са използвали сол от района на Карпатите, от солени езера и устия на Черно и Азовско море. Беше толкова скъпо, че на тържествени празници се сервираше на масите на знатни гости, докато останалите се разпръснаха „без солено попиване“.

След присъединяването на Астраханската територия към Московската държава Каспийските езера се превърнаха във важни източници на сол, но тя все още не беше достатъчна, беше скъпа, така че имаше недоволство сред най-бедните слоеве от населението, което прерасна във въстание, известно като Соления бунт (1648 г.)

През 1711 г. Петър I издава указ за въвеждането на монопол върху солта. Търговията със сол става изключително право на държавата. Монополът върху солта съществува повече от сто и петдесет години и е премахнат през 1862 г.

Сега натриевият хлорид е евтин продукт. Заедно с въглищата, варовика и сярата, той е един от така наречените "големи четири" минерали, най-важни за химическата промишленост.

Най-много натриев хлорид се произвежда в Европа (39%), Северна Америка (34%) и Азия (20%), докато Южна Америка и Океания представляват само по 3%, а Африка - 1%. Каменната сол образува огромни подземни находища (често с дебелина стотици метри), които съдържат над 90%

 NaCl . Типичната солна мина в Чешир (основният източник на натриев хлорид в Обединеното кралство) обхваща площ от 60ґ 24 км и има дебелина на соления слой около 400 м. Само това находище се оценява на повече от 10 11 тона.

Световното производство на сол до началото на 21 век. достигна 200 милиона тона, 60% от които се консумират от химическата промишленост (за производството на хлор и натриев хидроксид, както и хартиена маса, текстил, метали, каучук и масла), 30% храна, 10% се падат на други области на дейност. Натриевият хлорид се използва например като евтино средство против заледяване.

Натриев карбонат

 Na2CO 3 често се нарича калцинирана сода или просто сода. Среща се естествено под формата на смлени саламура, саламура в езера и натронни минерали. Na 2 CO 3 10 H 2 O, термонатриев Na 2 CO 3 H 2 O, престоли Na 2 CO 3 NaHCO 3 2 H 2 O . Натрият също образува различни други хидратирани карбонати, бикарбонати, смесени и двойни карбонати, например Na 2 CO 3 7 H 2 O, Na 2 CO 3 3 NaHCO 3, aKCO 3 nH 2 O, K 2 CO 3 NaHCO 3 2 H 2 O .

Сред солите на алкалните елементи, получени в промишлеността, натриевият карбонат е от най-голямо значение. Най-често за производството му се използва метод, разработен от белгийския химик-технолог Ернст Солвей през 1863 г.

Концентриран воден разтвор на натриев хлорид и амоняк се насища с въглероден диоксид под леко налягане. В този случай се образува утайка от относително слабо разтворим натриев бикарбонат (разтворимостта

 NaHCO 3 е 9,6 g на 100 g вода при 20°C):NaCl + NH3 + H2O + CO2 = NaHCO3Ї + NH 4 Cl За да се получи сода, натриевият бикарбонат се калцинира: NaHCO 3 \u003d Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O

Освободеният въглероден диоксид се връща в първия процес. Допълнително количество въглероден диоксид се получава чрез калциниране на калциев карбонат (варовик):

 CaCO 3 \u003d CaO + CO 2

Вторият продукт от тази реакция калциев оксид (вар) се използва за регенериране на амоняк от амониев хлорид:

 CaO + 2 NH 4 Cl \u003d CaCl 2 + 2 NH 3 + H 2 O

Така единственият страничен продукт от производството на сода по метода Solvay е калциевият хлорид.

Общото уравнение на процеса:

 NaCl + CaCO 3 \u003d Na 2 CO 3 + CaCl 2

Очевидно при нормални условия обратната реакция протича във воден разтвор, тъй като равновесието в тази система е напълно изместено отдясно наляво поради неразтворимостта на калциевия карбонат.

Калцинираната сода, получена от естествени суровини (естествена калцинирана сода), има най-добро качествов сравнение със сода, получена по амонячен метод (съдържание на хлорид по-малко от 0,2%). Освен това специфични капиталови инвестицииа цената на содата от естествени суровини е с 4045% по-ниска от тази, получена синтетично. Около една трета от световното производство на сода сега идва от природни находища.

Световно производство

 Na2CO 3 през 1999 г. е разпределен както следва:
Обща сума
Сев. Америка
Азия/Океания
Зап. Европа
Вост. Европа
Африка
лат. Америка
Най-големият в света производител на естествена калцинирана сода САЩ, където са концентрирани най-големите доказани запаси от трона и саламура от содови езера. Полето в Уайоминг образува слой с дебелина 3 m и площ от 2300 km 2 . Запасите й надхвърлят 10 10 т. В САЩ содовата индустрия е ориентирана към естествени суровини; последното съоръжение за синтез на сода е затворено през 1985 г. Производството на калцинирана сода в САЩ през последните годинисе стабилизира на ниво от 10,310,7 милиона тона.

За разлика от САЩ, повечето страни в света са почти изцяло зависими от производството на синтетична калцинирана сода. Второто място в света по производство на калцинирана сода след САЩ е Китай. Производството на този химикал в Китай през 1999 г. достигна приблизително 7,2 милиона тона, а производството на калцинирана сода в Русия през същата година възлиза на около 1,9 милиона тона.

В много случаи натриевият карбонат е взаимозаменяем с натриевия хидроксид (напр. в хартиена маса, сапун, почистващи продукти). Около половината от натриевия карбонат се използва в стъкларската промишленост. Една нововъзникваща област на приложение е отстраняването на серни замърсители в газови емисии от електроцентрали и големи пещи. Към горивото се добавя прах от натриев карбонат, който реагира със серен диоксид, за да образува твърди продукти, по-специално натриев сулфит, който може да бъде филтриран или утаен.

Преди това натриевият карбонат беше широко използван като "сода за пране", но тази употреба вече е изчезнала поради използването на други домакински детергенти.

сода бикарбонат

 NaHCO 3 (сода за хляб), се използва главно като източник на въглероден диоксид при печене на хляб, сладкарски изделия, производство на газирани напитки и изкуствени минерални води, като компонент на пожарогасителни състави и лекарство. Това се дължи на лекотата на неговото разлагане при 50100° ОТ.

Натриев сулфат

 Na2SO 4 се среща естествено в безводна форма (тенардит) и като декахидрат (мирабилит, глауберова сол). Влиза в състава на астрахонита Na 2 Mg (SO 4) 2 4 H 2 O, вантофит Na 2 Mg (SO 4) 2, глауберит Na 2 Ca (SO 4) 2 . Най-големите запаси от натриев сулфат са в страните от ОНД, както и в САЩ, Чили и Испания. Мирабилитът, изолиран от естествени отлагания или саламура на солени езера, се дехидратира при 100 ° C. Натриевият сулфат също е страничен продукт от производството на хлороводород с помощта на сярна киселина, както и крайният продукт на стотици промишлени предприятия, които използват неутрализиране на сярна киселина с натриев хидроксид.

Данни за добива на натриев сулфат не се публикуват, но се смята, че световното производство на природни суровини е около 4 милиона тона годишно. Добивът на натриев сулфат като страничен продукт се оценява в света като цяло на 1,5-2,0 милиона тона.

Дълго време натриевият сулфат се използва малко. Сега това вещество е в основата на хартиената индустрия, тъй като

 Na2SO 4 е основният реагент при производството на крафт пулпа за приготвяне на кафява опаковъчна хартия и велпапе. Дървени стърготини или дървени стърготини се обработват в горещ алкален разтвор на натриев сулфат. Той разтваря лигнина (свързващия влакната компонент на дървото) и освобождава целулозни влакна, които след това се изпращат към машините за производство на хартия. Останалият разтвор се изпарява, докато стане запалим, осигурявайки пара за растението и топлина за изпаряване. Разтопеният сулфат и натриевият хидроксид са устойчиви на пламък и могат да се използват повторно.

Малка част от натриевия сулфат се използва в производството на стъкло и перилни препарати. хидратирана форма

 Na 2 SO 4 10 H 2 O (Глауберова сол) е слабително средство. Сега се използва по-малко от преди.

натриев нитрат

 NaNO 3 се нарича натриев или чилийски нитрат. Големите находища на натриев нитрат, открити в Чили, изглежда са образувани от биохимичното разлагане на органични остатъци. Освободеният в началото амоняк вероятно е бил окислен до азотна и азотна киселина, които след това са реагирали с разтворения натриев хлорид.

Натриевият нитрат се получава чрез абсорбция на азотни газове (смес от азотни оксиди) с разтвор на натриев карбонат или хидроксид или чрез обменно взаимодействие на калциев нитрат с натриев сулфат.

Натриевият нитрат се използва като тор. Той е компонент на течни солеви хладилни агенти, вани за втвърдяване в металообработващата промишленост, смеси за съхранение на топлина. Тройна смес от 40%

 NaNO2, 7% NaNO3 и 53% KNO 3 може да се използва от точка на топене (142 ° C) до ~ 600 ° C. Натриевият нитрат се използва като окислител в експлозиви, ракетни горива и пиротехнически състави. Използва се при производството на стъклени и натриеви соли, включително нитрит, който служи като хранителен консервант.

натриев нитрит

 NaNO 2 може да се получи чрез термично разлагане на натриев нитрат или неговата редукция: NaNO 3 + Pb = NaNO 2 + PbO

За промишленото производство на натриев нитрит, азотните оксиди се абсорбират от воден разтвор на натриев карбонат.

натриев нитрит

 NaNO 2, освен че се използва с нитрати като топлопроводими стопилки, се използва широко в производството на азобагрила, за инхибиране на корозия и консервиране на месо.

Елена

Савинкина ЛИТЕРАТУРА Популярна библиотека с химични елементи. М., Наука, 1977
Грийнууд Н.Н., Ърншоу А. Химия на елементите, Оксфорд: Бътъруърт, 1997 г

Кой знае формулата на водата от ученическите дни? Разбира се всичко. Вероятно от целия курс на химия за мнозина, които след това не го изучават специално, е останало само знанието какво означава формулата H 2 O. Но сега ще се опитаме да разберем толкова подробно и задълбочено като възможно какви са основните му свойства и защо животът без него на планетата Земя не е възможен.

Водата като вещество

Водната молекула, както знаем, се състои от един кислороден атом и два водородни атома. Формулата му е написана по следния начин: H 2 O. Това вещество може да има три състояния: твърдо - под формата на лед, газообразно - под формата на пара и течно - като вещество без цвят, вкус и мирис. Между другото, това е единственото вещество на планетата, което може да съществува и в трите състояния едновременно в естествени условия. Например: на полюсите на Земята - лед, в океаните - вода, а изпарението под слънчевите лъчи е пара. В този смисъл водата е аномална.

Водата е и най-често срещаното вещество на нашата планета. Тя покрива повърхността на планетата Земя с почти седемдесет процента - това са океани и множество реки с езера и ледници. По-голямата част от водата на планетата е солена. Не става за пиене и за правене селско стопанство. Прясна водасъставлява само два процента и половина от общото количество вода на планетата.

Водата е много силен и висококачествен разтворител. По този начин химична реакциясе движат през водата с голяма скорост. Същото това свойство влияе върху метаболизма в човешкото тяло. че тялото на възрастен се състои от седемдесет процента вода. При дете този процент е още по-висок. До напреднала възраст тази цифра пада от седемдесет на шестдесет процента. Между другото, тази характеристика на водата ясно показва, че тя е в основата на човешкия живот. Колкото повече вода има в тялото – толкова по-здраво, по-активно и по-младо е то. Затова учени и лекари от всички страни неуморно повтарят, че трябва да пиете много. Това е вода в чист вид, а не заместители под формата на чай, кафе или други напитки.

Водата формира климата на планетата и това не е преувеличение. Топлите течения в океана нагряват цели континенти. Това се дължи на факта, че водата абсорбира много слънчева топлина и след това я отдава, когато започне да се охлажда. Така той регулира температурата на планетата. Много учени казват, че Земята отдавна щеше да е изстинала и да се е превърнала в камък, ако не беше наличието на толкова много вода на зелената планета.

Водни свойства

Водата има много интересни свойства.

Например водата е най-подвижното вещество след въздуха. от училищен курсМнозина със сигурност помнят такова нещо като водния цикъл в природата. Например: поток се изпарява под въздействието на пряка слънчева светлина, превръща се във водна пара. Освен това тази пара се носи някъде от вятъра, събира се в облаци и дори пада в планините под формата на сняг, градушка или дъжд. По-нататък, от планините, потокът отново се спуска, частично се изпарява. И така – в кръг – цикълът се повтаря милиони пъти.

Водата също има много висок топлинен капацитет. Поради това водните тела, особено океаните, се охлаждат много бавно по време на прехода от топъл сезон или време на деня към студено. Обратно, когато температурата на въздуха се повиши, водата се загрява много бавно. Поради това, както бе споменато по-горе, водата стабилизира температурата на въздуха на цялата планета.

След живака водата има най-голямо повърхностно напрежение. Невъзможно е да не забележите, че случайно се разля плоска повърхностедна капка понякога се превръща във впечатляващо петънце. Това показва пластичността на водата. Друго свойство се проявява, когато температурата падне до четири градуса. Веднага след като водата се охлади до този знак, тя става по-лека. Следователно ледът винаги плува на повърхността на водата и замръзва в кора, покриваща реки и езера. Благодарение на това в езерата, които замръзват през зимата, рибата не замръзва.

Водата като проводник на електричество

Първо, трябва да научите какво е електрическа проводимост (включително вода). Електропроводимостта е способността на веществото да провежда електрически ток през себе си. Съответно електрическата проводимост на водата е способността на водата да провежда ток. Тази способност директно зависи от количеството соли и други примеси в течността. Например, електрическата проводимост на дестилираната вода е почти сведена до минимум поради факта, че такава вода се пречиства от различни добавки, които са толкова необходими за добра електрическа проводимост. Отличен проводник на ток е морската вода, където концентрацията на соли е много висока. Електропроводимостта зависи и от температурата на водата. Колкото по-висока е температурата, толкова по-голяма е електропроводимостта на водата. Тази закономерност беше разкрита благодарение на множество експерименти на физици.

Измерване на проводимостта на водата

Има такъв термин - кондуктометрия. Това е името на един от методите за електрохимичен анализ, основан на електрическата проводимост на разтворите. Този метод се използва за определяне на концентрацията в разтвори на соли или киселини, както и за контрол на състава на някои промишлени разтвори. Водата има амфотерни свойства. Тоест, в зависимост от условията, той може да проявява както киселинни, така и основни свойства - да действа и като киселина, и като основа.

Инструментът, използван за този анализ, има много подобно име - кондуктометър. С помощта на кондуктометър се измерва електропроводимостта на електролитите в разтвор, чийто анализ се извършва. Може би си струва да обясним още един термин - електролит. Това е вещество, което при разтваряне или стопяване се разлага на йони, поради което впоследствие се провежда електрически ток. Йонът е електрически заредена частица. Всъщност кондуктометърът, като взема за основа определени единици електрическа проводимост на водата, определя нейната електрическа проводимост. Това означава, че определя електрическата проводимост на определен обем вода, взета за първоначална единица.

Още преди началото на седемдесетте години на миналия век мерната единица "mo" се използва за обозначаване на проводимостта на електричеството, тя е производна на друга величина - ом, която е основната единица за съпротивление. Електрическата проводимост е величина, която е обратно пропорционална на съпротивлението. Сега се измерва в Siemens. Тази стойност получи името си в чест на физика от Германия - Вернер фон Сименс.

Siemens

Сименс (може да се обозначи както с Cm, така и с S) е реципрочната стойност на Ом, която е мерна единица за електрическа проводимост. Един cm е равен на всеки проводник, чието съпротивление е 1 ом. Сименс се изразява чрез формулата:

  • 1 Sm \u003d 1: Ohm \u003d A: B \u003d kg −1 m −2 s³A², където
    A - ампер,
    V - волт.

Топлопроводимост на водата

Сега нека поговорим за – това е способността на веществото да се прехвърля Термална енергия. Същността на явлението се състои в това, че кинетичната енергия на атомите и молекулите, които определят температурата на дадено тяло или вещество, се предава на друго тяло или вещество по време на тяхното взаимодействие. С други думи, топлопроводимостта е топлообмен между тела, вещества, както и между тяло и вещество.

Топлопроводимостта на водата също е много висока. Хората ежедневно използват това свойство на водата, без да го забелязват. Например наливане на студена вода в съд и охлаждане на напитки или храна в него. Студена водаотнема топлина от бутилката, контейнера, вместо да дава студ, възможна е и обратната реакция.

Сега същото явление може лесно да си представим в планетарен мащаб. Океанът се нагрява през лятото, а след това - с настъпването на студеното време, бавно се охлажда и отдава топлината си на въздуха, като по този начин нагрява континентите. След като се охлади през зимата, океанът започва да се затопля много бавно в сравнение със сушата и отстъпва прохладата си на континентите, изнемогващи от лятното слънце.

Плътност на водата

По-горе беше казано, че рибите живеят в резервоар през зимата поради факта, че водата замръзва с кора по цялата им повърхност. Знаем, че водата започва да се превръща в лед при температура нула градуса. Поради факта, че плътността на водата е по-голяма от плътността, плава и замръзва на повърхността.

свойства на водата

Освен това водата при различни условияможе да бъде както окислител, така и редуциращ агент. Тоест водата, отдавайки своите електрони, се зарежда положително и се окислява. Или придобива електрони и се зарежда отрицателно, което означава, че се възстановява. В първия случай водата се окислява и се нарича мъртва. Има много мощни бактерицидни свойства, но не е необходимо да го пиете. Във втория случай водата е жива. То ободрява, стимулира организма към възстановяване, носи енергия на клетките. Разликата между тези две свойства на водата се изразява в термина "редокс потенциал".

С какво може да реагира водата?

Водата е в състояние да реагира с почти всички вещества, които съществуват на Земята. Единственото нещо е, че за възникването на тези реакции е необходимо да се осигури подходяща температура и микроклимат.

Например при стайна температура водата реагира добре с метали като натрий, калий, барий - те се наричат ​​активни. Халогените са флуор и хлор. При нагряване водата реагира добре с желязо, магнезий, въглища, метан.

С помощта на различни катализатори водата реагира с амиди, естери на карбоксилни киселини. Катализаторът е вещество, което сякаш тласка компонентите към взаимна реакция, ускорявайки я.

Има ли вода другаде освен Земята?

Засега на нито една планета слънчева система, с изключение на Земята, не е открита вода. Да, те предполагат присъствието му на спътниците на такива гигантски планети като Юпитер, Сатурн, Нептун и Уран, но засега учените нямат точни данни. Има още една хипотеза, която все още не е напълно проверена подземни водина планетата Марс и на спътника на Земята – Луната. По отношение на Марс са изказани редица теории, че някога на тази планета е имало океан, като евентуалният му модел дори е проектиран от учени.

Извън Слънчевата система има много големи и малки планети, където според учените може да има вода. Но засега няма и най-малък начин да сме сигурни в това със сигурност.

Как да използваме топлинната и електрическата проводимост на водата за практически цели

Поради факта, че водата има висок топлинен капацитет, тя се използва в отоплителните мрежи като топлоносител. Осигурява пренос на топлина от производителя към потребителя. Много атомни електроцентрали също използват вода като отличен охладител.

В медицината ледът се използва за охлаждане, а парата за дезинфекция. Ледът се използва и в кетъринг системата.

В много ядрени реактори водата се използва като модератор за успеха на ядрената верижна реакция.

Вода под налягане се използва за разцепване, пробиване и дори рязане на скали. Това се използва активно при изграждането на тунели, подземни съоръжения, складове, метро.

Заключение

От статията следва, че водата по отношение на своите свойства и функции е най-незаменимата и удивителна субстанция на Земята. Животът на човек или друго живо същество на Земята зависи ли от водата? Определено да. Това вещество допринася ли за управлението научна дейностчовек? да Водата има ли електропроводимост, топлопроводимост и др полезни свойства? Отговорът също е да. Друго нещо е, че на Земята има все по-малко вода и още повече чиста вода. И нашата задача е да го съхраним и защитим (а следователно и всички нас) от изчезване.

А може и по-рано. Добит е от содови езера и извлечен от няколко находища под формата на минерали. Първите сведения за получаване на сода чрез изпаряване на водата от содови езера датират от 64 г. сл. Хр. До 18-ти век алхимиците от всички страни изглеждаха като нещо като вещество, което съскаше с отделянето на някакъв вид газ под действието на киселини, известни по това време - оцетна и сярна. По времето на римския лекар Диоскорид Педаний никой не е имал представа за състава на содата. През 1736 г. френският химик, лекар и ботаник Анри Луи Дюамел дьо Монсо успява да получи много чиста сода от водата на содовите езера за първи път. Той успя да установи, че содата съдържа химическия елемент "Natr". В Русия, още по времето на Петър Велики, содата се нарича "зода" или "сърбеж" и до 1860 г. се внася от чужбина. През 1864 г. в Русия се появява първият содов завод по технологията на французина Леблан. Благодарение на появата на своите фабрики содата стана по-достъпна и започна своя победен път като химикал, кулинария и дори лекарствен продукт.

В промишлеността, търговията и бита под името сода има няколко продукта: калцинирана сода - безводен натриев карбонат Na 2 CO 3, сода бикарбонат - натриев бикарбонат NaHCO 3, често наричана още сода за хляб, кристална сода Na 2 CO 3 10H 2 O и Na 2 CO 3 H 2 O и сода каустик или натриев хидроксид, NaOH.
Съвременната сода бикарбонат е типичен индустриален продукт

В момента светът произвежда няколко милиона тона сода годишно за различни цели.

Содата е многостранно вещество, приложението му е различно. Използва се сода Хранително-вкусовата промишленосткъм металургията. Заинтересувах се от това вещество, което всеки има в къщата, и реших да проуча как се проявяват различни свойства воден разтворсода в зависимост от температурата и концентрацията на разтвора.

Така че нашата цел беше:

Изследвайте зависимостта на електропроводимостта на воден разтвор на сода за пиене от температурата и концентрацията на водния разтвор.

Задачи:


  • Проучете литературата по темата на изследването.

  • Проведете проучване на знанията за различни приложения сода за хляб.

  • Научете как да приготвите разтвор на сода за хляб с различни концентрации.

  • Изследвайте зависимостта на електропроводимостта от концентрацията на разтвора и температурата.
Уместността на изследването:

Содата е универсално вещество, употребата му е различна. Содата се използва от хранително-вкусовата промишленост до металургията. Познаването на неговите свойства винаги е от значение.

Слайдът показва основните приложения на содата за хляб.


  • химическа индустрия

  • лека промишленост

  • текстилна индустрия

  • хранително-вкусовата промишленост

  • медицинска индустрия

  • металургия
И така, в химическата промишленост - за производство на багрила, пени и други органични продукти, флуорни реагенти, домакински химикали.

  • В металургията - по време на утаяване на редкоземни метали и флотация на руди.

  • В текстилната промишленост (обработка на копринени и памучни тъкани).

  • В леката промишленост - в производството на подметка от каучук и изкуствена кожа, кожено производство (щабене и неутрализация на кожа).

  • В хранително-вкусовата промишленост - хлебопекарство, сладкарство, напитки.

  • В медицинската индустрия - за приготвяне на инжекционни разтвори, противотуберкулозни лекарства и антибиотици
След като проучих теоретичния материал, реших да попитам моите съученици дали знаят в кои индустрии се използва сода бикарбонат:

  • Вкъщи

  • хранително-вкусовата промишленост

  • Лекарството

  • Химическа индустрия

  • Металургия

  • Лека промишленост
Ето и резултатите от анкетата: най-голям брой респонденти отговарят:

  • У дома -63%

  • Хранително-вкусова промишленост-71%

  • Химическа промишленост - 57%, най-малко количествореспондентите посочиха използването на сода в металургията и леката промишленост.
За по-нататъшни изследвания трябваше да приготвя воден разтвор с различни концентрации.

Хипотеза

Така че, ако увеличите концентрацията на воден разтвор на сода за хляб, тогава неговата електрическа проводимост ще се увеличи.

II. експериментална част

"Изследване на електропроводимостта на воден разтвор на сода за хляб"

Цел:уверете се, че във воден разтвор на сода има носители на електричество - йони, които провеждат електричество.

Оборудване:сода бикарбонат, химически чаши от термоустойчиво стъкло, електроди, съединителни проводници, захранване, амперметър, волтметър, ключ, лабораторни везни, теглилки, термометър, ел. печка.

Опит 1. "Приготвяне на воден разтвор на сода бикарбонат"

Цел:Научете как да приготвяте воден разтвор на сода за хляб с различни концентрации.

Оборудване:химически чаши от термоустойчиво стъкло, филтрирана вода, кантар, теглилки, сода бикарбонат.

Опит в изпълнението:


  1. Претеглете 4 г сода за хляб на везната;

  2. Изсипете 96 ml в чаша. филтрирана вода;

  3. Изсипете сода в чаша вода и разбъркайте добре;

  4. Повторете експеримента, за да приготвите разтвор от 8% и 12%

Заключение:Експериментално се научи да приготвя воден разтвор на сода за хляб с различни концентрации.

Опит 2. "Изследване на електрическата проводимост на разтвор на сода за хляб"

Цел:докажете, че с увеличаване на концентрацията на разтвор на сода, неговата електрическа проводимост се увеличава.

Оборудване:три чаши с разтвор на сода за хляб с различни концентрации, източник на енергия, амперметър, волтметър, свързващи проводници, ключ, електроди.

Съпротивлението е скаларна величина, числено равна на съпротивлението на хомогенен цилиндричен проводник с единица дължина и единица площ. Колкото по-голямо е съпротивлението на материала на проводника, толкова по-голямо е неговото електрическо съпротивление.

Единицата за съпротивление е омметър (1 Ohm m).

Опит в изпълнението:


  1. събирам електрическа веригаспоред схемата;

  2. Поставете електродите в чаша с концентрация 4%, 8% и 12% разтвор на сода бикарбонат;

  3. Измерете показанията на амперметъра и волтметъра;

  4. Изчислете съпротивлението на разтвора;

  5. Изчислете електропроводимостта на разтвора.

Таблица 2.


№
Концентрация на сода

I(A)

U(B)

R (ом)

1
4
1,0
6
6
0,17

2
8
1,4
6
4,9
0,23

3
12
1,7
6
3,53
0,28

За експеримента е сглобена електрическа верига по схемата. Чрез промяна на концентрацията на водния разтвор записваме показанията на амперметъра и волтметъра.

Измерванията са проведени при температура 18 0 С и атмосферно налягане 757 mm Hg.

Заключение:Експериментално се научих да определям електропроводимостта на содата за хляб и се уверих, че колкото по-голяма е концентрацията на разтвора, толкова по-голяма е електропроводимостта на разтвора на сода за хляб. И устойчивостта на разтвора, с увеличаване на концентрацията, намалява. Следователно при 12% разтвор на сода за хляб електропроводимостта ще бъде най-висока, а съпротивлението най-ниско.

Опит 3. "Изследване на зависимостта на електрическата проводимост от температурата на разтвора"

Цел:Проверете дали електрическата проводимост се променя с температурата.

Оборудване:три чаши с разтвор на сода за хляб с различна концентрация, източник на енергия, амперметър, волтметър, свързващи проводници, ключ, електроди, термометър, електрическа печка.

Опит в изпълнението:


  1. Сглобете инсталацията според схемата;

  2. Поставете 4% разтвор на сода за хляб върху плочката;

  3. Активиране на плочка;

  4. Запишете температурата на разтвора;

  5. Измерете показанията на амперметъра и волтметъра през всяка степен на разтвор;

  6. Изчислете съпротивлението и електрическата проводимост с помощта на формулите.
За изследване на тази зависимост 4% процентен разтворсодата за хляб се нагрява чрез фиксиране на температурата с термометър.

Таблица 3


% решение

t около С разтвор

I(A)

U(B)

R (ом)

λ (cm)

4
18
1
6
6
0,17

19
1,03
6
5,83
0,172

20
1,05
6
5,71
0,175

21
1,08
6
5,56
0,180

22
1,1
6
5,45
0,183

Заключение:От опит е очевидно, че електрическата проводимост се увеличава с повишаване на температурата. При нагряване скоростта на йоните се увеличава, като по този начин ускорява процеса на прехвърляне на заряди от една точка в друга.

Графика 1.Зависимост на устойчивостта на разтвора от температурата.

Графика 2.Температурна зависимост на електропроводимостта

Заключение

След като проучихме литературата за свойствата на содата за хляб, нейната употреба в медицината, хранително-вкусовата промишленост и ежедневието, след като направихме серия от експерименти, ние бяхме убедени, че:


  • Содата е многостранно вещество с различни свойства.

  • Устойчивостта на разтвор на сода зависи от неговата концентрация.

  • Електропроводимостта на разтвора също зависи от концентрацията.

  • Електрическата проводимост се увеличава с повишаване на температурата.
Литература

  • Обща химична технология. Изд. И. П. Мухленова. Учебник за химико-технологичните специалности на университетите. - М.: висше училище.

  • Основи на общата химия, т. 3, Б. В. Некрасов. - М.: Химия, 1970.

  • Обща химична технология. Фурмер И. Е., Зайцев В. Н. - М .: Висше училище, 1978.

  • Обща химична технология, изд. И. Волфкович, т. 1, Сода М. - Л., 1953, с. 512-54;

  • Бенковски В., Технология на содовите продукти, М, 1972 г.;

  • Шокин И. Н., Крашенинников Сода А., Технология на содата, М., 1975 г.

Водата е уникално вещество със сложна молекулярна структура, която все още не е напълно проучена. Независимо от състоянието на агрегация, молекулите на H2O са силно свързани една с друга, което определя много физични свойства на водата и нейните разтвори. Нека да разберем дали има обикновена водатопло- и електрическа проводимост.

Основните физични свойства на H2O включват:

  • плътност;
  • прозрачност;
  • цвят;
  • миризма;
  • вкус;
  • температура;
  • свиваемост;
  • радиоактивност;
  • топло- и електрическа проводимост.

Последните характеристики на топлопроводимостта и електрическата проводимост на водата са много нестабилни и зависят от много фактори. Нека ги разгледаме по-подробно.

Електропроводимост

Електрическият ток е еднопосочно движение на отрицателно заредени частици - електрони. Някои вещества могат да носят тези частици, а други не. Тази способност се изразява в числова форма и представлява стойността на електропроводимостта.

Все още има дискусии дали чистата вода има електрическа проводимост.Тя може да провежда ток, но много слабо. Електропроводимостта на дестилата се обяснява с факта, че молекулите на Н2О частично се разлагат на Н+ и ОН- йони. Електрочастиците се движат с помощта на положително заредени водородни йони, които могат да се движат във водния стълб.

Какво определя електрическата проводимост на течността

Електрическата проводимост на H2O зависи от фактори като:

  • наличието и концентрацията на йонни примеси (минерализация);
  • природата на йоните;
  • температура на течността;
  • вискозитет на водата.

Първите два фактора са определящи. Следователно, като изчислим стойността на електропроводимостта на течността, можем да преценим степента на нейната минерализация.

В природата не съществува чиста вода. Дори изворната вода е вид разтвор на соли, метали и други електролитни примеси. На първо място, това са Na+, K+, Ca2+, Cl-, SO4 2-, HCO3 - йони. Също така, неговият състав може да включва слаби електролити, които не могат да променят значително свойството за провеждане на ток. Те включват Fe3 +, Fe2 +, Mn2 +, Al3 +, NO3 -, HPO4 - и други. Те могат да имат силен ефект върху електропроводимостта само в случай на висока концентрация, както например се случва в канализацияс производствени отпадъци. Интересното е, че наличието на примеси във вода, която е в състояние на лед, не влияе на способността й да провежда електричество.

Електропроводимост на морската вода

Морската вода е по-добър проводник на електричество от прясната вода. Това се дължи на наличието в него на разтворена сол NaCl, която е добър електролит. Механизмът за увеличаване на проводимостта може да бъде описан по следния начин:

  1. Натриевият хлорид, когато се разтвори във вода, се разлага на Na + и Cl- йони, които имат различни заряди.
  2. Na+ йони привличат електрони, защото имат противоположен заряд.
  3. Движението на натриевите йони във водния стълб води до движение на електрони, което от своя страна води до появата на електрически ток.

Така електрическата проводимост на водата се определя от наличието на соли и други примеси в нея. Колкото по-малки са те, толкова по-малка е способността за провеждане на електрически ток. При дестилирана вода е практически нула.

Измерване на проводимостта

Измерването на електропроводимостта на разтворите се извършва с кондуктометри. Това са специални устройства, чийто принцип се основава на анализа на съотношението на електрическата проводимост и концентрацията на електролитни примеси. Към днешна дата има много модели, които могат да измерват електрическата проводимост не само на силно концентрирани разтвори, но и на чиста дестилирана вода.

Топлопроводимост

Топлинната проводимост е способността на дадено физическо вещество да провежда топлина от нагрети части към по-студени части. Водата, подобно на други вещества, има това свойство. Преносът на топлина става или от молекула към молекула H2O, което е молекулярен тип топлопроводимост, или при движение на флуидни потоци - турбулентен тип.

Топлинната проводимост на водата е няколко пъти по-висока от тази на другите течни вещества, с изключение на разтопените метали - те имат този показател още по-висок.

Способността на водата да провежда топлина зависи от два фактора: налягане и температура. С увеличаване на налягането индексът на проводимост се увеличава, с повишаване на температурата до 150 °C се увеличава, след което започва да намалява.

Защо водата в басейна ни изглежда студена?

Топлопроводимостта на водата е няколко десетки пъти по-висока от тази на въздуха. Когато човек се потопи във вода или просто се облее с нея, загубата на топлина се увеличава, така че той става много по-студен, отколкото във въздух със същата температура. Това може да се види в примерите, дадени в таблицата:

Най-интересните факти за водата: Видео

За споделяне с приятели:
Подобни публикации