Мир воды (стр. 3 из 3)
Вода на самом деле удивительное вещество. Ее, пожалуй, даже можно назвать непослушным веществом. Она не подчиняется многим физико – химическим закономерностям, справедливым для других соединений, пото-му что взаимодействие ее молекул необычайно велико и требует особенно интенсивное тепловое движение молекул, чтобы преодолеть дополнительное притяжение. Это и приводит к такому неожиданному и резкому повышению температур ее кипения и плавления.
Сколько существует газообразных состояний воды?
Только одно – пар.
Сколько существует жидких состояний воды?
На такой вопрос не так просто ответить. Конечно, тоже одно – привычная нам всем жидкая вода. Но вода в жидком состоянии обладает такими необыкновенными свойствами, что приходится задуматься: правилен ли такой, простой, казалось бы не вызывающий никаких сомнений ответ? Вода– единственное в мире вещество, которое после плавления сначала сжимается, а затем по мере повышения температуры начинает расширяться. Эту ред-костную аномалию в свойствах воды объясняют тем, что в действительности жидкая вода представляет собой сложный раствор совершенно необыкновен-ного состава: это раствор воды в воде.
При плавлении льда сначала образуются крупные сложные молекулы воды. Они сохраняют остатки рыхлой кристаллической структуры льда и растворены в обычной низкомолекулярной воде. Поэтому сначала плотность воды низкая, но с повышением температуры эти большие молекулы разру-шаются, и поэтому плотность воды снова падает. Если это верно, то возмож-ны несколько состояний воды, только их никто не умеет разделить. И пока неизвестно, удастся ли когда – нибудь это сделать.
Что должно быть легче – вода или лед?
Кто же этого не знает… Ведь лед плавает на воде. В океане плавают гиганские айсберги. Озера зимой покрываются плавающим сплошным слоем льда. Конечно, лед легче воды.
Но почему “конечно”?.. Разве это так ясно? Наоборот, объем всех твердых тел при плавлении увеличивается, и они тонут в своем собственном раство-ре. А вот лед плавает в воде. Это свойство воды – аномалия в природе, исключение, и притом совершенно замечательное исключение.
Сколько существует льдов?
В природе, на нашей Земле – один: обычный лед. Это самый прекрасный из всех минералов. Никакие алмазы не могут сравниться блеском и красотой со снежинками, искрящимися на солнце. Из этого голубовато – зеленого камня сложены на Земле не только горы и колоссальные ледники, им покрыты целые материки. Лед – горная порода с необычайными свлйствами. Он твердый, но течет, как жидкость, и существуют огромные ледяные реки, медленно стекающие с высоких гор. Лед – изменчив – он непрерывно исче-зает и образуется вновь. Лед необычайно прочен и долговечен.
Что нужно, чтобы лед растаял?
Очень много тепла. Гораздо больше, чем для плавления такого же колли-чества любого другого вещества. Исключительно большое значение скрытой теплоты плавления – 80 калорий на грамм льда – так же аномальное свойст-во воды. При замерзании воды такое же колличество тепла снова выделяется.
Когда наступает зима, образуется лед, выпадает снег и вода отдает обратно тепло, подогревая землю и воздух. Они противостоят холоду и суровой зиме, и жестоким морозам. Именно благодаря этому замечательному свойству воды на нашей планете существует осень и весна.
Сколько тепла нужно, чтобы лед растаял?
Очень много. Больше чем для нагревания равного колличества любого другого вещества. Чтобы нагреть грамм воды на один градус, необходима одна калория. Это больше чем вдвое превышает теплоемкость любого химического соединения.
Как вода попадает в облака?
Очень просто. Солнце нагревает воду. Всюду, где она есть, - в луже, в пруду, в море, в океане. Вода поглощает в своем верхнем слое почти всю энергию попадающих на нее солнечных лучей и испаряется. Молекулы воды исключительно просты в своем строении и вместе с этим необычайны, отличны от всех других молекул. Они сильно притягиваются друг к другу благодаря силам межмолекулярного притяжения за счет дополнительных водородных связей. Солнцу приходится затрачивать очень много энергии, чтобы превратить ее в пар. Нет ни одного вещества, у которого бы скрытая теплота испарения была бы больше, чем у воды. Вода – лучший теплоно-ситель. Ничто не может сравниться с ней. Ничто не может лучше работать в паровых турбинах электростанций, в цилиндрах паровых двигателей.
Вода – гигантский двигатель в природе. Метеорологи подсчитали, что Солнце испаряет на земле за одну минуту миллиард тонн воды. Каждую минуту миллиард тонн водяного пара вместе с восходящими потоками нагре-того воздуха поднимается в верхние слои атмосферы. Каждый грамм водяно-го пара уносит с собой 537 калорий солнечной энергии.
На большой высоте, где давление мало, воздух расширяется, его темпера-тура сильно понижается и водяной пар конденсируется, снова превращаясь в воду,- ее мельчайшие капельки образуют облака.
Энергия Солнца, поднятая с водяным паром вверх, неминуемо должна выделиться обратно, когда он преврашается в облака. Эта энергия переходит в тепловую, нагревая воздух. Каждую минуту водяной пар отдает атмосфере Земли чудовищно огромное колличество энергии:
. Столько энергии за то же время могли бы выработать сорок миллионов электро-станций, по миллиону киловатт каждая.Почему в море вода соленая?
Это, пожалуй, одно из самых важных следствий одного из самых удиви-тельных свойств воды. В ее молекуле центры положительных и отрица-тельных зарядов сильно смещены относительно друг друга. Поэтому вода обладает исключительно высоким, аномальным значением диэлектрической проницаемости. Для воды Е=80, а для воздуха и вакуума Е=1. Это значит, что два любых разноименных заряда в воде взаимно притягиваются друг к другу с силой в 80 раз меньше чем в воздухе.
Именно благодаря аномально высокой диэлектрической проницаемости вода – один из сильнейших растворителей. Она способна растворить любую горную породу на земной поверхности. Медленно и неотвратимо она разру-шает даже гранит, выщелачивая из них наиболее легко растворимые состав-ные части. Нет в природе такой прочной породы, которая могла бы сопро-тивляться всемогущему разрушителю – воде.
Ручьи, речки и реки сносят растворенные водой примеси в океан. Вода из океана испаряется и вновь возвращается на землю, чтобы снова и снова про-должать свою вечную работу. А растворенные соли остаются в морях и океанах.
Не думайте, что вода растворяет и сносит в море только то, что легко растворимо, и что в морской воде содержиться только обычная соль, которая стоит на обеденном столе. Нет, морская вода содержит в себе почти все элементы, существующие в природе. В ней есть и магний, и кальций, и сера, и бром, и йод, и фтор. В меньшем колличестве в ней найдены железо, медь, никель, олово, уран, кобальт, даже серебро и золото. Свыше шестидесяти элементов нашли химики в морской воде. Наверное, будут найдены и все остальные. Больше всего в морской воде поваренной соли. Поэтому вода в море соленая.
Распадаются ли в воде на ионы ее собственные молекулы?
Да, распадаются. Молекулы воды очень прочны, но все же очень неболь-шая часть их диссоциирует на ионы: H2O = H+ + OH-. При этом из каждого миллиарда молекул воды при обычной температуре диссоциированы всего лишь две молекулы.
Свободный протон H+ - ядро атома водорода,- конечно, не может сущест-вовать в одной среде: ион водорода немедленно присоединяется к молекуле воды и образует ион гидроксония H3O+.
Почему вода “мокрая”?
Вода не очень “мокрая”, если считать, что этот шутливый вопрос относит-ся к способностям воды смачивать другие тела. Большинство жидкостей гораздо “мокрее” воды. Вода с прудом смачивает металлы, совершенно не смачивает жирные роверхности. Водой не намочиш парафин. Капли воды скатываются с поверхности многих полимерных материалов: тефлона, полиэтилена и др. Спирт же, например, или керосин очень хорошо смачи-вают почти любые тела. Это объясняется тем, что вода собирается в капли там, где все другие жидкости растекаются.
Какую форму имеет вода?
Хотя этот вопрос может показаться странным, но он задан совершенно правильно. Вода обладает собственной формой, как и любая другая жид-кость. Ee форма – шар. Утверждение учебников, что вода принимает форму сосуда, а собственной не имеет, неверно. Ее собственная форма на Земле обычно искажена силой тяжести.
Но что воде свойственна форма шара, в этом очень легко убедиться – достаточно слетать на на космическом корабле в космос и вытряхнуть там воду из бутылки. Можно увидеть это и на Земле: посмотрите на падающую каплю или выдуйте хороший мыльный пузырь. Во всех этих случаях действие силы тяжести исключено и вода принимает свою собственную форму.
Итак, это всего лишь несколько перечисленных свойств воды. Но с каждым исследованием этого свойства открываются новые его способности, которые надо доказывать. До сих пор ученые не могут еще понять и объяс-нить очень многие ее свойства. Но будем надеяться, что будет открыто еще немало новых, более удивительных загадочных свойств воды – самого необыкновенного вещества в мире.
Литература.
Детская Энциклопедия. Академия педагогических наук. РСФСР. Том 3 , второе издание. Москва, “Просвещение”, 1965г. стр 511 – 515.
Авторы статьи: И. В. Петрянов.
Е. А. Яковлев.