Необычные свойства обычной воды

Одно из величайших достижений науки XX века заключается в том, что люди научились отвечать на вопрос, как устроены кристаллы. В

Необычные свойства обычной воды

Информация

Химия

Другие материалы по предмету

Химия

Сдать работу со 100% гаранией

Введение

 

"Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобою наслаждаются, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты сама жизнь. Ты восполняешь нас радостью, которую не объяснишь нашими чувствами. С тобою возвращаются к нам силы, с которыми мы уже простились. По твоей милости в нас вновь начинают бурлить высохшие родники нашего сердца." (Антуан де Сент Экзюпери).

Мало кто из нас задумывался над тем, что представляет собой вода. Она сопровождает нас повсюду и, кажется, нет ничего более обычного и простого. Однако это далеко не так. Многие поколения учёных изучают свойства воды. Совершенствуется научное оборудование и методы исследований, и на каждом этапе развития науки и техники открываются новые удивительные свойства воды. В настоящее время о воде известно очень много - наверное, в природе не существует химического соединения, о котором было бы накоплено больше научной информации, чем о воде. Несмотря на это можно с уверенностью говорить о том, что природа этого вещества ещё не познана до конца и нам предстоит узнать немало. Вода особенно интересна тем, что она является универсальным растворителем многих соединений и приобретает в растворах необычные свойства, которые и представляют первоочередной интерес для исследователей.

Вода - вещество привычное и необычное. Известный советский ученый академик И.В. Петрянов свою научно-популярную книгу о воде назвал Самое необыкновенное вещество в мире. А доктор биологических наук Б.Ф. Сергеев начал свою книгу Занимательная физиология с главы о воде - Вещество, которое создало нашу планету.

Ученые правы: нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в то же время не существует другого такого же вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах.

Вода - единственное вещество на Земле, которое существует в природе во всех трёх агрегатных состояниях - жидком, твёрдом и газообразном.

Кроме того, вода - весьма распространенное на Земле вещество. Почти поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы.

Вода имеет очень большое значение в жизни растений, животных и человека. Согласно современным представлениям, само происхождение жизни связывается с морем. Во всяком организме вода представляет собой среду, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма; кроме того, она сама принимает участие в целом ряде биохимических реакций.

Её аномальные свойства обеспечивают условия для жизни на нашей планете. Если бы при понижении температуры и при переходе из жидкого состояния в твердое плотность воды изменялась так же, как это происходит у подавляющего большинства веществ, то при приближении зимы поверхностные слои природных вод охлаждались бы до 0°С и опускались на дно, освобождая место более теплым слоям, и так продолжалось бы до тех пор, пока вся масса водоема не приобрела бы температуру 0°С. Далее вода начинала бы замерзать, образующиеся льдины погружались бы на дно и водоем промерзал бы на всю его глубину. При этом многие формы жизни в воде были бы невозможны. Но так как наибольшей плотности вода достигает при 4°С, то перемещение ее слоев, вызываемое охлаждением, заканчивается при достижении этой температуры, При дальнейшем понижении температуры охлажденный слой, обладающий меньшей плотностью, остается на поверхности, замерзает и тем самым защищает лежащие ниже слои от дальнейшего охлаждения и замерзания.

Большое значение в жизни природы имеет и тот факт, что вода обладает аномально высокой теплоемкостью [4,18 Дж/ (г·К)] Поэтому в ночное время, а также при переходе от лета к зиме вода остывает медленно, а днем или при переходе от зимы к лету так же медленно нагревается, являясь таким образом, регулятором температуры на земном шаре.

Вода как регулятор климата

 

Океаны и моря являются регуляторами климата в отдельных частях земного шара. Суть этого заключается не только в океанических течениях, которые переносят теплую воду из экваториальных районов в более холодные (течение Гольфстрим, а также Японское, Бразильское, Восточно-Австралийское), но и противоположные им холодные течения - Канарское, Калифорнийское, Перуанское, Лабрадорское, Бенгальское. Вода обладает очень высокой теплоемкостью. Для нагревания 1 м3 воды на 1° требуется энергия, которая позволяет нагреть на такую же температуру 3000 м3 воздуха. Естественно, что при охлаждении водоемов эта теплота передается в окружающее пространство. Поэтому в районах, прилегающих к морским бассейнам, редко бывают большие перепады температур воздуха в летнее и зимнее время. Водные массы сглаживают эти перепады - осенью и зимой вода подогревает воздух, а весной и летом охлаждает.

Другой важной функцией океанов и морей является регулирование содержания в атмосфере углекислого газа (диоксида углерода). Основную роль в регулировании содержания CO2 в атмосфере играют океаны. Между Мировым океаном и атмосферой Земли устанавливается равновесие: углекислый газ CO2 растворяется в воде, превращаясь в угольную кислоту H2CO3, и далее превращается в донные карбонатные осадки. Дело в том, что в морской воде содержатся ионы кальция и магния, которые с карбонатным ионом могут превращаться в малорастворимый карбонат кальция CaCO3 и магния MgCO3.

Трудно представить, какой была бы наша планета, если бы океаны не связывали атмосферный углекислый газ.

Одному зеленому покрову Земли невозможно было бы справиться с задачей удержания примерно на одном и том же уровне содержания CO2 в атмосфере. Подсчитано, что наземные растения для построения своего тела ежегодно потребляют из атмосферы 20 млрд. т CO2, а обитатели океанов и морей извлекают из воды 155 млрд. т в пересчете на CO2.

 

История изучения воды

 

То, что вода обладает уникальными свойствами, знали ещё в древности. Эта загадочность влекла (да и сейчас влечёт) к себе поэтов, художников, философов, ученых, всех людей, так как каждый человек немного (а иногда и много) поэт, художник, философ. Есть что-то такое, что заставило Фалеса из Милета сказать: ΰδωρ μήν άςιστον - "воистину, вода лучше всего". Фалес был грек и жил на берегу моря. Когда сидишь у моря и смотришь на него, то кажется, что вот-вот раскроются самые сокровенные тайны мироздания.

Греческие мыслители считали воду одним из четырех элементов, из которых состоит все сущее. Конечно, вода Платона - не Н2О, изучаемая современной наукой. Это - некоторая абстракция. И не нужно искать аналогий между утверждением Платона, что частицы воды имеют форму икосаэдров, и додекаэдрической моделью Л. Полинга или теорией Дж. Бернала о строении жидкостей. Или серьезно считать, что слова Платона: "Что касается воды, то она делится, прежде всего, на два рода: жидкий и плавкий. Первый. содержит в себе исходные тела воды, которые малы и притом имеют разную величину… Второй род состоит из крупных и однородных тел…" - предвосхищают современные модели состояний воды. Древние учёные не занимались наукой в нашем понимании этого слова. Они не задавали вопросов природе. Они размышляли. Они придумали много интересного, но не смогли узнать, как устроен окружающий мир. Для этого надо не только и не столько выдвинуть теорию, но, что важнее, предложить способы ее проверки или опровержения. Нужно ставить эксперименты. Всерьез это стали делать только в XVI веке. На заре науки великий Декарт рассуждал о воде совсем еще в духе древних греков:

"Тогда частицы останавливаются в беспорядочном соединении, налагаясь друг на друга, и образуют твердое тело, именно лед. Таким образом, разницу между водой и льдом можно уподобить разнице между кучкой маленьких угрей, живых или мертвых, плавающих в рыбачьей лодке, через отверстия которой проходит колеблющая их вода, и кучкой тех же угрей, высохших и застывших от холода на берегу. Среди длинных и гладких частиц, из которых, как я сказал, состоит вода, большая часть сгибается или перестает сгибаться в зависимости от того, имеет ли материя, их окружающая, несколько больше или меньше силы, чем обычно. И когда частицы обыкновенной воды совсем перестают сгибаться, их наиболее естественный вид не таков, чтобы они были прямые, как тростинки, но многие из них искривлены различным образом, а поэтому они уже не могут поместиться в таком малом пространстве, как в том случае, когда разреженная материя, имея достаточно силы, чтобы их согнуть, заставляет их приспособить свои формы друг к другу". Как убедительно пишет мыслитель! Его уверенный тон не предполагает возражений. Как будто он заглянул внутрь воды и льда и подсмотрел, как устроены, расположены и движутся слагающие их частицы. И, кажется, ему и в голову не приходило, что можно предложить способ проверки нарисованной картины. Впрочем, тогда, разумеется, это было бы и невозможно.

Прошло полтора века. Лавуазье окончательно показал, что вода - не элемент (в современном понимании этого слова), а состоит из водорода и кислорода. Еще несколько десятилетий ушло на то, чтобы установить, что в воде на один атом кислорода приходится два атома водорода. Н2О. Эту формулу знают даже люди, очень далекие от естественных наук. Для многих - это единственная химическая формула, которую они могут написать и произнести… Со времен Лавуазье воду изучают непрерывно, всеми возможными способами. А число этих способов становится все больше и больше. Мы очень много знаем о воде. Но можем ли мы, как Декарт, спокойно,

Похожие работы

1 2 3 4 5 > >>