Вода. Уникальные свойства воды

Вода - самое уникальное и интересное вещество на Земле. Одно из самых распространенных соединений в природе, играющее исключительно важную роль в процессах, происходящих на Земле. Воде принадлежит важнейшая роль в геологической истории Земли и возникновении жизни, в формировании физической и химической среды, климата и погоды на Земле. Молекулы воды зарегистрированы также в межзвездном пространстве, она входит в состав комет и т.д.

Несмотря на достижения современной науки, до сих пор ученые не знают всех тайн этого, на первый взгляд, простого вещества! Люди на Земле довольно долго считали воду простым неделимым веществом. И только в 1766 году английский ученый Г. Кавендиш открыл, что вода - не простой не делимый элемент, а соединение водорода и кислорода. После Г. Кавендиша это же открытие сделал и французский ученый А. Лавуазье в 1783 году.

За химической формулой Н₂О, скрывается уникальное вещество, которое до сих пор наука не может разгадать. Вода - простое химическое соединение, в котором 11,11% водорода и 88,89% (по массе) кислорода. Химически чистая вода представляет собой бесцветную жидкость без запаха и вкуса.

Давайте рассмотрим уникальные и аномальные свойства воды.

Вода - единственная жидкость на Земле, у которой зависимость удельной теплоемкости от температуры имеет минимум. Этот минимум наблюдается при температуре +35 ⁰С. При этом нормальная температура тела человека, состоящего на две трети (а в юном возрасте и того более) из воды, находится в диапазоне температур 36-38 ⁰С.

Теплоемкость воды аномально высока. Чтобы нагреть определенное ее количество на один градус, необходимо затратить больше энергии, чем при нагреве других жидкостей.

Удельная теплоемкость воды составляет 4180 Дж/(кг·⁰С) при 0 ⁰С. Удельная теплота плавления при переходе льда в жидкое состояние составляет 330 кДж/кг, удельная теплота парообразования - 2250 кДж/кг при нормальном давлении и температуре 100 ⁰С.

Рассмотрев вышеприведенные свойства, можно утверждать, что вода обладает уникальной способностью сохранять тепло. Подавляющее большинство других веществ таким свойством не обладают. Эта особенность воды позволяет человеку поддерживать нормальную температуру тела на одном уровне и в жару, и в холод. Нагреваясь днем солнечной энергией, вода морей и океанов поглощает огромное количество тепла, остывая ночью, отдает его атмосфере.

Из всего перечисленного следует, что вода играет главную роль в процессах регулирования теплообмена человека и позволяет ему поддерживать комфортное состояние при минимуме энергетических затрат.

Вследствие больших величин теплоемкости и скрытой теплоты трансформации воды огромные ее объемы на поверхности Земли являются аккумуляторами тепла. Все эти свойства воды обуславливают ее использование в промышленности в качестве теплоносителя. Тепловые характеристики воды являются одним из важнейших факторов стабильности биосферы.

Плотность - еще одна уникальность воды. Плотность большинства жидкостей, кристаллов и газов - при нагревании уменьшается и при охлаждении увеличивается, вплоть до процесса кристаллизации или конденсации. Плотность воды при охлаждении от 100 до 3,98 ⁰С возрастает, как и у подавляющего большинства жидкостей. Но, достигнув максимального значения при температуре 3,98 ⁰С, плотность при дальнейшем охлаждении воды начинает уменьшаться. Другими словами, максимальная плотность воды наблюдается при температуре 3,98 ⁰С , а не при температуре замерзания 0 ⁰С.

Замерзание воды сопровождается скачкообразным уменьшением плотности на 9%, тогда как у большинства других веществ процесс кристаллизации сопровождается увеличением плотности. В связи с этим лед занимает больший объем, чем жидкая вода, и держится на ее поверхности.

Столь необычное поведение плотности воды крайне важно для поддержания жизни на Земле. Покрывая воду сверху, лед играет в природе роль своего рода плавучего одеяла, защищающего реки и водоемы от дальнейшего замерзания и сохраняющего жизнь подводному миру. Если бы плотность воды увеличивалась при замерзании, лед оказался бы тяжелее воды и начал тонуть, что привело бы к гибели всех живых существ в реках, озерах и океанах, которые замерзли бы целиком, превратившись в глыбы льда, а Земля стала ледяной пустыней, что неизбежно привело бы к гибели всего живого.

Из всех жидкостей у воды самое высокое поверхностное натяжение. Если рассмотреть все вещества на Земле, то только у металла под названием ртуть поверхностное натяжение больше чем у воды.

Коэффициент поверхностного натяжения σ, H/м некоторых жидкостей при температуре 20 ⁰С приведены далее в таблице.

Вода - самый сильный универсальный растворитель. Если ей дать достаточно времени, она может растворить практически любое твердое вещество. Именно из-за уникальной растворяющей способности воды никому до сих пор не удалось получить химически чистую воду - она всегда содержит растворенный материал сосуда. Пройдя весь круговорот, вода на своем пути растворяет горные породы, металлы, органические вещества. Поэтому в воде содержится все элементы периодической таблицы Менделеева, газы, основания, соли, кислоты. Вода проявляет себя как универсальный растворитель благодаря ее большой диэлектрической проницаемости, которая больше чем у воздуха в 80 раз.

Поскольку человек состоит на две трети из воды, естественно она абсолютно необходима для всех ключевых систем жизнеобеспечения человека. Вода содержится в нашей крови (79%) и способствует переносу по кровеносной системе в растворенном состоянии тысяч необходимых для жизни веществ. Вода содержится в лимфе (96%), которая разносит из кишечника питательные вещества по тканям живого организма.

Действительно, взглянув на свойства воды можно сделать вывод, что любое из свойств воды уникально. Только вода - единственное вещество на планете, которое может одновременно находиться в трех состояниях - жидком, твердом и газообразном.

Академик Вернадский писал: "Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Нет земного вещества - минерала, горной породы, живого тела, которое бы ее не заключало. Все земное вещество ею проникнуто и охвачено".