ВОДА, ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ, ЕЕ АНОМАЛИИ.
ВИДЫ РАВНОВЕСИЙ ВОДЫ
Под аномалиями принято понимать ряд свойств, которые отличают чистую воду от ее химических аналогов (гидридов элементов шестой группы Периодической системы) и от других жидкостей. Назовем наиболее важные аномалии:
1. Вода существует в условиях поверхности Земли в трех агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном, что связано с особенностями ее физических свойств – аномалией точек кипения и замерзания. Зная молекулярный вес и строение вещества, температуры его кипения и замерзания, можно довольно точно предсказать температуры, при которых будут замерзать и кипеть вещества, обладающие близкими молекулярным весом и строением. Химическими аналогами воды являются H2S, H2Se и Н2Те. В табл. 7 приведены данные, которые показывают, что с уменьшением молекулярного веса от Н2Те к H2S происходит закономерное понижение температур кипения и замерзания. Вода, являющаяся в этом ряду самой легкой, должна иметь наиболее низкие точки кипения и замерзания (соответственно -70 и -90° С). В таком случае в условиях земной поверхности мог бы существовать только водяной пар, а следовательно, не было бы жизни на Земле. Но вода закипает при 100° С, а замерзает при 0° С, благодаря чему и может одновременно присутствовать в твердом, жидком и газообразном состояниях.
2. Твердая фаза воды – лед – имеет меньшую плотность, чем жидкая вода в интервале температур от 0 до 4° С. Это связано с тем, что в отличие от многих других веществ, при замерзании сжимающихся, вода, наоборот, расширяется и лед плавает на воде. Как «нормальное» тело вода ведет себя только после 4° С, когда с увеличением температуры она, так же как и все прочие тела, расширяется. Таким образом, максимальная плотность воды фиксируется при 4° С. От этой точки и при охлаждении, и при нагревании вода расширяется, т. е. уменьшает плотность. Аномалия, заключающаяся в том, что лед легче жидкой воды, имеет огромное значение в жизни нашей планеты. Если бы лед оказался тяжелее воды, то в умеренных широтах озера, реки и моря промерзали бы до самого дна и в течение сравнительно короткого лета не успевали бы растаивать. А значит, были бы нарушены все основные черты современного климата (уменьшилось испарение воды, количество осадков и т. д.) и резко ухудшились бы условия жизни в водоемах. Этого, однако, не происходит, поскольку лед легче воды и по мере образования поднимается к поверхности, защищая тем самым нижние слои воды от замерзания.
3. Вода характеризуется особыми тепловыми свойствами: у нее очень высокие удельная теплоемкость, а также скрытые теплоты испарения и плавления (табл. 8).
Исключительность этих свойств воды проявляется в огромном смягчающем ее влиянии на климат. Вода поглощает много тепла от Солнца, а сама сильно не нагревается. При охлаждении она обладает способностью медленно отдавать тепло, регулируя колебания температуры воздуха и, следовательно, всех связанных с температурным режимом метеорологических элементов.
4. Воде свойственны высокие поверхностное натяжение и поверхностное давление, в силу чего капля воды стремится принять форму шара, а при соприкосновении с твердыми телами вода смачивает большинство из них.
Находясь в капиллярах, вода образует вогнутый мениск, от кривизны которого (в соответствии с законом Жюрена) зависит высота поднятия воды в капилляре. Явление капиллярности чрезвычайно распространено в природе и играет большую роль. Так, благодаря этому явлению влага проникает из почвы в растения и по коре деревьев распространяется по всему дереву; кровеносные сосуды животных (и человека) также представляют собой капилляры и с ними связаны важнейшие процессы кровообращения; капиллярность вызывает подъем влаги из глубоких слоев почвы к поверхности и увлажнение корней растений, самой почвы и пр.
5. Вода имеет очень высокую диэлектрическую проницаемость. Последняя представляет собой число, показывающее, во сколько раз силы взаимодействия частиц (ионов) какого-либо вещества уменьшаются в воде по сравнению с силами их взаимного притяжения в пустоте (вакууме). При нормальных условиях диэлектрическая проницаемость воды равна 80—81. Для сравнения можно указать, что у других жидкостей диэлектрическая проницаемость изменяется от 10 до 50, а у некоторых не превышает 2—2,5. Высокая диэлектрическая проницаемость воды обусловливает ее универсальность как растворителя. Поэтому природная вода всегда представляет собой раствор соединений самых различных элементов, что обеспечивает широкие возможности ее практического использования – для водоснабжения, орошения, лечебных целей, в качестве сырья для добычи некоторых элементов и т. д.
Все перечисленные аномалии и ряд других зависят от особенностей строения воды.
Структура* воды в настоящее время не может считаться до конца расшифрованной и понятой. Проблема охватывает вопросы, связанные со строением молекул воды и агрегатов, образованных молекулами. Строение молекулы воды установлено достаточно точно, выявлено и наличие агрегатов. Однако структура, характер и число связей, участвующих в формировании агрегатов, пока еще окончательно не выяснены. Причина заключается прежде всего в отсутствии надежных методов изучения структуры жидкостей, поскольку они (в отличие от твердых тел) не дают отчетливой картины при использовании методов рентгеноскопии, спектроскопии и др.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
