Аномальные свойства воды

Аномальные свойства воды

Самая простая принятая сегодня  модель молекулы воды – тетраэдр. В  действительности одиночные молекулы воды при нормальных температуре и давлении не существуют. Есть несколько гипотез, описывающих строение и свойства ассоциатов воды. Однако единое понимание пока не достигнуто.

Четыре градуса выше нуля

Еще одно удивительное свойство воды связано с ее особым состоянием при температуре +4°С. При этой температуре  она обладает максимально возможной  для себя плотностью, а значит - и  тяжестью. Вода при этой температуре  тяжелее, чем при какой-либо другой, и поэтому всегда будет опускаться в водоеме на дно. Но долго ли она  там пробудет? Дело в том, что дно  водоема, как правило, или теплее или холоднее этой воды, Поэтому  слои воды с температурой +4°С, достигнув дна, будут или нагреваться или охлаждаться, а после этого всегда всплывать на поверхность. Вследствие этих процессов в водоеме всегда будет происходить перемешивание слоев воды. А это очень важно для жизни, так как вода у дна какого-либо тихого пруда или озерца всегда бедна кислородом, и если бы не происходило перемешивания воды, обитатели водоема начали бы задыхаться от его нехватки.

Аномальные тепловые свойства воды

Как известно, вода, испаряясь  с поверхности тела человека, животных и растений, предохраняет их от перегрева. Способность отдавать тепло в  окружающую среду при испарении  присуща любой жидкости. Однако когда  ученые сравнили эти способности  у разных жидкостей, то оказалось, что  вода является здесь своего рода чемпионкой. По сравнению с любой другой жидкостью  она отдает при своем испарении  в окружающую среду самое большое  количество тепла, что, безусловно, делает ее самым лучшим регулятором температуры  нашего тела. Другое свойство воды, помогающее нам справляться как с перегревом нашего тела, так, впрочем, и с его  переохлаждением, - это ее аномально  высокая теплоемкость. Вода при нагревании на один градус поглощает в 5 - 30 раз  больше тепла, чем какое-либо другое вещество. Поэтому и те процессы, которые происходят в нашем организме  при интенсивной мышечной работе, вызывают не столь высокое поднятие температуры, как это было бы в  случае других жидкостей. У соли, к  примеру, такое же количество выделенного  тепла вызвало бы поднятие температуры  в 5 раз большее, чем у воды, у  железа - в 10 раз, а у свинца - в  30 раз. Еще одно свойство воды, помогающее бороться организму с перегревом, - высокая теплопроводность. Если бы эта физическая константа имела бы меньшее значение, то выделяемое в процессе интенсивной физической работы тепло не передавалось бы так хорошо из глубины тела на его поверхность и, соответственно, не удалялось бы из организма вместе с потом. Такие удивительные свойства воды, помогающие нашему организму сохранять стабильную температуру, имеют значение и для жизни всей нашей планеты. Так, благодаря аномально высокой теплоемкости воды, на континентах не происходит резкого перепада температур зимой и летом, ночью и днем, поскольку они окружены своеобразным термостатом -водами Мирового океана. Летом он не дает Земле перегреваться, а зимой постоянно снабжает континенты теплом. Страны, расположенные вблизи океана, обладают мягким морским климатом. Напротив, безводные пустыни, находящиеся в глубине континентов, характеризуются резкими перепадами температуры, наблюдающимися даже в течение одних суток.

Поверхностное натяжение  воды

Поверхностное натяжение - это один из самых важных параметров воды. Оно определяет силу сцепления между молекулами жидкости, а также форму ее поверхности  на границе с воздухом. Именно вследствие поверхностного натяжения формируется  капля, лужица, струя и пр. Летучесть (испаряемость) любой жидкости тоже зависит от сил сцепления молекул. Чем меньше поверхностное натяжение, тем более летуча жидкость. Самым  низким поверхностным натяжением обладают спирты и другие органические растворители.

Если  бы вода имела низкое поверхностное натяжение, она бы очень быстро испарялась. Но у воды, все же, довольно большая величина поверхностного натяжения. А самая большая, оказывается, у ртути: она при проливании сразу собирается в маленькие блестящие шарики.

Зрительно поверхностное натяжение можно  представить следующим образом: если медленно наливать в чашку чай  до краев, то какое-то время он не будет  выливаться через ободок. В проходящем свете можно увидеть, что над  поверхностью жидкости образовалась тончайшая  пленка, которая не дает чаю выливаться. Она набухает по мере доливания и  только, как говориться, с "последней  каплей" жидкость выливается через  край чашки.

При выливании воды из сосуда с широким  горлом на поверхности воды на какое-то мгновение образуется выпуклость, и определенное время она удерживается силами межмолекулярного сцепления. Потом происходит как бы "разрыв" пленки, и жидкость сразу выливается.

Ряд удивительных свойств  воды связан с ее теплоемкостью. Легче  всего вода нагревается и быстрее  всего охлаждается в своеобразной “температурной яме”, соответствующей +37 °С, температуре человеческого тела (рис. 1).

 
   Как видно из рис.1, теплоемкость воды своих минимальных значений достигает около +37 °С. Это нормальная температура тела человека. Именно при температуре 36,6-37оС сложнейшие реакции обмена веществ в организме человека наиболее интенсивны. Значит, при этой температуре организм человека находится в наивыгоднейшем энергетическом состоянии.

Аномальное поведение  воды при замерзании

 Одним из таких неповторимых  свойств воды является ее способность  расширяться при замерзании. Ведь  все вещества при замерзании, то есть при переходе из  жидкого состояния в твердое, сжимаются, а вода наоборот - расширяется. Ее объем при этом увеличивается на 9%. Попробуем представить на мгновение, что бы случилось зимой в природе, если бы лед тонул. Реки, озера, приполярные моря и океаны промерзли бы до самого дна, и все живые организмы в них погибли бы. Но когда на поверхности воды образуется лед, то он, находясь между холодным воздухом и водой, препятствует дальнейшему охлаждению и промерзанию водоемов. Это необычное свойство воды, кстати, важно и для образования почвы в горах. Попадая в маленькие трещины, которые всегда найдутся в камнях, дождевая вода при замерзании расширяется и разрушает камень. Так, постепенно каменная поверхность становится способной приютить растения, которые своими корнями довершают этот процесс разрушения камней и приводят к образованию на склонах гор почвы.

Это связано с молекулярным строением льда: при замерзании молекулы располагаются на значительном расстоянии друг от друга, образуя рыхлую структуру льда, тем самым, увеличивая объем, но сохраняя массу, таким образом, вода в твердом состоянии (лед), легче, чем в жидком.

В морях и непроточных  озёрах, из-за содержания примесей, замедляется процесс замерзания. Следовательно, более холодная вода опускается.

На морях сев. полушария образуется более льда, чем на морях южного, вследствие того, что первые более окружены материками и островами и получают большее количество пресной речной воды

Вода-это такое вещество, которое за счет структуры может  принимать и передавать информацию, находясь в определенном информационно-фазовом  состоянии.

Земля на 75% покрыта водой, и природой постоянно поддерживается естественный круговорот воды: она  испаряется с поверхности водоемов, а затем выпадает в виде осадков: дождя или снега, но даже при таком  разумном решении, некоторые районы земного шара постоянно страдают от недостатка пресной воды. Именно поэтому стоит помнить, что вода –  величайшее богатство, дарованное нам природой, и каждая ее капля  – драгоценна, ведь жизнь человека невозможна без воды.