Главная Статьи Вода - это уникальное и удивительное вещество
Вода - это уникальное и удивительное вещество

Окружающая нас вода — это вещество с уникальными свойствами, которые не только еще полностью не объяснены, но далеко не все известны. Нет вещества, более удивительного и загадочного, чем обыкновенная вода. Ее свойства не подчиняются закономерностям, присущим большинству окружающих нас веществ, что вызвано уникальностью строения молекулы воды.

руки и вода

Молекула воды обладает дисимметрией: кислородная часть молекулы имеет отрицательный заряд, а водородная — положительный. Они смещены относительно друг друга, поэтому молекула воды является электрическим диполем и, в тоже время, обладает магнитным моментом. Наличие пространственной асимметрии позволяет молекуле воды, связываясь между собой различным образом, образовывать весьма сложные и разнообразные стабильные структуры — кластеры, которые имеют место как в твердом, так в жидком и даже в газообразном состоянии воды. Приведем несколько примеров особых свойств воды.

Вода — самый сильный природный растворитель: в воде растворяются в той или иной степени все вещества. Каждый раз, например, выпивая стакан горячего чая, мы вместе с ним выпиваем 0,1 миллиграмма растворенного в нем стекла. Вода обладает высоким дипольным моментом и, вследствие этого уникально высокой диэлектрической постоянной, самой высокой среди всех жидкостей! Как только ион какого-либо вещества попадает в воду, он моментально покрывается гидратной оболочкой, образуя «гигантский атом». Недаром еще алхимики говорили: «Вещества не реагируют друг с другом иначе, как только в жидком виде» (то есть в водном растворе). Когда растворяемые вещества попадают в воду, они благодаря свойствам воды усиленно разделяются на все более мелкие частицы, вплоть до молекул и ионов. Получаются гидратированные частицы растворенных веществ, которые и участвуют в разных химических реакциях.

Вода — одно из самых загадочных веществ нашей планеты. Будучи нормальным мономолекулярным соединением, она должна была бы кипеть при + 70°C, а замерзать почти при -100°C. В отличие от всех остальных жидкостей, вода при затвердевании уменьшает свой вес. Максимальная плотность воды имеет место при +4°C. Этот факт чрезвычайно важен для биосферы. В результате лед образуется на поверхности водоемов, не давая им промерзать до дна, и, тем самым, не давая погибнуть рыбам и прочим представителям водной фауны в зимнее время.

Поверхностное натяжение чистой воды больше, чем у любой другой жидкости, кроме ртути. У абсолютно чистой воды поверхностное натяжение таково, что по ней можно было бы кататься на коньках. Наличие примесей резко снижает величину поверхностного натяжения воды. Одна из «странностей» воды в том, что это вещество — единственное на Земле — всегда выступает в трех «лицах» — жидком, твердом и газообразном.

Растворители являются, как правило, или кислотами или щелочами. Лишь вода (OH- и OH+) проявляет свойства, как кислоты, так и основания. Степень кислотности или ощелачивания любого раствора измеряется величиной pH, которая изменяется от 0 для кислоты до 14 для щелочи. Нейтральный кислотно-щелочной баланс в воде, когда число положительных и отрицательных ионов равно, соответствует pH=7. Чем меньше значение pH, тем более кислая реакция среды и сильнее ее кислотные свойства. Нормальной считается вода с pH=6-8. При pH=3-6 реакция слабокислая. При pH=8-11 — слабощелочная. Значения кислотно-щелочного баланса крови здорового человека колеблется в очень узких пределах pH=7,35-7,45. Любые отклонения — патология. Сдвиг рН ниже 7,35 приводит к закислению (ацидозу), а выше 7,45 — к ощелачиванию (алкалоизу) организма. Сдвиг (ниже 6,8 и выше 7,8) приводят к серьезным нарушениям вызывающим болезни. Кстати, и для питья наиболее полезна вода с такими же значениями рН, как у нормальной крови, хотя здесь могут быть и отклонения.

Приведем значения рН некоторых сред, представляющих интерес:

Слюна 5,8 — 7,4; желудочный сок 1,5 — 1,8; молоко 6,6; кофе 5; пиво 4,5 — 5; томатный сок 4,6; апельсиновый сок 3,7; пищевой уксус 3; лимонный сок 2,4.

Очень чистая вода в капиллярах замерзает при -70°C. При таянии вода сохраняет льдистую структуру в виде фрагментов (кластеров) очень долго, вплоть до температуры кипения Скрытая теплота плавления воды — наиболее высокая среди всех веществ, за исключением аммиака и водорода, а скрытая теплота испарения — наиболее высокая из всех веществ. Удельная теплоемкость также наибольшая за исключением жидкого аммиака и водорода. Она примерно в десять раз выше, чем у горных пород.

На свете, по-видимому, нет двух совершенно одинаковых снежинок. Каждый момент времени, каждая точка пространства в один и тот же момент времени, несут свою неповторимую информацию, которую воспринимает и фиксирует в своей структуре образующаяся снежинка. Каждая снежинка, падая на землю, проходит через слои воздуха, отличающиеся влажностью, температурой, загрязнением и другими параметрами. Поэтому среди миллионов снежинок вряд ли можно найти две совершенно одинаковые.

Богатую коллекцию фотографий снежных кристаллов собрал американец Уилсон Бентли. В 1931 году он опубликовал сборник репродукций, в котором содержались фотографии 2453 ледяных кристаллов. Выборку из этого многообразия кристаллов можно увидеть ниже.

 Как разнообразны формы снежинок, инея, морозных узоров на окнах — твердых кристаллов воды, так еще более удивительно разнообразны формы и свойства жидких кристаллов, составляющих жидкую воду.

 На рисунке представлены фотографии (Джил Уолкер), тающего чистого льда и типичные формы кристаллов, образующихся в замерзающей чистой воде. В тающем льду хорошо видны кластеры, которые затем, деформируясь и меняя форму, сохраняются и в жидкой воде, вплоть до температуры кипения. Даже водяной пар состоит не только из отдельных молекул, но на 10% из различных более сложных структур.

«Тяжелая вода». В тяжелой воде весь водород заменен на дейтерий. Ни по цвету, ни по вкусу, ни по запаху она не отличается от обычной воды. Но физические свойства ее несколько другие. Замерзает она при 3,8°C, кипит при 101,4°C. В результате этих различий природные воды разного происхождения отличаются по изотопному составу. Это результат многократного испарения и конденсации при кругообороте воды. Среднее соотношение в природных водах тяжелой воды и воды обычной 1/6000. Удельный вес тяжелой воды на десять процентов больше, чем у воды обычной. В отличие от обычной воды, тяжелая вода имеет максимальную плотность при +11,6°C.

Не смотря на малую концентрацию, тяжелая вода играет заметную, причем негативную для человека, роль. Разные исследователи независимо друг от друга пришли к единому мнению: дейтерий вреден для организма, замедляя рост и деление клеток, ускоряя старение. В талой воде, полученной из чистого снега, дейтерия на 10% меньше среднего для природных вод значения. Разработана установка, уменьшающая на 65% содержание дейтерия по сравнению с исходной водой.

Одно время в прессе было много публикаций о «живой» и «мертвой» воде, о способах их получения, биологическом действии и видах использования. Не останавливаясь более подробно на этом вопросе, отметим только, что оба этих вида воды получаются путем электролиза воды и отличаются величиной pH. «Мертвая вода» (анолит) имеет кислую среду и оказывает мощное дезинфицирующее и стерилизующее действие, используется для лечения язв, гнойных ран, кожных заболеваний. «Живая вода» (каталит) имеет щелочную среду и является мощным биостимулятором, улучшает деятельность клеток, способствует выведению шлаков и усиливает защитные механизмы организма. Оба эти средства, как «живая», так и «мертвая» вода являются сильнодействующими средствами и для своего применения требуют осторожности и опыта.

Интересные результаты дает использование для питья «обезгаженной» воды, воды содержащей вдвое меньше растворенных в ней газов, как это имеет место в жидкостях биологических объектов. Это улучшает клеточный обмен, стимулирует физиологические процессы. Умывание такой водой улучшает качество кожи.

До сих пор дискутируется проблема 37 градусной температуры в животном мире. Как известно, при нагревании любого вещества теплоемкость его возрастает. Любого, кроме воды: при ее нагревании от 0 до 37 градусов теплоемкость падает, и лишь при дальнейшем нагревании начинает возрастать. Этот факт означает, что при 36-37 градусах для повышения температуры некоторого объема воды необходимо минимальное количество тепла. Видимо, именно это свойство воды явилось селектирующим фактором эволюции в выработке теплокровности на уровне 37 градусов Цельсия. А повышение температуры нужно для повышения интенсивности протекания биологических процессов.