Когда мы учимся говорить, первое наше слово "мама", когда, познавая науку, знакомимся с химией, первое, что мы слышим: "аш-два-о". H2O – научное имя воды.
На гербе водяного государства можно написать девиз: "Cedo nulli", что по-латыни значит: "Никому не уступлю". Смысл девиза – великая роль воды в жизни Земли. Ни на одной планете нет столько воды, как на Земле.
Вода повсюду. Она и вокруг нас: в океанах и морях, реках и озерах, в дожде и снеге, в льдинах и водопроводных трубах, в питье и еде. Она и внас самих: мы на две трети "сделаны" из воды.
Мы так привыкли к воде, что ее странности не удивляют нас.
Сестра-тихоня воды сильнейшей взрывчатки – гремучего газа! И гремучий газ – разрушитель и созидающая жизнь вода состоят из водорода и кислорода. Но первый лишь простая смесь этих двух элементов. А в воде водород и кислород объединены в молекулы.
Более 200 лет назад Гумбольд и Гей-Люссак доказали, что два атома водорода и атом кислорода, соединяясь в молекулу, рождают воду.
Но какой кислород и какой водород? Ведь у водорода три изотопа – легкий, тяжелый, и сверхтяжелый. И у кислорода тоже три: у одного молекулярный вес – 16, у другого – 17, у третьего -18. Так вот вода, оказывается , смесь сорока двухвеществ – соединений трех разных водородов с тремя разными кислородами. В основном состоит она из воды легкой, но есть в ней и немного тяжелой, и полутяжелой и сверхтяжелой.
Вода – минерал (минерал – природное химическое соединение, образовавшееся в земной коре естественным путем) , минерал подлинный и самый удивительный! Ее, как и другие минералы, породила Земля на заре своей жизни, когда была раскалена как огонь. Сроднясь с расплавленными породами, вода застыла позднее в гранитах и базальтах. И поэтому из раскаленного гранита с шипением вырываются пары воды. А когда вулканы извергают из недр земли расплавленные лавы, то немало с ними выбрасывают и воды – 40 миллионов тонн каждый год. Эта вода никогда прежде не была на поверхности: поэтому и называют ее ювенильной – молодой. А "немолодой" воды с давних под "поселившейся" на поверхности Земли, очень много вокруг. Она то жидкая течет в реках и океанах, то паром стремится в облака, то льдами застывает в стужу. Вода – оборотень, единый в трех лицах…
Такая обычная, такая повседневная, домашняя! Мы привыкли к ней и не замечаем ее необыкновенных, удивительных, совершенно особенных свойств. Для воды будто законы не писаны: это своенравный аутсайдер в мире веществ. В природе она ведет себя не совсем так,как другие вещества. Но благодаря ее капризам жизнь смогла развиться и существовать в воде.
Первая аномалия: воде положено по ее химической структуре и классу веществ, к которым она принадлежит, плавиться и кипеть при температурах более низких, которых на Земле не бывает. Не было бы, значит, на Земле ни жидкой , ни твердой воды – только пар, если бы не эта аномалия, рожденная особыми связями молекул воды.
Вторая аномалия: высокая теплоемкость. У воды она в десять раз больше, чем у железа. Вода нагревается впятеро медленнее песка. Чтобы нагреть на один градус литр воды, тепла потребуется в 3300 раз больше, чем для нагрева литра воздуха. Зато, когда вода остывает, она отдает столько тепла, сколько забрала нагреваясь.
Из-за исключительной способности воды поглощать тепло температура ее при нагревании и охлаждении изменяется незначительно, поэтому морским обитателям никогда не угрожают ни сильный перегрев, ни чрезмерное охлаждение.
Аномалия третья и четвертая тесто связаны с первой: у воды очень высокая скрытая теплота испарения и скрытая теплота плавления. Чтобы выпарить воду из чайника, тепла потребуется в пять с половиной раз больше, чем для того, чтобы вскипятить его. Если бы не это свойство – даже в жару медленно испаряться, - многие озера и реки летом быстро бы пересохли до дна и вcя жизнь в них погибла. Замерзлая, вода тоже отдает много тепла. Один литр воды, превращаясь в лед, может подогреть ( на один градус) 250 тысяч литров воздуха. Вот почему в холодные ночи зимой в теплицы ставят бочки с водой: замерзлая, она выделяет тепло и согревает воздух.
Аномалия пятая: замерзая, вода (как висмут и серебро – другие оригиналы) расширяется. На 9 процентов по отношению к прежнему объему. Поэтому лед всегда легче не замерзшей воды и всплывает вверх, и поэтому редкий водоем промерзает до дна. Покрывающей его сверху лед – хороший теплоизолятор: ведь теплопроводность льда, как и воды, очень мала. Под такой «шубой», говорил известный наш океанолог профессор В. Г. Богоров, даже зимой в Арктике морским животным не очень холодно. Правда, это расширение льда может оказаться роковым для водопровода, автомобильного радиатора и живых клеток, которые всегда наполнены водой. Но все таки пользы от него больше, чем вреда. Укутывая зимой ледяной шубой воду, природа сохраняет ее и теплой и жидкой. Не дает затвердеть. Ведь твердая вода для жизни не пригодна.
Шестая аномалия самая странная. Все вещества, когда нагревают их, расширяются, а при охлаждении сжимаются. Истина эта всем известна. Вода тоже сжимается от холода…Но…В этом «но» все дело. Сжимается, сжимается, пока температура падает, но при 4 градусах тепла наступает предел. Тут она снова вдруг начинает расширяться, хотя температура и понижается. Поэтому вода самая плотная и тяжелая при 4 градусах тепла. И поэтому зимой, охладившись до 4 градусов, она опускается на дно и здесь сохраняется в течение всей зимы( в пресноводных водоемах, так как морские соли усложняют картину циркуляции воды). Охладившиеся еще больше слои воды ложатся поверх четырехградусных, ведь их плотность, а следовательно и вес, меньше. Вот почему зимой на дне пруда или реки сравнительно тепло. Эта удивительная аномалия спасает жизнь всем пресноводным животным. Зимующим в наших реках, прудах и озерах.
Седьмая аномалия: из всех жидкостей, кроме ртути, у воды самое большое поверхностное напряжение. Что это такое? Некомпенсированные силы сцепления между молекулами. Внутри жидкости притяжение молекул друг к другу уравновешено. А на поверхности нет. Молекулы воды, которые лежат глубже, тянут вниз самые верхние молекулы (вверх их ничто так сильно не тянет, так как там нет воды, а только воздух). Поэтому капля воды стремится затянуть себя в узелок. Стягивают ее силы поверхностного натяжения. Капля воды как бы упакована в свою поверхностную пленку, которая очень прочна.
Итак, поверхность воды всегда затянута тончайшей пленкой из молекул. Чтобы разорвать ее нужна сила, и сила немалая. По этой пленке, как по паркету, бегают насекомые – вертячки и водомерки. За нее цепляются, повиснув вниз головой , личинки комаров, и даже улитки с массивными раковинами ползают по ней. Они тяжелее воды, но не проваливаются: пленка поддерживает их. Бегают по воде и не тонут даже ящерицы!
Физики точно рассчитали, какую гирю надо подвесить к столбику воды толщиной в 3 сантиметра, чтобы разорвать его. Гиря потребуется огромная - больше 100 тонн! Но это когда вода исключительно чистая. В природе такой воды нет. Всегда в ней что то растворено, пусть хоть немного. Чужеродные вещества разрывают звенья в прочной цепи молекул воды, и силы сцепления между ними сильно уменьшаются. Но в лабораториях ученым удалось получить почти чистую воду, и разорвать ее было так же трудно, как сталь самого лучшего сорта. Могучие силы сцепления между молекулами поднимают воду вверх по тонким трубкам и щелям, хотя земное тяготение. Противоборствуя им, тянет ее вниз. Чем тоньше трубка, тем выше поднимается вода. Силы поверхностного натяжения тянут вверх воду из глубины почвы, питая растения солями и влагой. Увлекаемая ими ( и силами осмоса), течет она по корням и стеблям самих растений и наполняет кровью наши капилляры.
Аномалия восьмая и последняя и последняя, о которой я расскажу. Вода – лучший в мире растворитель. «Могучий растворитель»,- говорят химики. Она растворяет очень многие вещества, но сама остается инертной, не изменяется от многих веществ, которые растворяет. Благодаря этому качеству вода смогла стать носителем жизни. Растворы всех веществ, циркулирующие в нашем теле, приготовлены на воде. Они мало изменяются в таком растворе, и сам растворитель – вода – может быть использован неоднократно.
«Воде, - сказал великий Леонардо, - была дана волшебная власть стать соком жизни на Земле».
