Приветствую вас, друзья!
Для начала немного истории.
В 1997 году, ставшим одним из поворотных в борьбе с вредными последствиями применения химического соединения дигидрогена монооксида, 14-летний школьник из Австралии организовал сбор голосов в своём учебном заведении за его запрет. Люди активно ставили подписи под петицией. Когда подписей собралось достаточно, член австралийского парламента на заседании 1 апреля 1998 года объявил о начале кампании по запрещению дигидрогена монооксида на международном уровне. И обосновал это те, что соединение используется:
* В производстве как растворитель и хладагент
* В ядерных реакторах
* В производстве пенопласта
* В химических и биологических лабораториях
* В производстве пестицидов
* В искусственных пищевых добавках
Кроме того, химикат является основной составляющей кислотных дождей, способствует эрозии почвы, ускоряет коррозию металлов и вредит большинству электроприборов. Длительный контакт с химикатом в его твёрдой форме приводит к серьёзным повреждениям кожи человека, контакт с газообразной формой химиката приводит к сильным ожогам, обнаружен в злокачественных опухолях, нарывах, язвах и прочих болезненных изменениях тела. Более того, химикат развивает зависимость после первого употребления, а жертвам при воздержании от потребления химиката грозит смерть в течение 168 часов.
Несмотря на эти опасности, химикат активно и безнаказанно используется в индустрии. Многие корпорации ежедневно получают тонны химиката через специально проложенные подземные трубопроводы. Люди, работающие с химикатом, как правило, не получают спецодежды и инструктажа. Отработанный химикат тоннами выливается в реки и моря.
А сенаторы все до единого сами были зависимыми от этого химического соединения и не таясь держали его перед собой в специальных ёмкостях.
Нам же дигидрогена монооксид известен под бытовым названием «вода».
Переходим к изучению свойств веществ, важных для живой материи. Начинаем, как уже догадались, с воды.
Вода — одно из самых распространенных веществ в природе и главная составная часть всех живых организмов. Она покрывает более 2/3 поверхности нашей планеты (71%). Вода — основа жизни, без нее жизнь на Земле была бы невозможна. Животные и растения состоят большей частью из воды. какой-либо константы насколько из воды состоит человек привести невозможно, так как это значение меняется в зависимости от возраста и веса человека. Так, к примеру, эмбрион на 97% состоит из воды, новорожденный на 75-80%, взрослый человек примерно на 65%, а пожилые люди - 55%. Больше всего воды в организме человека содержит мозг - он на 95% состоит из жидкости, кровь – 82%.
В жидком виде вода в большом количестве присутствует на Земле, которая находится в зоне обитаемости. В остальных частях Солнечной системы вода присутствует в основном в виде льда.
Вода - единственное на Земле вещество, которое одновременно в естественных условиях существует в трех агрегатных состояниях: жидком — это ее преимущественное состояние, твердое (лед), и газообразное (водяной пар, туман).
Благодаря этому происходит круговорот воды в природе и существует жизнь на Земле.
Мы уже разбирали с вами в предыдущих статьях химическую связь между атомами кислорода и водорода в молекуле воды и установили, что связь эта за счет большей электроотрицательности кислорода является полярной ковалентной.
Напомню, молекула воды имеет не линейную структуру, когда реагенты, при соединении в молекулу, располагаются на одной оси, а V-образную, образуя угол в 104,5˚. При этом, разные части молекулы воды имеют разный заряд. Поэтому между молекулами воды возникает взаимное притяжение между отрицательно заряженным атомом кислорода одной молекулы с положительно заряженным атомом водорода другой молекулы.
Эта связь, удерживающая молекулы воды вместе называется водородной. Данный вид связи придает воде ряд уникальных свойств, которые, в принципе, и делают делают жизнь на нашей планете возможной.
Итак, погнали изучать уникальные свойства!
- благодаря водородным связям, близко находящиеся молекулы воды, удерживаются вместе. Как только разрывается водородная связь между частями соседних молекул, как тут же возникает эта связь между другими частями этих или других соседних молекул. Это явление называется когезией (лат. cohaesus — «связанный», «сцеплённый»). Благодаря этому свойству вода с растворенными в ней веществами может транспортироваться по тканям растений - тонким капиллярам вверх, несмотря на земное притяжение. Когда влага испаряется с поверхности листьев растений, то возникают силы, тянущие воду вверх. Помогает этому схожий процесс – адгезия. Адгезия и когезия — это силы, действующие на молекулы на микроскопическом уровне. Разница между ними заключается в том, что адгезия предполагает притяжение между разнородными веществами, тогда как когезия — это притяжение между сходными молекулами или веществами. Как вы уже поняли, эти свойства позволяют питать растения водой и необходимыми для жизнедеятельности веществами;
- следующее уникальное свойство – высокая удельная теплоемкость (количество тепла, которое поглощает 1 грамм вещества для нагрева на 1°С), которая, для сравнения, в 10 раз выше чем у железа. Это означает, что для нагрева килограмма воды нужно в 10 раз больше тепловой энергии чем для нагрева такого же количества железа до аналогичной температуры. Это свойство, если глобально, вообще влияет на поддержание климата. К примеру, поверхность нашей планеты более чем на 2/3 состоит из воды. За счет большей удельной теплоемкости моря и океаны днем запасают тепловую энергию Солнца, ночью удерживают температурный режим от резких колебаний. Для сравнения, на Марсе длительность суток сопоставима с земной. Летним днем у экватора на Марсе воздух нагревается до комфортных +20°С, однако в ночное время может похолодать до -73°С. То есть, суточные колебания составляют без малого 100°С. Причина – отсутствие океанов или других массивов с высокой удельной теплоемкостью.
От перегрева гидросферу защищает парообразование или испарение воды с поверхности водоемов. Дополнительный комфорт этим создается и водным обитателям. Кроме того, испарившаяся вода образует облака, которые конвекционными потоками переноситься на сушу, где проливается дождями и увлажняет почву, способствуя росту растений;
- интересным является и твердое агрегатное состояние воды. А вы знали, что от 60 % до 65 % территории России — районы вечной мерзлоты? Более половины территории России подо льдом! Наиболее широко она распространена в Восточной Сибири и Забайкалье. Льдом зимой покрываются большинство водоемов в России. Кто-то в это время любит активно проводить время на льду - кататься на коньках, кто-то неторопливо выуживать рыбу из пробуренной лунки. А что же интересного таит в себе лёд помимо этого? А вы вспомните физику! Чем ниже температура, тем больше плотность веществ, и, соответственно, вещества в твердом состоянии тяжелее чем в жидком. Стало быть, лёд должен тонуть. Вода нам являет парадокс: лёд плавает на ее поверхности! До +4°С она ведет себя как обычное вещество и сжимается. Но ниже этой отметки вода начинает расширяться. Выставленное на мороз полное воды пластмассовое ведро через несколько часов будет потеряно для вашего хозяйства, как минимум в прямом своем назначении, его разорвет лёд! Какие функции несет лёд, что полезного делает для жизни на Земле? Он зимой работает как термос – осуществляет теплоизоляцию водоемов, защищая водных животных от гибели при экстремально низких температурах. А еще лёд скапливается на полюсах, что понижает уровень мирового океана, особенно за счет Антарктиды, и образует ледники в горах, которые, медленно тая, питают горные реки;
- а еще у воды есть отличные свойства растворителя. Всякий раствор состоит из растворителя и растворенного вещества. Ежедневно за столом, друзья мои, вы имеете возможность наблюдать как кристаллики соли и сахара исчезают в воде бульона и чая без остатка – растворяются. Точно также вода растворяет минералы из почвы и транспортирует их по растениям. Но не все вещества растворяются в одном и том же растворителе одинаково. По отношению к воде есть гидрофильные и гидрофобные вещества. Первые легко взаимодействуют с водой, а гидрофобные не образуют водородных связей с молекулами води и отталкивают их. Все жиры легче воды и в воде не растворяются. А те вещества, что в воде растворяются, делают это по-разному, образуя в растворе различные концентрации. Например, впечатляет тот факт, что при +20°С в литре воды может раствориться аммиак в количестве 700 литров.