Думаете, что знаете о молекуле H2O абсолютно всё? Тогда эта статья именно для вас. Потому что вода – это не просто жидкость, незатейливо бегущая из-под крана в любое время суток. Это по-настоящему уникальное химическое соединение. Единственное и неповторимое.
Начнём с самого интересного свойства воды – её плотности в твёрдом состоянии. Удивительно, но в отличие от почти всех известных соединений и материалов, вода в твёрдом состоянии имеет меньшую плотность, чем в жидком. Именно поэтому айсберги плавают в океане, а кубики льда – в стакане. Ну не в том смысле, конечно, что айсберги не плавают в стакане из-за такого положения дел. Ну вы поняли, в общем.
Обычно, когда какое-то вещество замерзает, его молекулы сближаются между собой. Чтобы погреться. Вместе теплее же. Однако у воды в этом смысле существует аномалия: её максимальная плотность достигается при 4°С, и начинает снижаться с понижением температуры. В итоге при том же объёме в кубике льда оказывается меньше молекул, чем в жидкой воде. Поэтому лёд легче.
Второе интересное свойство воды: в природе одновременно легко можно наблюдать лёд, жидкую воду и водяной пар. Зимой, например, в месте прорыва трубы с горячей водой посередине улицы в 50 градусный мороз. Сколько радости приносят горожанам и их детям подобные чудеса! А сотрудникам коммунальных служб? Для них это просто праздник какой-то!
А часто ли вы, друзья мои, наблюдаете пары золота? Или сухой лёд (твёрдую форму углекислого газа, СО2) во время прогулки с собакой на улице? Нечасто. Я, по крайней мере, давно не видел твёрдый фтор или пары хлора. И спасибо судьбе за это.
Это странное свойство воды обусловлено, в частности, не особенно высокой температурой её плавления. А ещё у неё относительно слабые водородные связи между молекулами. Они не требуют приложения большого количества энергии для того, чтобы вода перешла в парообразное состояние.
Третье: горячая вода замерзает быстрее, чем холодная!
Поместите две формы для изготовления кубиков льда, наполненные горячей и холодной водой, в морозилку. Да да это там, где третий год лежит оставленная на суп голова от забытой рыбы, которую жалко выкинуть. Понаблюдайте немного за формами. Уверен, что вы с ужасом обнаружите следующую картину: кубики льда из горячей воды получатся быстрее, чем из холодной!
Это любопытное явление, получившее название «эффект Мпембы», имеет несколько объяснений. Одни энтузиасты связывают его с испарением, которое уменьшает массу конкретной порции воды, и, соответственно, время её замерзания. Другие гипотезы основаны на теплообмене (токах конвекции), модификации химических связей между молекулами (усадка ковалентных связей между атомами кислорода и водорода) и так далее. Ясно одно – эффект наблюдается, но официального общепринятого объяснения ему нет.
Зато есть задел на Нобелевку по физике.
Четвёртое: существует две формы жидкой воды.
Несколько новых исследований показали, что жидкая вода, на самом деле, существует в двух формах: одна имеет низкую плотность, и в ней молекулы образуют многочисленные водородные связи со своими соседями, другая имеет высокую плотность, и молекулы в ней просто «свалены в кучу».
В природе относительно часто встречается несколько состояний твёрдого тела для одного и того же материала. Но в случае с жидкостями такое встречается гораздо реже. Единственный известный на сегодняшний день пример – это гелий, жидкая форма которого гелий II может «ползать» по поверхностям!
Пятое: вода – отличный растворитель.
Просто посмотрите на кусочек сахара, который вы бросили в кофе или какао. Видите, как он корёжится и извивается, периодически принимая форму всех, кого убил, как жидкий терминатор из одноимённого фильма. А теперь растворите поваренную соль в кастрюле. Она словно «исчезла», смотрите! И для закрепления материала наберите ванну, и высыпите туда весь сахар-песок, что есть в доме, оставив деда без стратегического сырья. Что вы уяснили? Правильно: вода является превосходным растворителем.
Такая способность объясняется полярной природой молекул воды, которые имеют тенденцию притягивать ионы, имеющие электрические заряды.
Когда мы помещаем, например, NaCl в воду, молекулы воды диссоциируют молекулы соли на ионы хлора и ионы натрия. Так формируется водный раствор Na+ Cl-.
Точно так же вода легко растворяет и другие полярные молекулы, из которых состоит сахар. Или этиловый спирт-ректификат класса «Люкс».
Шестое: вода может быть и жидкой, и твёрдой одновременно.
Исследователи недавно продемонстрировали существование некой «суперионной воды», которая становится при определённых условиях проводником, как обыкновенный металл.
Такие свойства вода проявляет при очень высоких значениях давления (50 Гпа и выше) и температуры. Такая вода имеет мрачный чёрный цвет. Водородные связи у неё разрушаются, и ионы водорода начинают свободно циркулировать среди атомов кислорода, которые остаются организованными в кристаллические решётки, как если бы они были «заморожены». Внешне такая вода выглядит как нечто твёрдое, которое течёт. Это сложно представить, не делайте этого в домашних условиях.
Седьмое: вода сжимается при таянии.
Подавляющее большинство веществ занимают больше места в жидком состоянии, когда молекулы неупорядочены, чем в твёрдом состоянии, когда молекулы имеют организованную структуру.
Вода — особый случай. При замерзании она занимает примерно на 10% больше объёма. Эта странность, называемая «дилатометрической аномалией», объясняется особой структурой молекулы воды, где водородные связи собираются в гексагональную сетку, оставляя между молекулами много пространства.
Ну вот на сегодня, пожалуй, и всё. Берегите воду.
Всем добра.
Рекомендую прекрасную книгу👇
Реклама ООО Яндекс ИНН 7736207543
Читайте ещё:
