XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

До некоторых пор казалось, что проще изученной воды ничего быть не может. Зазубренная всеми формула, температурные метаморфозы ото льда до пара, способность растворять некоторые вещества и участвовать в процессе конвекции –– вот практически и все. На самом же деле, с «простой» водой оказалось не так уж все и просто...

Вода наделялась душой во многих культурах мира. Открытие современными учёными четвертого, информационного, состояния воды, стало доказательством её памяти. Вода способна воспринимать, сохранять и передавать информацию, даже такую тонкую, как человеческая мысль, эмоция, слово.

Сейчас человечество находится на пороге совершенно иного понимания законов мироздания, открывающего новые перспективы: возможность программирования воды, лечение водой сложнейших болезней.

Молекула воды является наиболее распространённым веществом на планете и, встречающимся на ней в жидком, газообразном и твёрдом состоянии. Вода – жидкость без вкуса, запаха и цвета, плотность 1,0 г/см³. Гидросфера занимает 71 % поверхности земного шара. Рождается из элементов, занимающих первое и третье место по распространённости во Вселенной, в объёмном соотношении 2:1. Это одна из самых маленьких молекул нам известных. Уже много веков учёные изучают воду. Времени было достаточно, казалось о воде должно было быть всё известно, но не тут-то было.

Молекула воды состоит из двух атомов водорода (Н) и одного атома кислорода (О). Все многообразие свойств воды и необычность их проявления, в конечном счёте, определяются физической природой этих атомов и способом их объединения в молекулу. В отдельной молекуле воды ядра водорода и кислорода расположены так относительно друг друга, что образуют как бы равнобедренный треугольник со сравнительно крупным ядром кислорода на вершине и двумя мелкими ядрами водорода у основания. В молекуле воды имеются четыре полюса зарядов: два отрицательных за счёт избытка электронной плотности у кислородных пар электронов и два положительных – вследствие недостатка электронной плотности у ядер водорода – протонов. Такая асимметричность распределения электрических зарядов воды обладает ярко выраженными полярными свойствами; она является диполем с высоким дипольным моментом – 1,87 Дебай.

Изо льда состоят огромные горные ледники, им покрыты и некоторые материки. Лёд хранит в себе огромные запасы пресной воды. Лёд твёрдый, а течёт как жидкость. Образуя огромные реки, медленно стекающие с гор. Лёд необычайно прочен и долговечен. Он может десятки тысяч лет хранить в себе скелеты животных, погибших в ледниках. Улавливая солнечное излучение, вода помогает поддерживать температуру на Земле в комфортном диапазоне. Мощные морские течения разносят огромные объёмы воды по всей планете, в частности не дают мерзнуть европейцам, омывая Европу Гольфстримом. И, наконец, вода обеспечивает жизнедеятельность всех организмов: она переносит питательные вещества, собирает и выводит отходы.

Из-за внешней простоты люди на Земле долгое время считали воду простым неделимым веществом. И только благодаря английскому ученому Генри Кавендишу в 1766 году люди узнали, что вода – не простой химический элемент, а соединение водорода и кислорода. Позже (1783) это же доказал и Антуан Лоран Лавуазье (Франция).

Дипольное состояние молекулы способствует её проницаемости через стенки мембраны, способностью растворять химические вещества. Кроме того, диполи воды связываются водородными связями друг с другом, что обеспечивает её способность быть в различных агрегатных состояниях, а также растворять или не растворять различные вещества.

За простой формулой Н₂О, оказывается, скрывается загадочное вещество, которое до сих пор многие ведущие умы науки не могут разгадать. Химически чистая вода представляет собой бесцветную жидкость без запаха и вкуса.

Вода – единственная жидкость на Земле, для которой зависимость удельной теплоёмкости от температуры имеет минимум. Этот минимум реализуется при температуре +35 °С. При этом нормальная температура человеческого тела, состоящего на две трети (а в юном возрасте и того более) из воды, находится в диапазоне температур 36–38 °С.

Вода – самый сильный универсальный растворитель. Если ей дать достаточно времени, она может растворить практически любое твёрдое вещество. Именно из-за уникальной растворяющей способности воды никому до сих пор не удалось получить химически чистую воду – она всегда содержит растворенный материал сосуда.

Вода играет важнейшую роль во всех жизненных процессах и явлениях, происходящих на нашей планете и за её пределами. Именно поэтому, древние философы рассматривали воду в качестве важнейшей составляющей части материи.

Современная наука утвердила роль воды как универсального, планетарного компонента, определяющего структуру и свойства бесчисленного множества объектов живой и неживой природы. Развитие молекулярных и структурно-химических представлений позволило дать объяснение исключительной способности молекул воды образовывать связи с молекулами почти всех веществ. Стала проясняться также роль связанной воды в формировании важнейших физических свойств гидратированных органических и неорганических веществ. Большой и все возрастающий научный интерес привлекает проблема биологической роли воды. Заселённая живыми организмами наружная оболочка нашей планеты – биосфера является вместилищем жизни на Земле. Её первоосновой, её незаменимым компонентом является вода. Вода – это и строительный материал, который используется для создания всего живого, и среда, в которой протекают все жизненные процессы, и растворитель, выносящий из организма вредные для него вещества, и уникальный транспорт, снабжающий биологические структуры всем необходимым для нормального протекания в них сложнейших физико-химических процессов. И это всеобъемлющее влияние воды на любую живую структуру может быть не только положительным, но и отрицательным. В зависимости от своего состояния вода может быть как созидателем цветущей жизни, так и её разрушителем – всё зависит от ее химического и изотопного состава, структурных, биоэнергетических свойств. Аномальные свойства воды были открыты учёными в результате длительных и трудоёмких исследований. Эти свойства столь привычны и естественны в обыденной нашей жизни, что обычный человек даже не подозревает об их существовании. А вместе с тем вода – вечная спутница жизни на Земле действительно оригинальна и неповторима.

Аномальные свойства воды свидетельствуют о том, что молекулы Н₂О в воде довольно прочно связаны между собой и образуют характерную молекулярную конструкцию, которая сопротивляется любым разрушающим воздействиям, например, тепловым, механическим, электрическим. По этой причине, например, необходимо затратить много теплоты, чтобы превратить воду в пар. Эта особенность объясняет сравнительно высокую удельную теплоту испарения воды. Становится понятным, что структура воды, характерные связи между молекулами воды, лежат в основе особых свойств воды. Американские ученые У. Латимер и У. Родебуш предложили в 1920 г. эти особые связи называть водородными и с этого времени представление об этом типе связи между молекулами навсегда вошло в теорию химической связи. Не вдаваясь в подробности, отметим только, что происхождение водородной связи обусловлено квантово-механическими особенностями взаимодействия протона с атомами кислорода. Однако наличие водородной связи у воды – это всего лишь необходимое, но не достаточное условие для объяснения необычных свойств воды. Самым важным обстоятельством, объясняющим основные свойства воды, является структура жидкой воды как целостной системы.

Еще в 1916 г. были разработаны принципиально новые представления о строении жидкости. Впервые (В. Кеез и Дж. де Смедт, 1922) с помощью рентгеноструктурного анализа показано, что в жидкостях наблюдается определённая регулярность расположения молекул или иначе – наблюдается ближний порядок расположения молекул. Для жидкой воды характерна упорядоченное размещение молекул воды, т.е. вода имеет определённую регулярную структуру.

Известно, что биологические ткани на 70–90 % состоят из воды. Это позволяет предполагать, что многие физиологические явления могут отображать молекулярные особенности не только растворённого вещества, но в равной степени и растворителя – воды

Дж.Бернал и Фаулер создали концепцию о тетраэдрической структуре воды. В августовском номере 1933 г. только что созданного международного журнала по химической физике «Journal of Chemical Physics» была опубликована их классическая работа о структуре молекулы воды и её взаимодействии с себе подобными молекулами и ионами разных сортов.

Теплоемкость воды аномально высока. Из этого вытекает уникальная способность воды сохранять тепло. Подавляющее большинство других веществ таким свойством не обладают. Эта исключительная особенность воды способствует тому, что у человека нормальная температура тела поддерживается на одном уровне и жарким днем, и прохладной ночью.

Вода имеет первостепенное значение на Земле и во всей Вселенной. Мы живём на водной планете, и наши тела по большей части состоят из воды.

Использованные источники

1. Водный кодекс Российской Федерации от 3 июня 2006 г. № 74-ФЗ Система ГАРАНТ: http://base.garant.ru/12147594/#ixzz50bUB2woZ.

2. Зацепина Т.Н. Свойства и структура воды [текст]. – М.: Изд-во МГУ, 1974. – 168 с.

3. Иванова В.М., Кучер М.И., Френкель Е.Э.К вопросу о качестве воды при изучении экологии [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.scienceforum.ru/2018/3089/221.

4. Кто проверит качество воды? Качество жизни! [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://shkolazhizni.ru/archive/0/n-29801/.

5. Петрянов И.В. Самое необыкновенное вещество в мире [текст]. – М.: Педагогика, 1981. – 96 с.

6. СанПиН 2.1.4.559-96. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://snipov.net/c_4655_snip_98386.html.

7. Тесленко А.А., Тюрина С.Г. Вода – удивительное вещество [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.scienceforum.ru/2018/3089/3503.

8. Хованова А.В., Ковалева А.С., Френкель Е.Э. Вода – самое главное вещество для жизни [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.scienceforum.ru/2017/2295/29521.

Код для цитирования: Скопировать