Найкрутіша молекула - MEL Chemistry
За що ми цінуємо воду
Поділитися у Twitter
У XVIII столітті Антуан Лавуазьє пропустив через воду електричний струм і виявив у її складі два гази: водень і кисень.
Формула молекули води — H₂O — два атоми водню та один атом кисню. Крім того, що ці атоми пов'язані в одну молекулу, їх електричні заряди сприяють тому, що молекули води можуть з'єднуватися один з одним, утворюючи водневі зв'язки. Саме маленький розмір атома водню дозволяє сильнополярним молекулам, у яких присутній, зближуватися досить тісно освіти цих зв'язків. Вони не такі сильні, як зв'язки атомів усередині молекули (ковалентні зв'язки), але саме через них молекули води притягуються один до одного сильніше, ніж молекули багатьох інших речовин.
Через водневі зв'язки у води дуже висока питома теплоємність. Це означає, що потрібно багато енергії, щоб нагріти воду. Судячи з розташування кисню в таблиці Менделєєва і температурам кипіння гідридів (з'єднань з воднем) аналогічних кисню елементів (сірки, селену, телуру), вода без водневих зв'язків кипіла б при -80 °С, а замерзала при -100 °С.
Водневими зв'язками пояснюються капілярні явища. Їх можна спостерігати, наприклад, коли фарба піднімається між ворсинками пензлика. Молекули води притягують одна одну настільки сильно, що долають силу гравітації. Коли з листя на деревах випаровуються молекули води, вони по капілярах усередині стовбура підтягують воду вгору від самого коріння.
Водневі зв'язку забезпечують воді високий поверхневий натяг. Завдяки йому вода може збиратися в краплі, її можна налити в чашку з гіркою, а деякі комахи можуть ходити по ній, як по суші. Незадовго до народженнялегень людини виробляється так звана поверхнево-активна речовина (ПАР). Це складна субстанція з 6 ліпідів та 4 протеїнів. Вона допомагає новонародженим дихати. Сила поверхневого натягу настільки велика, що недоношеним немовлятам з дефіцитом ПАР просто не вистачає сил, щоб роздмухати легені. На щастя, у наші дні поверхнево-активні речовини доступні у вигляді ліків.
Універсальний розчинник
Наявність водневих зв'язків робить воду універсальним розчинником. Вона розчиняє солі, цукру, кислоти, луги та навіть деякі гази (наприклад, діоксид вуглецю, який шипить у газуванні). Подібні речовини називаються гідрофільними (люблячими воду) саме тому, що вони легко розчиняються у воді.
І навпаки, жири та олії є гідрофобними. Це означає, що їх молекули не здатні утворювати водневі зв'язки. Тому вода відштовхує такі молекули, воліючи утворювати зв'язки у собі. Щоб відмити руки від жиру, ми використовуємо мило, в молекулах якого є гідрофобні і гідрофільні частини. Гідрофобні чіпляються до жиру, розбиваючи його на дрібні крапельки. Гідрофільними частинами ця конструкція чіпляється за потік води і відправляється разом з ним в каналізацію.
Двох однакових сніжинок не буває
По-перше, на те, в яку форму заморозяться молекули води, впливають найменші зміни температури та вологості. А по-друге, одна середньостатистична сніжинка містить 10 квінтильйонів (10 та ще 18 нулів) молекул води. І це дає певний простір для творчості.
Вода - одна з небагатьох субстанцій, які розширюються, коли переходять у твердий стан. Зазвичай, замерзаючи, речовини ущільнюються і стають важчими за рідкі форми. Але кубики водяного льоду плавають у верхніх шарах наших напоїв! І, що більшецінно для живих організмів, лід у водоймах утворюється теж зверху, не дозволяючи промерзнути решті води.
Вибудовуючись при замерзанні в упорядковані ґрати, молекули води займають більше простору, ніж їм потрібно було в рідкому стані. В результаті крига на 9% менш щільна, ніж рідка вода.
Вода неймовірно рухлива. Вона постійно переміщається по всій Землі у циклі випаровування, конденсації та опадів. Її рухливість стосується і живих організмів, у яких її водневі та кисневі складові безперервно поєднуються і перебудовуються в ході біохімічних процесів.
Ми не тільки споживаємо воду, а й виготовляємо її. Щоразу, як у організмі розщеплюється молекула глюкози, утворюється 6 молекул води. Ця реакція відбувається у тілі звичайної людини 6 септилліонів (6 із 24 нулями) раз на добу. Проте ми не можемо в такий спосіб покрити свої потреби у воді.
Скільки ми маємо?
Взагалі води у всесвіті досить багато, і це цілком закономірно. Три найпоширеніші елементи у всесвіті — водень, гелій та кисень. Але оскільки гелій, через свою інертність, у хімічні реакції не вступає, з'єднання водню та кисню (тобто вода) зустрічається нерідко. При цьому з усієї води на Землі вийшла б куля діаметром близько 1400 км. Це майже в 10 разів менше від діаметра самої Землі. Із цього обсягу лише 3% — прісна вода. Тобто на кожну склянку морської води доводиться трохи більше чайної ложки прісної. При цьому 85% прісної води на планеті укладено у льодовиках та полярних льодах. Зростання населення, забруднення водойм та низка інших факторів роблять все більш реальними побоювання, що вже в XXI столітті прісна вода може повсюдно стати дефіцитом і коштуватиме більше, ніж бензин.
На щастя, сьогодні ми ще маємо можливістьпідняти склянки з водою за найкрутішу молекулу.