Вода хімічно не змінюється під впливом більшості сполук, які вона розчиняє, і не
Незвичайні властивості звичайної води
Вода хімічно не змінюється під впливом більшості тих сполук, які вона розчиняє, і змінює їх. Це характеризує її інертним розчинником, що важливо для живих організмів на нашій планеті, оскільки необхідні їх тканинам живильні речовини надходять у водних розчинах у порівняно стійкому вигляді. Як розчинник вода багаторазово використовується, несучи у своїй структурі пам'ять про раніше розчинені в ній речовини. Молекули обсягом води зближуються протилежними зарядами, виникають міжмолекулярні водневі зв'язки між ядрами водню і неподіленими електронами кисню, насичуючи електронну недостатність водню однієї молекули води і фіксуючи його стосовно кисню інший молекули. Тетраедрична спрямованість водневої хмари дозволяє утворити чотири водневі зв'язки для кожної водної молекули, яка завдяки цьому може асоціюватися з чотирма сусідніми. У такій моделі кути між кожною парою ліній, що з'єднують центр (атом О) з вершинами, дорівнюють 109,5°С.
Водневі зв'язки в кілька разів слабші за ковалентні зв'язки, що поєднують атоми кисню і водню. Мікромолекулярна структура води з великою кількістю порожнин дозволяє їй, розриваючи водневі зв'язки, приєднувати молекули або частини інших речовин, сприяючи їх розчиненню. Порівнюючи воду - гідрид кисню з гідридами елементів, що входять в одну з киснем підгрупу періодичної системи Д.І. Менделєєва, слід було б очікувати, що вода повинна кипіти при - 70 оС, а замерзати при - 90 оС. Але в звичайних умовах вода замерзає при такому різкому відхиленні від встановленої закономірності якраз і пояснюється тим, що вода є асоційованою рідиною. Асоційованість її позначається і на дуже високійтеплоті пароутворення. Так, для того, щоб випарувати 1 г води, нагрітої до 100 оС, потрібно в шестеро більше тепла, ніж для нагрівання такої ж кількості води від 0 до 80 оС. Завдяки цьому вода є найпотужнішим енергоносієм на нашій планеті. У порівнянні з іншими речовинами, вона здатна сприймати набагато більше тепла, суттєво не нагріваючись. Вода виступає як регулятором температури, згладжуючи завдяки своїй великій теплоємності різкі температурні коливання. В інтервалі від 0 до 37 °С теплоємність її падає і тільки після 37 °С починає підвищуватися. Мінімум теплоємності води відповідає температурі 36 – 39 оС – нормальній температурі людського тіла. Завдяки цьому можливе життя теплокровних тварин, у тому числі й людини. 0 оС та закипає при 100 оС.
4.Фізичні властивості води, їхня аномальність.
Чиста вода є безбарвною без смаку запаху прозорою рідиною. Щільність води при переході її з твердого стану в рідкий не зменшується, як майже у всіх інших речовин, а зростає.
Як добре відомо, воду прийнято за зразок заходи – еталон для всіх інших речовин. Здавалося б, за зразок для фізичних констант слід би вибрати таку речовину, яка веде себе нормальним, звичайним чином. А вийшло якраз навпаки.
І перша, найдивовижніша, властивість води полягає в тому, що вода належить до єдиної речовини на нашій планеті, яка в звичайних умовах температури і тиску може перебувати в трьох фазах, або трьох агрегатних станах: у твердому (лід), рідкому та газоподібному ( невидимий для ока пара).
Усім відома аномалія густини. Вона подвійна. По-перше, після танення льоду щільність збільшується, проходить через максимум при 4 оС і тільки потім зменшується ззростанням температури. У звичайних рідинах щільність завжди зменшується із температурою. І це зрозуміло. Чим більша температура, тим більше теплова швидкість молекул, тим сильніше вони розштовхують один одного, призводячи до більшої рихлості речовини. Зрозуміло, і у воді підвищення температури збільшує теплову швидкість молекул, але чомусь це призводить до зниження щільності тільки при високих температурах.
Друга аномалія щільності полягає в тому, що щільність води більша за щільність льоду (завдяки цьому лід плаває на поверхні води, вода в річках взимку не вимерзає до дна і т.д.). Зазвичай при плавленні щільність рідини виявляється менше, ніж у кристала. Це також має просте фізичне пояснення. У кристалах молекули розташовані регулярно, мають просторову періодичність - це властивість кристалів всіх речовин. Але у звичайних речовин молекули в кристалах, крім того, щільно запаковані. Після плавлення кристала регулярність у розташуванні молекул зникає, і це можливо тільки при більш рихлій упаковці молекул, тобто плавлення зазвичай супроводжується зменшенням густини речовини. Такі зменшення щільності дуже мало: наприклад, при плавленні металів вона зменшується на 2 - 4%. А густина води перевищує щільність льоду відразу на 10%! Тобто стрибок щільності при плавленні льоду аномальний не лише за знаком, а й за величиною.
Останнім часом багато уваги приділяється вивченню властивостей переохолодженої води, тобто в рідкому стані нижче точки замерзання 0 оС. (Переохолодити воду можна або в тонких капілярах, або ще краще - у вигляді емульсії: маленьких крапельок в неполярному середовищі - "маслі"). Що ж відбувається з аномалією густини при переохолодженні води? Вона веде себе дивно. З одного боку, щільність води сильнозменшується в міру переохолодження (тобто перша аномалія посилюється), але, з іншого боку, вона наближається до густини льоду при зниженні температури (тобто друга аномалія слабшає).
Ось ще приклад аномалії води: незвичайна температурна поведінка її стисливості, тобто ступеня зменшення об'єму зі збільшенням тиску. Зазвичай стисливість рідини зростає з температурою: при високих температурах рідини рихліші (мають меншу щільність) і їх легше стиснути. Вода виявляє таку нормальну поведінку лише за високих температур. При низьких стисливість веде себе протилежним чином, в результаті чого в її температурній поведінці з'являється мінімум при 45 оС.
На цих двох прикладах бачимо, що незвичайні властивості води характеризуються екстремальною поведінкою, тобто появою максимумів (як у щільності) або мінімумів (як у стисливості) на кривих їх залежностей від температури. Такі екстремальні залежності означають, що у воді має місце протиборство двох процесів, кожен з яких обумовлює протилежну поведінку цієї властивості. Один процес - це звичайний тепловий рух, що посилюється із зростанням температури і робить воду (як і будь-яку іншу рідину) більше разів упорядкованою; інший процес незвичайний, властивий лише воді, за рахунок нього вода стає більш упорядкованою за низьких температур. Різні властивості води по-різному чутливі до цих двох процесів, і тому становище екстремуму спостерігається кожної властивості при своїй температурі.