Вода является веществом, преобладающим на нашей планете. Ею покрыты около трех четвертей поверхности земного шара – в жидком и твердом состоянии. Она есть и в атмосфере – уже в газообразном состоянии. Немало ее и в недрах Земли.
Физико-химические свойства воды
Если рассматривать воду как субстанцию с точки зрения физики и химии, многие ее свойства удивляют:
Ее плотность при переходе из жидкого в твердое состояние уменьшается, в то время как у других веществ при аналогичных обстоятельствах плотность увеличивается. Плотность воды имеет максимальную величину при 4°С, при дальнейшем же нагревании она снижается. Это уникальное свойство воды сделало возможным выживание многих форм жизни при минусовых температурах воздуха. Если бы вода, как другие вещества, увеличивала плотность при затвердевании, образующийся лед опускался бы на дно водоемов, и те постепенно замерзали бы полностью. Однако при 4°С процесс перемещения слоев воды останавливается. Благодаря этому ледовые массы остаются на поверхности, защищая от промерзания нижние слои воды.- Еще одна замечательная характеристика воды – крайне высокая теплоемкость (4,18 Дж/(г К)). Она обеспечивает медленное остывание воды при наступлении ночи или приходе зимы и медленное нагревание при обратных процессах. Объясняется высокая теплоемкость большими затратами энергии на разрыв водородных связей между молекулами при охлаждении воды и, соответственно, большой теплоотдачей при их образовании. Это свойство делает воду регулятором температуры на Земле.
- Реакционная способность воды также довольно высока. Она может взаимодействовать с оксидами многих металлов и неметаллов с образованием кислот и оснований. Металлы с наибольшим уровнем активности вступают с водой в реакцию с образованием водорода. Некоторые соли, взаимодействуя с водой, образуют кристаллогидраты.
- Отдельного слова достойны каталитические способности воды. Ее присутствие необходимо для многих «обычных» реакций: хлора с металлами, фтороводорода со стеклом, окисления натрия.
- Вода способна соединяться с некоторыми газами, образуя вещества, называемые гидратами газов. Например, при повышенном давлении и температуре от 0° до 24°С вода может образовывать клатраты с ксеноном, хлором и углеводородами, выпадая в виде кристаллов. Клатраты – это соединения, в которых молекулы газа («гостя») заполняют межмолекулярные пространства в структуре воды («хозяина»). Межмолекулярные связи в этих соединениях довольно слабы, держатся они лишь за счет того, что при низкой температуре и большом давлении молекуле «гостя» не хватает «сил», чтобы выбраться из молекулы «хозяина». При более высоких температурах клатраты легко распадаются. В настоящее время это свойство активно используется для опреснения морской воды: пропан или другой газ под давлением нагнетают в воду, образующиеся на поверхности кристаллы снимают (по виду масса напоминает снег), промывают, а после разрушают (снижением давления либо повышением температуры). Высвободившийся газ можно использовать повторно. Экономичность процесса делает его пригодным для опреснения морской воды в промышленных масштабах.
Почему наша жизнь невозможна без воды?
Все живое на планете Земля обязано своим происхождением воде. Организмы живых существ на большую часть состоят именно из нее – именно в воде протекают химические процессы, которые обеспечивают жизнедеятельность организма. Помимо этого, вода выступает растворителем во многих биохимических реакциях.