Вода обычная и необыкновенная

К.х.н. О.В. Мосин

ВОДА – ОБЫЧНАЯ И НЕОБЫКНОВЕННАЯ

Вода — самое распространенное вещество на Земле. 3/4 поверхности земного шара покрыты водой в виде океанов, морей, рек и озер. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в земной атмосфере; в виде огромных масс снега и льда на вершинах гор и в полярных странах. В недрах земли также находитcя вода, пропитывающая почву и горные породы.

Вода имеет очень большое значение в жизни растений, животных и человека. Происхождение жизни на Земле обязано воде. В организме вода представляет собой среду, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма; кроме того, вода принимает участие в целом ряде биохимических реакций как растворитель.

Вода очень необычная по своим физико-химическим свойствам субстанция. Плотность воды при переходе ее из твердого состояния в жидкое не уменьшается, как у других веществ, а возрастает. При нагревании воды от 0 до 4°С плотность ее также увеличивается. При 4°С вода имеет максимальную плотность, при дальнейшем нагревании ее плотность уменьшается. Это свойство воды очень ценно для жизни. Если бы при понижении температуры и при переходе из жидкого состояния в твердое плотность воды изменялась, как это происходит у подавляющего большинства веществ, то при приближении зимы поверхностные слои природных вод охлаждались. бы до 0°С и опускались на дно, освобождая место более теплым слоям, и так продолжалось бы до тех пор, пока вся масса водоема не приобрела бы температуру 0°С. Тогда бы вода замёрзла, образующиеся льдины погружались бы на дно и водоем промерзал бы на всю его глубину. Многие формы жизни в воде были бы невозможны. Но так как наибольшей плотность вода достигает при 4 °С, то перемещение ее слоев, вызываемое охлаждением, заканчивается при достижении этой температуры. При дальнейшем понижении температуры охлажденный слой, обладающий меньшей плотностью, остается на поверхности, замерзает и тем самым защищает лежащие ниже слои от дальнейшего охлаждения и замерзания.

Большое значение имеет тот факт, что вода обладает аномально высокой теплоемкостью [4,18 Дж/(г К)]. Поэтому .в ночное время, а также при переходе от лета к зиме вода остывает медленно, а днем или при переходе от зимы к лету так же медленно нагревается, являясь, таким образом, регулятором температуры на земном шаре.

Молекула воды имеет угловое строение; входящие в ее состав ядра образуют равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два протона, а в вершине — ядро атома кислорода, Межъядерные расстояния О—Н близки к 0,1 нм, расстояние между ядрами атомов водорода равно 0,15 нм. Из восьми электронов, составляющих внешний электронный слой атома кислорода в молекуле воды две электронные пары образуют ковалентные связи О—Н, а остальные четыре электрона представляют собой две неподеленных электронных пары.

Атом кислорода в молекуле воды находится в состоянии sp2-гибридизации. Поэтому валентный угол НОН (104,3°) близок к тетраэдрическому (109,5°). Электроны, образующие связи О—Н, смещены к более электроотрицательному атому кислорода. В результате атомы водорода приобретают эффективные положительные заряды, поскольку на них создаются два положительных полюса. Центры отрицательных зарядов неподеленных электронных пар атома кислорода, находящиеся на гибридных - орбиталях, смещены относительно ядра атома и в свою очередь создают два отрицательных полюса.

Молекулярная масса парообразной воды равна 18 ед. Но молекулярная масса жидкой воды, определяемая путем изучения ее растворов в других растворителях оказывается более, высокой. Это происходит из-за того, что в жидкой воде происходит ассоциация отдельных молекул воды в более сложные агрегаты (кластеры). Такой вывод подтверждается и аномально высокими значениями температур плавления и кипения воды. Ассоциация молекул воды вызвана образованием между ними водородных связей.
По своей структуре вода представляет собой иерархию правильных объемных структур, в основе которых лежит кристаллоподобные образования, состоящие из 57 молекул и взаимодействующие друг с другом за счет свободных водородных связей. Это приводит к появлению структур второго порядка в виде шестигранников, состоящих из 912 молекул воды. Свойства кластеров зависят от того, в каком соотношении выступают на поверхность кислород и водород. Конфигурация элементов воды реагирует на любое внешнее воздействие и примеси, что объясняет чрезвычайно лабильный характер их взаимодействия. В обычной воде совокупность отдельных молекул воды и случайных ассоциатов составляет 60% (деструктурированная вода), а 40% - это кластеры (структурированная вода).

В твердой воде (лед) атом кислорода каждой молекулы участвует в образовании двух водородных связей с соседними молекулами воды. Образование водородных связей приводит к такому расположению молекул воды, при котором они соприкасаются друг с другом своими разноименными полюсами. Молекулы образуют слои, причем каждая из них связана с тремя молекулами, принадлежащими к тому же слою, и с одной — из соседнего слоя. Структура льда принадлежит к наименее плотным структурам, в ней существуют пустоты, размеры которых несколько превышают размеры молекулы.

При плавлении льда его структура разрушается. Но и в жидкой воде сохраняются водородные связи между молекулами: образуются ассоциаты — обломки структур льда, — состоящих из большего или меньшего числа молекул воды. Однако в отличит от льда каждый ассоциат существует очень короткое время: постоянно происходит разрушение одних и образование других агрегатов. В пустотах таких “ледяных” агрегатов могут размещаться одиночные молекулы воды; при этом упаковка молекул воды становится более плотной. Именно поэтому при плавлении льда объем, занимаемый водой, уменьшается, а ее плотность возрастает.

По мере нагревания воды обломков структуры льда в ней становится все меньше, что приводит к дальнейшему повышению плотности воды. В интервале температур от 0 до 4°С этот эффект преобладает над тепловым расширением, так что плотность воды продолжает возрастать. Однако при нагревании выше 4°С преобладает влияние усиления теплового движения молекул и плотность воды уменьшается. Поэтому при 4°С вода обладает максимальной плотностью.

При нагревании воды часть теплоты затрачивается на разрыв водородных связей (энергия разрыва водородной связи в воде составляет примерно 25 кДж/моль). Этим объясняется высокая теплоемкость воды. Водородные связи между молекулами воды полностью разрываются только при переходе воды в пар.

Вода — очень реакционноспособное вещество. Оксиды многих металлов и неметаллов соединяются с водой, образуя основания и кислоты; некоторые соли образуют с водой кристаллогидраты; наиболее активные металлы взаимодействуют с водой с выделением водорода.

Вода обладает также каталитической способностью. В отсутствие следов влаги практически не протекают некоторые обычные реакции; например, хлор не взаимодействует с металлами, фтороводород не разъедает стекло, натрий не окисляется в атмосферы воздуха.

Вода способна соединяться с рядом веществ, находящихся при обычных условиях в газообразном состоянии, образуя при этом так: называемые гидраты газов. Примерами могут служить соединения ксенона, хлора и углеводородов, которые выпадают в виде кристаллов при температурах от 0 до 24 °С (обычно при повышенном давлении соответствующего газа). Подобные соединения возникают в результате заполнения молекулами газа (“гостя”) межмолекулярных полостей, имеющихся в структуре воды (“хозяина”); они называются соединениями включения или клатратами.

В клатратных соединениях между молекулами “гостя” и “хозяина” образуются лишь слабые межмолекулярные связи; включенная молекула не может покинуть своего места в полости кристалла преимущественно из-за пространственных затруднений Поэтому клатраты — неустойчивые соединения, которые могут существовать лишь при сравнительно низких температурах.

Клатраты используют для разделения углеводородов и благородных газов. В последнее время образование и разрушение клатратов газов (пропана и некоторых других) успешно применяется для обессоливания воды. Нагнетая в соленую воду при повышенном давлении соответствующий газ, получают льдоподобные кристаллы клатратов, а соли остаются в растворе. Похожую на снег массу кристаллов отделяют от маточного раствора и промывают, Затем при некотором повышении температуры или уменьшении давления клатраты разлагаются, образуя пресную воду и исходный газ, который вновь используется для получения клатрата. Высокая экономичность и сравнительно мягкие условия осуществления этого процесса делают его перспективным в качестве промышленного метода опреснения морской воды.

Вода и человеческая цивилизация

Первые земледельческие поселения людей появились в долинах рек, разливы которых происходили летом в результате таяния льдов на горных ледниках. Вода в реках, идущих с гор, обычно бедна планктоном. Расширение зон поселений в пределах речных долин привело к появлению колодцев с чистой отфильтрованной водой. Лишь возникновение городов требовало других форм водоснабжения. Гидравлических насосов тогда не было, и воду из рек, лежащих ниже городских улиц, нельзя было направить в города. Живительную воду находили в источниках на окружающих холмах или предгорьях, откуда она текла по трубам, каналам и акведукам самотеком. Немало акведуков древности сохранилось в рабочем состоянии до настоящего времени.

Римляне были самыми знаменитыми строителями водопроводов, но далеко не первыми. За тысячу лет до возникновения Римский республики водопровод, питавшийся от горного источника, был сооружен в Дамаске. Системы водоснабжения были в Древней Персии, Армении и Греции. Крупные города той эпохи Иерусалим, Александрия, Кноссос также имели водопроводы. В Древнем Риме первый водопровод-акведук построен в 312 г. до н. э. в период Республики, последний — одиннадцатый в 226 г. современного летоисчисления. Самый знаменитый высотный акведук воздвигли в 144 г. Он позволил расширить город в восточном возвышенном направлении. Вода в Рим поступала с горных холмов, с расстояния от 25 до 100 км от города. Римляне строили акведуки по всей своей империи и некоторые из них в современной Франции и Испании функционируют доныне.

В России в первых поселениях и небольших городах источником питьевой воды были реки и колодцы. Римская технология акведуков не подходила для равнины. Большинство российских рек берут начало не в горах, а в болотах. Их вода богаче солями, планктоном и рыбой. В Восточной и Северной Европе, включая Англию и Ирландию, главным источником водоснабжения городов также были реки. Но воду для первых водопроводов брали обычно из верхнего течения рек. Вода рек и озер теряла постепенно свое значение не потому, что она была изначально плохой, а в результате загрязнения, связанного с деятельностью людей, с развитием животноводства и перерабатывающей промышленности.

Промышленное развитие привело к очень сильному химическому загрязнению речных вод. Открытие бактериальной природы холеры, брюшного тифа, дизентерии, гепатита и других кишечных инфекций привело в конечном итоге к прекращению забора воды для водопроводов в естественных водоемах. В Европе стали создаваться водохранилища, наполнявшиеся талой и грунтовой водой и водоохранные зоны. Появились большие установки для стерилизации воды хлором и ее фильтрации. Но вместе с этим стала интенсивно развиваться коммерческая продажа чистой и стерильной воды из разнообразных источников-родников. Вода стала товаром розничной торговли и заняла достойное место в одном ряду с пивом, элем, квасом, лимонадом и фруктовыми соками.

 

Авторский проект O8ODE.RU
Копирование материалов - только при согласовании и указании ссылки на сайт.
 Последние новости сайта

Ответ на вопрос о 1 и 2 методе замораживания воды. А также ответы о некоторых особенностях приготовления талой воды.

Реликтовая вода - установки для производства.

Проблемы водоснабжения из-за жары: состояние поверхностных вод.

Очистка с применением МФО-47, ответ на вопрос.

Ответ на вопрос о влиянии посуды (в том числе серебряной) на качество талой воды.

Фильтры кувшинного типа: Аквафор и Барьер - ответ.

Святые источники Подмосковья. Родники в разных районах.

Лекарства и талая вода. Как влияет вода на концентрацию лекарств в организме.

Кремний разного цвета. Коричневый, серый, чёрный кремний - ответ на вопрос.

Пи-вода: водоочиститель Neos VE компании Coolmart (ответ).

Статья Мосина О.В. "Вода как растворитель, гидратация и клатраты".

ОВП воды (редокс-потенциал, RedOx - Reduction/Oxidation).

 


Государственный стандарт на питьевую воду в РФ.

СанПиН: вода питьевая - отдельный раздел на сайте.


English version

Water for the origination of life.

The Structure Of Liquid Water.

Biological effects of heavy water in cells.

German - "Gedächtnis" des Wassers und Entstehung lebender Materie Bioresonanz-Effekte.


Бесконтактная активация жидкости

Бесконтактная электрохимическая активация жидкостей.

Феномен бесконтактной активации
от микрогидрина и при химических реакциях.

Опыты по бесконтактной
электрохимической активации
воды.

Бесконтактная активация инфузионных растворов, лекарственных.

Способ активации жидкости.


Хранение талой воды. Точка отчёта свежести талой воды.

Обладает ли моча свойствами структурированной воды?

 


23 марта во всём мире отмечают Международный день воды.