Автор: академик Игорь Васильевич Петрянов-Соколов, 1965 год (Журнал «Химия и жизнь»)
Что такое вода?
Такой вопрос может показаться не только странным, но и немного невежливым. Кто же этого может не знать? Всякий знает, что вода — это соединение водорода и кислорода. Ее всем известная формула Н2О. Разберемся, прежде всего, в этой формуле.
Сколько существует различных водородов?
В природе существуют три различных водорода — три изотопа. Самый легкий — Н1. Химики часто называют его протием.
Водород в «обычной» воде почти нацело состоит из протия. Кроме него во всякой воде есть тяжелый водород — дейтерий Н2, его чаще обозначают символом D. Дейтерия в воде очень мало. На каждые 6700 атомов протия в среднем приходится только один атом дейтерия. Не следует думать, что это так уж мало. В природе часто малые причины вызывают большие последствия. Кроме протия и дейтерия, существует еще сверхтяжелый водород Н3. Его обычно называют тритием и обозначают символом Т. Тритий радиоактивен, период его полураспада немного больше 12 лет. Он непрерывно образуется в стратосфере под действием космического излучения. Количество трития на нашей Земле исчезающе мало — меньше одного килограмма на всём земном шаре; но, несмотря на это, его можно обнаружить в любой капле воды.
Недавно ученые заподозрили, что возможно существование четвертого изотопа Н4 и даже пятого Н5. Они тоже должны быть радиоактивны.
Сколько существует различных кислородов?
В природе найдены три различных изотопа кислорода. Больше всего легкого кислорода О16, значительно меньше тяжелого О18 и совсем мало кислорода О17. В кислороде воздуха, которым мы дышим, на каждые десять атомов О17 приходится 55 атомов О18 и более 26 000 атомов изотопа О16. Физики создали в ускорителях и реакторах еще четыре радиоактивных изотопа кислорода: О14, О15, О19 и О20. Все они живут очень недолго и через несколько минут распадаются.
Сколько может быть различных вод?
Если подсчитать все возможные соединения с общей формулой Н2О, то окажется, что всего могут существовать сорок две разные воды. Из них тридцать одна вода будет радиоактивной, но и стабильных устойчивых вод будет тоже немало — девять: Н2О16, Н2О17, Н2О18, HDO16, HDO17, HDO18, D2O16, D2O17, D2O18. Если же подтвердится сообщение о том, что существуют еще два сверхтяжелых изотопа водорода Н4 и Н5, то будут возможны уже сто пять типов молекул воды.
Где бы в мире ни зачерпнуть стакан воды, в нем всегда окажется смесь молекул, неодинаковых по изотопному составу. Конечно, вероятность образования молекул с разным изотопным составом далеко не одинакова. Молекулы с двумя или сразу с тремя редко встречающимися изотопными атомами будут так редки и их будет так мало, что, по мнению физиков, такие воды пока можно не принимать во внимание.
Что такое обыкновенная вода?
Такой воды в мире нет. Нигде нет обыкновенной воды. Она всегда необыкновенная. Даже по изотопному составу вода в природе всегда различна. Он зависит от истории воды — от того, что с ней происходило в бесконечном многообразии ее круговорота в природе.
При испарении вода обогащается протием, и вода дождя поэтому отлична от воды из озера. Вода из реки не похожа на морскую воду. В закрытых озерах вода содержит больше дейтерия, чем вода горных ручьев. В каждом источнике свой изотопный состав воды.
Когда зимой замерзает вода в озере, изотопный состав льда меняется: в нем уменьшилось содержание тяжелого водорода, но зато повысилось количество тяжелого кислорода. Поэтому вода из растаявшего льда уже отличается от той воды, которая замерзла. Если воду разложить, а потом сжечь добытый из нее водород, то получится снова вода, но совсем другая, потому что в воздухе изотопный состав кислорода отличается от среднего изотопного состава кислорода воды. (Но зато, в отличие от воды, изотопный состав воздуха один и тот же на всём земном шаре.) Вода в природе вечно меняется…
Что такое легкая вода?
Это та самая вода, формулу которой знают все школьники — Н2О16. Но такой воды в природе нет. Ее с огромным трудом приготовили ученые для точного измерения свойств воды, в первую очередь для измерения ее плотности. Пока такая вода существует только в нескольких крупнейших лабораториях мира, где изучают свойства различных изотопных соединений.
Что такое тяжелая вода?
И этой воды в природе нет. Строго говоря, нужно было бы называть «тяжелой» воду, состоящую только из одних тяжелых изотопов водорода и кислорода — воду D2O18. Но такой воды нет даже в лабораториях. Она еще никому не нужна. В науке и ядерной технике принято условно называть «тяжелой водой» тяжеловодородную воду. Она содержит только дейтерий, в ней совсем нет обычного легкого изотопа водорода. Изотопный состав кислорода в этой воде соответствует обычному составу кислорода воздуха.
Бывает ли полутяжелая вода?
Полутяжелой водой можно назвать воду с молекулами НDO. Она есть во всякой природной воде, но получить ее в чистом виде невозможно, потому что в воде всегда протекают реакции изотопного обмена. Атомы изотопов водорода очень подвижны и непрерывно переходят из одной молекулы в другую. Приготовить воду, средний состав которой будет соответствовать формуле полутяжелой воды, нетрудно. Но, в действительности, благодаря реакции обмена 2HDO ↔ Н20 + D20 она будет представлять собой смесь молекул с разным изотопным составом: Н2О, HDO, D2O.
Что такое «нулевая» вода?
Нулевая вода состоит из чистого легкого водорода и кислорода воздуха. Эту воду физико-химики выбрали в качестве эталона: у нее очень постоянный состав. Ее не так уж трудно получать и с ней удобно сравнивать воду неизвестного состава: определив разницу в плотности, легко найти содержание дейтерия.
Кроме всех перечисленных вод, еще существует тяжелокислородная вода — Н2О18. Получить ее из природной воды очень сложно и трудно. Эту воду в чистом виде еще, пожалуй, никто не сумел приготовить. Но тяжелокислородная вода очень нужна для исследования многих биологических и химических процессов, поэтому довольно концентрированные растворы этой воды в воде обычной получают теперь на заводах.
Существует ли радиоактивная вода?
Да. Тритиевую воду получают искусственным путем, в атомных реакторах. Из-за сильной радиоактивности эта вода очень опасна и нужна пока только для научных целей.
Много ли разных вод содержится в воде?
Смотря в какой. В той, что льется из водопроводного крана, куда она пришла из реки, тяжелой воды D2О16 около 150 г на тонну, а тяжелокислородной (Н2О17 и Н2О18 вместе) почти 1800 г на тонну воды. В воде из Тихого океана тяжелой воды почти 165 г на тонну. В тонне льда одного из больших ледников Кавказа тяжелой воды на 7 г больше, чем в речной воде, а тяжелокислородной воды столько же. Но зато в воде ручейков, бегущих по этому леднику, D2O16 оказалось меньше на 7 г, а Н2О18 — на 23 г больше, чем в речной.
Тритиевая вода Т2О16 выпадает на землю вместе с осадками, но очень мало, всего лишь 1 г на миллион миллионов тонн дождевой воды. В океанской воде ее еще меньше.
В чём же различие между легкой, природной и тяжелой водами?
Ответ на этот вопрос будет зависеть от того, кому он задан. Каждый из нас не сомневается, что с водой-то он знаком хорошо. Если показать нам три стакана с обычной, тяжелой и легкой водой, то каждый даст совершенно четкий и определенный ответ: во всех трех сосудах — простая чистая вода. Она одинаково прозрачна и бесцветна. Ни на вкус, ни на запах нельзя найти разницу между содержимым трех стаканов. И это будет верно. Это всё — вода.
Химик ответит почти так же: между ними нет почти никакой разницы. Все химические свойства трех вод почти неразличимы: в каждой из них натрий будет одинаково выделять водород, каждая будет одинаково разлагаться при электролизе, все их химические свойства будут почти совпадать. Это и понятно: ведь химический состав вещества в трех стаканах одинаков. Это вода.
Физик не согласится. Он укажет на заметную разницу в их физических свойствах: и кипят и замерзают они при различных температурах, плотность у них разная, а упругость их пара тоже немного различна. Правда, все эти различия малы. Изменения в изотопном составе очень мало влияют на физические свойства веществ.
Биолог, пожалуй, станет в тупик — для него вопрос о различии между водами с разным изотопным составом еще не решен. Еще совсем недавно считали, что в тяжелой воде живые существа не могут жить. Ее даже мертвой водой называли. Но оказалось, что если очень медленно, постепенно заменять в воде, где живут некоторые микроорганизмы, протий на дейтерий, то можно их приучить к тяжелой воде, и они будут в ней неплохо жить и развиваться. А обычная вода станет для них вредной.
Кому нужна тяжелая вода?
Всему человечеству. Мы уже подходим к порогу, за которым появится совершенно реальная угроза: ресурсов химического топлива — нефти, газа, угля хватит очень не на долго. И все надежды связаны с будущим термоядерной энергетики.
Ее топливо — это тяжелая вода. Для рассказа о ней нужна отдельная большая статья. По всей вероятности, в ее конце стоял бы вопрос — на сколько времени хватит человечеству энергии, скрытой в воде? И ответ на него: при таком росте энергетики, которой мы в состоянии предвидеть, не менее чем на миллиард лет.
Почему вода — вода?
Этот вопрос совсем не так неразумен, как может показаться. В самом деле, разве вода — это только та бесцветная жидкость, что налита в стакан?
Океан, покрывающий почти всю нашу планету, всю нашу чудесную Землю, в котором миллионы лет назад зародилась жизнь, — это вода. Тучи, облака, туманы, несущие влагу всему живому на земной поверхности, — это тоже вода. Бескрайние ледяные пустыни полярных областей, снеговые покровы, застилающие почти половину планеты, — и это вода.
Прекрасно, невоспроизводимо бесконечное многообразие красок солнечного заката, его золотых и багряных переливов, торжественны и нежны краски небосвода при восходе Солнца… Это обычная и необыкновенная симфония цвета обязана рассеянию и поглощению солнечного спектра водяными парами в атмосфере. Этот великий художник природы — вода.
Великие горные цепи сложены гигантскими толщами сотен различных горных пород, и многие из них созданы величайшим строителем природы — водой. Непрерывно изменяется облик Земли. На месте, где возвышались высочайшие горы, расстилаются бескрайние равнины… Их создает великий преобразователь — вода.
Безгранично многообразие жизни. Она всюду на нашей планете. Но только там, где есть вода.
Почему же одно из бесчисленных химических соединений с простой и ничем не примечательной формулой, состоящее из двух обычных для мироздания элементов, с молекулой всего из трех атомов — простая окись водорода, самая обычная вода, — почему она играет такую роль в природе? Чем объясняется исключительная роль воды?
Среди необозримого множества веществ вода с ее физико-химическими свойствами занимает совершенно особое, исключительное место. И это надо понимать буквально. Почти все физико-химические свойства воды — исключение в природе. Она действительно самое удивительное вещество на свете. Она удивительна не только многообразием изотопных форм молекулы и не только надеждами, которые связаны с ней, как с источником энергии будущего. Она удивительна своими самыми обычными свойствами.
Как построена одна молекула воды?
Это известно очень точно. Она построена вот так:
Хорошо изучено и измерено взаимное расположение ядер атомов водорода и кислорода и расстояние между ними. Оказалось, что вместе с электронными оболочками атомов молекулу воды, если на нее взглянуть «сбоку», можно было бы изобразить так:
А если взглянуть «сверху» со стороны атома кислорода, то так:
Значит, взаимное расположение зарядов в молекуле воды можно изобразить в виде тетраэдра.
При таком строении взаимное притяжение молекул воды необычайно сильно: каждая молекула воды может образовать четыре одинаковых «водородных» связи с другими молекулами воды. Все молекулы воды с любым изотопным составом построены совершенно одинаково.
А молекула льда? Никаких особых молекул льда нет. В куске льда молекулы соединены так, что каждая из них связана и окружена четырьмя другими молекулами. Это очень рыхлая структура, в которой остается много свободного объема. Правильное кристаллическое строение льда выражается в изяществе снежинок и в красоте морозных узоров на замерзших оконных стеклах.
Как расположены молекулы воды в воде?
К сожалению, этот очень важный вопрос изучен далеко не достаточно. Строение молекул в жидкой воде очень сложно. Когда лед плавится, его сетчатая структура частично сохраняется в образующейся воде. Молекулы в талой воде состоят из многих простых молекул — это агрегаты, сохраняющие свойства льда. При повышении температуры часть агрегатов распадается, их размеры становятся меньше.
Взаимное притяжение ведет к тому, что средняя величина сложной молекулы воды в жидкой воде значительно больше, чем размеры одной молекулы воды. Такое необычайное молекулярное строение обусловливает необычные физико-химические свойства воды.
При какой температуре вода должна кипеть?
Этот вопрос, вероятно, покажется странным. Вода кипит при ста градусах, — это знает каждый. Больше того, всем известно, что именно температура кипения воды выбрана в качестве опорной точки температурной шкалы и условно обозначена 100°С.
Однако вопрос поставлен иначе: при какой температуре вода должна кипеть? Ведь температуры кипения различных веществ не случайны. Они зависят от положения элементов в Периодической системе.
Чем меньше атомный номер элемента, чем меньше его атомный вес, тем ниже температура кипения его соединений. Вода по химическому составу может быть названа гидридом кислорода. Н2Те, H2Se и H2S — химические аналоги воды. Если проследить за температурами их кипения и сопоставить, как изменяются температуры кипения гидридов в других группах Периодической системы, то можно довольно точно определить температуру кипения любого гидрида, так же как и любого другого соединения. Сам Менделеев таким способом предсказал свойства химических соединений еще не открытых элементов.
Если определить температуру кипения гидрида кислорода по положению кислорода в Периодической таблице, то окажется, что вода должна кипеть при восьмидесяти градусах ниже нуля… Значит, вода кипит приблизительно на сто восемьдесят градусов выше, чем должна кипеть. Температура кипения, наиболее обычное свойство воды, оказывается необычайным и удивительным.
Можно представить себе; что если бы наша вода потеряла вдруг способность образовывать сложные, ассоциированные молекулы, то она, вероятно, кипела бы при той температуре, какая ей положена в соответствии с Периодическим законом. Океаны закипели бы, на Земле не осталось ни одной капли воды, а на небе никогда больше не появилось ни одного облачка…
При какой температуре вода замерзает?
И этот вопрос может вызвать недоумение. Каждый знает, что вода замерзает при нуле градусов. Это вторая опорная точка термометра, фиксирующая самое обычное свойство воды. Но ведь и в этом случае можно спросить, при какой температуре вода должна замерзать в соответствии со своей химической природой. Оказывается, что гидрид кислорода — по его положению в таблице Менделеева — должен затвердевать при ста градусах ниже нуля…
Вода — удивительное вещество, не подчиняющееся многим физико-химическим закономерностям, справедливым для других соединений, потому что взаимодействие ее молекул необычайно велико. И требуется особенно интенсивное тепловое движение молекул, чтобы преодолеть это дополнительное притяжение. В этом — причина неожиданного и резкого повышения температур ее кипения и плавления.
Из всего сказанного следует, что температура плавления и кипения гидрида кислорода — его аномальные свойства. Следует, что в условиях нашей Земли жидкое и твердое состояние воды — также аномалии. Нормальным должно было быть только газообразное состояние. Невозможным жителям невозможного мира, в котором все свойства воды были бы «нормальны», пришлось бы, очевидно, сжижать воду специальными машинами, подобно тому, как это делаем мы, получая жидкий кислород из воздуха.
Сколько существует газообразных состояний воды?
Только одно — пар.
Сколько существует жидких состояний воды?
На этот вопрос не так просто ответить. Жидкая вода обладает такими свойствами, что приходится задуматься: правилен ли простой, казалось бы не вызывающий никаких сомнений, ответ — одно, конечно…
Вода после плавления сначала сжимается, а затем, по мере повышения температуры, начинает расширяться. При +4°С у воды наибольшая плотность. Эту аномалию объясняют тем, что в действительности жидкая вода представляет собой сложный раствор… воды в воде.
При плавлении льда сначала образуются крупные агрегаты молекул воды. Растворяясь в обычной низкомолекулярной воде, они сохраняют остатки рыхлой кристаллической структуры льда. Поэтому сначала плотность воды низкая. Но с повышением температуры эти большие молекулы разрушаются и плотность воды растет, пока не начнет преобладать обычное термическое расширение…
Если это объяснение верно, то возможны несколько состояний воды, только пока никто не умеет их разделить. И неизвестно, удастся ли когда-нибудь это сделать.
Свойство воды, о котором идет речь, имеет огромное значение для жизни. В реках и озерах перед наступлением зимы постепенно охлаждающаяся вода спускается вниз, пока температура всего водоема не достигнет +4°С. А при дальнейшем охлаждении более холодная вода остается сверху и всякое перемешивание прекращается. Теперь тонкий слой холодной воды становится как бы «одеялом» для всех обитателей подводного мира.
Что должно быть легче — вода или лед?
Лед плавает на воде и, конечно, легче ее. Но почему «конечно»? Разве это так ясно? Ведь объем всех твердых тел при плавлении увеличивается и они тонут в своем собственном расплаве. А вот лед плавает в воде. Значит, и это свойство воды — аномалия, исключение и притом совершенно замечательное исключение.
Попробуем вообразить, как выглядел бы мир, если бы вода с обычными свойствами и лед, как и полагается любому нормальному веществу, был плотнее жидкой воды. Зимой намерзающий сверху лед тонул бы, непрерывно опускаясь на дно водоема. Летом лед, защищенный толщей холодной воды, не мог бы растаять. Постепенно все озера, пруды, реки, ручьи промерзли бы нацело, превратившись в гигантские ледяные глыбы. Наконец, промерзли бы моря, а за ними и океаны. Наш цветущий мир стал бы сплошной ледяной пустыней, кое-где покрытой тонким слоем талой воды…
Сколько существует льдов?
В природе, на нашей Земле — один, обычный лед, самый прекрасный из минералов. Никакие алмазы не могут сравниться блеском и красотой со снежинками, искрящимися на солнце. Льдом — голубовато- зеленым камнем сложены горы, им покрыт целый материк. Лед — горная порода с необычными свойствами. Он твердый, но течет как жидкость, и существуют огромные ледяные реки, медленно стекающие с высоких гор. Лед изменчив — он непрерывно исчезает и образуется вновь. Лед необычайно прочен и долговечен — десятки тысячелетий хранит он в себе без изменений тела мамонтов, случайно погибших в ледниковых трещинах.
Но кроме этого льда в лабораториях открыты еще по крайней мере шесть различных, не менее удивительных льдов, которых нет в природе. Они существуют только при очень высоких давлениях.
Обычный лед сохраняется до давления в 2115 атмосфер, но при этом давлении плавится при –22°С. Когда давление превышает 2115 ат, образуется плотный лед — лед III. Он тяжелее воды и тонет в ней. Если понизить температуру и довести давление до 3000 ат, то получится еще более плотный лед II. Давление сверх 5000 ат превращает лед в лед V — его можно нагреть почти до 0°С, и он не растает. При давлении около 20 000 ат появляется лед VI. Это буквально горячий лед — он выдерживает, не плавясь, температуру +80°С. Лед VII, обнаруженный при давлении 40 000 ат, можно, пожалуй, назвать раскаленным льдом. Это самый плотный и тугоплавкий из известных льдов. Он плавится только при 175 градусах выше нуля. Некоторые ученые подозревают, что существует еще неустойчивый лед IV, быстро переходящий в лед V.
Наверно, человек сумеет в будущем найти еще не один вид льда…
Что нужно, чтобы лед растаял?
Очень много тепла. Больше, чем для плавления такого же количества других веществ (кроме нескольких металлов). Исключительно большое значение скрытой теплоты плавления — 80 калорий на грамм льда — также аномальное свойство воды.
При замерзании воды такое же количество тепла выделяется снова. Когда появляется лед, когда выпадает снег, они отдают тепло, которое подогревает землю и воздух. Они противостоят холоду и смягчают переход к суровой зиме. Благодаря этому замечательному свойству воды на нашей планете существуют осень и весна.
Сколько тепла нужно, чтобы нагреть воду?
Очень много. Больше, чем для нагревания равного количества любого другого вещества. Чтобы нагреть грамм воды на один градус, необходима одна калория. Это больше чем вдвое превышает теплоемкость любого химического соединения. И эта особенность воды имеет очень большое значение не только при варке обеда на кухне.
Вода — это великий распределитель тепла на Земле. Нагретая Солнцем у экватора, она переносит тепло в мировом Океане гигантскими потоками морских течений в далекие полярные области, где жизнь возможна только благодаря этой удивительной особенности воды.
Чтобы разделить молекулы воды, чтобы превратить ее в пар, нужно очень много энергии — нет ни одного вещества, у которого скрытая теплота испарения была бы больше, чем у воды. Вода — лучший теплоноситель.
Вода — гигантский движитель: подсчитано, что Солнце испаряет на Земле за одну минуту миллиард тонн воды, и каждую минуту миллиард тонн водяного пара вместе с восходящими потоками нагретого воздуха поднимается в верхние слои атмосферы. Каждый грамм этого пара уносит с собой 537 калорий солнечной энергии…
Эта энергия неминуемо должна выделиться снова — превращаясь в облака, отдавая тепло и нагревая воздух, водяной пар каждую минуту отдает атмосфере Земли чудовищно огромное количество энергии: 2,2·1018 джоулей. Чтобы выработать эту энергию за то же время, понадобилось бы сорок миллионов электростанций мощностью по миллиону киловатт каждая…
Это та энергия, которая переносит сотни миллиардов тонн воды по воздуху. Это энергия ветров, бурь, ураганов и штормов. Один ураган выделяет энергию, эквивалентную тридцати тысячам атомных бомб.
Почему в море вода соленая?
Это, пожалуй, одно из самых важных следствий одного из самых удивительных свойств воды. В ее молекуле центры положительных и отрицательных зарядов сильно смещены один относительно другого. Поэтому вода обладает исключительно высоким, аномальным значением диэлектрической проницаемости.
Для воды ε = 80, а для воздуха и вакуума ε = 1. Это значит, что два любых разноименных заряда взаимно притягиваются друг к другу в воде с силой в 80 раз меньшей, чем в воздухе, так как по закону Кулона f = Q1·Q2/ε·r2.
Все межмолекулярные связи, определяющие прочность всех тел, зависят от взаимодействия между положительными зарядами атомных ядер и отрицательными зарядами электронов. На поверхности тела, погруженного в воду, силы, действующие между молекулами или атомами, ослабевают под влиянием воды почти в сотни раз.
И если оставшейся прочности связи между молекулами недостаточно, чтобы противостоять тепловому движению, то молекулы или атомы начинают отрываться от поверхности тела. Оно начинает растворяться — либо распадаясь на отдельные молекулы, как сахар в стакане чая, либо на заряженные ионы, как поваренная соль.
Именно благодаря аномально высокой диэлектрической проницаемости вода — один из сильнейших растворителей. Медленно и неотвратимо она разрушает даже граниты.
Ручьи, речки и реки сносят растворенные водой примеси в океан. Вода из океана испаряется и вновь возвращается на сушу, чтобы снова и снова продолжать свою вечную работу. А растворенные соли остаются в морях и океанах.
Если бы вода не обладала удивительным свойством — необычайно высокой диэлектрической проницаемостью, — море не было бы соленым. Но это некому было бы заметить — не было бы на Земле жизни.
Распадаются ли в воде на ионы ее собственные молекулы?
Да, распадаются. Молекулы воды очень прочны, но всё же очень большая их часть диссоциирует: Н2О = Н+ + ОН—.
Из каждого миллиарда молекул воды при обычной температуре диссоциированы всего две молекулы.
Свободный протон Н+ — ядро атома водорода, — конечно, не может существовать в водной среде: он немедленно присоединяется к молекуле воды и образует ион гидроксония Н3О+.
Существует ли чистая вода?
Если быть строгим и точным в ответах, то придется сказать, что нет — чистой воды пока никто не видал и не держал в руках.
В воде всегда растворены, наверное, сотни, а может быть, и тысячи различных соединений почти всех элементов Периодической системы. В ней взвешены мельчайшие нерастворимые частицы пыли.
Много ученых работает над решением трудной проблемы получения абсолютно чистой воды. Но пока еще получить такую воду не удалось никому. Это и понятно: налитая в сосуд вода растворяет стекло, соприкасаясь с любым газом, она растворяет газ…
Очень тщательно очищенная вода приобретает совершенно необычные свойства: ее можно перегреть на десятки градусов выше точки кипения — она не закипит, ее можно очень сильно переохладить — она не замерзнет.
Какую форму имеет вода?
И этот вопрос поставлен совершенно правильно. Вода обладает собственной формой, как и любая другая жидкость. Ее форма — шар. Утверждение учебников, будто вода принимает форму сосуда, а собственной не имеет — неверно. Ее собственная форма на Земле обычно искажена силой тяжести.
В том, что жидкости свойственна форма шара, легко убедиться, поместив ее в состояние невесомости. Это возможно и на Земле: сфотографируйте падающую каплю или хороший мыльный пузырь. И в том и в другом случае действие силы тяжести исключено, и вода принимает свою собственную форму.
Может ли вода течь вверх?
Да, может. Это происходит всегда и повсеместно. Сама поднимается вода вверх в почве, смачивая всю толщу земли от уровня грунтовых вод. Сама поднимается вода вверх по капиллярам сосудов дерева. Сама движется вода вверх в порах промокательной бумаги или в волокнах полотенца. В очень тонких трубках вода может подняться на высоту нескольких метров…
Это объясняется еще одной замечательной особенностью воды — ее исключительно большим поверхностным натяжением. Силы межмолекулярного притяжения действуют на молекулу жидкости на ее поверхности только в одну сторону, а у воды это взаимодействие аномально велико. Поэтому каждая молекула втягивается с поверхности внутрь жидкости. Возникает сила, стягивающая поверхность. У воды она особенно велика: поверхностное натяжение составляет 72 дины на сантиметр.
Эта сила и придает мыльному пузырю, падающей капле и любому количеству жидкости в условиях невесомости форму шара. Она поддерживает бегающих по поверхности пруда жуков, лапки которых водой не смачиваются. Она поднимает воду в почве, а стенки тонких пор и отверстий в ней, наоборот, хорошо смачиваются водой. Вряд ли вообще было бы возможно земледелие, если бы вода не обладала этой особенностью.
Всё ли уже известно о воде?
Совсем немного лет назад химики были уверены, что состав воды им хорошо известен. Но однажды одному исследователю пришлось измерить плотность остатка воды после электролиза. Плотность оказалась на несколько стотысячных долей выше нормальной…
В науке нет ничего незначительного. Эта ничтожная разница потребовала объяснения. И в результате стало постепенно выясняться многое из того, о чём рассказано в этой статье.
А началось всё с простого измерения самой обычной, будничной и неинтересной величины — плотность воды была измерена точнее на лишний десятичный знак…
Каждое новое, более точное измерение, каждый новый верный расчет не только повышает уверенность в знании и надежности уже добытого и известного, но и раздвигает границы неведомого и еще непознанного, прокладывает к ним новые пути.
Нет предела человеческому разуму, нет предела его возможностям; и то, что мы теперь так много знаем о природе и свойствах поистине самого необыкновенного в мире вещества — о воде, открывает еще большие возможности. Кто может сказать, что еще будет узнано, что открыто нового, еще более необычайного? Умейте только видеть и удивляться.
Вода, как и всё в мире, неисчерпаема.
✒️Подписывайтесь на наш Telegram-канал и смотрите видео
на канале в YouTube
📩У нас есть страница на Facebook
📩Прислать статью [email protected]
Поделиться ссылкой:
Больше на Granite of science
Subscribe to get the latest posts sent to your email.
