+7 (3519) 20 29 23
+7 (3519) 20 40 82

главная

контакты

sitemap

Яндекс.Метрика

Вода: загадочная родина жизни

Ее простота мнимая. Почему Н2О ведет себя иначе, чем другие жидкие субстанции? Что делает ее эликсиром жизни? Чем больше ученые узнают о характере этой молекулы, тем уникальнее она кажется.

Так что же особенного в этом веществе? Вода бесцветна, не пахнет и не имеет вкуса. Она падает с неба и течет из крана на кухне. Рождается она тоже совершенно заурядным образом: образуется из элементов, занимающих первое место и третье места по распространенности во Вселенной, а именно из водорода и кислорода, в объемном соотношении 2:1. это одна из самых маленьких и легких молекул, которые нам известны. Вода кажется образцом элемента без свойств. Уже много веков ученые изучают химическое соединение с незамысловатой формулой Н2О. времени было достаточно, характер у подопытного простой - казалось бы, о воде все должно быть известно, она должна быть изучена вдоль и поперек.

Но не тут-то было. "Вода постоянно ставит перед физиками и химиками целые комплексы сложных вопросов", - так считает, в частности, английский Феликс Франкс, и к его мнению стоит прислушаться. Франкс - автор часто цитируемого семитомного труда о воде - самого объемного за всю историю науки.

По сей день существует ряд фундаментальных вопросов, на которые нет ответов: каким именно образом организованы молекулы в жидкости, которой мы утоляем жажду? Почему это вещество ведет себя во многих отношениях настолько аномально? Почему у воды в кристаллическом состоянии, то есть в виде льда, так много "лиц" - если точнее, 15? Почему именно эта простая химическая конструкция играет главную роль во всех биологических процессах, становится "матрицей жизни"?

Используя весь арсенал средств, ученые пытаются выведать у воды ее тайны: они подвергают ее сильному облучению в мощных электронных потенциалоскопах, сжимают в прессах под чудовищным давлением, пытаются просчитать ее поведение, симулируя различные процессы на компьютере, - при этом целой сотне процессоров приходится кряхтеть в течение недель, а то и месяцев. И после всего этого вода продолжает постоянно поражать своих аналитиков.

Исследователями движет не стремление извлечь конкретную пользу, найти практическое применение, а чистая любознательность, интерес к веществу, без которого нельзя себе представить жизнь на Земле.

Постоянный круговорот воды в атмосфере, гидросфере и земной коре оказывает мощное воздействие на облик планеты - этот нежный элемент способен сносить горы и поглощать острова.

Улавливая солнечное излучение, вода помогает поддерживать температуру на Земле в комфортном диапазоне. Мощные морские течения разносят огромные объемы тепла по всей планете - в частности, не дают мерзнуть европейцам, омывая Европу Гольфстримом. И, наконец, вода обеспечивает жизнедеятельность всех организмов: она переносит питательные вещества, собирает и выводит отходы.

Чем больше узнают исследователи, тем очевиднее становится, что в жидком состоянии Н2О ведет себя совершенно нетипичным образом. "Вода невероятно многолика, этого нет ни у одной другой жидкости", - говорит ведущий специалист по воде из Дортмундского университета Альфонс Гайгер. Он уже 25 лет погружен в эту мокрую материю и ему чем дальше, тем больше становится ясно, что "мир жидкостей поделен на две части. С одной стороны - вода, а с другой - все остальные субстанции".

Ученые насчитали 40 аномалий, характерных для воды. Они пытаются дать этому объяснения: какие - то кажутся исчерпывающими, некоторые спорными, другие совершенно неудовлетворительными.

Например, почему при существующих на Земле условиях температуры и давления, исключая полярные регионы, вода вообще жидкая? Насколько это необычно, можно понять, взглянув на ее ближайших химических родственников, водородные соединения элементов серы и селена (H2S; H2Se). их точки кипения позволяют ожидать, что вода будет испаряться уже при 600С. К счастью, для того, чтобы выкипеть, воде нужна температура на 1600С выше. Иначе на Земле не было бы океанов, это была бы голая пустынная планета.

Почему вода может накапливать такие объемы тепловой энергии? Почему при замерзании она расширяется на 11 %, может при этом взорвать бутылку с минералкой, прогрызает скалы и здания? Тогда как другие вещества при переходе в кристаллическую форму становятся плотнее и сжимаются, вода демонстрирует свою наибольшую плотность при 40С. Небольшая эксцентричность с далеко идущими последствиями: благодаря тому, что лед легче холодной воды, он плавает на поверхности морей, рек и озер и позволяет сохранить жизненное пространство рыбам и другим живым организмам.

Почему холодная вода при повышении давления становится более жидкой, иными словами, почему уменьшается ее вязкость? "Нормальные" жидкости ведут себя противоположным образом: они становятся более вязкими, когда их частицы сильно сжимаются.

Чтобы лучше понять причудливый характер воды, полезно познакомиться со строением ее частиц и тем, как они соединяются между собой. Оказывается, молекула Н2О напоминает не шарик, а скорее букву "V": в центре атом кислорода, на концах обеих валентностей - по атому водорода.

Но и это только половина правды: над центральным атомом кислорода выступают дополнительно два диффузных облака, в которых носятся заряженные электроны. Специалисты называют их свободными парами электронов.

Таким образом, четыре палочки молекулы образуют четыре угла тетраэдра, то есть пирамиды с треугольным основанием.

Но одна эта архитектура не может объяснить всех особенностей воды. Ее своеобразие в значительной степени связано с особой клейкостью частиц Н2О - с тем, что химики называют "водородным мостом". Это соединительный элемент, нормальное, так называемое ковалентное соединение между одной молекулой и обычной для молекул слабой силой притяжения, силой Ван-дер-Ваальса.

Водородный мост функционирует следующим образом: кислород тянет на себя электроны, которые он делит с атомами водорода, подобно тому, как натягивает на себя одеяло ребенок, спящий в родительской кровати. При этом водород заряжается положительно. Так как противоположные заряды притягиваются друг к другу ( как отрицательный и положительный полюсы магнита), атомы водорода одной молекулы прикрепляются к свободным парам электронов соседней частицы.



вернуться к статьям

Copyright © «Системы очистки воды», 2010, г.Магнитогорск.