Феноменальные свойства воды Часть восьмая

 
                Часть восьмая
      

   По особенностям происхождения, состава или применения, выделяют, в числе прочего:   
 Мягкая вода и жёсткая вода -- по содержанию катионов кальция и магния 
 По изотопам молекулы:   
 Лёгкая вода (по составу почти соответствует обычной) 
 Тяжёлая вода (дейтериевая)   
 Сверхтяжёлая вода (тритиевая)
 Пресная вода
 Дождевая вода 
 Морская вода   
 Питьевая вода, 
 Водопроводная вода
 Дистиллированная вода и деионизированная вода и т.д.      

   Вода является одним и наиболее исследованных и весьма загадочных веществ.
Специалисты насчитывают свыше 20 характеристик, по которым воду с полным правом относят к аномальным жидкостей. Часть из них важна для биосферы:    особенности взаимодействия молекул Н2О между собой чуть ли не на сто градусов увеличивают температуры ее плавления и кипения. Если бы не это обстоятельство, весь океан существовал бы в виде газа в атмосфере;    теплота фазовых переходов (плавление льда и испарения воды) очень высока, что почти исключает мгновенные или очень быстрые естественные климатические катастрофы. Как правило, растения и животные успевают приготовиться к зиме, а потом имеют достаточно времени для привыкания к теплого периода;    наличие двух атомов водорода в легком молекуле воды является причиной ее очень высокой удельной теплоемкости. Известно, что она является прекрасным "тепловым аккумулятором", выравнивая и тормозя быстрые изменения температуры, на которые так способна атмосфера. В сочетании с высокой среди распространенных жидкостей теплопроводностью это способствует эффективному переносу теплоты от зоны экватора до высоких широт. Если бы упомянутые два параметра воды были существенно меньшими, в тропиках постоянно властен температура 50-70 ® С, зона полярных условий вплотную приблизилась бы к северным границам Украины, а скорость ветров на Земле увеличилась бы в разы;    считают (хотя это и не доказано беспрекословно), что уменьшение удельной теплоемкости воды при ее нагревании от 0 ® С до температуры +37 ® С (дальше она начинает увеличиваться) является одной из причин (основной?) "выбора" теплокровными животными именно этого интервала температур для внутренней среды своих тел, где происходят основные биохимические реакции;    как известно, "приятной" для живых существ холодных зон является свойство пресной жидкой Н20 иметь максимальную плотность при +4 ® С. Это почти исключает полное промерзание водоемов даже там, где средняя годовая температура гораздо ниже 0 ® С;    плотность воды заметно зависит как от ее температуры, так и от количества и состава примесей. Это очень усиливает конвективные потоки в ее толще. Для их возникновения достаточно уже незначительного различия в солености или температуре;    текучесть воды мало зависит от ее температуры, оставаясь малой даже в момент замерзания. Это не только вызывает быстрые конвективные потоки, но и существенно уменьшает энергетические затраты на передвижение в воде "быстроходных" живых существ (некоторых рыб, тюленей и т.п.);    высокая упругость и сжимаемость воды объясняет высокую скорость звуковых волн (она выше, чем у некоторых металлов). Неудивительно, что именно эти волны являются основным средством общения "водных существ, каналом притока информации. Например, киты перекликаются между собой на расстоянии сотен километров (правда, лишь на глубине так называемого звукового канала);    незагрязненная твердыми частицами вода является достаточно прозрачной для того, чтобы фотосинтезирующие клетки работали на глубинах 100 м, что является благоприятным обстоятельством для увеличения биоресурсов океана.   
          Самыми существенными для живых существ есть такие две необычные свойства воды:    она имеет рекордное среди распространенных жидкостей значение коэффициента поверхностного натяжения, высокие "капиллярные способности", развивая крупные силы при взаимодействии с твердыми телами (смачивании ).    рекордным является для воды и пространственное разделение зарядов обоих знаков в рамках его молекул, и диэлектрическая постоянная (известно, что она равна 81). Последняя такая высокая, что вода без лишних церемоний расчленяет на фрагменты (вплоть до отдельных элементов, существующих в ней преимущественно в форме ионов, окруженных ореолом из молекул воды) большинство веществ. Хотя особенно ловко вода разрывает на части соли, но и из остальных веществ тоже умудряется кое оторвать. Растворимый способность воды настолько высока, что она никогда на бывает "чистой" в привычном для нас смысле этого слова. Кроме множества треугольных молекул из атома кислорода и двух атомов водорода (Н2О) она всегда содержит нечто прихваченные с воздуха (так, включение углекислого газа вызывает небольшую кислотность даже чистой дождевой воды), почвы или горных пород.      

 Обыкновенная вода таит по меньшей мере пять до сих пор необъяснимых загадок.   
        1. Горячая вода замерзает быстрее, чем холодная.    Если поместить в морозилку две одинаковые колбы, одну с горячей, а другую с холодной водой,  то колба с горячей водой замёрзнет быстрее, чем с холодной. Хотя это, вроде бы и противоречит здравому смыслу. Этот факт впервые установил опытным путём ученик старших классов Эрасто Б. Мпемба в 1963 году. Поэтому этот феномен носит название "эффект Мпемба". Учёные до сих пор не могут выяснить причину этого явления.   
        2. "Сверх охлаждение" предотвращает формирование льда.    Вода, как известно,  превращается в лёд при охлаждении до температуры, ниже 0 градусов Цельсия. Но обыкновенная вода обладает удивительным свойством "сверх охлаждения"! Это явление приводит к тому, что вода даже охлаждённая до температуры ниже 0 градусов может оставаться жидкой. Это наблюдается в тех случаях, когда окружающая среда не содержит центров или ядер кристаллизации, которые могли бы спровоцировать образование кристаллов льда. Когда же процесс кристаллизации запускается, можно наблюдать, как "сверх охлажденная" вода мгновенно превращается в лед.   
         3. Вода может быть "стеклянной"    В каких состояниях может находиться вода? Твёрдом, жидком и газообразном? А вот и нет. Ученые выделяют по меньшей мере пять состояний "жидкой" воды и целых четырнадцать состояний льда. Помните пункт про сверх охлажденную воду? Так вот, что бы вы ни делали, при температуре -38 ®C самая сверх охлажденная вода внезапно превратится в лед. А при -120 ®C лед становится тягучим, как патока,  при -135 ®C и ниже он превращается в "стеклянную" или "стекловидную" воду - твердое вещество с отсутствием кристаллов.   
       4. Память воды.    Считается, что вода способна "запоминать" свойства жидкостей, растворённых в ней, даже если коэффициент разбавления настолько велик, что в растворе уже не остается ничего, кроме молекул воды. Этот факт попыталась подтвердить международная группа ученых во главе с профессором Мэдлин Эннис из Королевского университета Белфаста, в 2002 году. По итогам исследований было заявлено, что эффект "памяти воды" действительно существует. Однако опыты,  проведенные позже под наблюдением независимых экспертов, не дали результатов. Тем не менее этот феномен изучается до сих пор.   
      5. Квантовое число воды    Оказывается, что на молекулярном уровне, на уровне аттосекунд (время, за которое свет проходит расстояние, сравнимое с размерами молекулы воды) с водой происходит необычайный квантовый эффект и химическая формула воды из обыденной Н2О превращается в Н15О! Этот феномен был установлен в 1995 году в результате эксперимента.   
   
        Еще в первой половине XIX века натуралисты обнаружили, что некоторые из характеристик воды нарушают общепринятые законы природы. Позже известным русским ученым Дмитрием Менделеевым была составлена периодическая таблица, на основании которой он предсказал существование еще не известных науке элементов, а также свойства этих элементов и их соединений. Так вот оказалось, что вода не признает никаких закономерностей этой периодической системы. Согласно логике этой системы, вода должна была бы замерзать при -90®С, а она замерзает при 0®С, кипеть при -70®С, а она кипит при 100®С. И это далеко не все, что делает воду уникальным веществом.   
        Академик И.В. Петрянов по поводу загадочных свойств воды утверждает следующее: "Почти все физико-химические свойства воды - исключение в природе. Она действительно самое удивительное вещество на свете. Ученые уже немало узнали о воде, разгадали многие ее тайны. Но чем больше они изучают воду, тем больше убеждаются в неисчерпаемости ее свойств, некоторые из которых настолько любопытны, что порой все еще не поддаются объяснению".