На тему: «Загадочная вода».

Ученик 8с класса КРФМЛИ

Туркин Евгений.

г. Сыктывкар.

2003 г.

Какие изменения происходят в воде, при изменении внешних условий, в чём они появляются, и почему так происходит? Знать это одинаково важно и для геолога, и для астонома, и для биолога. В природе нет более распространённого вещества, чем вода.

Вода течёт реками, разливается озёрами, сгущается тучами в небе, стелится туманом по земле. Она зримо и не зримо присутствует всюду.

Почти 200 лет уже исследуют учёные воду, но свойства её рас -крыты и объяснены ещё не полностью. Пожалуй, ни одно вещество при его изучении не вело себя так загадочно. Бессчётное количество раз поведение её, казалось, шло вразрез со всеми законами физики.

В 18 веке учёные решили, что частица воды состоит из одного атома водорода и одного атома кислорода. И сразу столкнулись с загадкой. При соединении одного объёма кислорода с двумя объё -мами кислорода неизменно возникло два объёма воды, а не один. Почему? Ведь если в равных объёмах газов содержится равные ко -личества частиц, и частицы не делятся.… Не менее странным каза -лось и то, что водяной пар, состоящий из кислорода и водорода, легче кислорода, своей части.

Около 75 лет ушло на то, чтобы примирить теорию с практикой. Как только было доказано, что химическая формула воды Н2О, а не НО, всё сразу стало на свои места.

При соединении двух объёмов водорода с одним стало получаться два объёма воды: 2Н2+О2=2Н2О.

Просто объяснялась и непонятная прежде лёгкость водяного пара. В самом деле: молекула воды входит только один атом кислорода, а в молекуле кислорода их два. Вес водорода в воде можно не учи -тывать, потому что атом водорода в 16 раз легче атома кислорода.

Но на этом все неприятности с водой не закончились, просто она стала вести себя менее загадочно. Поведение её с точки зрения физики и химии по-прежнему не вписывалось не в какие рамки. Учёным никак не удавалось понять, от чего для нагревания воды надо затратить гораздо больше энергии, чем для нагревания такого же количества, скажем, железа или песка. Почему вода кипит при 100º ,а замерзает при 0º.

Для химиков таблица Менделеева – всё равно что адресное бюро для человека, приехавшего в незнакомый город. Она помогает бы -стро ориентироваться. Достаточно знать, какое место занимает химический элемент в таблице, чтобы тут же получить о нём почти все сведения.

Воды, конечно в таблице Менделеева нет, но там есть кислород (О). Он стоит в одной группе с теллуром (Те), серой (S) и селеном (Sе). Прописка элементов в одной группе говорит о том, что соединения с водородом одинаковы. Каждый из атомов этих эле -ментов соединяется с двумя атомами водорода. В результате воз -никают: вода (Н2О), сероводород (Н2S), селенистый водород (Н2Sе) и теллуристый водород (Н2Sе). Молекула воды самая лёгкая из них. Она тяжелее атома водорода всего в 18 раз. Молекулярный вес теллуристого водорода – 130 – он самый тяжёлый.

Естественно чем тяжелее молекулы, тем больше должны быть си -лы, которые притягивают их друг к другу. Не будь так, все тела попросту распались бы. Чем больше силы взаимного притяжения молекул, тем более бурным должно быть их хаотическое движение для того, чтобы они могли разорвать свои связи и вещество зак -ипело. Чем оно интенсивнее, тем температура выше. Значит чем тяжелее вещество, тем при более высокой температуре оно будет кипеть. Теллуристый водород начинает кипеть при -4°С. Селенис - тый водород легче, поэтому точка кипения лежит ниже, она -42°С. Сероводород кипит при –61°С. Тогда вода, как самое лёгкое из них, должна кипеть ещё при более низкой температуре. Но однако, она кипит при 100°С, это знают все.

Е
сли соединить нанесённые точки кипения Н2Те, Н2Sе, Н2S, получится почти прямая линия. Казалось бы, точка кипения воды должна лежать на её продолжении. Но она вдруг резко прыгает вверх, к 100°С. Та же странность происходит и при замерзании воды. По графику она должна была бы замерзнуть лишь при –90°С, между тем она превращается в лёд при 0°С.

Разве может вода не подчинятся общим для других веществ физико-химическим законам? Значит, в мире молекул действуют какие-то неизвестные, а может быть, и не правильно понятые силы?

Объяснить, почему вода кипит при 100°С, а замерзает при 0°С, удалось лишь около 70 лет тому назад. Дело в том, что одна сторона их имеет положительный заряд, а другая – отрицательный. Про такие молекуле говорят, что они полярны. Полярность молекул вызвана тем, что атомы водорода присоединяются к атому кисло –рода не симметрично с боков, а в молекуле сероводорода или теллуристого водорода, а тяготеют к одной стороне.

Как только водород соединится с кислородом, тот час орбиты его электронов меняются, отклоняясь к кислороду. Ведь электроны водорода принадлежат теперь не ему одному, они стали общим достоянием водорода и кислорода. Но из-за изменения орбиты электронов ядра водорода, обладающие положительным зарядом, обнажаются. В целом молекула воды, конечно, остаётся нейтральной. Но та сторона её, где присоединился водород, оказывается положительной по заряду, а та, куда сдвинулись электроны, - отрицательна.

Из-за того, что молекулы воды полярны, между ними кроме обычных сил притяжения действуют ещё и электрические. Они получили названия водородных связей. Одна молекула воды может удержать ими возле себя целых 4 молекулы. Вот почему вода кипит не при –70°С, а при 100°С, и замерзает при температуре на 90° выше, чем ей полагалось бы.

Водородные связи делают воду чудесной, непохожей ни на какую другую, жидкость. Количество тепла, нужное для нагревания одного грамма её на один градус, иными словами теплоёмкость, в два раза больше, чем теплоёмкость спирта, в 30 – чем ртути. Способность воды запасать в себе, словно печка, большие количества тепла, а затем отдавать его обратно имеет огромное значение для жизни Земли. В тех местах, где её поблизости нет, разница между ночной и дневной температурами достигает 50°. При таком перепаде температур лопаются камни! В знойной Сахаре после испепе –ляющей жары, ночью без костра можно замёрзнуть! Оберегая растения от заморозков, садовники ставили в неотапливаемых оранжереях бочки с водой. Остывая на 10°, бочка давала столько же тепла, сколько небольшая охапка дров.

Для того чтобы нагреть 1 литр воды от 0° до 100°, надо затратить 100 кило калорий. Для того чтобы испарить тот же литр, - в 5 раз больше. Вот почему так холодно в мокром костюме. Удивительные свойства воды неисчислимы. Она вовсе не такая мягкая и под –датливая, как кажется. Об неё можно больно ушибится если неудачно нырнёшь. Столкновение дождинки с реактивным самолётом оставляет след на его корпусе. В США есть токарный станок, где вода режет бетон. Кажется невероятным, но вода прочна, как сталь.

Вода универсальный растворитель. В природе нет, ни одного вещества, которое бы не растворялось в тех или иных количествах. Тончайшие аналитические весы показали бы, что вместе со стаканом чая вы каждый день выпиваете 0,0001 грамма растворённого стекла.

Абсолютно чистой воды в природы нет. Не получена она пока ещё ни в одной лабораторий.

Вода чутко реагирует на любые изменения внешних условий: на давление, на температуру. Её свойства изменяются на некоторое время даже после того, как она побывает обычным льдом. Урожай пшеницы и кукурузы, если их поливать водой из растаявшего льда, возрастает в 1,5 раза. Молодые животные на такой воде быстрее растут. Недаром биологи называют её иногда «живой» водою. Благотворно действует на растения и вода, прошедшая через магнитное поле. В чём тут дело, пока не разгадано.

Вода «знает» не только о земных делах, она поддерживает каким-то образом самую тесную связь с космосом. Давно известно, что скорость протекания одной и той же химической реакции в разное

время бывает неодинаковой. Словно вода прислушивалась к какому-то зову из космоса и, послушная ему, несколько меняла свои свойства. По всей вероятности, так оно и есть, – на поведение воды влияют события на Солнце. Как это происходит и в чём выражается, пока ещё учёные не знают.

Вода и в наши дни так же загадочна как 200 лет назад.

6