Водата не се променя химически под действието на повечето от съединенията, които разтваря, и не го прави
Необичайни свойства на обикновената вода
Водата не се променя химически под действието на повечето от съединенията, които разтваря, и не ги променя. Това го характеризира като инертен разтворител, което е важно за живите организми на нашата планета, тъй като хранителните вещества, необходими за техните тъкани, идват във водни разтвори в относително стабилна форма. Като разтворител водата се използва многократно, носейки в структурата си паметта на предварително разтворени в нея вещества. Молекулите в обема на водата се приближават една към друга с противоположни заряди, възникват междумолекулни водородни връзки между водородните ядра и единичните електрони на кислорода, насищайки дефицита на електрони на водорода на една водна молекула и го фиксирайки по отношение на кислорода на друга молекула. Тетраедричната ориентация на водородния облак позволява образуването на четири водородни връзки за всяка водна молекула, която поради това може да се асоциира с четири съседни. В такъв модел ъглите между всяка двойка линии, свързващи центъра (О атом) с върховете, са 109,5°C.
Водородните връзки са няколко пъти по-слаби от ковалентните връзки, които обединяват кислородни и водородни атоми. Микромолекулната структура на водата с голям брой кухини й позволява чрез разкъсване на водородни връзки да прикрепя молекули или части от молекули на други вещества, допринасяйки за тяхното разтваряне. Сравнявайки вода - кислороден хидрид с хидриди на елементи, включени в същата подгрупа с кислород от периодичната система D.I. Менделеев, може да се очаква, че водата трябва да кипи при -70 °C и да замръзне при -90 °C. Но при нормални условия водата замръзва при. Такова рязко отклонение от установения модел се дължи именно на факта, че водата е свързана течност. Неговата асоциация също засяга много високотоплина на изпарение. И така, за да се изпари 1 g вода, загрята до 100 ° C, е необходима шест пъти повече топлина, отколкото да се загрее същото количество вода от 0 до 80 ° C. Благодарение на това водата е най-мощният енергиен носител на нашата планета. В сравнение с други вещества, той е в състояние да абсорбира много повече топлина, без да се нагрява значително. Водата действа като регулатор на температурата, като изглажда резките температурни колебания поради високия си топлинен капацитет. В интервала от 0 до 37 °C топлинният му капацитет намалява и едва след 37 °C започва да се увеличава. Минималният топлинен капацитет на водата съответства на температура 36 - 39 °C - нормалната температура на човешкото тяло. Благодарение на това е възможен животът на топлокръвните животни, включително и на хората. 0 °C и кипи при 100 °C.
4. Физични свойства на водата, тяхната аномалия.
Чистата вода е безцветна, прозрачна течност без мирис. Плътността на водата при преминаването й от твърдо в течно състояние не намалява, както при почти всички други вещества, а се увеличава.
Както е известно, водата се приема като стандартна мярка – еталон за всички останали вещества. Изглежда, че за стандарт за физически константи трябва да се избере такова вещество, което се държи по най-нормалния, обикновен начин. А се оказа точно обратното.
И първото, най-впечатляващо свойство на водата е, че водата принадлежи към единственото вещество на нашата планета, което при нормални условия на температура и налягане може да бъде в три фази или три агрегатни състояния: твърдо (лед), течно и газообразно (невидима за окото пара).
Всеки знае аномалията на плътността. Тя е двойна. Първо, след като ледът се стопи, плътността се увеличава, преминава през максимум при 4°C и едва след това намалява отповишаване на температурата. В обикновените течности плътността винаги намалява с температурата. И това е разбираемо. Колкото по-висока е температурата, толкова по-висока е топлинната скорост на молекулите, толкова по-силно те се натискат една друга, което води до по-голяма ронливост на веществото. Разбира се, във водата също повишаването на температурата увеличава топлинната скорост на молекулите, но по някаква причина това води до намаляване на плътността в нея само при високи температури.
Втората аномалия на плътността е, че плътността на водата е по-голяма от плътността на леда (поради това ледът плува на повърхността на водата, водата в реките не замръзва до дъното през зимата и т.н.). Обикновено по време на топенето плътността на течността се оказва по-малка от тази на кристала. Това също има просто физическо обяснение. В кристалите молекулите са подредени редовно, имат пространствена периодичност - това е свойство на кристалите на всички вещества. Но в обикновените вещества молекулите в кристалите също са плътно опаковани. След разтапянето на кристала закономерността в подреждането на молекулите изчезва и това е възможно само при по-свободно опаковане на молекулите, тоест топенето обикновено е придружено от намаляване на плътността на веществото. Този вид намаляване на плътността е много малко: например, по време на топенето на метали, тя намалява с 2 - 4%. И плътността на водата надвишава плътността на леда веднага с 10%! Тоест скокът в плътността по време на топенето на леда е аномален не само по знак, но и по величина.
Напоследък много внимание се обръща на изследването на свойствата на преохладената вода, тоест оставането в течно състояние под точката на замръзване от 0 °C. (Водата може да бъде преохладена или в тънки капиляри, или - още по-добре - под формата на емулсия: малки капчици в неполярна среда - "масло"). Какво се случва с аномалията на плътността, когато водата се преохлади? Тя се държи странно. От една страна, плътността на водата е силнонамалява със свръхохлаждане (т.е. първата аномалия се увеличава), но от друга страна се доближава до плътността на леда с намаляване на температурата (т.е. втората аномалия отслабва).
Ето още един пример за аномалия във водата: необичайното температурно поведение на нейната свиваемост, тоест степента на намаляване на обема с увеличаване на налягането. По принцип свиваемостта на течността се увеличава с температурата: при високи температури течностите са по-рехави (имат по-ниска плътност) и се компресират по-лесно. Водата проявява това нормално поведение само при високи температури. При ниски температури свиваемостта се държи по обратния начин, в резултат на което се появява минимум в нейното температурно поведение при 45 °C.
В тези два примера виждаме, че необичайните свойства на водата се характеризират с екстремно поведение, тоест появата на максимуми (както при плътността) или минимуми (както при свиваемостта) върху кривите на тяхната зависимост от температурата. Такива екстремни зависимости означават, че във водата има конфронтация между два процеса, всеки от които определя противоположното поведение на разглежданото свойство. Един процес е обикновеното топлинно движение, което се увеличава с температурата и прави водата (като всяка друга течност) по-подредена; друг процес е необичаен, присъщ само на водата, поради което водата става по-подредена при ниски температури. Различните свойства на водата са различно чувствителни към тези два процеса и следователно положението на екстремума се наблюдава за всяко свойство при неговата собствена температура.