Мы все привыкли воспринимать воду как должное, забывая, что это уникальный элемент, без которого не было бы жизни на нашей планете. Мало кто задумывается над удивительными свойствами воды, и это, пожалуй, понятно – ведь вода повсюду окружает нас, она очень обычна на нашей планете. Ну, а обычное никогда не кажется удивительным. Однако сама обыденность необычна. Ведь никакое другое вещество не встречается на Земле в таких количествах, да еще одновременно в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Каждый день мы используем воду для повседневных нужд и не задумываемся о том, как мало мы в действительности знаем о ней. Используя воду ежедневно для приготовления пищи, бытовых, сельскохозяйственных и технических целей, мы не задумываемся о ее роли в нашей жизни. Сколько тайн и загадок таит в себе такое близкое и знакомое понятие – вода?

Вода обладает многими интересными свойствами, резко отличающими ее от всех других жидкостей. И если бы вода вела себя «как положено», то Земля стала бы просто неузнаваемой. Для воды, будто законы не писаны! Но, благодаря ее капризам, не могла бы родиться и развиваться жизнь.

Физические свойства воды

Состояние (ст.усл.) : жидкость

Плотность : 0,9982 г/куб.см

Динамическая вязкость (ст.усл.) : 0,00101 Па с (при 20°C)

Кинематическая вязкость (ст.усл.) : 0,01012 кв.см/с (при 20°C)

Термические свойства воды:

Температура плавления : 0°C

Температура кипения : 99,974°C

Тройная точка : 0,01 °C, 611,73 Па

Критическая точка : 374°C, 22,064 MПа

Молярная теплоёмкость(ст.усл.) : 75,37 Дж/(моль К)

Теплопроводность(ст.усл.) : 0,56 Вт/(м K)

Агрегатные состояния воды:

Твёрдое - лёд .

Жидкое - вода .

Газообразное - водяной пар .

При атмосферном давлении вода замерзает (превращается в лёд) при температуре в 0°C и кипит (превращается в водяной пар) при температуре 100°C.

При снижении давления температура плавления воды медленно растёт, а температура кипения - падает.

При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01°C. Такое давление и температура называются тройной точкой воды .

При более низком давлении вода не может находиться в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар. Температура возгонки льда падает со снижением давления.

При росте давления температура кипения воды растёт, плотность водяного пара в точке кипения тоже растёт, а жидкой воды - падает.

При температуре 374°C (647 K) и давлении 22,064 МПа (218 атм) вода проходит критическую точку . В этой точке плотность и другие свойства жидкой и газообразной воды совпадают.

При более высоком давлении нет разницы между жидкой водой и водяным паром, следовательно, нет и кипения или испарения.

Так же возможны метастабильные состояния - пересыщенный пар, перегретая жидкость, переохлаждённая жидкость. Эти состояния могут существовать длительное время, однако они неустойчивы и при соприкосновении с более устойчивой фазой происходит переход. Например, нетрудно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0°C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд.

Вода обладает рядом необычных особенностей:

При таянии льда, его плотность увеличивается (с 0,9 до 1 г/куб.см). Почти у всех остальных веществ при плавлении плотность уменьшается.

При нагревании от 0°C до 4°C (точнее 3,98°C), вода сжимается. Благодаря этому могут жить рыбы в замерзающих водоёмах: когда температура падает ниже 4°C, более холодная вода, как менее плотная остаётся на поверхности и замерзает, а под льдом сохраняется положительная температура.

Высокая температура и удельная теплота плавления (0°C и 333,55 кДж/кг), температура кипения (100°C) и удельная теплота парообразования (2250 КДж/кг), по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом.

Высокая теплоёмкость жидкой воды.

Высокая вязкость.

Высокое поверхностное натяжение.

Отрицательный электрический потенциал поверхности воды.

Все эти особенности связаны с наличием водородных связей. Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По причине этого, а также того, что ион водорода не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома соседней молекулы. Благодаря этому, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот. Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях: 2 атома водорода - каждый в одной, а атом кислорода - в двух; в таком состоянии молекулы находятся в кристалле льда. При таянии льда часть связей рвётся, что позволяет уложить молекулы воды плотнее; при нагревании воды связи продолжают рваться, и плотность её растёт, но при температуре выше 4°С этот эффект становится слабее, чем тепловое расширение. При испарении рвутся все оставшиеся связи. Разрыв связей требует много энергии, отсюда высокая температура и удельная теплота плавления и кипения и высокая теплоёмкость. Вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.

По сходным причинам вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные - атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.

Это свойство воды используется живыми существами. В живой клетке и в межклеточном пространстве вступают во взаимодействие растворы различных веществ в воде. Вода необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле.

Чистая (не содержащая примесей) вода - хороший изолятор. При нормальных условиях вода слабо диссоциирована и концентрация протонов (точнее, ионов гидроксония H 3 O+) и гидроксильных ионов HO - составляет 0,1 мкмоль/л. Но поскольку вода - хороший растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные соли, то есть в воде присутствуют положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество. По электропроводности воды можно определить её чистоту.

Вода имеет показатель преломления n=1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60% парникового эффекта. Благодаря большому дипольному моменту молекул, вода также поглощает микроволновое излучение, на чём основан принцип действия микроволновой печи.

« Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя не опишешь, тобой наслаждаешься, не понимая, что ты такое. Ты не просто необходима для жизни, ты и есть жизнь... Ты - величайшее в мире богатство...».

Антуан де Сент-Экзюпери

Огромное значение воды и важность проблем, связанных с ее загрязнением ни у кого не вызывает сомнений. Запасы пресной воды ограничены. Берегите себя. Берегите воду. Берегите нашу планету!

Аномалии воды - отклонения от нормальных свойств тел - до конца не выяснены и сегодня, но главная причина их известна: строение молекул воды. Атомы водорода присое­диняются к атому кислорода не симметрично с боков, а тя­готеют к одной стороне. Изучение воды продолжается.

1. Целебные свойства воды

Вода - самое распространенное на нашей планете и самое загадочное вещество. Она существует в самых разных состояниях, обладая множеством жизненно важных свойств. Она способна вести себя в организме и как эликсир жизни, и как ее враг.

Таким образом, качество воды исключительно важно для жизни живого организма, качество воды определяет качество здоровья человека, в связи с чем невозможно переоценить роль воды в нашей жизни. Все физиологические процессы, происходящие в организме, в той или иной степени связаны с водой. Без нее невозможно пищеварение, синтез необходимых веществ в клетках организма, выделение большинства вредных продуктов обмена.

Суточная потребность человека в воде определяется из расчета 40 мл на 1 кг веса, то есть 2,5-2,8 л. В среднем с питанием и питьем мы потребляем 1,5-2 л (учитывая воду во фруктах и овощах). Вода, выделяющаяся в результате внутренних процессов, составляет около 400 мл. Общее количество воды, необходимое для жизнедеятельности - 2 -2,5 л в сутки.

Вода – как вещество, без которого совершенно невозможно представить живую природу, обладает целым рядом целебных свойств. У народов всех стран существуют сказания о чудодейственных свойствах воды: о «живой» и «мертвой» воде, омолаживающей воде горных источников, целительных силах морской воды.

Известный целитель XIX века Себастьян Кнейп из Баварии написал книгу «Мое водолечение», в которой он изложил 35-летний опыт применения воды в излечении многих болезней.

Научные исследования, которые проводятся и в наше время, дают объяснение многим целебным свойствам воды. Несколько слов о том, какая вода обладает целебными свойствами и какими.

1. 1.1.1 Морская вода

Поскольку в морской воде растворено много примесей: калий и магний, марганец и мышьяк, определенное количество драгоценных металлов, а также радий и уран и многие другие компоненты, то во время купания все эти вещества благотворно влияют на организм человека, действуя на нервные окончания через поры в коже.

Имеют значение и температура морской воды, ее плотность, сила удара волны, осуществляющей своеобразный массаж тела. Поэтому любые передвижения в воде: игра в мяч, плавание или ныряние хорошо тренируют мышцы, сердце и легкие. К тому же купание в морской воде способствует закаливанию организма человека, повышению его сопротивляемости простудным заболеваниям.

Драгомирецкий Ю.А. в своей книге «Акватерапия – целебные свойства воды» описывает более 200 различных гидротерапевтических и очистительных процедур, помогающих сохранить и укрепить здоровье с помощью морской воды.

Можно принимать морские ванны или обтираться морской водой. Такие процедуры можно делать не только летом, но и зимой. Они способствуют лечению бронхитов, подагр, радикулитов, нервной и сердечно-сосудистой систем, ожирения, болезни желудка, печени, почек и мочевого пузыря.

Купание в морской воде при температуре не ниже 17 градусов может стать превосходной возможностью для начала занятий по закаливанию организма.

После курса лечения (10-12 ванн) восстанавливается сон, уменьшаются боли в суставах и мышцах, прекращаются головные боли. Если болит горло, то купание в ванной можно дополнить полосканием горла стаканом «морской воды», добавив в него 3-5 капель йода.

1. 1.1.2 Серебряная вода

Современное изучение целебных свойств серебряной («волшебной») воды началось в конце XIX века, когда всемирно известный врач Бенье Креде доложил о хороших результатах лечения септической инфекции ионами серебра. Эффект уничтожения бактерий препаратами серебра чрезвычайно велик. Серебро - микроэлемент, необходимый для нормальной деятельности желез внутренней секреции, мозга, печени и костной ткани.

Способ обеззараживания воды электролитическим серебром был разработан известным ученым, академиком Украинской АН Л.А. Кульским еще в 1930 году. Он описал целебные свойства серебряной воды и методы ее использования в медицинской практике. Ученый доказал, что серебро в концентрации 0,1 - 0,2 мг/л подавляет и обеззараживает в течение часа микроорганизмы, вызывающие острые кишечные инфекции: возбудителей дизентерии, сальмонеллеза и энтеропатогенную кишечную палочку. Сейчас этот метод применяют в США, Франции, Чехии, Германии и других странах .

Врачи рекомендуют использовать серебряную воду для профилактики гриппа, ОРЗ, заболеваний желудочно-кишечного тракта, стоматитов, инфекционных заболеваний уха, горла, носа, цистита, воспаления глаз, трофических язвах, а также обработки ран и ожогов. Она дает хороший эффект при лечении бруцеллеза, бронхиальной астмы и ревматоидного артрита.

Самое интересное, что при употреблении серебра можно не бояться его передозировки. Этот металл абсолютно безвреден для печени и почек. Единственное, что отмечают медики у больных при повышенных концентрациях серебра в организме - это некоторое «посмугление» кожи, которая приобретает временами черноморский загар. При этом установлено, что этот феномен совершенно безвреден для человека и не оказывает токсического воздействия на организм.

1.1.3 Талая вода

Целебные свойства талой воды были замечены еще в глубокой древности. Ученые ведут постоянные наблюдения над свойствами талой воды. Московский ученый Драгомирецкий Ю.А. в своей книге «Акватерапия – целебные свойства воды» приводит такие сведения: «Замечено, что талая вода является сильным биостимулятором. Семена растений, замоченные в талой, а не в водопроводной воде, дают лучшие всходы. А если талую воду использовать для полива растений, то урожай будет вдвое большим, чем при использовании обычной воды». У сердечно-сосудистых больных в результате приема талой воды значительно снижается количество холестерина в крови и улучшается обмен веществ. К тому же талая вода - эффективное средство против патологической тучности. Она полезна также для спортсменов, особенно перенесших травмы, поскольку сокращает время для вхождения в форму.

Снеговая вода может иметь иногда преимущества перед талой водой, приготовленной изо льда. Такая вода содержит особенно мелкодисперсные примеси - мельчайшие пузырьки газов, она лишена солей и поэтому быстрее всасывается в организм.

У талой воды есть еще одно прекрасное свойство: она обладает значительной внутренней энергией. Как показывают исследования, колебания равновеликих молекул в ней совершаются на одной и той же волне, а не идут на самопогашение, как при ситуации разновеликих молекул. Получается так, что вместе с потреблением талой воды, мы потребляем ощутимую энергетическую поддержку.

1. 1. Магнитная вода

Попытки применить магнит в лечебных целях уходят в седую старину. Древние врачеватели прикладывали магнитные бруски или пластинки к телу больного. Первые сведения о влиянии магнитных полей на биологические свойства воды были получены еще в 18 веке в ходе опытов, проведенных женевским физиком де Герсю. Затем французский врач Дюрвиль описал лечебное действие омагниченной воды на раны и язвы. В ходе опытов выяснилось, что воздействие на организм омагниченной воды оказывает такое же влияние, как и приложенный к нему магнит.

Оказалось, что при питье омагниченной воды увеличивается мочеотделение, снижается артериальное давление, изменяется фармакологическое действие ряда лекарств.

В настоящее время в клинике медицинского института г. Перми успешно используют магнитное поле как обезболивающий фактор и как средство, ускоряющее рубцевание ран и язв.

В то же время, сами того не замечая, мы все время ощущаем на себе воздействие омагниченной воды. Например, искупавшись в море или реке, мы чувствуем себя так, будто заново родились. Это оттого, что вода в открытых водоемах впитывает в себя магнетизм.

Влияние магнитного поля на состояние человека уже ни у кого не вызывает сомнений. В Японии, например, изобрели искусственные источники магнитного поля - приборы для магнитотерапии и омагничивания воды. Современными исследованиями установлено много общих свойств между талой (структурированной) и омагниченной водой.

Отсюда вывод напрашивается сам собой: слабоомагниченная вода - это ничто иное, как живая природная вода, хранящая энергию Солнца и Земли.

1.1.5 Минеральная вода

В древнейших книгах есть сведения, что еще четыре тысячи лет назад больных лечили в купелях при храмах. Греческие жрецы строго охраняли свои тайны от непосвященных, оберегая целебную силу минеральной воды. Вблизи источников под их руководством трудом рабов возводились храмы Эскулапа, приобретавшие славу священных мест. О целебных свойствах минеральной воды знали также галлы.

В воде, взятой из любого природного источника, всегда содержатся растворенные вещества. Путешествуя в подземных лабиринтах и встречая на своем пути различные горные породы и минералы, вода растворяет их, формируя свой химический состав. Обогатившись различными элементами или их соединениями, она превращается иногда в настоящий «эликсир здоровья». Например, известные ессентукские источники богаты содой и минеральными солями, подземные воды в Цхалтубо - радиоактивным газом радоном, а пятигорские и мацестинские - сероводородом.

Из минеральных вод наиболее ценные с биологической точки зрения - углекислые. Под их воздействием расширяются капилляры кожного покрова, и кровь равномерно перераспределяется в организме, не требуя дополнительных усилий со стороны сердца. Благодаря углекислоте нормализуется кровообращение, улучшаются обменные процессы в мышце сердца, повышается ее работоспособность. Таким образом, становится понятным, почему врачи рекомендуют углекислые ванны при некоторых сердечно-сосудистых заболеваниях. Действие углекислоты положительно сказывается на всех показателях кровообращения и дыхания.

Некоторые специалисты полагали, что целительные свойства минеральной воды определяются ее химическим составом, т.е. теми солями, которые в ней растворены. Такой подход предполагает возможность искусственного приготовления целебной минеральной воды. Пользуясь современной аппаратурой, ученые установили точный химический состав воды и путем синтеза приготовили искусственную минеральную воду. Воду то получили, но без целебных свойств. Очевидно, дело не только и не столько в растворенных веществах, сколько в способности воды накапливать информацию, т.е. запоминать. Вырываясь с больших глубин (800 метров и глубже), подвергаясь воздействию высоких температур и высоких давлений, вода прошла пока еще неведомую нам физико-химическую и информационную обработку. Вот ее то пока и не удается восстановить ученым в своих лабораториях.

По структурному содержанию конкуренцию минеральной воде может составить, пожалуй, лишь талая вода. Но у минеральной воды энергетический уровень значительно выше, чем у талой воды. Если талая вода довольно быстро утрачивает приобретенную энергетическую добавку, то в минеральной воде сохранить ее, по-видимому, помогают растворенные соли.

Минеральную воду можно разделить на три категории: столовую, столово-лечебную и лечебную. Степень минерализации столовой воды может быть от 0,3 до 1,2 г на литр (она указана на бутылке).

Целебные свойства минеральной воде обеспечивают присутствующие в ней минеральные соли, биологически активные вещества и газ.

Такие воды как нарзан и боржоми, обладая щелочной реакцией, нормализуют моторную и секреторную функции желудочно-кишечного тракта, уменьшают диспепсические расстройства, нормализуют работу мочеполовых органов. При пониженной кислотности желудочного сока и застое желчи в желчном пузыре полезна минеральная вода с содержанием иона хлора, если в воде есть кремниевая кислота, то она оказывает болеутоляющий, антитоксический и противовоспалительный эффекты.

Для лечения атеросклероза наиболее эффективны йодистые минеральные воды. При малокровии и заболеваниях крови полезно принимать железистые минеральные воды, которые стимулируют образование крови.

1. удивительная Способность воды воспринимать информацию

С древности люди пытались проникнуть в секрет уникальных свойств воды. И хотя вода оставалась необъяснимой, непредсказуемой, загадочной, человек всегда ощущал неразрывную связь с этой стихией, интуитивно чувствуя, что может вступить с нею в контакт, быть выслушанным и понятым. Однако только в последнее время некоторым ученым стали очевидны причины, по которым люди стремятся общаться с водой, она, как живое существо, обладает памятью. Вода воспринимает, запоминает и как будто понимает любое оказываемое на нее воздействие физическое или мысленное.

В нескольких странах были одновременно проведены интересные эксперименты, подтвердившие, что вода как находящаяся в реках, озерах, морях, так и содержащаяся во всех живых организмах, действительно способна воспринимать, копировать, сохранять и передавать информацию, даже такую тонкую, как человеческая мысль, слово и эмоция.

Убедительные доказательства информационных свойств воды были найдены японским исследователем Масару Емото, который посвятил этой теме более двадцати лет. Изучая кристаллы воды, которые он получает в своей лаборатории, фотографирует, а затем анализирует снимки под микроскопом с увеличением в несколько сотен раз, Емото пришел к сенсационному открытию.

Суть своих экспериментов и сделанного на их основе открытия японский ученый раскрыл на встрече с польскими исследователями и журналистами, состоявшейся 16 марта 2004 года в конференц-зале Института геологии в Варшаве.

Исследуя обычную дистиллированную воду, Масару Емото обнаружил, что форма образующихся из нее кристаллов может отличаться большим разнообразием, а их внешний вид зависит от характера информационного воздействия, оказанного на воду до начала ее кристаллизации.

Основой структуры кристаллов воды - хорошо известных снежинок - является шестиугольник, именно с его формирования и начинается кристаллизация. А вокруг этого шестиугольника могут возникать украшающие его орнаменты. Вид этих украшений, так же, как и цвет кристалла, определяется информацией, предварительно воспринятой водой. Оптимальной для образования кристаллов воды оказалась температура, равная -5ºС. Именно такой «легкий морозец» и поддерживает в своей лаборатории японский исследователь, по крайней мере, в период проведения экспериментов.

Отправным моментом для исследований Масару Емото стали работы американского биохимика доктора Ли Лорензена, который в конце 80-х годов XX века впервые в мире доказал, что вода накапливает и сохраняет сообщаемую ей информацию. Емото стал сотрудничать с Лорензеном, но пошел еще дальше и решил попытаться получить визуальное подтверждение неожиданного свойства воды, обнаруженного американским ученым.

Его поиски увенчались успехом, а результаты превзошли все ожидания. Оказалось, что кристаллы воды, к которой до начала кристаллизации «обратились» с такими словами, как «доброта», «любовь», «ангел», «благодарность», имели правильную структуру, симметричную форму и были украшены сложным, красивым орнаментом.

Но если воде были сообщенные слова: «зло», «ненависть», «злоба», то кристаллы получались мелкими, деформированными, уродливыми на вид. При этом не имело значения, произносились ли слова вслух или записывались на бумажку, приклеенную к емкости с водой. Если же воде не сказать ничего, образуются кристаллы правильной формы, практически без всяких украшений. Причем такая зависимость подтверждена многочисленными экспериментами и тысячами фотоснимков.

Воде не важно, на каком языке с ней общаются, она понимает любую речь. Более того, опыты показали, что не играет роли и расстояние. Так, Масару Емото посылал «чистые мысли» воде, находящейся в его лаборатории в Токио, а сам был в это время в Мельбурне. Вода эти мысли восприняла мгновенно и отреагировала арией великолепных кристаллов.

Таким образом, в очередной раз подтвердилась гипотеза о том, что пространство и время не являются преградой для передачи информации.

В ходе дальнейших экспериментов выяснилось, что вода способна воспринимать и отображать такие человеческие эмоции, как страх, боль, страдание. Об этом убедительно свидетельствуют фотографии кристаллов, сделанные после катастрофического землетрясения 1995 года в городе Кобе. Когда сразу же после этой трагедии сфотографировали кристаллы, образовавшиеся из воды, взятой из местного водопровода, они были деформированными и уродливыми, словно их исказили воспринятые водой страх, паника и страдания, испытываемые людьми сразу после землетрясения. А когда получили кристаллы из воды, взятой из того же водопровода, но три месяца спустя, они уже имели правильную форму и выглядели гораздо привлекательнее. Дело в том, что в течение этого времени в Кобе поступала помощь из многих стран мира, жители ощущали сочувствие и симпатию большинства населения Земли, и их моральное состояние заметно улучшилось.

Реагирует вода и на музыку. «Прослушав» сочинения Бетховена, «Аве Марию» Шуберта или «Свадебный марш» Мендельсона, она образует кристаллы фантастической красоты. Кристаллы воды, которой сыграли «Танец маленьких лебедей» из балета Чайковского «Лебединое озеро», напоминали, по словам Емото, силуэты этих грациозных и величественных птиц.

А когда воде сообщили, названия пяти основных мировых религий - христианство, буддизм, индуизм, ислам, и иудаизм, из нее образовался пятиугольный кристалл и в нем просматривались контуры человеческого лица.

Результаты своих исследований Масару Емото изложил в книге «Послания, исходящие от воды», опубликованной в 2002 году, которая за прошедшее с тех пор время буквально покорила мир и была переведена на десятки языков.

В России исследованиями влияния мыслей человека на протекание процессов, изменяющих информационные свойства воды, начали заниматься в 90-х годах прошлого столетия в московском НИИ традиционных методов лечения Минздрава России. Ими руководил доктор биологических наук Зенин С.В. В ходе многочисленных экспериментов группы Зенина оказалось, что огромное значение для свойств воды имеет ее структура, способ организации молекул, образующих устойчивые группы жидких кристаллов . Они являются своеобразными ячейками памяти воды. Именно поэтому ее структура ответственна за запоминание и передачу биологической информации.

В 1996 году возглавляемая им группа создала и запатентовала устройство по регистрации изменения электрической проводимости водной среды в зависимости от вида воздействующих мысленных установок. С его помощью удалось выяснить, что при мысленных установках на «излечение» проводимость воды возрастала, а при смене установок на «подавление» - уменьшалась.

Не менее любопытные результаты были получены в Санкт-Петербурге в лаборатории, руководимой доктором технических наук, президентом Международного союза медицинской и прикладной биоэлектроники Коротковым К.С. В последние годы там проводились эксперименты по воздействию на воду человеческих эмоций.

В одном из опытов группу людей попросили спроецировать на колбы с водой поочередно сначала положительные эмоции любви, нежности, заботы, а затем отрицательные чувства страха, боли, горечи, ненависти. Затем были произведены измерения с помощью специально разработанного прибора, действие которого основано на эффекте Кирлиана: все, что помещается в сильное электромагнитное поле, начинает испускать свет.

Таким образом, в различных образцах стали видны структурные изменения воды, соответствующие характеру воздействий позитивных или негативных. Ругань и проклятия действовали на воду подобно ядам.

Юрий Исаевич Наберухин, доктор химических наук, профессор Новосибирского государственного университета, специалист в области спектроскопии воды и водных растворов в настоящее время занимается компьютерным моделированием неупорядоченных конденсированных сред (жидкостей и аморфных твердых тел, в частности воды). Автор более 100 научных работ и четырех монографий, в своей книге «Загадки воды» Наберухин Ю.И. говорит о том, что чистая по своему химическому составу вода может обладать громадной биологической активностью. При многократных разведениях память о химической структуре растворенного вещества сохраняется. Передача биологической информации осуществляется за счет того, что она «запечатлевается» в структуре воды.

Практическое значение исследований, проведенных в Москве, Санкт-Петербурге, Новосибирске и Японии, трудно переоценить, если вспомнить, что человек более чем наполовину состоит из воды. И, следовательно, вода, находящаяся в организме, запоминает все наши повседневные мысли, чувства, эмоции. И если они положительны - мы не болеем, у нас отличное самочувствие, тогда как отрицательные мысли и эмоции, являющиеся, в сущности, вибрациями с определенными параметрами, передаются «нашей» воде и отрицательно влияют на все протекающие в организме процессы. Из этого следует, как много в нашей судьбе зависит от нас самих, от наших мыслей.

2. Опытные исследования физических свойств воды

2.1. Превращения воды

2.1.1. Расширение и сжатие воды

Рисунок № 1

Опыт показал, что при нагревании вода расширяется, при охлаждении сжимается.

2.1.2. Вода исчезает

Рисунок № 2

Опыт показал, что вода превращается в водяной пар.

2.1.3. Вода возвращается в жидкость

Р

исунок № 3

Опыт показал, что водяной пар при соприкосновении с холодной крышкой снова превращается в жидкость – конденсируется.

2

.1.4.Аномальные явления воды

Рисунок №4

Опыт показал, что при замерзании вода расширяется.

2

.1.5. Только ли тепло может растопить лед?

Рисунок № 5

Опыт показал, что не только тепло может растопить лед, но и когда нитку на льду присыпать поваренной солью, образуется охлаждающая смесь, и нитка примерзает к льдинке.

2.1.6. Бумажная кастрюля

Р

исунок № 6

Опыт показал, что удельная теплоёмкость и удельная теплота парообразования у воды велики, поэтому не происходит возгорание бумаги.

2.1.7. Несгораемый платок

Р

исунок № 7

Опыт показал, что удельная теплота парообразования воды велика. И количество теплоты, выделившееся при сгорании спирта не достаточно для полного превращения воды в пар. Платок сохраняется.

2.2.Давление воды.

2.2.1. Как движется вода?

Рисунок № 8

Опыт показал, что вода создаёт давление, чем больше высота столба жидкости, тем больше давление воды.

2.2.2. Самый простой фонтан

Р

исунок № 9

Под действием давления воды, струя воды устремилась вверх. Чем выше уровень воронки, тем сильнее бьёт фонтан.

2.3.Поверхностное натяжение воды, капиллярность, смачивание.

2.3.1. Плавающая иголка

Р

исунок № 10

Этот опыт – пример проявления поверхностного натяжения воды. Молекулы на поверхности воды, не имея над собой других молекул, связаны друг с другом значительно крепче и образуют пленку, способную выдержать вес легкого тела.

2

.3.2. Кувшинка

Рисунок № 11

Опыт показал, что вода смачивает бумагу, а также в силу капиллярности проникает в самые маленькие пустые пространства между волокнами бумаги и заполняет их. Бумага набухает, сгибы на ней распрямляются, и цветок распускается

2

.3.3. Удерживаем воду

Рисунок № 12

Платок хорошо смачивается водой. Вода заполняет пространства между волокнами ткани и благодаря поверхностному натяжению создаёт непроходимый барьер для воды.

2.3.4. Вода и мыло

Рисунок № 13

Опыты показали, что силу поверхностного натяжения можно уменьшить с помощью мыла.

Рисунок № 14

2.4. Плавание тел

2

.4.1. Извержение вулкана

Рисунок № 15

Опыт показал, что горячая вода менее плотная, чем холодная, она легче и поднимается вверх в окружающей холодной воде. Как только вода остынет, она смешается с остальной водой.

2.4.2. Тонет или не тонет

Рисунок № 16

Опыт показал, что плавучесть тела зависит не только от плотности, но и от формы тела. Пластилиновая лодочка вытесняет воду не только своим телом, но и своими пустотами. Это приводит к тому, что средняя плотность тела оказывается меньше плотности воды.

2

.4.3. Три этажа

Рисунок № 17

Опыт показал, что вещества, менее плотные, чем вода, плавают на ее поверхности

2

.4.4. Яйцо в соленой воде

Рисунок № 18

Яйцо плотнее, чем вода, поэтому оно тонет. Но солёная вода плотнее пресной, поэтому яйцо всплывает. В последнем случае яйцо расположилось под пресной водой, но на поверхности солёной.

2

.4.5. Ныряющий изюм

Рисунок № 19

При взаимодействии уксуса с пищевой содой образуется углекислый газ. Пузырьки газа прилипают к изюминам, и по закону Архимеда всплывают вверх.

Цель урока: познакомиться с удивительными свойствами воды.

Задачи урока:

1. На основе строения молекул воды, познакомиться с её свойствами.

2. Исследовать свойства воды, доказать её уникальность.

3. Сформировать понятие о воде, как о бесценном даре.

План урока.

1. Вступительное слово учителя. Мир нерукотворный.
2. Просмотр фрагмента фильма “Великая тайна воды”.
3. Строение молекул воды и её свойства.
4. Работа в группах.
5. Презентация музыкальных впечатлений воды.
6. Ещё одна загадка – крещенская вода.
7. Экология воды.
8. Выводы. Почему воду нужно беречь?
9. Домашнее задание.

Вступление.

Итак, мы посмотрели отрывок фильма. Какие свойства воды вам показались удивительными, что вы записали в своих тетрадях?

Предполагаемые ответы учеников:

1. Молекула маленькая.
2. Три агрегатных состояния: твердое, жидкое и газообразное.
3. Плотность льда меньше, чем у воды (расширяется при минусовой температуре).
4. Высокое поверхностное натяжение;
5. Вода – мощный растворитель;
6. Создает огромное давление (поднимается наверх по сосудам растений).

Учитель: Молодцы ребята, вы очень внимательны! А теперь давайте подробнее разберемся с перечисленными свойствами. Сейчас вам предстоит работа в группах. Каждая группа получит карточки с заданиями. Ознакомьтесь с их содержанием. Ответьте на предложенные вопросы или запишите пропущенные слова. Время, отведенное на работу с карточками - 3 минуты. Ребята делятся на 6 групп и по предложенным вопросам составляют план ответа. Выводом в каждой группе служит определение одного из удивительных свойств воды. Карточки для групп: (смотри приложение 2 .)

В конце урока в тетрадях, должна быть запись:

Вода – это маленькая молекула, которая имеет крайне специфические свойства:

1. Вода при нормальных условиях – жидкость, т.к. её молекулы полярны и соединены водородными связями, т.е. образуют крупные ассоциаты.
2. Плотность в кристаллах льда при 4°С уменьшается, поэтому лед плавает на поверхности (жизнь подо льдом продолжается).
3. Вода мощный растворитель, терморегулятор.
4. У воды высокое поверхностное натяжение.
5. Вода обладает подвижностью (замерзание, испарение и плавление); вода циркулирует (круговорот воды в природе). Вода принимает форму сосуда.
6. Вода может подниматься наверх по сосудам растений, создавая большое атмосферное давление, перенося минеральные вещества.

Выполняя задания в карточках, ученики должны сделать выводы, и назвать одно из удивительных свойств воды (каждая группа). Учитель корректирует ответы и рассказывает о тех понятиях, которые дополнят ответы ребят, знакомя их с новыми для них понятиями.

Учитель: Каков состав молекулы воды?

Ученик: Молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода.

Учитель: Какой тип химической связи между атомами в молекуле воды?

Ученик: Между атомами О-Н связь ковалентная полярная.

Учитель: Какова молярная масса воды?

Ученик: Молярная масса воды равна 18 г/моль.

Учитель: молярная масса воздуха равна 29 г/моль – это более, чем в 1,5 раз больше чем масса воды, так почему же вода не газ? Давайте разберемся.

Учитель: Молекула воды имеет вид равнобедренного треугольника, вершины которого несут частичные заряды О δ- и Н δ+ .

Строение молекулы воды.

Возникает как у магнита два полюса – положительный и отрицательный. Поэтому молекулу воды изображают как диполь.

Диполи могут притягиваться друг к другу и образовывать ассоциаты (объединения), которые по массе становятся в тысячи раз больше, чем масса одной молекулы воды. Поэтому вода – не газ, а жидкость. Молекулы воды соединяются друг с другом посредством водородных связей. Водородная связь - это химическая связь, соединяющая разные молекулы. Она возникает между атомом водорода одной молекулы воды и атомом кислорода другой молекулы воды. Такая связь гораздо слабее всех других видов химических связей.

Вода может находиться в трех агрегатных состояниях – жидком, твердом и газообразном.

Температура кипения воды 100°С, плавления – 0°С. Это тоже аномально высокие значения. Учёные объясняют такой факт тем, что молекулы воды способны соединяться в агрегаты с помощью водородных связей. На разрыв, которых, и затрачивается большое количество тепловой энергии при нагревании.

При нагревании расстояние между молекулами воды увеличивается, водородные связи между ними разрушаются и поэтому вода превращается в газ, или водяной пар.

1. При охлаждении расстояние между молекулами уменьшается, при t = 0 ° С вода превращается в твердые кристаллы. Одним из удивительных свойств воды является то, что при t = 4 ° С плотность в кристаллах льда уменьшается и благодаря этому свойству, вода в озерах не промерзает до дна, сохраняя жизнь подо льдом.

2. Благодаря этой же способности (меньшей плотности льда, чем у холодной воды) образовавшиеся айсберги плавают на поверхности.

3. Вода является мощным растворителем. В природе не существует абсолютно чистой воды. Абсолютно чистая вода – это дистиллированная вода, её ещё называют мертвой водой. В природной воде всегда растворены различные соли. Проникая во все слои Земли, вода растворяет минералы, находящиеся в ней. Вода способна растворить и твердые вещества и жидкие и газообразные. Вода играет огромную роль и в различных процессах жизнедеятельности живого организма, т.к. именно в водных растворах происходит взаимодействие между веществами. Вода ускоряет многие процессы в организме, а также является мощнейшим терморегулятором.

В планетарном смысле вода также играет огромную роль. Её теплоемкость не дает нашей планете сильно остыть или перегреться, т.к. вода очень медленно остывает и очень медленно нагревается. Благодаря этой способности воды регулируется климат на нашей планете.

4. Еще одним из удивительных свойств воды является высокое поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение является одним из важных параметров воды. Оно определяет силу сцепления между молекулами воды, а также форму поверхности жидкости. Например, из-за сил поверхностного натяжения формируется капля.

Поверхностное натяжение чистой воды больше, чем у любой другой жидкости. У абсолютно чистой воды поверхностное натяжение таково, что по ней можно было бы кататься на коньках. Из-за наличия примесей величина поверхностного натяжения воды резко снижается.

5. Одним из основных свойств воды является её подвижность, обусловленная быстрой сменой формы, влекущей постоянное замерзание, испарение и плавление.

Нужно отметить, что вода бывает подземная, наземная и воздушная. Эти формы воды не существуют отдельно друг от друга. Вода постоянно циркулирует между этими тремя пунктами. Эта циркуляция называется круговоротом воды в природе.

Удивительным свойством воды является и то, что вода способна подниматься наверх по сосудам растений, перенося с собой растворенные в ней минеральные (неорганические) вещества. Вода способна создавать огромное давление в несколько сотен атмосфер, благодаря этому свойству нежный росток с легкостью пробивает асфальт.

Вода - вещество необычное. Нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в то же время не существует другого такого же вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах.

Есть ещё одно удивительное свойство у воды. Об этом удивительном свойстве вам расскажет С. (опережающее задание).

В тетрадях появляются ещё два свойства воды – это:

1. Вода обладает памятью.
2. Удивительная загадка – Крещенская вода.

На доске учитель закрепляет на магниты карточки с выводами, которые делают ученики. (Приложение 4 .)

Учитель: Можем ли мы сказать, что вода – это бесценный дар?

Ученик: да, потому что…

Учитель: Человек может быть творцом, когда он строит красивые здания, архитектурные сооружения. Он может развернуть русла рек, произвести запуск ракеты в космос и т.д. Но создать небо, море, горы, воду ему неподвластно, разум человека не дошел до такого уровня. У воды тоже есть ТВОРЕЦ. У православного человека Творец – это Бог.

“Сознание предшествует воплощению идей. Бог великий архитектор”. Д.С. Лихачёв (1906–1999), историк, культуролог.

Учитель: Ребята, ещё одно сообщение об экологии воды для вас приготовила М. Давайте посмотрим её презентацию. (Презентация 4 . Экология воды.)

Учитель: На нашей планете много воды. Но в быту мы используем только пресную воду. Много ли пресной воды на планете?

Почти 70% поверхности нашей планеты занято океанами и морями. Из общего количества воды на Земле, равного 1 млрд. 386 млн. кубических километров, 1 млрд. 338 млн. кубических километров приходится на долю солёных вод Мирового океана, и только 35 млн. кубических километров приходится на долю пресных вод. На каждого жителя Земли приблизительно приходится 0,33 кубических километров морской воды и 0,008 кубических километров пресной воды. Но трудность в том, что подавляющая часть пресной воды на Земле находится в таком состоянии, которое делает её труднодоступной для человека. Почти 70% пресных вод заключено в ледниковых покровах полярных стран и в горных ледниках, 30% - в водоносных слоях под землёй, а в руслах всех рек содержатся одновременно всего лишь 0,006% пресных вод.

Учитель: Так много или мало воды на Земле?

Ученик: Очень мало! Большая часть воды солёная, а человеку с каждым днем всё больше требуется пресной воды. Человечеству угрожает кризис из-за загрязнения воды. Некоторые страны уже испытывают нехватку чистой пресной воды и вынуждены ввозить её из-за рубежа. Воду надо беречь!

Подведем итоги урока. Почему вода уникальна? Зачем беречь воду?

Домашнее задание.

Подготовьте сообщение о том, как очищают воду перед тем, как она попадает к нам в кран. Нарисуйте схему водоочистительной станции.

Наука

"Нет ничего мягче и слабее воды, и нет ничего, что бы превосходило ее в разрушительной атаке на все жесткое и сильное". Китайский мудрец Лао-Цзы именно так ее охарактеризовал в одном из своих древних текстов. В самом деле, способность воды смягчать, питать и омывать контрастирует с ее грубой силой, которая проявляется, к примеру, на Ниагарском водопаде или во время цунами.

Также парадоксально, что вода хорошо знакома нам (из нее на две трети состоит наше тело и на три четверти наша планета) и в то же время чрезвычайно загадочна. Несмотря на то, что вы много о ней знаете, многие из ее свойств могут вас удивить. Другие же являются настолько странными, что до сих пор ускользают от научного понимания.

Горячая вода быстрее замерзает

Обычный человек, исходя из принципов логики, может подумать, что для того, чтобы замерзнуть горячей воде нужно больше времени, чем холодной. Но как ни странно, это как раз не тот случай. Эта особенность воды была впервые обнаружена танзанийским студентом Эрасто Мпемба (Erasto Mpemba) в 1963 году. Он выявил, что под воздействием одинаково низких температур, горячая вода действительно замерзает быстрее холодной.

И никто не знает почему. Одно из возможных объяснений заключается в том, что эффект Мпемба – это результат процесса циркуляции тепла под названием конвекция. В сосуде с водой теплая вода поднимается наверх, отталкивая холодную на дно, и создает тем самым "горячую верхушку". Ученые полагают, что конвекция может каким-то образом ускорить процесс охлаждения, что позволяет горячей воде быстрее замораживаться, чем холодной, несмотря на то, что она должна затратить больше «сил» на то, чтобы добраться до точки замерзания.

Скользкое вещество

Уже полтора века ученые бьются над тем, почему лед может заставить вас упасть. Ученые согласны с тем, что тонкий слой воды в жидком состоянии на поверхности твердого льда приводит к появлению скольжения, и что быстрое перемещение жидкости затрудняет движение по ней, даже если слой очень тонкий. Однако, среди них нет консенсуса относительно того, почему лед в отличие от большинства других твердых тел, имеет такой слой.

Теоретики предполагают, что слой появляется как результат акта скольжения, который при контакте с коньками или с чем-то другим начинает таять. Другие полагают, что слой образуется до того, как на льду появляется фигурист или обычный человек, и оказывается он там в результате внутреннего движения поверхностных молекул.

Акванавт

На Земле кипящая вода создает тысячи крошечных пузырьков пара. В космосе, наоборот, она производит один гигантский пузырь. Гидродинамика – это настолько сложный процесс, что физики не знали, что произойдет с кипящей водой в условиях невесомости, пока, наконец, в 1992 году на борту космического челнока не был осуществлен эксперимент. Позднее физики решили, что кипение воды в космосе – это, вероятно, результат отсутствия конвекции и плавучести, двух явлений, вызванных гравитацией. На Земле мы наблюдаем этот эффект, когда смотрим на кипящую воду в чайнике.

Парящая жидкость

Когда капля воды попадает на поверхность, температура которой гораздо выше, чем точка кипения воды, капля может скользить по поверхности намного дольше, чем вы себе представляете. Называемое эффектом Лейденфроста, это явление происходит из-за того, что когда нижний слой капли испаряется, молекулы газа, образующиеся в этом слое, никуда не исчезают, поэтому их присутствие изолирует другие слои капли, и они, тем самым не касаются горячей поверхности. Капля, таким образом, выживает в течение нескольких секунд без выкипания.

Безумства в мембране

Иногда молекулы воды бросают вызов законам физики, держась вместе, несмотря на все попытки силы тяжести или давления их разъединить. Это есть сила поверхностного натяжения, что заставляет верхний слой воды и некоторых других жидкостей вести себя как гибкая мембрана. Поверхностное натяжение возникает из-за того, что молекулы воды находятся в свободной связи друг с другом. Из-за слабых связей между ними молекулы на поверхности всегда подталкиваются молекулами из нижних слоев. Они будут держаться вместе до тех пор, пока плотно связанные молекулы будут пытаться разрушить менее прочные связи.

На изображении, к примеру, видно, как скрепка опирается на верхний слой поверхности воды. Хотя металл плотнее воды, и должен по правилам утонуть, однако, поверхностное натяжение не дает это сделать.

Кипящий снег

Когда наблюдается огромная разница между температурой воды и температурой воздуха на улице (к примеру, если кастрюлю с кипящей водой (100 градусов по Цельсию) "выплеснуть" в воздух, температура которого будет -34 градуса), удивительный эффект случается. Кипящая вода мгновенно превращается в снег.

Объяснение: плотность очень холодного воздуха достаточно высокая, и его молекулы расположены так близко друг к другу, что там остается очень мало места для того, чтобы "нести" водяной пар. Кипящая вода, с другой стороны, выпускает очень много пара. Когда вода выбрасывается в воздух, она разбивается на капли, в которых, наоборот, много места для перенесения пара. В этом-то и загвоздка. Капли содержат больше пара, чем воздух может удерживать, поэтому пар "выпадает в осадок", цепляясь за микроскопические частицы в воздухе, такие как натрий или кальций и формируют кристаллы. Именно так и образуются снежинки.

Пустое пространство

Хотя твердая форма почти каждого вещества плотнее, чем его жидкая форма, в связи с тем, что атомы в твердых телах обычно плотно расположены друг другу, в случае с водой это не справедливо. Когда вода замерзает, ее объем увеличивается примерно на 8 процентов. Эта странность позволяет находиться на плаву кубикам льда и даже гигантским айсбергам.

Когда вода остывает до точки замерзания, для того, что держать молекулы вместе требуется меньше энергии, таким образом, молекулы способны образовывать устойчивые водородные связи друг с другом, постепенно блокируясь в определенном положении. Такой же процесс проходит при затвердевании всех жидкостей. И так же, как и в других твердых телах, связи между молекулами льда действительно короче и жестче, чем свободные связи в жидкой воде. Разница заключается в том, что гексагональная структура кристаллов льда оставляет много свободного пространства, что делает лед менее плотным, чем воду в жидком состоянии.

Излишки льда можно наблюдать в морозильнике в виде "ледяных шипов". Эти шипы состоят из излишек воды, которые "выпадают" из поставленных на замораживание кубов с жидкостью. В контейнере вода, как правило, начинает замерзать от дна и боковых стенок, все ближе подходя к центру и верху, поэтому к середине лед расширяется. Иногда воды в таком контейнере оказывается слишком много, она выпрыскивается и замерзает в форме шипа.

Одна в своем роде

Всем нам известно, что не существует двух одинаковых снежинок. Действительно за всю историю существования снега, каждое из этих красивых творений было совершенно уникальным. И вот почему: снежинка начинает образовываться, обретая форму простой гексагональной призмы. Поскольку при каждом замораживании теряется определенная часть молекул из-за различных температур, влажности и давления воздуха, в таких меняющихся условиях снежинка и обретает свою уникальную форму. Этих изменений достаточно для того, чтобы никогда форма кристалла снежинки не повторилась.

Однако, что не менее удивительно, так это шесть абсолютно одинаковых частей снежинки, которые благодаря своей синхронности создают идеальную гексагональную симметрию.

А вы откуда родом?

Точное происхождение воды, которой покрыто 70 процентов поверхности Земли, все еще остается загадкой для ученых. Они подозревают, что любая вода, скопившаяся на поверхности планеты с момента ее формирования 4,5 миллиарда лет назад, должна была выпариться из-за молодого пылающего солнца. Это означает, что вода, которая сейчас присутствует на планете, появилась гораздо позже.

Как? Возможно, около 4 миллиардов лет назад, массивные объекты из внешней части солнечной системы ударили землю и внутренние планеты. Вероятно, это объекты были наполнены водой, а столкновение привело к тому, что Земля стала гигантским резервуаром для хранения жидкости.

Введение

"Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобою наслаждаются, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты сама жизнь. Ты восполняешь нас радостью, которую не объяснишь нашими чувствами. С тобою возвращаются к нам силы, с которыми мы уже простились. По твоей милости в нас вновь начинают бурлить высохшие родники нашего сердца." (Антуан де Сент Экзюпери).

Мало кто из нас задумывался над тем, что представляет собой вода. Она сопровождает нас повсюду и, кажется, нет ничего более обычного и простого. Однако это далеко не так. Многие поколения учёных изучают свойства воды. Совершенствуется научное оборудование и методы исследований, и на каждом этапе развития науки и техники открываются новые удивительные свойства воды. В настоящее время о воде известно очень много - наверное, в природе не существует химического соединения, о котором было бы накоплено больше научной информации, чем о воде. Несмотря на это можно с уверенностью говорить о том, что природа этого вещества ещё не познана до конца и нам предстоит узнать немало. Вода особенно интересна тем, что она является универсальным растворителем многих соединений и приобретает в растворах необычные свойства, которые и представляют первоочередной интерес для исследователей.

Вода - вещество привычное и необычное. Известный советский ученый академик И.В. Петрянов свою научно-популярную книгу о воде назвал “Самое необыкновенное вещество в мире”. А доктор биологических наук Б.Ф. Сергеев начал свою книгу “Занимательная физиология” с главы о воде - “Вещество, которое создало нашу планету”.

Ученые правы: нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в то же время не существует другого такого же вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах.

Вода - единственное вещество на Земле, которое существует в природе во всех трёх агрегатных состояниях - жидком, твёрдом и газообразном.

Кроме того, вода - весьма распространенное на Земле вещество. Почти поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы.

Вода имеет очень большое значение в жизни растений, животных и человека. Согласно современным представлениям, само происхождение жизни связывается с морем. Во всяком организме вода представляет собой среду, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма; кроме того, она сама принимает участие в целом ряде биохимических реакций.

Её аномальные свойства обеспечивают условия для жизни на нашей планете. Если бы при понижении температуры и при переходе из жидкого состояния в твердое плотность воды изменялась так же, как это происходит у подавляющего большинства веществ, то при приближении зимы поверхностные слои природных вод охлаждались бы до 0°С и опускались на дно, освобождая место более теплым слоям, и так продолжалось бы до тех пор, пока вся масса водоема не приобрела бы температуру 0°С. Далее вода начинала бы замерзать, образующиеся льдины погружались бы на дно и водоем промерзал бы на всю его глубину. При этом многие формы жизни в воде были бы невозможны. Но так как наибольшей плотности вода достигает при 4°С, то перемещение ее слоев, вызываемое охлаждением, заканчивается при достижении этой температуры, При дальнейшем понижении температуры охлажденный слой, обладающий меньшей плотностью, остается на поверхности, замерзает и тем самым защищает лежащие ниже слои от дальнейшего охлаждения и замерзания.

Большое значение в жизни природы имеет и тот факт, что вода обладает аномально высокой теплоемкостью Поэтому в ночное время, а также при переходе от лета к зиме вода остывает медленно, а днем или при переходе от зимы к лету так же медленно нагревается, являясь таким образом, регулятором температуры на земном шаре.

Вода как регулятор климата

Океаны и моря являются регуляторами климата в отдельных частях земного шара. Суть этого заключается не только в океанических течениях, которые переносят теплую воду из экваториальных районов в более холодные (течение Гольфстрим, а также Японское, Бразильское, Восточно-Австралийское), но и противоположные им холодные течения - Канарское, Калифорнийское, Перуанское, Лабрадорское, Бенгальское. Вода обладает очень высокой теплоемкостью. Для нагревания 1 м 3 воды на 1° требуется энергия, которая позволяет нагреть на такую же температуру 3000 м 3 воздуха. Естественно, что при охлаждении водоемов эта теплота передается в окружающее пространство. Поэтому в районах, прилегающих к морским бассейнам, редко бывают большие перепады температур воздуха в летнее и зимнее время. Водные массы сглаживают эти перепады - осенью и зимой вода подогревает воздух, а весной и летом охлаждает.

Другой важной функцией океанов и морей является регулирование содержания в атмосфере углекислого газа (диоксида углерода). Основную роль в регулировании содержания CO 2 в атмосфере играют океаны. Между Мировым океаном и атмосферой Земли устанавливается равновесие: углекислый газ CO 2 растворяется в воде, превращаясь в угольную кислоту H 2 CO 3 , и далее превращается в донные карбонатные осадки. Дело в том, что в морской воде содержатся ионы кальция и магния, которые с карбонатным ионом могут превращаться в малорастворимый карбонат кальция CaCO 3 и магния MgCO 3 .

Трудно представить, какой была бы наша планета, если бы океаны не связывали атмосферный углекислый газ.

Одному зеленому покрову Земли невозможно было бы справиться с задачей удержания примерно на одном и том же уровне содержания CO 2 в атмосфере. Подсчитано, что наземные растения для построения своего тела ежегодно потребляют из атмосферы 20 млрд. т CO 2 , а обитатели океанов и морей извлекают из воды 155 млрд. т в пересчете на CO 2 .

История изучения воды

То, что вода обладает уникальными свойствами, знали ещё в древности. Эта загадочность влекла (да и сейчас влечёт) к себепоэтов, художников, философов, ученых, всех людей, так как каждый человек немного (а иногда и много) поэт, художник, философ. Есть что-то такое, что заставило Фалеса из Милета сказать: ΰδωρ μήν άςιστον - " воистину, вода лучше всего". Фалес был грек и жил на берегу моря. Когда сидишь у моря и смотришь на него, то кажется, что вот-вот раскроются самые сокровенные тайны мироздания.

Греческие мыслители считали воду одним из четырех элементов, из которых состоит все сущее. Конечно, вода Платона - не Н 2 О, изучаемая современной наукой. Это - некоторая абстракция. И не нужно искать аналогий между утверждением Платона, что частицы воды имеют форму икосаэдров, и додекаэдрической моделью Л. Полинга или теорией Дж. Бернала о строении жидкостей. Или серьезно считать, что слова Платона: "Что касается воды, то она делится, прежде всего, на два рода: жидкий и плавкий. Первый. содержит в себе исходные тела воды, которые малы и притом имеют разную величину… Второй род состоит из крупных и однородных тел…" - предвосхищают современные модели состояний воды. Древние учёные не занимались наукой в нашем понимании этого слова. Они не задавали вопросов природе. Они размышляли. Они придумали много интересного, но не смогли узнать, как устроенокружающий мир. Для этого надо не только и не столько выдвинуть теорию, но, что важнее, предложить способы ее проверки или опровержения. Нужно ставить эксперименты. Всерьез это стали делать только в XVI веке. На заре науки великий Декарт рассуждал о воде совсем еще в духе древних греков:

"Тогда частицы останавливаются в беспорядочном соединении, налагаясь друг на друга, и образуют твердое тело, именно лед. Таким образом, разницу между водой и льдом можно уподобить разнице между кучкой маленьких угрей, живых или мертвых, плавающих в рыбачьей лодке, через отверстия которой проходит колеблющая их вода, и кучкой тех же угрей, высохших и застывших от холода на берегу. Среди длинных и гладких частиц, из которых, как я сказал, состоит вода, большая часть сгибается или перестает сгибаться в зависимости от того, имеет ли материя, их окружающая, несколько больше или меньше силы, чем обычно. И когда частицы обыкновенной воды совсем перестают сгибаться, их наиболее естественный вид не таков, чтобы они были прямые, как тростинки, но многие из них искривлены различным образом, а поэтому они уже не могут поместиться в таком малом пространстве, как в том случае, когда разреженная материя, имея достаточно силы, чтобы их согнуть, заставляет их приспособить свои формы друг к другу". Как убедительно пишет мыслитель! Его уверенный тон не предполагает возражений. Как будто он заглянул внутрь воды и льда и подсмотрел, как устроены, расположены и движутся слагающие их частицы. И, кажется, ему и в голову не приходило, что можно предложить способ проверки нарисованной картины. Впрочем, тогда, разумеется, это было бы и невозможно.

Прошло полтора века. Лавуазье окончательно показал, что вода - не элемент (в современном понимании этого слова), а состоит из водорода и кислорода. Еще несколько десятилетий ушло на то, чтобы установить, что в воде на один атом кислорода приходится два атома водорода. Н 2 О. Эту формулу знают даже люди, очень далекие от естественных наук. Для многих - это единственная химическая формула, которую они могут написать и произнести… Со времен Лавуазье воду изучают непрерывно, всеми возможными способами. А число этих способов становится все больше и больше. Мы очень много знаем о воде. Но можем ли мы, как Декарт, спокойно, просто и уверенно рассказать, как она устроена и как движутся ее частицы? Современные методы исследования строения веществ позволили досконально изучить структуру воды во всех её агрегатных состояниях. Однако чем больше новых данных о воде было получено, тем больше новых загадок открывалось для исследователей.

Рис.1. Рентгенограмма льда

Одно из величайших достижений науки XX века заключается в том, что люди научились отвечать на вопрос, как устроены кристаллы. В 1912 году известный физик-теоретик М. Лауэ вместе с коллегами В. Фридрих и П. Книппингу догадались, что дифракцию рентгеновских лучей можно применить для изучения их строения (рис.1). Так был открыт рентгенофазовый анализ. Теперь мы знаем, как устроен кристалл твёрдой воды - льда. Атомы кислорода распределены во льду таким образом, что каждый из них окружен четырьмя другими на практически равных расстояниях, по вершинам правильного тетраэдра. Если центры атомов кислорода соединить палочками, то возникнет ажурный изящный тетраэдрический каркас. А атомы водорода? Они сидят на этих палочках по одному на каждой. Тут есть два места для атома водорода - вблизи (на расстоянии приблизительно 1Å) каждого из концов палочки, но занято бывает только одно из этих мест. Атомы водорода размещены так, что около каждого атома кислорода их оказывается по два, так что в кристалле можно выделить молекулы Н 2 О. Два атома водорода связаны с атомом кислорода так, что они образуют почти прямой угол, точнее, угол в 105 градусов. Если бы это был угол в 109 градусов, молекулы замерзшей воды соединились бы в кубическую решетку, подобную кристаллу алмаза. Но в этом случае такая структура была бы неустойчивой из-за нарушения связей. Строение молекул воды подтверждено и другими методами.

Строение жидкой воды будет рассмотрено ниже для объяснения некоторых аномальных свойств воды.

Необычные свойства воды

Тепловые свойства

При постепенном повышении температуры и сохраняющемся внешнем давлении вода последовательно переходит из одного фазового состояния в другое: лед - вода - пар.

Известно, что водяной пар при температурах 300 - 400 К имеет молярную теплоемкость (при постоянном объеме) С V = 3R ≈ 25Дж/ (моль·К). Величина 3R соответствует теплоемкости идеального многоатомного газа, имеющего шесть кинетических степеней свободы - три поступательные и три вращательные. Это означает, что колебательные степени свободы самих молекул воды в этом диапазоне температур еще не включены. Естественно, что при более низких температурах они не включены тем более.

Удельная теплоемкость воды в жидком состоянии, равная 4200Дж/ (моль·К), соответствует молярной теплоемкости 75,9Дж/ (моль·К) ≈ 9,12R. На один моль атомов (и кислорода, и водорода), входящих в состав жидкой воды, приходится около 3,04R - вода формально подчиняется закону Дюлонга и Пти для твердых тел, хотя и не является твердым телом. На это обстоятельство стоит обратить пристальное внимание!

Молярная теплоемкость льда при температуре 273К равна примерно 4,5R, т.е. вдвое меньше, чем для жидкой воды. Классическое объяснение теплоемкости твердых тел основано на предположении, что каждый атом в составе твердого тела имеет три колебательные степени свободы. Атомы не имеют вращательных степеней свободы, поэтому, в соответствии с правилом о равнораспределении энергии по степеням свободы, молярная теплоемкость атомов, входящих в состав твердого тела, равна 3R и не зависит от температуры. Это правило действительно выполняется при достаточно высоких температурах для большинства твердых тел и носит название закона Дюлонга и Пти.

С чем же связана такая высокая теплоемкость? Ответ лежит в межмолекулярных силах, связывающих молекулы воды в единое целое. Водород отличается от других элементов тем, что его атомы имеют лишь по одному электрону. Однако они могут соединяться с другими атомами не только с помощью своих электронов (валентные связи), но и привлекая своей свободной, положительно заряженной стороной электроны, других атомов. Это так называемая водородная связь. В воде связанные с каждым кислородным атомом два атома водорода в то же время могут быть сцеплены с другими атомами посредством водородных связей. Так молекулы Н 2 Осоединяются друг с другом. Поэтому воду следует рассматривать не как совокупность отдельных молекул, но как единую их ассоциацию. На деле вся масса воды, содержащаяся в каком-либо сосуде - это одна молекула.

Водородные связи легко обнаруживаются при исследовании воды инфракрасным спектрометром.

Водородная связь, как мы установили, сильнее всего поглощает лучи с длиной волны около трех микронов (онирасположены вблизи инфракрасной области теплового излучения, то есть рядом с видимой частью спектра). В жидком состоянии вода так сильно поглощает эти лучи, что если бы наши глаза воспринимали их, вода казалась бы нам черной, как смоль. Частично ею поглощаются и лучи красного конца видимого спектра; отсюда характерный голубой цвет воды.

При нагревании воды часть теплоты затрачивается на разрыв водородных связей (энергия разрыва водородной связи в воде составляет примерно 25 кДж/моль). Этим и объясняется высокая теплоемкость воды.

Рис.2. Изменение температур плавления и кипения водородных соединений элементов VIA группы

Прочность связи водяных молекул ведет к тому, что у воды необычно высокие точки плавления и кипения (рис.2).

Если определить температуру кипения гидрида кислорода по положению кислорода впериодической 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.

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. Согласно расчетам, общая энергия водородных связей в одном моле воды эквивалентна 6 тысячам калорий. 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.

Вязкость и поверхностное натяжение

Еще одна физическая величина, связанная со структурой воды, имеет особенную зависимость от температуры - это вязкость. В обычной, неассоциированной жидкости, скажем, такой, как бензин, молекулы свободно скользят одна вокруг другой. В воде же они скорее катятся, чем скользят. Так как молекулы соединены между собой водородными связями, то, прежде чем произойдет какое-либо смещение, нужно разорвать хотя бы одну из этих связей. Эта особенность и определяет вязкость воды.

Вязкость воды уменьшается при изменении температуры от 0°С до 100°С в семь раз, тогда как вязкости большинства жидкостей с неполярными молекулами, не имеющими, соответственно, водородных связей, уменьшаются при таком же изменении температур всего в два раза! Спирты, молекулы которых являются полярными, как и молекула воды, тоже изменяют вязкость в 5-10 раз при таком изменении температуры.

Исходя из оценки количества разорванных связей при нагревании воды от 0°С до 100°С (порядка 4%), следует признать, что подвижность воды и ее малая вязкость обеспечиваются весьма малой долей всех молекул.

У воды есть ещё одна замечательная особенность… Вода сама поднимается вверх в почве, смачивая всю толщу земли от уровня грунтовых вод. Сама поднимается вверх по капиллярам сосудов деревьев. Сама движется вверх в порах промокательной бумаги или в волокнах полотенца. В очень тонких трубках вода может подняться на высоту нескольких метров…

Это объясняется её исключительно большим поверхностным натяжением. Силы молекулярного притяжения действуют на молекулу жидкости на её 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 (0,073Н/м).

Эта сила и придаёт 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 способностью.

Плотность

Как известно, вода при атмосферном давлении в диапазоне температур от 0°С до 4°С увеличивает свою плотность (рис.3).

Рис.3. Зависимость плотности воды от температуры

По-видимому, при 0°С в жидкой воде имеется очень много островков с сохранившейся структурой льда. Каждый из этих островков при дальнейшем увеличении температуры испытывает тепловое расширение, но одновременно с этим уменьшаются количество и размеры этих островков вследствие продолжающегося разрушения их структуры. При этом часть объема воды между островками имеет другой коэффициент расширения.

Способность воды расширяться при замерзании приносит много хлопот в быту и технике. Практически каждый человек был свидетелем того, что замерзшая вода разрывает стеклянную емкость, будь то бутылка или графин. Гораздо большую неприятность доставляет промерзание водопровода, так как при этом почти неизбежным результатом являются лопнувшие трубы. По этой же причине в предстоящую морозную ночь вода сливается из радиаторов охлаждения автомобильных двигателей.

Поскольку вода при замерзании увеличивается в объеме, то в соответствии с принципом Ле Шателье увеличение давления должно приводить к плавлению льда. Действительно, это наблюдается на практике. Хорошее скольжение коньков на льду обусловливается именно этим обстоятельством. Площадь лезвия конька невелика, поэтому давление на единицу площади большое и лед под коньком подплавляется.

Интересно, что если над водой создать высокое давление и затем ее охладить до замерзания, то образующийся лед в условиях повышенного давления плавится не при 0°C, а при более высокой температуре. Так, лед, полученный при замерзании воды, которая находится под давлением 20000 атм., в обычных условиях плавится только при 80°C.

Диэлектрическая постоянная воды

Диэлектрической постоянной воды называется ее способность нейтрализоватьпритяжение, существующее между электрическими зарядами. Если, например, растворить в воде хлористый натрий (поваренную соль), то положительно заряженные ионы натрия и отрицательные ионы хлора отделяются друг от друга. Это разделение происходит потому, что у воды высокая диэлектрическая постоянная - выше, чем у любой другой известной нам жидкости. Она уменьшает силу взаимного притяжения между противоположно заряженными ионами в сто раз. Причину сильного нейтрализующего действия воды нужно искать в расположении ее молекул. Водородный атом в них не делит поровну свой электрон с тем атомом кислорода, к которому он прикреплен: этот электрон всегда ближе к кислороду, чем к водороду. Поэтому водородные атомы заряжены положительно, а кислородные - отрицательно. Когда какое-либо вещество, растворяясь, распадается на ионы, кислородные атомы притягиваются к положительным ионам, а водородные - к отрицательным. Молекулы воды, окружающие положительный ион, направляют к нему свои кислородные атомы, а молекулы, которые окружают отрицательный ион, устремляются к нему своими атомами водорода. Таким образом, молекулы воды образуют как бы решетку, которая отделяет ионы друг от друга и нейтрализует их. Вот почему вода так хорошо растворяет электролиты (вещества, которые диссоциируются на ионы), например, хлористый натрий.

Воду обычно считают хорошим проводником электричества. Всякий монтер знает, как опасно работать с проводами высокого напряжения, стоя на сырой земле. Но электропроводность воды - следствие того, что в ней растворены различные примеси. Всякую влажную поверхность можно считать хорошим проводником именно потому, что вода служит отличным растворителем для электролитов, в том числе для углекислоты воздуха. Чистая же вода (ее очень трудно сохранить чистой, так как для этого нужно изолировать воду от всякого контакта с воздухом и хранить в сосуде из инертного материала, скажем, кварца) - прекрасный изолятор. Так как атомы водорода и кислорода в молекуле воды электрически заряжены, они связаны друг с другом и потому не могут переносить заряды.

Капиллярная вода

Рис.4. Вблизи введенного в стеклянный капилляр столбика жидкости (а) возникают как бы дочерние столбики (б)

В 1962 году доцент Костромского текстильного института Н.Н. Федякин обнаружил, что вблизи введенного в стеклянный капилляр столбика жидкости (воды, метилового спирта, уксусной кислоты) возникают как бы дочерние столбики, которые медленно растут, по мере того как убывает длина первичного столбика (рис.4).

Этот удивительный рост вторичных столбиков можно было объяснить только пониженным давлением их пара по сравнению с первым столбиком. Следовательно, и другие свойства дочерних образований должны были заметно отличаться от материнских. Спустя некоторое время сотрудники отдела поверхностных явлений Института физической химии АН СССР занялись совместно с Н.Н. Федякиным широкими исследованиями этого интересного явления.

В термостатированной камере можно было создавать различную степень насыщенности водяными парами. Поэтому удалось точно установить, какая насыщенность камеры парами соответствует их равновесию со столбиками модифицированной воды. Степень насыщения оказалась равной 93-94 процентам. Было установлено, что эта цифра не зависит от радиуса капилляров. Отсюда был сделан вывод, что вновь рождающиеся дочерние столбики наделены аномальными свойствами во всем своем объеме независимо от их толщины и в целом представляют собой такое состояние жидкости, которое по свойствам резко отличается от нормального.

Действительно, пониженное давление насыщенного пара столбиков аномальной воды трудно понять, если не согласиться, что его причиной служит иная, модифицированная структура воды. Но ясно, что изменение структуры должно влиять и на другие свойства жидкости, в особенности на так называемые структурно-чувствительные свойства, к которым принадлежит, например, вязкость. Это и подтвердилось на самом деле: для модифицированной воды было зарегистрировано увеличение вязкости более чем в 15 раз.

Сравнительные исследования теплового расширения столбиков модифицированной и нормальной воды в интервале температур от - 100 до +50° С тоже дали исключительно важные результаты.

Известно, что длина столбика нормальной воды, как и вообще объем этой воды, достигает минимума при +4°С. Кристаллизуясь (после некоторого переохлаждения), вода превращается в лед нормальной плотности, который при нагревании плавится точно при 0°С. Столбики же модифицированной воды, полученные при конденсации ненасыщенного пара, повели себя совершенно иначе.

Рис.5

В чем заключалось отличие? Во-первых, минимум длины и, следовательно, максимум плотности оказался у них смещенным в область отрицательных температур (рис.5).

Во-вторых, переход в твердое состояние обнаруживает у них мало общего с кристаллизацией обычной воды. При температуре около минус 30-50°С столбик мутнеет и испытывает скачкообразное удлинение. Однако это удлинение существенно меньше, чем при замерзании обычной воды (которое, кстати, не сопровождается помутнением).

После описанного скачка длина столбика полого меняется как при дальнейшем охлаждении, так и при нагревании на 10-20°. При более значительном повышении температуры длина столбика постепенно уменьшается по более крутой, но все же плавной зависимости. Одновременно микроскопическое наблюдение показывает, что картина помутнения как бы разрешается.

Теперь становится понятным, почему с повышением температуры исчезает помутнение: при нагревании капельки уменьшаются в размере, число их сокращается и, наконец, они полностью исчезают.

Рис.6. Столбик аномальной воды при - 16,0°С

Наиболее интересным в наблюдениях нам показалось то, что, подвергая столбик модифицирован-ной воды медленному испарению, можно увеличивать степень ее аномальности, получать предельно-аномальную воду и, наоборот, приводя тот же столбик в контакт с нормальной водой или с пересыщенными парами, удается ослабить степень аномальности.

Рис.7

Предельно-аномальная вода отличается в области положительных температур наибольшим коэффициентом расширения, который в несколько раз превышает средний коэффициент расширения обычной воды в том же температурном интервале (рис.6). В то же время так и не удалось заметить, чтобы предельно-аномальная вода обнаруживала минимум объема при какой-нибудь температуре. Это напоминает поведение таких жидкостей, как стекло, спирт, способных при переохлаждении сразу застекловываться при соответствующем росте вязкости.

Кстати, предельно-аномальная вода уже при положительных температурах обладает вязкостью, значительно большей, чем у обычной воды. Существенная особенность предельно-аномальной воды состоит в том, что она не расслаивается на эмульсию "вода в воде" ни при каком охлаждении (вплоть до - 100° С). Следовательно, в этом случае модифи-цированная вода ведет себя как жидкость, имеющая в своем составе только один сорт молекул, но в противоположность нормальной воде она не обнаруживает никакой аномалии теплового расширения.

Память воды

Благодаря изобилию изотопов у водорода и кислорода, вода состоит из 33 разных веществ. При испарении природной воды состав меняется как по изотопному содержанию дейтерия, так и кислорода. Эти изменения изотопного состава пара очень хорошо изучены, и так же хорошо исследована их зависимость от температуры.

Недавно ученые поставили замечательный опыт. В Арктике, в толще огромного ледника на севере Гренландии, была заложена буровая скважина и высверлен и извлечен гигантский ледяной керн длиной почти полтора километра. На нем были отчетливо различимы годичные слои нараставшего льда. По всей длине керна эти слои были подвергнуты изотопному анализу, и по относительному содержанию тяжелых изотопов водорода и кислорода - дейтерия и были определены температуры образования годичных слоев льда на каждом участке керна. Дата образования годичного слоя определялась прямым отсчетом. Таким образом была восстановлена климатическая обстановка на Земле на протяжении тысячелетия. Вода все это сумела запомнить и записать в глубинных слоях гренландского ледника.

В результате изотопных анализов слоев льда была построена учеными кривая изменения климата на Земле. Оказалось, средняя температура у нас подвержена вековым колебаниям. Было очень холодно в XV веке, в конце XVII века и в начале XIX. Самые жаркие годы были 1550 и 1930.

Рис.8. Температурная кривая мезозоя-кайнозоя для южной половины Русской равнины

Кроме того, по пыльце растений, содержащейся в кернах высокой глубины, можно было определить видовой состав растительности того или иного периода истории Земли. По этому составу учёные восстановили климатические условия древней Земли (рис.7).

То, что сохранила в памяти вода, полностью совпало с записями в исторических хрониках. Обнаруженная по изотопному составу льда периодичность изменения климата позволяет предсказывать среднюю температуру в будущем на нашей планете.

За последние годы в науке постепенно накопилось много поразительных и совершенно непонятных фактов. Одни из них установлены твердо, другие требуют количественного надежного подтверждения, и все они еще ждут своего объяснения.

Например, еще никто не знает, что происходит с водой, протекающей сквозь сильное магнитное поле. Физики-теоретики совершенно уверены, что ничего с ней при этом происходить не может и не происходит, подкрепляя свою убежденность вполне достоверными теоретическими расчетами, из которых следует, что после прекращения действия магнитного поля вода должна мгновенно вернуться в прежнее состояние и остаться такой, какой была. А опыт показывает, что она изменяется и становится другой.

Из обычной воды в паровом котле растворенные соли, выделяясь, отлагаются плотным и твердым, как камень, слоем на стенках котельных труб, а из омагниченной воды (так ее теперь стали называть в технике) выпадают в виде рыхлого осадка, взвешенного в воде. Вроде разница невелика. Но это зависит от точки зрения. По мнению работников тепловых электростанций, эта разница исключительно важна, так как омагниченная вода обеспечивает нормальную и бесперебойную работу гигантских электростанций: не зарастают стены труб паровых котлов, выше теплопередача, больше выработка электроэнергии. На многих тепловых станциях давно установлена магнитная подготовка воды, а как и почему она работает, не знают ни инженеры, ни ученые. Кроме того, на опыте подмечено, что после магнитной обработки воды в ней ускоряются процессы кристаллизации, растворения, адсорбции, изменяется смачивание. правда, во всех случаях эффекты невелики и трудно воспроизводимы. Действие магнитного поля на воду (обязательно быстротекущую) длится малые доли секунды, а "помнит" вода об этом десятки часов. Почему - неизвестно. В этом вопросе практика далеко опередила науку. Ведь даже неизвестно, на что именно действует магнитная обработка - на воду или на содержащиеся в ней примеси. Чистой-то воды ведь не бывает.

"Сухая" и "резиновая" вода

В еженедельнике "Wochenpost" (1966, № 50), издававшемся в ГДР, рассказывалось о том, что химикам завода "Рейнфельден" (Базель) удалось получить. сухую воду! Химик Курт Клейн, внесший решающий вклад в открытие сухой воды, сначала не мог найти слов для описания открытия. Потом он сделал следующее сравнение: "До сих пор сухой воды на Земле не было; может быть, она существует на каком-либо другом небесном теле. Впечатление такое, что Млечный путь опустился на Землю".

Сухая вода - похожий на муку порошок, который может висеть в воздухе, как табачный дым. Разумеется, это не чистая вода: столь необычные свойства ей придало небольшое количество гидрофобной, "водоотталкивающей" кремневой кислоты. В природе кремневая кислота встречается в гидрофильной форме. Из такой кислоты состоят, например, кварцы и некоторые полудрагоценные камни. Гидрофильную кремневую кислоту получают также синтетически и в больших количествах используют в химической промышленности. Гидрофобная кремневая кислота была получена несколько лет тому назад и также нашла широкое применение - в первую очередь, при производстве каучуков как вещество, усиливающее их естественные водоотталкивающие свойства.

И вот, когда исследователи встряхнули (совершенно случайно!) смесь из 90 процентов воды и 10 процентов гидрофобной кремневой кислоты, жидкая фаза совершенно неожиданно исчезла и образовался белый порошок - "сухая" вода. Этот порошок стабилен и может неограниченно долго храниться в контейнерах.

Образование "сухой" воды объясняется в указанной публикации следующим образом. Возникающие при встряхивании смеси воды с гидрофобной кремневой кислотой мельчайшие капли-шарики воды диаметром до 0,05 мм немедленно обволакиваются тончайшей "шубой" из молекул кислоты - и превращаются в частицы порошка.

И еще одно чрезвычайно интересное сообщение о воде было опубликовано в журнале "Wochenpost" (1967, № 2) со ссылкой на Союз химической промышленности ФРГ. В нем говорилось о синтезе на основе окиси этилена нового органического вещества, которое при добавлении к воде в пропорции один к миллиону вдвое увеличивает ее текучесть, уменьшая молекулярное трение.

Очень интересно сопоставить данные о свойствах "сверхтекучей" воды с открытием, сделанным аспирантом Калифорнийского технологического института Дэвидом Джеймсом. Им было установлено, что при растворении в обычной воде 0,5 процента полимера на основе окиси этилена образуется жидкость с необычайными свойствами: она продолжает вытекать из сосуда и после того, как тот возвращен из наклонного в нормальное (отверстием вверх) положение. Такая "резиновая" вода продолжает перетекать через край сосуда до тех пор, пока струю не перережут ножницами. Как на возможную причршу этого явления указывают на большую длину молекул полимера, переплетающихся в растворе и вытягивающихся из сосуда: вместе с ними из сосуда (как бы при помощи сифона)"вытягивается" и вода.

Случайно ли, что при получении "сверхтекучей" и "резиновой" воды основную роль играет добавка вещества на основе окиси этилена? Не связано ли свойство " сверхтекучести" с труднообъяснимой утечкой "резиновой" воды?

Эти свойства воды интересны не только с теоретической точки зрения. Они, несомненно, будут использованы в промышленности и технике. "Сухую" воду, например, можно применять во всех отраслях промышленности (пищевой, фармацевтической, косметической и др.), перерабатывающих порошки. Добавка только 0,5 процента "сухой" воды предотвращает их слеживание и комкование.

Нетрудно представить себе также технические и экономические выгоды, связанные с использованием свойств "сверхтекучей" воды. Быть может, при одинаковом сечении трубопроводов и каналов они смогут пропускать значительно большее количество воды, снизятся затраты энергии на ее транспортировку и т.д.

Заключение

Всем, конечно же приходилось разглядывать снежинки или ледяные узоры на окнах. Лед в этих случаях образуется непосредственно из пара.

При медленной конденсации водяных наров молекулы воды образуют почти плоскую структуру (кластер), которая имеет осевую симметрию шестого порядка, т.е. при повороте на 60° она переходит сам в себя. Поперечные размеры правильной снежинки отличаются во много раз, т.е. отношение диаметра снежинки к ее толщине может достигать нескольких десятков. Это отношение характеризует скорость роста снежинки в соответствующем направлении. При росте кристалла возможны разные способы (последовательности) заполнения энергетически выгодных позиций, что обеспечивает получение кристаллов (снежинок) разной формы. Реализация конкретного способа роста - случайное событие, поэтому совершенно одинаковые по форме снежинки встречаются крайне редко. Оценив количество возможных форм снежинок, получаем число вселенского масштаба - 10 1000000 .

Условия конденсации пара и превращения его в лед на поверхности стекла отличаются от условий, при которых в воздухе образуются снежинки. Внутри помещения влажность воздуха обычно существенно меньше 100%, но вблизи холодной поверхности оконного стекла температура может оказаться гораздо ниже точки росы при данной концентрации молекул воды в воздухе. И на стекле появится лед.

Вид узора на поверхности стекла зависит от большого набора параметров. Перечислим некоторые из них: температура внутри помещения и температура снаружи, влажность воздуха в помещении, толщина стекла и загрязненность его поверхности, наличие и скорость воздушных потоков вблизи стекла (в частности, наличие или отсутствие щелей в оконной раме или трещин в стекле) и т.д.

свойство вода агрегатное состояние

Замечательные ледяные узоры часто образуются зимой на стеклах автобусов или троллейбусов. При этом слой льда может достигать нескольких миллиметров. Источником водяного пара является, разумеется, дыхание пассажиров. Сначала на поверхности стекла образуется водяная пленка толщиной в несколько диаметров молекул. Молекулы воды в ней испытывают сильное влияние молекул поверхности стекла. Хотя вода в пленке переохлаждена, но возможности для превращения воды в лед не возникает. По мере увеличения толщины пленки и уменьшения влияния молекул поверхности стекла в воде возникают центры кристаллизации. Рост кристаллов происходит во всевозможных направлениях, но самые большие кристаллы растут вдоль поверхности стекла. Скорости роста кристалла в различных направлениях тоже существенно различаются. Когда толщина ледяного панциря на стекле становится настолько большой, что отвод тепла наружу замедляется, кристаллы льда начинают расти в перпендикулярном стеклу направлении. Стекло как бы покрывается шубой из ледяных иголок.

С наступлением зимы легко убедиться в том, что снежинки действительно имеют разнообразные симметричные красивые формы. Сама снежинка, можно сказать, представляет собой застывший случайный процесс…

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 чем рассказано в этой статье.

А началось все 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? Надо только уметь видеть и удивляться.

Вода, как и все в мире, неисчерпаема.

Список использованной литературы

1. Глинка Н.Л. Общая химия. - 24-е изд., испр. - Л.: Химия, 1985.

2. Кукушкин Ю.Н. Химия вокруг нас. - М.: Высшая школа, 1992.

Артур М. Басвел, Уорт Родебуш Вода - удивительное вещество // Наука и жизнь, №9, 1956.

Петрянов И.В. Самое необыкновенное вещество // Химия и жизнь, №3, 1965.

Рохлин М. И снова вода… // Химия и жизнь, №12, 1967.

Дерягин Б.В. Новые превращения воды, которые удивляют всех // Химия и жизнь, №5, 1968.

Маленков Е. Вода // Химия и жизнь, №8, 1980.

Варламов С. Тепловые свойства воды // Квант, №3, 2002.

Варламов С. Снежинки и ледяные узоры на стекле // Квант, №5, 2002.

Петрянов-Соколов И.В. Самое необыкновенное вещество в мире // Химия и жизнь, №1, 2007.

Пахомов М.М. Палеогеографические исследования эволюции растительности, климата, почв и ландшафтов // Материалы всероссийской научной школы для молодёжи (в 3 частях): "Инновационные методы и подходы в изучении естественной и антропогенной динамики окружающей среды". Ч.1 Лекции, Киров, 2009.