Уникальные свойства воды — источника жизни. Свойства воды

Дата: 2009-01-30

Вода - одно из самых уникальнейших веществ на Земле. Несмотря на бурное развитие современной науки, до сих пор ученые не изучили до конца природу этого, казалось бы простого вещества! Из-за внешней простоты люди на Земле долгое время считали воду простым неделимым веществом. И только благодаря английскому ученому Г. Кавендишу в 1766 году люди узнали, что вода - не простой химический элемент, а соединение водорода и кислорода. Позже это же доказал и А. Лавуазье (Франция) в 1783 году.

За простой формулой Н 2 О, оказывается скрывается загадочное вещество, которое до сих пор многие ведущие умы науки не могут разгадать. Вода - химическое соединение, состоящее из 11,11% водорода и 88,89% (по массе) кислорода. Химически чистая вода представляет собой бесцветную жидкость без запаха и вкуса.

Вода обладает рядом уникальнейших и анимальных свойств, которые мы сейчас и рассмотрим.

Вода - единственная жидкость на Земле, для которой зависимость удельной теплоемкости от температуры имеет минимум. Этот минимум реализуется при температуре +35 0 С. При этом нормальная температура человеческого тела, состоящего на две трети (а в юном возрасте и того более) из воды, находится в диапазоне температур 36-38 0 С.

Удельная теплоемкость воды составляет 4180 Дж/(кг· 0 С) при 0 0 С. Удельная теплота плавления при переходе льда в жидкое состояние составляет 330 кДж/кг, удельная теплота парообразования - 2250 кДж/кг при нормальном давлении и температуре 100 0 С.

Теплоемкость воды аномально высока. Чтобы нагреть определенное ее количество на один градус, необходимо затратить больше энергии, чем при нагреве других жидкостей.

Из этого вытекает уникальная способность воды сохранять тепло. Подавляющее большинство других веществ таким свойством не обладают. Эта исключительная особенность воды способствует тому, что у человека нормальная температура тела поддерживается на одном уровне и жарким днем, и прохладной ночью.

Из выше перечисленого следует, что вода играет главную роль в процессах регулирования теплообмена человека и позволяет ему поддерживать комфортное состояние при минимуме энергетических затрат.

Вследствии значительных величин теплоемкости и скрытой теплоты трансформации воды огромные ее объемы на поверхности Земли представляют собой аккумуляторы тепла. Эти же свойства воды обуславливают ее использование в промышленности в качестве теплоносителя. Тепловые характеристики воды являются одним из важнейших факторов стабильности биосферы.

Следующая уникальность воды - это плотность. Плотность большинства жидкостей, кристаллов и газов - при нагревании уменьшается и при охлаждении увеличивается, вплоть до процесса кристаллизации или конденсации. Плотность воды при охлаждении от 100 до 3,98 0 С возрастает, как и у подавляющего большинства жидкостей. Но, достигнув максимального значения при температуре 3,98 0 С, плотность при дальнейшем охлаждении воды начинает уменьшаться. Другими словами, максимальная плотность воды наблюдается при температуре 3,98 0 С, а не при температуре замерзания 0 0 С.

Замерзание воды сопровождается скачкообразным уменьшением плотности на 9%, тогда как у большинства других веществ процесс кристаллизации сопровождается увеличением плотности. В связи с этим лед занимает больший объем, чем жидкая вода, и держится на ее поверхности.

Столь необычное поведение плотности воды крайне важно для поддержания жизни на Земле. Покрывая воду сверху, лед играет в природе роль своего рода плавучего одеяла, защищающего реки и водоемы от дальнейшего замерзания и сохраняющего жизнь подводному миру. Если бы плотность воды увеличивалась при замерзании, лед оказался бы тяжелее воды и начал тонуть, что привело бы к гибели всех живых существ в реках, озерах и океанах, которые замерзли бы целиком, превратившись в глыбы льда, а Земля стала ледяной пустыней, что неизбежно привело бы к гибели всего живого.

Из всех жидкостей у воды самое высокое поверхностное натяжение.

Коэффициент поверхностного натяжения σ, H/м некоторых жидкостей при температуре 20 0 С приведены далее в таблице

Вода - самый сильный универсальный растворитель. Если ей дать достаточно времени, она может растворить практически любое твердое вещество. Именно из-за уникальной растворяющей способности воды никому до сих пор не удалось получить химически чистую воду - она всегда содержит растворенный материал сосуда.

Поскольку человек состоит на 65% (в старости) и 75% (в детстве) из воды, естественно она абсолютно необходима для всех ключевых систем жизнеобеспечения человека. Она содержится в человеческой крови (79%) и способствует переносу по кровеносной системе в растворенном состоянии тысяч необходимых для жизни веществ. Вода содержится в лимфе (96%), которая разносит из кишечника питательные вещества по тканям живого организма.

Действительно, взглянув на свойства воды можно сделать вывод, что любое из свойств воды уникально. Только вода - единственное вещество на планете может находиться в трех состояниях - жидком, твердом и газообразном. Так вода играет важную роль в энерго-информационном обмене человека с природой. По мнению ряда ученых обладает памятью и может как излечивать, так и разрушать.

Источник: Курганов А.М., Федоров Н.Ф. Гидравлические расчеты систем водоснабжения и водоотведения: Справочник. 1986 г.

Комментарии к этой статье!!

Вещество, которое имеет молекулярное строение является водой. Молекулы воды имеют между собой прочную связь, не зависимо от того в твердом или жидком состоянии она находится. Благодаря этому вода и обладает довольно большим количеством физических свойств. Давайте рассмотрим какими удивительными физическими свойствами обладает вода.

В условиях комнатной температуры вода находится в жидком состоянии без запаха и прозрачного цвета. Вода не имеет цвета в тонком слое, но если толщина водяного слоя составляет несколько метров, она приобретает голубой оттенок. Чистая вода обладает плохой проводимостью тока. Поэтому по проходимости тока можно определять чистоту воды - чем нижу будет уровень электропроводности, тем чище будет вода. Большинство веществ, которые находятся в твердом состоянии наблюдается более высокая плотность, чем в жидком состоянии. Но в отличии от всех этих веществ, вода, которая находится в твердом состоянии (лед) обладает более низкой плотностью, чем в жидком состоянии.

Вода медленно нагревается благодаря высокой теплоемкости, но тем не менее процесс остывания происходит намного медленнее. Это дает возможность в летнее время года накапливать тепло океанам и морям, а высвобождение тепла происходит в зимний период, именно поэтому нет резкого перепада температуры воздуха на территории нашей планеты на протяжении всего года. Океаны и моря - это оригинальный и природный аккумулятор тепла на территории нашей планеты.

Основными физическими свойствами воды являются - запах, цвет, прозрачность, вкус, плотность, температура, вязкость, сжимаемость, электропроводность, а также радиоактивность.

Цвет подземных вод будет напрямую зависеть от ее химического состава, а также от механических примесей, которые находятся в воде. Чаще всего подземные воды не имеют цвета. Воды болотного происхождения обладают желтоватым оттенком, а также в их состав входят гуминовые вещества. Изумрудный оттенок присутствует в сероводородных водах. Оценку цвета воды необходимо проводить с помощью стандартной платино-кобальтовой шкале в градусах.

В подземных водах, в большинстве случаев, отсутствует запах . Если в воде присутствует запах, это говорит о том, что в воде присутствует наличие газов биохимического происхождения, а также может являться признаком того, что в воде находятся гниющие органические вещества. Характер запаха определяется описательно - сероводородный, без запаха, гнилостный, болотный, плесневелый и др. По шкале в балах происходит оценка интенсивности запахов.

От состава растворенных в воде веществ будет зависеть ее вкус . Из-за присутствия в воде хлористого натрия преобладает соленый вкус, из-за сульфата магния - горький, а благодаря солям железа - ржавый вкус. Воды, в которых находится большое количество органических веществ имеют сладковатый вкус, а освежающий вкус получается благодаря наличию свободной углекислоты. По специальной таблице в баллах происходит оценка вкуса воды.

От количества растворенных в воде минеральных веществ, коллоидов, органических веществ, а также содержания механических примесей будет зависеть ее прозрачность . Для определения степени прозрачности подземных вод используется следующая номенклатура - слабопалесцирующая, прозрачная, слегка мутная, опалесцирующая, сильно мутная, мутная. Чаще всего подземные воды бывают прозрачными. По стандартной шкале в мг/л происходит оценка мутности воды.

В зависимости от геотермических особенностей района происходит изменение температуры воды . Она является отражателем тектонических, возрастных, гидродинамических, а также литологических особенностей водовмещающих толщ. Температура воды оказывает непосредственное влияние на вязкость, коэффициент фильтрации, а также на химический состав.

Подземные воды, которые находятся в естественных условиях могут переохлаждаться, быть холодными, термальными, а также перегретыми.

Отношением массы к объему определяется плотность воды при определенной температуре. Единицей плотности воды является плотность дистиллированной воды, температура которой составляет четыре градуса. От температуры, газов, растворенных в ней солей, а также от взвешенных частиц зависит плотность воды.

Практически нет сжимаемости воды , и определяется с помощью коэффициента сжимаемости. Благодаря внутреннему сопротивлению частиц жидкости к ее движение происходит определение вязкости воды, она выражается кинематической вязкостью и коэффициентами динамической вязкости.

От количества растворенных в воде солей будет зависеть электропроводность подземных вод. Незначительная электропроводность наблюдается в пресных водах. Изолятором является дистиллированная вода. Благодаря удельному электрическому сопротивление происходит оценка электропроводности воды.

По количеству содержания в воде радона определяется радиоактивность воды . Довольно редко встречаются радиоактивные подземные воды.

Вода - прозрачная жидкость, не имеющая цвета (в малом объёме) и запаха. Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды. В твёрдом состоянии называется льдом или снегом, а в газообразном - водяным паром. Около 71% поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озера, реки, лёд на полюсах).

Свойства воды - это совокупность физических, химических, биохимических, органолептических, физико-химических и других свойств воды.
Вода - оксид водорода - одно из наиболее распространенных и важных веществ. Поверхность Земли, занятая водой, в 2,5 раза больше поверхности суши. Чистой воды в природе нет, - она всегда содержит примеси. Получают чистую воду методом перегонки. Перегнанная вода называется дистиллированной. Состав воды (по массе): 11,19 % водорода и 88,81 % кислорода.

Чистая вода прозрачна, не имеет запаха и вкуса. Наибольшую плотность она имеет при 0° С (1 г/см 3). Плотность льда меньше плотности жидкой воды, поэтому лед всплывает на поверхность. Вода замерзает при 0° С и кипит при 100° С при давлении 101 325 Па. Она плохо проводит теплоту и очень плохо проводит электричество. Вода - хороший растворитель. Молекула воды имеет угловую форму атомы водорода по отношению к кислороду образуют угол, равный 104,5°. Поэтому молекула воды - диполь: та часть молекулы, где находится водород, заряжена положительно, а часть, где находится кислород, - отрицательно. Благодаря полярности молекул воды электролиты в ней диссоциируют на ионы.

В жидкой воде наряду с обычными молекулами Н20 содержатся ассоциированные молекулы, т. е. соединенные в более сложные агрегаты (Н2О)x благодаря образованию водородных связей. Наличием водородных связей между молекулами воды объясняются аномалии ее физических свойств: максимальная плотность при 4° С, высокая температура кипения (в ряду Н20-Н2S - Н2Sе) аномально высокая теплоемкость . С повышением температуры водородные связи разрываются, и полный разрыв наступает при переходе воды в пар.

Вода - весьма реакционноспособное вещество. При обычных условиях она взаимодействует со многими основными и кислотными оксидами, а также со щелочными и щелочно-земельными металлами. Вода образует многочисленные соединения - кристаллогидраты.
Очевидно, соединения, связывающие воду, могут служить в качестве осушителей. Из других осушающих веществ можно указать Р205, СаО, ВаО, металлический Ма (они тоже химически взаимодействуют с водой), а также силикагель. К важным химическим свойствам воды относится ее способность вступать в реакции гидролитического разложения.

Химические свойства воды обусловлены ее составом. Вода на 88,81% состоит из кислорода, и только на 11,19% – из водорода. Как мы упоминали выше, вода замерзает при нуле градусов Цельсия, а вот закипает – при ста. Дистиллированная вода имеет очень низкую концентрацию положительно заряженных ионов гидроксония НО и Н3О+ (всего 0,1 мкмоль/л), поэтому ее можно назвать отличным изолятором. Однако свойства воды в природе не были бы реализованы правильно, если бы она не была хорошим растворителем. Молекула воды очень мала по размеру. Когда в воду попадает другое вещество, его положительные ионы притягиваются атомами кислорода, составляющими молекулу воды, а отрицательные – атомами водорода. Вода как бы окружает со всех сторон растворенные в ней химические элементы. Поэтому, в воде почти всегда содержатся различные вещества, в частности, соли металлов, обеспечивающие проведение электрического тока.

Физические свойства воды «подарили» нам такие явления, как парниковый эффект и микроволновая печь. Около 60% парникового эффекта создает водяной пар, который отлично поглощает инфракрасные лучи. При этом показатель оптического преломления воды n=1,33. Кроме того, вода поглощает и микроволны, благодаря высокому дипольному моменту ее молекул. Эти свойства воды в природе и натолкнули ученых на мысли об изобретении микроволновой печи.

Неизмеримо велика роль воды в природе и жизни человека. Можно сказать, что все живое состоит из воды и органических веществ. Она - активнейший участник формирования физической и химической среды, климата и погоды. При этом она влияет и на экономику, промышленность, сельское хозяйство, транспорт и энергетику.

Без пищи мы можем прожить несколько недель, а без воды - лишь 2-3 дня. Для обеспечения нормального существования человек должен вводить в организм воды примерно в 2 раза больше по весу, чем питательных веществ. Потеря организмом человека более 10% воды может привести к смерти. В среднем в организме растений и животных содержится более 50% воды, в теле медузы ее до 96%, в водорослях 95-99%, в спорах и семенах от 7 до 15%. В почве находится не менее 20% воды, в организме же человека вода составляет около 65%. Разные части человеческого организма содержат неодинаковое количество воды: стекловидное тело глаза состоит из воды на 99%, в крови ее содержится 83, в жировой ткани 29, в скелете 22 и даже в зубной эмали 0,2%. В течение всей своей жизни человек теряет воду из организма, и его биоэнергетический потенциал уменьшается. В шестинедельном человеческом эмбрионе содержание воды составляет до 97%, у новорождённого - 80%, у взрослого - 60-70%, а в организме пожилого человека - лишь 50-60%.

Вода абсолютна необходима для всех ключевых систем жизнеобеспечения человека. Вода и содержащиеся в ней вещества становятся средой питания и поставляют живым организмам необходимые для жизни микроэлементы. Она содержится в крови (79%) и способствует переносом по кровеносной системе в растворённом состоянии тысяч необходимых веществ и элементов (геохимический состав воды близок к составу крови животных и человека.).
В лимфе, которая осуществляет обмен веществ между кровью и тканями живого организма вода составляет 98%.
Вода сильнее других жидкостей проявляет свойства универсального растворителя. Через определённое время она может растворить почти любое твёрдое вещество.
Такая всеобъемлющая роль воды обусловлена её уникальными свойствами.

В последнее время усилия исследователей сосредоточены на форсированном изучении процессов, протекающих на границе раздела фаз. Оказалось, что вода в граничных слоях обладает многими интересными свойствами, которые не проявляются в объемной фазе. Эта информация крайне необходима для решения ряда важных практических задач. Примером может служить создание принципиально новой элементной базы микроэлектроники, где дальнейшая.миниатюризация схем будет основана на принципе самоорганизации макромолекул на водной поверхности. Развитая поверхность также характерна для биологических систем, что обусловлено важностью поверхностных явлений для их функционирования. Практически всегда существенное влияние на характер процессов, происходящих в приповерхностной области, оказывает присутствие воды. В свою очередь под влиянием поверхности кардинально изменяются свойства самой воды, и воду у границы необходимо рассматривать как принципиально новый физический объект исследования. Весьма вероятно, что изучение молекулярно-статистических свойств воды вблизи поверхности, которое, по существу, только начинается, даст возможность эффективно управлять многими физическими и химическими процессами.

В последнее время возрос интерес к исследованиям свойств воды на микроскопическом уровне. Так, для понимания многих вопросов физики поверхностных явлений необходимо знать свойства воды на границе раздела фаз. Отсутствие строгих представлений о структуре воды, об организации воды на молекулярном уровне приводит к тому, что при изучении свойств водных растворов как в объемной фазе, так и в капиллярных системах вода часто рассматривается как бесструктурная среда. Однако известно, что свойства воды в граничных слоях могут заметно отличаться от объемных. Поэтому, рассматривая воду как бесструктурную жидкость, мы теряем уникальную информацию о свойствах граничных слоев, которые, как оказывается, во многом определяют природу процессов, протекающих в тонких порах. Например, ионная селективность ацетатцеллюлозных мембран объясняется особой молекулярной организацией воды в порах, которая, в частности, нашла свое отражение в концепции «нерастворяющего объема». Дальнейшее развитие теории, учитывающей специфику межмолекулярных взаимодействий, лежащих в основе селективного мембранного транспорта, будет способствовать более полному пониманию мембранного опреснения растворов. Это позволит дать обоснованные рекомендации для улучшения эффективности технологических процессов опреснения воды. Отсюда вытекают важность и необходимость исследований свойств жидкости в пограничных слоях, в частности вблизи поверхности твердого тела.

Самое привычное и самое невероятное вещество на Земле - вода. Значение воды невозможно переоценить в жизни всего живого на планете, она присутствует в каждом мгновении нашего существования. Являясь преобладающим элементом в составе любого организма, вода руководит и его жизнедеятельностью.

Вода в природе

Человечество на протяжении всего существования пытается разгадать тайну этой удивительной и противоречивой стихии. Как она возникла, как попала на нашу планету? Наверное, никто так и не сможет ответить на этот вопрос, зато каждый знает, что значение воды в природе и жизни человека невообразимо велико. Одно абсолютно верно - сегодня запасов воды на Земле столько же, сколько было при рождении мироздания.

Уникальные свойства воды сжиматься при нагреве и расширяться при замерзании - еще один повод удивиться. Ни одно другое вещество не обладает подобными свойствами. А ее способность переходить из одного состояния в другое, столь привычная и вместе с тем, удивительная, играющая исключительную роль, дает возможность всем живым организмам существовать на Земле. Высшим Разумом воде отведена основная партия в поддержании жизни и участии в постоянно происходящих природных процессах.

Круговорот воды

Этот процесс называется гидрологическим циклом, представляющим собой непрерывную циркуляцию воды, попадающей из гидросферы и поверхности земли в атмосферу, а потом обратно. В цикле участвуют четыре процесса:

• испарение;
• конденсация;
• выпадение осадков;
• сток вод.

Попав на землю, часть осадков, испаряясь, конденсируется, другая часть благодаря стоку наполняет водоемы, третья обращается в уходя под землю. Так, постоянно передвигаясь, питая водные артерии, растения и животных и сохраняя собственные запасы, кочует, оберегая Землю, вода. Значение воды очевидно и бесспорно.

Механизм круговорота и его виды

В природе существует большой круговорот (так называемый мировой), а также два малых - континентальный и океанический. Собирающиеся над океанами осадки переносятся ветрами и выпадают на континенты, а затем опять возвращаются в океан со стоком. Процесс, когда океаническая вода непрерывно испаряется, конденсируясь и снова выпадая в океан в называют малым океаническим круговоротом. А все аналогичные процессы, происходящие над сушей, объединяются в малый континентальный круговорот, главным действующим лицом в котором является вода. Ее значение в природных процессах непрерывной циркуляции, поддерживающей водный баланс Земли и обеспечивающей существование живых организмов, бесспорно.

Вода и человек

Не имеющая питательной ценности в обычном понятии, вода - основная составляющая любого живого организма, в том числе и человека. Никто не сможет существовать без воды. Две трети в составе любого организма занимает вода. Значение воды исключительно важно для правильного функционирования всех систем и органов.

На протяжении жизни человек ежедневно соприкасается с водой, используя ее для питья и пищи, гигиенических процедур, отдыха и отопления. На Земле не найдется
более ценного природного материала, столь жизненно необходимого и незаменимого, как вода. Обходясь без еды достаточно большие периоды времени, человек не проживет без воды и 8 дней, так как при в пределах 8% от массы тела у человека начинаются обмороки, 10% вызывают галлюцинации, а 20% неизбежно вызывают летальный исход.

Почему же так велико значение воды для человека? Оказывается, вода регулирует все основные жизненные процессы:

• нормализует влажность кислорода, увеличивая его всасываемость;
• осуществляет терморегуляцию тела;
• растворяет питательные вещества, помогая организму в их усвоении;
• увлажняет и создает защиту жизненно важным органам;
• образует защитную смазку для суставов;
• улучшает обменные процессы в деятельности систем организма;
• способствует эвакуации отходов из организма.

Как поддерживать водный баланс

В среднем человек теряет в день 2-3 литра воды. В более экстремальных условиях, например, в жару, при высокой влажности и физических нагрузках потери воды возрастают. Чтобы сохранить нормальный физиологический водный баланс организма, следует уравновесить поступление воды с ее выведением путем грамотного

Произведем некоторые подсчеты. Учитывая, что суточная потребность человека в воде - 30-40 граммов на 1 кг веса тела и около 40% общей потребности поступает с пищей, остальное количество следует принимать в виде напитков. Летом ежедневное потребление воды соответствует 2-2,5 литра. Жаркие регионы планеты диктуют свои требования - 3,5-5,0 литра, а в экстремально жарких условиях до 6,0-6,5 литра воды. Нельзя допускать обезвоживания организма. Тревожными симптомами этой беды являются сухая кожа, сопровождаемая зудом, усталость, резкое снижение концентрации внимания, артериального давления, головные боли и общее недомогание.

Полезный эффект

Интересно то, что, принимая непосредственное участие в обменных процессах, вода способствует снижению веса. Бытующее заблуждение, что желающим похудеть людям нужно меньше пить воды, так как организм удерживает воду, наносит ощутимый вред. Нельзя вгонять собственный организм в еще больший стресс, выбивая его из привычного водообмена. К тому же влага, являясь естественным мочегонным средством, тонизирует работу почек, провоцируя потерю веса.

Получая оптимальное количество воды, человек прибавляет сил, энергии и выносливости. Ему проще контролировать вес, поскольку даже психологические неудобства от вынужденных перемен при уменьшении привычного рациона переносятся легче. Научными исследованиями доказано, что ежедневное употребление достаточного количества чистой воды помогает бороться с тяжелыми недугами - способствует ослаблению болей в спине, проявлений мигрени, снижению уровня сахара и холестерина в крови и артериального давления. Кроме того, тонизируя работу почек, вода тормозит процессы образования камней. Доказано, что люди с творческим началом склонны много пить, а великих художников подталкивала к созданию шедевров Значение воды, выходит, немаловажно и в исскустве.

Водный обмен растений

Так же как и человеку, вода необходима любому растению. У разных растений она составляет от 70 до 95% массы, контролируя все происходящие процессы. Обмен веществ в растении возможен только при большом количестве влаги, поэтому значение воды для растений бесспорно велико. Растворяя в почве минеральные вещества, вода доставляет их в растение, обеспечивая их непрерывный приток. Без воды не прорастут семена, не будет происходить в зеленых листьях процесс фотосинтеза. Вода, наполняющая обеспечивает ему жизнеспособность и сохранение определенной формы.

Важнейшим условием жизнеобеспечения растительного организма является способность поглощать воду извне. Растение, получая воду, в основном из почвы с помощью корней, поставляет ее в наземные части растения, где листья ее испаряют. Такой водный обмен существует в каждой органической системе - вода, попадая в нее, отдает испаряется или выделяется, а затем снова, обогатившись полезными субстанциями, попадает в организм.

Еще один удивительный способ проникновения воды в живые клетки - ее осмотическое поглощение, т. е. способность воды аккумулироваться извне в клеточные растворы, увеличивая объем жидкости в клетке.

Искусство потребления воды

Постоянное употребление чистой воды заметно улучшает мыслительную деятельность мозга и координацию движения, а следовательно, значение воды для жизнедеятельности клеток мозга особенно ценно. Поэтому здоровый человек не должен ограничивать себя в питье, но соблюдать некоторые правила следует:

• пить понемногу, но часто;
• не стоит выпивать много воды сразу, так как переизбыток жидкости в крови доставит сердцу и почкам ненужную нагрузку.

Итак, значение воды для живых организмов огромно. Поэтому создание условий для сохранения собственного водного баланса необходимо каждому человеку.