10 фактов о воде

1. Вода — един­ствен­ное хими­че­ское веще­ство, кото­рое широ­ко рас­про­стра­не­но в есте­ствен­ных усло­ви­ях на поверх­но­сти Зем­ли во всех трех агре­гат­ных состо­я­ни­ях: жид­ком, твер­дом и газо­об­раз­ном.

2. Обще­из­вест­но, что при­мер­но 71% зем­ной поверх­но­сти покры­то оке­а­на­ми, в кото­рых содер­жит­ся око­ло 96,5% всей воды на пла­не­те, или 1,4 × 1018 тонн. Осталь­ная вода на поверх­но­сти сохра­ня­ет­ся в поляр­ных льдах, гор­ных лед­ни­ках, в реках и озе­рах, а так­же в под­зем­ных источ­ни­ках и резер­ву­а­рах.

3. Гораз­до менее извест­но, что такое же, если не боль­шее коли­че­ство воды нахо­дит­ся глу­бо­ко в ман­тии Зем­ли, при­чем в основ­ном не в виде моле­кул H2O, а в кри­стал­ли­че­ской решет­ке номи­наль­но без­вод­ных ман­тий­ных мине­ра­лов в виде дефек­тов, состо­я­щих из ионов Н+ или ОН.

4. Озе­ро Бай­кал — самый боль­шой резер­ву­ар прес­ной воды на пла­не­те: 23 600 км3. Озе­ро Верх­нее — наи­боль­шее в систе­ме Вели­ких озер Север­ной Аме­ри­ки — в два раза усту­па­ет Бай­ка­лу по объ­е­му (11 600 км3), но зато в 2,5 раза боль­ше Бай­ка­ла по пло­ща­ди и явля­ет­ся в этом смыс­ле самым боль­шим прес­но­вод­ным озе­ром на Зем­ле.

5. Как и у боль­шин­ства жид­ко­стей, плот­ность воды при охла­жде­нии уве­ли­чи­ва­ет­ся. Одна­ко, в отли­чие от боль­шин­ства жид­ко­стей, плот­ность замерз­шей воды — льда — мень­ше, чем плот­ность жид­кой воды в рав­но­ве­сии с этим льдом. Такое ано­маль­ное пове­де­ние при­во­дит к нали­чию мак­си­му­ма плот­но­сти воды при тем­пе­ра­ту­ре око­ло 4 оС, что чрез­вы­чай­но важ­но для жиз­ни на Зем­ле. Если бы вода была наи­бо­лее плот­ной при замер­за­нии, то зимой озе­ра и реки про­мер­за­ли бы не от поверх­но­сти вглубь, а от дна к поверх­но­сти, при этом поги­ба­ла бы вся пла­ву­чая жив­ность.

6. Извест­но око­ло 18 кри­стал­ли­че­ских моди­фи­ка­ций льда — тоже свое­об­раз­ный рекорд. Уче­ные до сих пор откры­ва­ют всё новые твер­дые фазы Н2О и спо­рят об их точ­ном чис­ле. Неко­то­рые из этих струк­тур льда устой­чи­вы толь­ко при очень высо­ких дав­ле­ни­ях и не пла­вят­ся даже при 1000 оС, если дав­ле­ние пре­вы­ша­ет несколь­ко сотен тысяч атмо­сфер.

7. Мно­гие ано­маль­ные свой­ства воды объ­яс­ня­ют­ся нали­чи­ем водо­род­ных свя­зей меж­ду ее моле­ку­ла­ми. Струк­ту­ра отдель­ной моле­ку­лы воды — Н2О — доволь­но про­ста: вслед­ствие гибри­ди­за­ции моле­ку­ляр­ных орби­та­лей две состав­ля­ю­щие ее О—Н свя­зи (каж­дая — дли­ной око­ло 0,1 нано­мет­ра) рас­по­ло­же­ны друг к дру­гу под углом при­мер­но 104°. Бли­зость это­го угла к тет­ра­эд­ри­че­ско­му (109,5°) и харак­тер­ное нерав­но­мер­ное рас­пре­де­ле­ние элек­трон­ной плот­но­сти внут­ри моле­кул Н2О поз­во­ля­ет им лег­ко обра­зо­вы­вать водо­род­ные свя­зи (Н-свя­зи) со сво­и­ми четырь­мя бли­жай­ши­ми сосе­дя­ми. Ато­мы водо­ро­да высту­па­ют при этом доно­ра­ми, а атом кис­ло­ро­да слу­жит акцеп­то­ром в сред­нем двух таких свя­зей. Моле­ку­лы воды, свя­зан­ные таки­ми сет­ка­ми Н-свя­зей, обра­зу­ют трех­мер­ные струк­ту­ры, пред­став­ля­ю­щие собой более или менее круп­ные фраг­мен­ты локаль­но упо­ря­до­чен­ной алма­зо­по­доб­ной тет­ра­эд­ри­че­ской кри­стал­ли­че­ской решет­ки (см. рис.). В кри­стал­ле обыч­но­го льда такая решет­ка близ­ка к иде­аль­ной, а в жид­кой воде при нор­маль­ных усло­ви­ях струк­ту­ра этих неболь­ших тет­ра­эд­ри­че­ских моле­ку­ляр­ных кла­сте­ров может быть иска­же­на и быст­ро меня­ет­ся со вре­ме­нем.

8. Энер­гия даже самых силь­ных водо­род­ных О···Н свя­зей меж­ду моле­ку­ла­ми в 10 раз сла­бее энер­гии состав­ля­ю­щих отдель­ную моле­ку­лу кова­лент­ных О—Н свя­зей, поэто­му трех­мер­ная сет­ка Н-свя­зей в воде посто­ян­но раз­ры­ва­ет­ся и реор­га­ни­зу­ет­ся в новые похо­жие струк­ту­ры про­сто в резуль­та­те теп­ло­во­го дви­же­ния моле­кул. Вре­мя жиз­ни одной Н-свя­зи очень корот­ко — все­го поряд­ка пико­се­кун­ды (1012 с). Таким обра­зом, об осо­бой струк­ту­ре воды и о «памя­ти воды» мож­но гово­рить, толь­ко имея в виду их край­нюю недол­го­веч­ность.

9. С дру­гой сто­ро­ны, энер­гия водо­род­ных свя­зей меж­ду моле­ку­ла­ми Н2О гораз­до выше энер­гии обыч­ных меж­мо­ле­ку­ляр­ных вза­и­мо­дей­ствий. Это при­во­дит к так назы­ва­е­мо­му гид­ро­фоб­но­му эффек­ту, когда моле­ку­лы, кото­рые сла­бо вза­и­мо­дей­ству­ют с водой, склон­ны соби­рать­ся вме­сте, мини­ми­зи­руя таким обра­зом поверх­ность кон­так­та (капель­ки мас­ла в воде) и давая воз­мож­ность моле­ку­лам Н2О созда­вать наи­боль­шее коли­че­ство Н-свя­зей.

10. Внут­ри­мо­ле­ку­ляр­ные и меж­мо­ле­ку­ляр­ные водо­род­ные свя­зи и гид­ро­фоб­ный эффект обес­пе­чи­ва­ют так­же осо­бые струк­ту­ру и функ­ции трех важ­ней­ших типов мак­ро­мо­ле­кул в живой при­ро­де: про­те­и­нов, нук­ле­и­но­вых кис­лот и угле­во­дов. Так, двой­ная спи­раль­ная струк­ту­ра моле­ку­лы ДНК чрез­вы­чай­но устой­чи­во сохра­ня­ет­ся бла­го­да­ря водо­род­ным свя­зям меж­ду отдель­ны­ми ком­пле­мен­тар­ны­ми нук­лео­ти­да­ми — эле­мен­та­ми струк­ту­ры ДНК, где в каче­стве акцеп­то­ра Н-свя­зи высту­па­ют не толь­ко ато­мы кис­ло­ро­да, но и ато­мы азо­та.

Андрей Кали­ни­чев

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (2 оценок, среднее: 3,50 из 5)
Загрузка...
 
 

Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , ,

 

8 комментариев

  • «Как и у боль­шин­ства жид­ко­стей, плот­ность воды при охла­жде­нии уве­ли­чи­ва­ет­ся».
    Вы уве­ре­ны? Вот прям-таки все­гда-все­гда уве­ли­чи­ва­ет­ся?:)

  • Борис:

    «…бла­го­да­ря водо­род­ным свя­зям меж­ду отдель­ны­ми ком­пле­мен­тар­ны­ми ами­но­кис­ло­та­ми — эле­мен­та­ми струк­ту­ры ДНК…»
    Может быть не ами­но­кис­ло­та­ми, а нук­ле­и­но­вы­ми кис­ло­та­ми или нук­лео­ти­да­ми?

    • А.К.:

      Да, конеч­но. Сра­зу выда­ет в авто­ре не-био­ло­га, не био­хи­ми­ка, и даже не орга­ни­че­ско­го хими­ка вооб­ще ;-)

  • Да уж, что-то лег­ко­мыс­лен­ное…

  • Виктор:

    Не про все инте­рес­ные свой­ства воды рас­ска­за­но. Напри­мер про то, что Зем­ная вся вода име­ет ино­пла­нет­ное про­ис­хож­де­ние, т.е. достав­ле­на на Зем­лю в виде огром­ных ледя­ных глыб отку­да-то из кос­мо­са и точ­ность стрель­бы эти­ми глы­ба­ми по пла­не­те Зем­ля мил­ли­о­на­ми лет была уни­каль­ной. Или про то, что вода скон­стру­и­ро­ва­на так, что раз­ме­ры её моле­кул при­мер­но соот­вет­ству­ют раз­ме­рам моле­кул угле­кис­ло­го газа, что сде­ла­ло воз­мож­ной фото­син­тез рас­ти­тель­но­сти и раз­ви­тие рас­ти­тель­ной жиз­ни. Или про то, что вся зем­ная вода уже исполь­зу­ет­ся по чет­вёр­то­му цик­лу в соста­ве рас­те­ний и живот­ных

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Недопустимы спам, оскорбления. Желательно подписываться реальным именем. Аватары - через gravatar.com