Вода, вода

Вода, вода, кругом вода.

Древние философы рассматривали воду в качестве важнейшей составляющей части материи. По Аристотелю, вода – одно из четырех неуничтожаемых «начал» или элементов и её соединение с другими «началами» (землей, воздухом и огнем) порождает все многообразие окружающего мира. Убедительность подобных представлений казалось столь очевидной, что в неизменном виде она сохранилась до позднего средневековья. Современная наука уже в XVIII веке отняла у воды титул «элемента». Вместе с тем, постепенно стала вырисовываться планетарная роль воды, как универсального растворителя.

Большой интерес всегда привлекала биологическая роль воды. Не вызывает сомнения, что жизнь возникла в водной среде, что вода – наиболее важный по объему компонент тканей животных и растений, та среда, в которой протекают все биохимические реакции и одновременный участник процессов обмена веществ.

С тех пор воду исследуют непрерывно – и физики, и химики, и биологи, и инженеры, каждый в своей области.  В результате выяснилось поистине грандиозная роль и огромная сложность воды. Геолог Карпинский А.П. имел все основание написать, что «вода – это самое драгоценное ископаемое». Вода – это не просто химическое сырье, не только средство для развития промышленности и сельского хозяйства, вода – это действительно праздник культуры, это та живая кровь, которая создает жизнь там, где её не было.

Необыкновенность воды заключается главным образом в наличии многих аномалий, только ей присущих свойств. Почти все физико-химические свойства воды – исключение в природе, и только благодаря этим аномалиям воды, как ни странно, возможна жизнь на нашей планете. Начнем с того, что почти все вещества в твердом виде имеют больший удельный вес, чем в жидком. А у воды наоборот: лед обладает более ажурной структурой, плавает в воде. Представим себе на минутку, что творилось бы на нашей планете, если бы не эта аномалия воды: дно рек и морей заполнилось бы льдом, не защищенные с поверхности от холода, они вымерзли бы. Вместе с этим погибли бы все живые существа в этих реках, озерах и морях. К этому привело бы и отсутствие других аномалий воды – её максимальная плотность при 4°С. Это аномальное свойство воды так же предохраняет водоёмы от вымерзания. Слой холодной воды с температурой ниже 4°С «плавает» на поверхности основного объема воды, охлажденной до 4°С. Как и лед, этот слой как бы предохраняет остальную воду от дальнейшего охлаждения.

Вода обладает аномально высокой теплоёмкостью – способность поглощать большое количество тепла и неохотно отдавать его. Этим определяется климат нашей планеты, почти все биологические системы зависят от этой особенности воды. Для испарения воды требуется тепла в 5,5 раза больше, чем для доведения ее до кипения. Если бы не это свойство воды, то многие водоемы за лето высыхали бы, а животные и растения, состоящие в основном из воды, погибли.

Вода обладает аномально высокой диэлектрической проницаемостью – в 82 раза больше, чем воздух. В связи с чем при соприкосновении с твердыми телами взаимосцепление составляющих их разноименных зарядов молекул и атомов уменьшается в 82 раза и они легко переходят в раствор. Высокая растворяющая способность воды – подлинное счастье для человечества. Только благодаря этому свойству вода доставляет питание корням растений и участвует во многих других биологических и технологических процессах.

Уникальной особенностью воды является её особая структура. Это принципиальное открытие было сделано английским физиком Берналом. Молекулы воды обладают свойством корпоративности, они объединяются друг с другом, образуя своеобразные структуры. Объединение молекул осуществляется с помощью водородных связей. Эти связи слабее химических, они легко разрушаются и быстро восстанавливаются, делает структуру воды исключительно изменчивой. Благодаря этим связям в отдельных микрообъемах воды непрерывно возникают своеобразные ассоциаты молекул воды, её структурные элементы. Эти элементы размываются тепловым движением и вновь возникают. Таким образом, пространственное упорядочение молекул воды носит статистический характер. Важнейшей особенностью воды является возможность сохранения во времени структурных изменений, согласно установившемся представлениям. Время пребывания каждой молекулы воды в данной точке структуры исчезающе мало 10^-9 секунды. На этом основываются возражения против возможности наличия у воды «памяти» на различные временные физические воздействия. Считается, что вода не может обладать структурной памятью, однако целый ряд экспериментов свидетельствует о наличии такой памяти у воды. Именно структурированность воды является причиной указанных выше аномалий воды относительно других жидкостей.