Аномальні властивості води

Величезна роль води в житті людини і природи послужила причиною того, що вона була одним з перших сполук, які привернули увагу вчених. Глибокі філософські узагальнення привели людство до необхідності пізнання фізичної і хімічної природи води. Проте, вивчення води ще далеко не закінчено.

Розкрити її секрети до кінця ще не вдалася нікому. Людство наполегливо в тривалому борні за істину, об'єднуючи знання поколінь, поступово відкривало все нові і нові специфічні особливості цієї загадкової рідини, «соку Життя».

У 1783 році видатні експериментатори Генрі Кавендіш (1731-1810) і Антуан Лавуазьє (1743-1794) встановили, що вода складається з двох газів: водню і кисню і співвідношення їх виражається формулою Н20.

Всі досягнення сучасної цивілізації багато в чому обумовлені використанням і вивченням води. Досить назвати водяну пару і парову машину Джемса Уатта.

Дослідження хімічного складу води призвело до відкриття Генрі Кавендіш водню «гарячого повітря», що народжує воду, до створення Джон Дальтон атомної теорії речовини.

Відкриття хімічного складу молекули води послужило початком бурхливого зростання науки про біологічну роль води, про її лікувально-профілактичному використанні.

Вода виступала каталізатором розвитку багатьох фундаментальних наукових дисциплін. Згадаймо також про її причетність до ядерної фізики у вигляді важкої і надважкої води. В даний час настала ера загального вивчення ролі води в нормальних і патологічних процесах життя, яку можна назвати ерою водної біології і медицини.

Сучасному уявленню про будову молекули води і водних розчинів передував бурхливий період наукових і експериментальних досліджень, часом суперечливих і важко відтворюваних.

Це і хімічна теорія Д.І. Менделєєва, і теорія безперервності газового і рідкого стану Ван-дер-Ваальса, і гідрольная теорія У. Рамзая і Дж. Шільдса, і рентгенографічний метод дослідження Лауе, і постулат Дебая про близькість структури рідкого стану води до твердої фазі на кордоні температурного розділу лед- вода і ряд інших теорій. Проте врешті-решт основні риси будови молекули води були розшифровані. Як же зараз ми уявляємо собі будову води?

Почнемо з елементарного - з будови молекули води, що складається з двох атомів водню (Н1) і одного атома кисню (О18). Виявляється, все різноманіття властивостей води і незвичність їх прояву в кінцевому рахунку визначаються фізичною природою цих атомів і способом їх об'єднання в молекулу. В окремо розглядається молекулі води ядра водню і кисню так розташовані один щодо одного, що утворюють як би трикутник - з порівняно великим ядром кисню в вершині і двома дрібними ядрами водню у підстави (рис. 1, а).

Puc. 1. Будова молекули води:

а) - кут між зв'язками О-Н, б) - структура електронної хмари молекули, в) - розташування полюсів заряду.

Електронне хмара молекули, утворене п'ятьма парами електронів, схематично розподілено так (рис. 1, б), що внутрішня пара оточує ядро ​​кисню, дві зовнішні пари нерівномірно поділені між ядрами кисню і водню, тяжіючи більше до кисню, а решта дві пари кисень не ділить з воднем, і їх заряди залишаються частково нескомпенсованими. Таким чином, в молекулі води виявляється чотири полюси зарядів: два негативних за рахунок надлишку електронної густини у кисневих пар електронів і два позитивних - унаслідок недоліку електронної густини у кілька оголених ядер водню - протонів.

Ці заряди можна умовно уявити розташованими в вершинах частково спотвореного тетраедра (рис. 1, в). Внаслідок такої асиметричності розподілу електричних зарядів молекула води має яскраво вираженими полярними властивостями: вона є диполем з високим дипольним моментом - 1,87 Дебая. На рис. 2 показана схема освіти молекули води.

Мал. 2. Освіта молекули води.

Як видно на рис. 2, у одного атома кисню і двох атомів водню (а) з'являються загальні електрони, що утворюють міцну ковалентний зв'язок (б). Якщо два протона водню молекули води обертаються в одну сторону, то вода називається параводой, в різні боки - ортовод.

У звичайній воді 3/4 ортовод. Ряд учених припускає, що співвідношення орто- і параводи в клітці має регуляторне значення. Якщо будова молекули води в загальних рисах встановлено, то структура води як і раніше залишається загадкою.

Досліджуючи воду і, особливо її водні розчини, вчені раз по раз переконувалися, що вода володіє ненормальними - аномальними властивостями, притаманними тільки їй, її Величності - Воді, яка подарувала нам Життя і можливість мислити. Ми навіть і не підозрюємо, що такі звичні і природні властивості води в природі, в різних технологіях, нарешті, в повсякденному житті нашої є унікальними і неповторними.

Вчені згодні в тому, що вода є одним з найважчих об'єктів дослідження, так як перш за все в воді завжди є домішки і що вона має кооперативним характером взаємодії її молекул.