10 фактів про воду

10 фактів про воду

Андрій Калиничев
"Троїцький варіант – Наука" №10 (254), 22 травня 2018 року

1. Вода – єдине хімічна речовина, яка широко поширене в природних умовах на поверхні Землі у всіх трьох агрегатних станах: рідкому, твердому і газоподібному.

2. Загальновідомо, що приблизно 71% земної поверхні вкрито океанами, в яких міститься близько 96,5% всієї води на планеті, або 1,4 × 1018 тонн. Решта вода на поверхні зберігається в полярних льодах, гірських льодовиках, в річках і озерах, а також в підземних джерелах і резервуарах.

3. Набагато менш відомо, що таке ж, якщо не більше, кількість води знаходиться глибоко в мантії Землі, причому в основному не у вигляді молекул H2O, а в кристалічній решітці номінально безводних мантійних мінералів у вигляді дефектів, що складаються з іонів Н+ або ОН.

4. Озеро Байкал – найбільший резервуар прісної води на планеті: 23 600 км3. Озеро Верхнє – найбільше в системі Великих озер Північної Америки – в два рази поступається Байкалу за обсягом (11 600 км3), Але зате в 2,5 рази більше Байкалу по площі і є в цьому сенсі найбільшим прісноводним озером на Землі.

5. Як і у більшості рідин, щільність води при охолодженні збільшується.Однак, на відміну від більшості рідин, щільність замерзлої води – льоду – менше, ніж щільність рідкої води в рівновазі з цим льодом. Таке аномальне поведінка призводить до наявності максимуму щільності води при температурі близько 4 ° С, що надзвичайно важливо для життя на Землі. Якби вода була найбільш щільною при замерзанні, то взимку озера і річки промерзали б не від поверхні вглиб, а від дна до поверхні, при цьому гинула б вся плавуча живність.

6. Відомо близько 18 кристалічних модифікацій льоду – теж своєрідний рекорд. Вчені до цих пір відкривають все нові тверді фази Н2О і сперечаються про їх точне число. Деякі з цих структур льоду стійкі тільки при дуже високому тиску і не плавляться навіть при 1000 ° С, якщо тиск перевищує кілька сотень тисяч атмосфер.

7. Багато аномальні властивості води пояснюються наявністю водневих зв'язків між її молекулами. Структура окремої молекули води – Н2Про – досить проста: внаслідок гібридизації молекулярних орбіталей дві складові її О-Н зв'язку (кожна – довжиною близько 0,1 нанометра) розташовані один до одного під кутом приблизно 104 °. Близькість цього кута до тетраєдраїческому (109,5 °) і характерне нерівномірний розподіл електронної щільності усередині молекул Н2Про дозволяє їм легко утворювати водневі зв'язку (Н-зв'язку) зі своїми чотирма найближчими сусідами. Атоми водню виступають при цьому донорами, а атом кисню служить акцептором в середньому двох таких зв'язків. Молекули води, пов'язані такими сітками Н-зв'язків, утворюють тривимірні структури, що представляють собою більш-менш великі фрагменти локально впорядкованої алмазоподобной тетраедричних кристалічної решітки (див. Рис.). У кристалі звичайного льоду така решітка близька до ідеальної, а в рідкій воді при нормальних умовах структура цих невеликих тетраедричних молекулярних кластерів може бути спотворена і швидко змінюється з часом.

8. Енергія навіть найсильніших водневих Про ··· Н зв'язків між молекулами в 10 разів слабкіше енергії складових окрему молекулу ковалентних О-Н зв'язків, тому тривимірна сітка Н-зв'язків у воді постійно розривається і реорганізується в нові схожі структури просто в результаті теплового руху молекул. Час життя однієї Н-зв'язку дуже коротко – всього близько пікосекунди (10−12 с). Таким чином, про особливу структуру води і про "пам'яті води" можна говорити, тільки маючи на увазі їх крайню недовговічність.

9. З іншого боку, енергія водневих зв'язків між молекулами Н2Про набагато вище енергії звичайних міжмолекулярних взаємодій. Це призводить до так званого гідрофобному ефекту, коли молекули, які слабо взаємодіють з водою, схильні збиратися разом, мінімізуючи таким чином поверхню контакту (крапельки масла в воді) і даючи можливість молекулам Н2Про створювати найбільшу кількість Н-зв'язків.

10. Внутрішньомолекулярні і міжмолекулярні водневі зв'язки і гідрофобний ефект забезпечують також особливі структуру і функції трьох найважливіших типів макромолекул в живій природі: протеїнів, нуклеїнових кислот і вуглеводів. Так, подвійна спіральна структура молекули ДНК надзвичайно стійко зберігається завдяки водневим зв'язкам між окремими комплементарними азотистими підставами – елементами структури ДНК, де в якості акцептора Н-зв'язку виступають не тільки атоми кисню, а й атоми азоту.


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: