Необычные свойства обычной воды
Информация - Химия
Другие материалы по предмету Химия
ельное притяжение. В этом - причина неожиданного и резкого повышения температур ее кипения и плавления.
Из всего сказанного следует, что температура плавления и кипения гидрида кислорода - его аномальные свойства. Следует, что в условиях нашей Земли жидкое и твердое состояние воды - также аномалии. Нормальным должно было быть только газообразное состояние.
Вязкость и поверхностное натяжение
Еще одна физическая величина, связанная со структурой воды, имеет особенную зависимость от температуры - это вязкость. В обычной, неассоциированной жидкости, скажем, такой, как бензин, молекулы свободно скользят одна вокруг другой. В воде же они скорее катятся, чем скользят. Так как молекулы соединены между собой водородными связями, то, прежде чем произойдет какое-либо смещение, нужно разорвать хотя бы одну из этих связей. Эта особенность и определяет вязкость воды.
Вязкость воды уменьшается при изменении температуры от 0С до 100С в семь раз, тогда как вязкости большинства жидкостей с неполярными молекулами, не имеющими, соответственно, водородных связей, уменьшаются при таком же изменении температур всего в два раза! Спирты, молекулы которых являются полярными, как и молекула воды, тоже изменяют вязкость в 5-10 раз при таком изменении температуры.
Исходя из оценки количества разорванных связей при нагревании воды от 0С до 100С (порядка 4%), следует признать, что подвижность воды и ее малая вязкость обеспечиваются весьма малой долей всех молекул.
У воды есть ещё одна замечательная особенность… Вода сама поднимается вверх в почве, смачивая всю толщу земли от уровня грунтовых вод. Сама поднимается вверх по капиллярам сосудов деревьев. Сама движется вверх в порах промокательной бумаги или в волокнах полотенца. В очень тонких трубках вода может подняться на высоту нескольких метров…
Это объясняется её исключительно большим поверхностным натяжением. Силы молекулярного притяжения действуют на молекулу жидкости на её поверхности только в одну сторону, а у воды это взаимодействие аномально велико. Поэтому каждая молекула втягивается с поверхности внутрь жидкости. Возникает сила, стягивающая поверхность. У воды она особенно велика: поверхностное натяжение составляет 72 дины на сантиметр (0,073Н/м).
Эта сила и придаёт мыльному пузырю, падающей капле и любому количеству жидкости в условиях невесомости форму шара. Она поддерживает бегающих по поверхности пруда жуков, лапки которых водой не смачиваются. Она поднимает воду в почве, а стенки тонких пор и отверстий в ней, наоборот, хорошо смачиваются водой. Вряд ли вообще было бы возможно земледелие, если бы вода не обладала этой способностью.
Плотность
Как известно, вода при атмосферном давлении в диапазоне температур от 0С до 4С увеличивает свою плотность (рис.3).
Рис.3. Зависимость плотности воды от температуры
По-видимому, при 0С в жидкой воде имеется очень много островков с сохранившейся структурой льда. Каждый из этих островков при дальнейшем увеличении температуры испытывает тепловое расширение, но одновременно с этим уменьшаются количество и размеры этих островков вследствие продолжающегося разрушения их структуры. При этом часть объема воды между островками имеет другой коэффициент расширения.
Способность воды расширяться при замерзании приносит много хлопот в быту и технике. Практически каждый человек был свидетелем того, что замерзшая вода разрывает стеклянную емкость, будь то бутылка или графин. Гораздо большую неприятность доставляет промерзание водопровода, так как при этом почти неизбежным результатом являются лопнувшие трубы. По этой же причине в предстоящую морозную ночь вода сливается из радиаторов охлаждения автомобильных двигателей.
Поскольку вода при замерзании увеличивается в объеме, то в соответствии с принципом Ле Шателье увеличение давления должно приводить к плавлению льда. Действительно, это наблюдается на практике. Хорошее скольжение коньков на льду обусловливается именно этим обстоятельством. Площадь лезвия конька невелика, поэтому давление на единицу площади большое и лед под коньком подплавляется.
Интересно, что если над водой создать высокое давление и затем ее охладить до замерзания, то образующийся лед в условиях повышенного давления плавится не при 0C, а при более высокой температуре. Так, лед, полученный при замерзании воды, которая находится под давлением 20000 атм., в обычных условиях плавится только при 80C.
Диэлектрическая постоянная воды
Диэлектрической постоянной воды называется ее способность нейтрализовать притяжение, существующее между электрическими зарядами. Если, например, растворить в воде хлористый натрий (поваренную соль), то положительно заряженные ионы натрия и отрицательные ионы хлора отделяются друг от друга. Это разделение происходит потому, что у воды высокая диэлектрическая постоянная - выше, чем у любой другой известной нам жидкости. Она уменьшает силу взаимного притяжения между противоположно заряженными ионами в сто раз. Причину сильного нейтрализующего действия воды нужно искать в расположении ее молекул. Водородный атом в них не делит поровну свой электрон с тем атомом кислорода, к которому он прикреплен: этот электрон всегда ближе к кислороду, чем к водороду. Поэтому водородные атомы заряжены положительно, а кислородные - отрицательно. Когда какое-либо вещество, растворяясь, распадается на ионы, кислород