Свойства воды

Чистая вода – жидкость без запаха, вкуса и цвета (лишь в слое толщиной более 2 м голубоватая). Основные физические характеристики воды (при давлении 0,1 МПа) представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Основные физические характеристики воды

По сравнению с другими химическими соединениями вода обнаруживает необычные отклонения по ряду физических свойств — плотности, удельной теплоемкости и др. Эти аномалии воды в значительной степени связаны с ассоциацией ее молекул.

Уникальным свойством воды является ее способность при обычных температурах и давлении находиться в трех агрегатных состояниях: твердом (лед), жидком и газооб­разном (пар).

Повышение температуры воды действует двояко: вызы­вает нарушение регулярной структуры и приводит к теп­ловому расширению. В интервале температур от 0 до 4 °С (плавление льда) происходит разрушение части водородных связей, т.е. нарушается структура льда, достигается более плотная упаковка молекул в результате размещения отдельных молекул воды в пустотах оставшихся агрегатов. В этом интервале температур фактор нарушения структуры преобладает над тепловым расширением, и плотность воды повышается, достигая максимального значения при 3,98 °С. При 3,98 °С оба фактора взаимно уравновешиваются. Даль­нейшее нагревание воды до 100 °С сопровождается нормаль­ным снижением плотности, так как преобладает действие теплового расширения. Эта аномалия обусловливает воз­можность жизни в водоемах, замерзающих в зимнее время. Поскольку лед легче воды (его плотность меньше), то он располагается на поверхности и защищает лежащие ниже слои воды от промерзания. При дальнейшем понижении температуры увеличивается толщина слоя льда, но темпе­ратура воды подо льдом остается на уровне 4 °С, что поз­воляет водным организмам сохранять жизнь.

Большое значение в жизни природы имеет также и тот факт, что вода обладает аномально высокой теплоем­костью – 4,18 Дж/(г·К). Высокая теплоемкость воды есть следствие расхода части теплоты на разрыв водородных связей. В природных условиях вода медленно остывает и медленно нагревается, являясь регулятором температуры на Земле.

Вязкость – способность жидкости оказывать сопротивление различным формам движения. Вязкость воды зако­номерно изменяется в зависимости от температуры: умень­шается с ее возрастанием. С повышением концентрации растворенных в воде солей вязкость увеличивается. В то же время действие давления на вязкость воды довольно специфично: с понижением температуры при умеренном давлении вязкость воды снижается, хотя логично было бы ожидать ее повышения, а если давление увеличить значительно, то поведение воды подчиняется общему правилу.

Относительная диэлектрическая постоянная воды равна 81 – это очень высокая величина, чем и объясняется такая большая ионизирующая сила воды.

Вода имеет максимальное для жидкостей (кроме ртути) поверхностное натяжение, благодаря чему обеспечивается возможность движения соков в растениях, крови в сосудах животных и человека. С повышением температуры повер­хностное натяжение воды уменьшается.

Оптические свойства воды оцениваются по ее проз­рачности, которая в свою очередь зависит от длины волны луча, проходящего через воду. Ультрафиолетовые лучи лег­ко проходят через воду, поэтому растительные организмы способны развиваться в толще воды и на дне водоемов, инфракрасные лучи проникают только в поверхностный слой и в незначительной степени. Вследствие поглощения оранжевых и красных компонентов видимого света вода приобретает голубоватую окраску.

Химически чистая вода очень плохо проводит электрический ток, но, все же, обладает некоторой элект­ропроводимостью, так как она способна в очень не­значительной степени диссоциировать на ионы водорода и гидроксид-ионы

Н₂О ↔ Н⁺ + ОН^-

Вода – весьма реакционно-способное соединение. Она реагирует с оксидами многих металлов (Na₂0, CaO и др.) и неметаллов ClO₂, CO₂ и др.), образует кристаллогидра­ты с некоторыми солями [Al₂(S0₄)₃·18H₂0], вступает во взаимодействие с активными металлами (Na, К и др.).

Вода – катализатор многих химических реакций, и иногда для прохождения реакции необходимы хотя бы ее следы. Взаимодействуя с некоторыми солями, вода вызы­вает процесс обменного разложения их – гидролиз. Во­да – участник и среда для протекания множества биохимических реакций в живых организмах. Жизнь че­ловека, растений, животных и микроорганизмов связана с водными растворами. В частности, процессы питания вклю­чают перевод вещества в раствор.