Вода для вашего здоровья

Атомы соединены в ней друг с другом силами, которые называют силами химического сродства. Величина и направление действия этих сил таковы, что молекула воды является устойчивой именно тогда, когда атомы образуют треугольник. Всякая другая «постройка» из атомов оказывается менее устойчивой. И если по каким-либо причинам расположение «атомов» изменится, то после устранения этой причины атомы вновь образуют такой же треугольник.

Взаимодействием между молекулами воды и объясняются в первую очередь незакономерно высокие температуры ее плавления и кипения. Нужно подвести дополнительную энергию, чтобы расшатать, а затем разрушить водородные связи. И энергия эта очень значительна. Именно поэтому так велика теплоемкость воды.

В молекуле воды имеются две полярные ковалентные связи Н-О. Они образованы за счет перекрывания двух одноэлектронных р-облаков атома кислорода и одно-электронных S-облаков двух атомов водорода. В молекуле воды атом кислорода имеет четыре электронных пары. Две из них участвуют в образовании ковалентных связей, т. е. являются связывающими. Две другие электронные пары являются не связывающими. В молекуле имеются четыре полюса зарядов: два – положительные и два – отрицательные. Положительные заряды сосредоточены у атомов водорода, так как кислород электроотрицательнее водорода. Два отрицательных полюса приходятся на две не связывающие электронные пары кислорода: подобное представление о строении молекулы позволяет объяснить многие свойства воды – в частности структуру льда.

Поведение воды «нелогично». Получается, что переход воды из твердого состояния в жидкое и газообразное происходит при температурах, намного более высоких, чем следовало бы. Этим аномалиям найдено объяснение. Молекула воды H₂О построена в виде треугольника: угол между двумя связками кислород – водород – 104 градуса. Но поскольку оба водородных атома расположены по одну сторону от кислорода, электрические заряды в ней рассредоточиваются. Молекула воды полярная, что является причиной особого взаимодействия между разными ее молекулами. Атомы водорода в молекуле H₂О, имея частичный положительный заряд, взаимодействуют с электронами атомов кислорода соседних молекул. Такая химическая связь называется водородной. Она объединяет молекулы H₂О в своеобразные полимеры пространственного строения; плоскость, в которой расположены водородные связи, перпендикулярна плоскости атомов той же молекулы H₂О.

Любая вода, откуда бы она ни была взята – из Северного Ледовитого океана, из глубокой шахты Донбасса, была заключена в снежинке или сверкала ранним утром в капельке росы на цветке, – состоит из одинаково построенных молекул. Однако взаимное расположение отдельных молекул относительно друг друга в жидкой воде, снежинке или в паре из парового котла оказывается неодинаковым.

Пары воды, нагретые до 300 °C, при атмосферном давлении подобны обычным газам: в них расстояния между молекулами достаточно велики, так что каждая отдельная молекула может существовать более или менее самостоятельно, не испытывая существенного взаимодействия со стороны своих соседей, за исключением тех случаев, когда молекулы в результате беспорядочного теплового движения сталкиваются друг с другом.

В снежинке или кусочке льда молекулы сближены и закреплены в определенных местах кристаллической решетки; движения молекул в большинстве своем ограничиваются колебанием около некоторых средних положений.

Изучение строения воды с помощью инфракрасных и рентгеновых лучей дало возможность считать, что при температурах, близких к точке замерзания, молекулы жидкой воды собираются в небольшие группы и «упаковываются» в пространство приблизительно так, как в кристаллах, а при температурах, близких к точке кипения воды, при нормальном давлении, они располагаются более свободно, беспорядочно. Однако «каркас», составленный в жидкой воде из отдельных молекул, должен быть очень гибким. Иначе трудно было бы объяснить подвижность воды, способность ее быть «рабочим телом», приводящим в движение тяжелое колесо турбины, и переносчиком различных питательных веществ по тончайшим сосудам живых организмов.

По-видимому, и в водяном паре при невысоких температурах часть молекул воды объединена или, как говорят, ассоциирована.

Вода – это единственное вещество в природе, которое в земных условиях существует во всех трех агрегатных состояниях: жидком – вода; твердом – лед; газообразном – пар. Выдающийся ученый В. И. Вернадский писал: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Нет земного вещества – минерала горной породы, живого тела, – которое ее бы не заключало. Все земное вещество ею проникнуто и охвачено».