Чудеса воды 
Вода! Мы пьем ее, готовим с ней пищу, моемся и плаваем в ней - и в основной принимаем ее как данное. Эта прозрачная и безвкусная жидкость является настолько неотъемлемой частью нашей жизни, что мы редко задумываемся над ее удивительными свойствами. Без воды мы бы умерли через несколько дней, а наши тела состоят на 65% из воды. Вода необходима для растворения минералов и кислорода, для очищения наших тел от отходов жизнедеятельности и для транспортировки питательных веществ по нашему телу. Вода – единственное вещество, которое имеет эти свойства.
Жидкая
Существует три состояния этого вещества: твердое, жидкое и в виде газа. Все три существенны для живых организмов:
1. В твердом состоянии она поддерживает форму
2. В жидком виде вода способна течь и принимать форму емкости, сохраняя тот же общий объем.
3. В виде газа она увеличивается в объеме для заполнения как формы, так и размера емкости.
Чтобы молекулы реагировали, самое лучшее – это когда они близко друг от друга, но при этом свободно перемещаются. Это именно то, что обеспечивает вода в жидком состоянии. Таким образом, вода - это идеальная среда для тысяч химических реакций, проходящих в каждой клетке каждого организма.
Но из всех температур во вселенной – от –270 °C в космическом пространстве до десятков миллионов градусов внутри звезд, вода остается жидкой в очень узком температурном диапазоне.
При нормальном атмосферном давлении вода остается жидкой в диапазоне 0–100°C. Поэтому не удивительно, что Земля - это единственно известное место во вселенной, которое содержит жидкую воду.
Для этого необходимо иметь звезду правильного типа – не слишком яркая и не слишком тусклую, таким образом, не слишком большую и не слишком маленькую. Планета должна находиться на правильном расстоянии от звезды.
Почему лед такой скользкий?
Истинной причиной является еще одно необычное свойство – молекулы на поверхности льда вибрируют сильнее, чем в состоянии жидкости, хотя они и не перемещаются. Это придает поверхности "квазижидкое" свойство, то есть жидкоподобное.
Температурный буфер
Еще одно важное свойство воды – это ее высокая удельная теплоемкость (энергия, которую необходимо сообщить телу для повышения его температуры на данную величину).
Это означает, что необходимо много энергии для нагрева воды (почти в десять раз больше, чем для такой же массы железа), и она должна много энергии потерять, чтобы остыть.
Таким образом, большое количество воды на нашей планете поддерживает температуру Земли стабильной.
С другой стороны, континенты нагреваются и остывают довольно быстро, что и хорошо в комбинации с относительно стабильной температурой водных масс.
В результате разные части атмосферы нагреваются по-разному, что порождает ветер. Это важно для поддержания свежести воздуха.
Когда жидкость испаряется, она втягивает и потребляет теплоту с окружающей среды. Это значит, что мы имеем полезный способ охлаждения – потение.
Важная часть этого - высокая у воды латентная теплота испарения (энергия, необходимая для перевода тела из данного агрегатного состояния- в другое).
Это означает, что нужно намного больше энергии для испарения воды, чем для большинства других жидкостей.
Таким образом, нам нужно относительно мало воды для охлаждения.
Если бы мы потели бы другой жидкостью, необходимое количество должно было быть огромным.
Поверхностное натяжение
Вода обладает очень высоким поверхностным натяжением – сила, которая стремится удерживать площадь поверхности минимальной. Она выше у воды, чем у сиропообразной жидкости, как глицерин.
Поверхностное натяжение стремится делать пузырьки и капли сферическими, и оно достаточно сильное для поддержания на поверхности легких объектов, включая некоторых насекомых.
Что еще важнее, так это то, что биологические компоненты могут сосредотачиваться около поверхности, ускоряя множество жизненно важных реакций
Сила воды
Хотя обычно вода выглядит спокойной и мирной, если много воды движется достаточно быстро, она может перемещать валуны размером с автомобиль и вырезать глубокие каньоны, вырезая даже в твердой породе.
Если она течет очень быстро, происходит особенно разрушительный процесс, называемый кавитацией.
Также, на химическом уровне она быстро разлагает много важных больших молекул в живых клетках. В то время как живая клетка обладает многими гениальными ремонтирующими механизмами, ДНК не может сохраняться в воде вне клетки.
Суперрастворитель
Вода очень близка к "универсальному растворителю". Много минералов и витаминов могут транспортироваться по всему организму после того, как они растворились. Растворенные ионы натрия и калия чрезвычайно важны для нервных импульсов.
Вода также растворяет газы, такие как кислород с воздуха, давая возможность живущим в воде организмам использовать кислород. Вода, будучи главным компонентом крови, также растворяет углекислый газ, продукт отхода производства энергии во всех клетках, и транспортирует ее в легкие, где углекислый газ выдыхается.
Однако, истинно универсальный растворитель был бы бесполезным, так как никакая емкость не смогла бы его удержать!
Но вода отталкивается жирными компонентами, так что наши клетки имеют мембраны, сделанные из них. Много наших протеинов содержат частично жирные участки, и они склонны сворачиваться, будучи отталкиваемы окружающей водой. Это частично является причиной многих и разнообразных форм протеинов. Эти формы важны для выполнения жизненно важных функций.
Взгляд вглубь льда
Чрезвычайно важное и необычное свойство воды – расширяться, когда она замерзает, в отличие от большинства других жидкостей. Именно поэтому айсберги плавают.
Фактически, вода сжимается по мере охлаждения, но только пока не достигнет 4 °C – тогда она начинает снова расширяться. Это означает, что ледяная вода более плотная, так что она склонна подниматься вверх. Это очень важно. Большинство жидкостей под действием холодного воздуха остывают, и холодная жидкость опускается вниз, вынуждая еще больше жидкости подниматься и охлаждаться воздухом.
В конечном итоге вся жидкость потеряет тепло, отдав его воздуху, и будет замерзать с самого дна до верха, пока не замерзнет.
Но с водой не так – ее холодная часть, будучи менее плотной, остается на поверхности, позволяя теплым частям оставаться внизу и избегать отдачи тепла воздуху. Таким образом, поверхность может быть замерзшей, но рыба, тем не менее, живет в воде подо льдом.
Если бы вода была бы как другие вещества, большие водные массы, как, например, Большие Озера на Севере Америки, замерзли бы полностью в глыбы, уничтожив жизнь.
Знаете ли вы?
• Земля на 70% покрыта водой. Океаны содержат около 1370 миллионов кубических километров воды. Общее количество дождя, выпадающего на землю, составляет около 110 300 кубических километров. • Только 1% воды в мире пригоден и доступен для потребления людьми. Приблизительно 97% воды слишком соленая и 2 % находится в форме льда. Эти 2% все еще ошеломляющие 29 миллионов кубических километров воды, заключенные в огромные ледниковые покровы и ледники Земли.
• Австралия – самый сухой в мире населенный континент, имеющий наименьший сток, и 70 % ее территории является пустыней.
• При производстве автомобиля потребляется около 150,000 литров воды.
• Природная вода содержит в себе растворенные минеральные соли, которые придают ей вкус. Чистая вода безвкусна.
Почему вода уникальна?
Наименьший строительный компонент воды - молекула воды. Она содержит 2 атома водорода, прикрепленных к атому кислорода в V-образной форме под углом 104°.
Молекула воды полярная, то есть атом кислорода имеет негативный электрический заряд, в то время как два атома водорода позитивно заряжены.
Именно поэтому вода может растворять столько много веществ, как, например, соль, которая также имеет электрически заряженные строительные компоненты; вода не растворяет жир, который состоит их незаряженных молекул.
Также, молекула воды притягивается довольно сильно к другим молекулам воды посредством водородных связей.
Эти связи в десять раз слабее, чем обычные химические связи, но достаточно сильные чтобы сделать воду жидкой при комнатной температуре. При этом похожее соединение, не имеющее водородных связей, сероводород, является газом.
Водородные связи ответственны за высокое поверхностное натяжение воды, высокую удельную теплоемкость и латентную теплоту испарения воды.
Форма молекулы и водородные связи означают, что лед имеет очень открытую шестиугольную кристаллическую структуру, которую можно прекрасно продемонстрировать огромным разнообразием снежинок.
Эта структура занимает много места, но она обваливается, когда лед таит, так что жидкая вода имеет более высокую плотность.
Поэтому лед всплывает.
Последнее исследование показывает, что молекулы воды формируют кластеры в жидком состоянии, а именно клеткоподобные структуры с шести молекул.
Это объясняет многие уникальные свойства воды.
Другое недавнее исследование показывает, что, возможно, существуют два типа водородных связей в воде - один в два раза сильнее, чем другой.
Это смогло бы объяснить, почему вода остается жидкой на протяжении довольно широкого температурного диапазона. Таяние разрушает только слабые связи, в то время как кипячение разрушает также более сильные связи.
Это исследование также показывает, что изменение с сильных на слабые связи требует определенной температуры, одна из которых - 37 °C. Это температура нашего тела, предполагающая, что это одно из многих свойств нашего сложного дизайна.
