ТАКА ДИВОВИЖНА РІДИНА ... ВОДА Існує на світі тільки один героїзм: бачити свiт таким, яким він є, і любити його. Р. Роллан Що в природі відоміше нам, ніж вода? Здається, в ній для нас вже давно немає ніяких таємниць - звичайнісінька речовина... Насправді ж наша переконаність в тому, що ми знаємо про воду все, не більша, ніж життєва звичка. Вода – рідина, насправді дивовижна в усіх відношеннях. Саме з цієї причини вона до сих пір складає предмет пильної уваги цілого ряду наук - від гідродинаміки до біології. Достатньо кожному з нас подивитися іншими очима на воду, як відразу ж з'ясується, що на багато питань, що починаються з дитячого «чому?», ми не зможемо відповісти відразу. Чому, наприклад, якщо води мало, вона нам здається прозорою, безколірною (звичайно, мається на увазі чиста вода), а якщо її багато, вона набуває кольору, стає блакитнуватою? Гідросфера займає сімдесят один відсоток поверхні нашої планети. Вже з одного цього факту можна зробити безпомилковий висновок про величезну, необхідну роль води в житті планети. Не дивно тож, що з водою пов'язано багато природних явищ, які здавалися людям дивом, проявом чогось надприродного. Та й сама вода не могла не викликати до себе поважного відношення, не бути об'єктом поклоніння, що знаходило віддзеркалення не тільки в релігійних обрядах, але і в звичаях цілком життєвого толку, без якого-небудь релігійного забарвлення. ВОДА І ЖИТТЯ У науці все важливо. Г. Гейне По загальноприйнятій науковій теорії життя на нашій планеті - явище, так би мовити, місцеве. Воно зародилося тоді, коли на Землі склалися для цього сприятливі умови. І зародилося воно в океані, тобто у воді. Нині воно в різних формах і видах існує практично скрізь - у воді, на суші і в повітрі. Але її органічний зв'язок з водою зберігся. Неможливо уявити собі безліч процесів, що протікають в організмі, без участі води. Візьмемо, наприклад, живлення живих організмів. Всі живильні речовини, що потрапляють в організм тим або іншим чином, обов'язково переводяться в розчин, а для цього необхідна вода. У тілі людини вода складає шістдесят п'ять відсотків від загальної ваги. Якщо її вміст з яких-небудь причин знизиться на десять - двадцять відсотків, людина неодмінно загине. У кожному органі нашого тіла, в кожній його клітині безперервно йдуть різні біохімічні процеси, відбуваються складні перетворення одних речовин на інші. З тієї, що потрапляє в організм їжі виробляються речовини, необхідні для нормальної роботи всіх органів, для життєдіяльності організму. Вода - неодмінний учасник всіх цих біохімічних реакцій, вона ж і свого роду санітар, з її допомогою виводяться з організму непотрібні йому і шкідливі продукти обміну речовин, своєрідні відходи біохімічного виробництва. Людина за рік тільки в процесі живлення споживає в середньому шістдесят тонн цілющої вологи. Додайте до цього ще яких-небудь триста тонн води для задоволення інших його життєвих потреб. Разом триста шістдесят тонн одній людині! Прав був академік А. П. Карпінський, що назвав воду «найдорогоціннішою копалиною» Учені стверджують, що на нашій планеті є біля одного мільярда трьохсот п'ятдесяти мільйонів кубічних кілометрів води. Чи багато це? Звичайно, багато. Але.... Великий, неосяжний Світовий океан, в нім зосереджено дев'яносто сім відсотків всіх запасів води на планеті. Проте морська вода для пиття і приготування їжі не годиться - в ній багато різноманітних солей. Не годиться вона і для багатьох видів виробництв, включаючи, насамперед, сільське господарство. А де ж ще три відсотки світових запасів води? Два з них - льодовики і полярні крижані «шапки» планети, ще один - атмосферна волога (0,001 відсотка світових запасів навряд чи варто враховувати), підземні води (на їх, якраз, частку падає велика частина останнього, третього, відсотка) і, нарешті, річки і озера. Ось вони-то поки що головні постачальники води, хоча їх частка в світовому водному балансі - не більша одного сотого відсотка! Багато міст світу випробовують гострий недолік прісної води - це Токіо і Париж, Нью-Йорк і Філадельфія. Словом, води на Землі багато, і в той же час її мало. Прісна вода, це справді унікальне і загальне джерело життя, у наш час - час бурхливого науково-технічного прогресу, швидкого зростання міст і індустрії - стає ще ціннішою копалиною планети. НЕЗВИЧАЙНЕ У ЗВИЧАЙНОМУ. ДИВНА РІДИНА Прагни дати розуму якомога більше їжі. Л. Н. Толстой Знову повернемося до води, до тієї самої найбільш поширеної і цінної «копалини» нашої планети, про яку ми вже говорили. Цей мінерал з такою, на перший погляд простою хімічною формулою (будовою) володіє зовсім не простими властивостями. Довгий час була у використанні позасистемна одиниця вимірювання теплоти - калорія, знову-таки пов'язана з водою. Нею позначали кількість теплоти, необхідну для нагрівання одного грама хімічно чистої води на один градус Цельсія. Та й сама температурна шкала, яку запропонував в 1742 році шведський учений Андерс Цельсій, заснована на властивості води переходити з одного стану в інший: лід тане при нулі градусів, вода кипить при ста градусах. Існує у фізиці таке поняття, як теплоємність. Від неї залежить, скільки теплоти треба підвести до того або іншого тіла, щоб його нагріти до певної температури. Так от, виявляється, що у води найбільша теплоємність - дуже важлива властивість цієї дивовижної рідини. Воно грає величезну роль у всіх атмосферних процесах на нашій планеті (про технічне використання цієї властивості води нічого вже і говорити, досить привести всього два приклади: систему охолоджування в двигунах внутрішнього згорання і систему центрального опалювання в наших будинках). У теплу пору року океани поглинають величезну кількість сонячної енергії, але вода в океанах і морях залишається прохолодною (а по піску, буває, босими ногами не ступиш - обпечешся). Восени все навпаки: повітря вже охололо, і моря починають віддавати йому накопичене прозапас тепло. Іншими словами, океани і моря - це гігантський природний теплообмінник, завдяки якому в обширних приморських районах клімат м'якіший, ніж на материку. Влітку біля моря не так жарко, а взимку не так холодно. Цей природний теплообмінник багато в чому визначає всю погоду на земній кулі. Весна... Похмурі дні змінилися сонячними, весело задзвенів капіж, побігли струмки, сніг швидко темніє і врешті-решт зовсім зникає. Буває весна бурхлива, буває затяжна, але все одно на те, щоб зійшов сніг, потрібен якийсь час. А зараз уявіть собі, що сніг (це, як ми знаємо, та ж вода, тільки знаходиться вона у твердій фазі) мав би іншу теплоту плавлення, ніж він має насправді. Значно, наприклад, меншу. Що б тоді було? Як тільки весна, то катастрофічний паводок! Сніг сходив би неймовірно швидко, а якщо його за зиму випало багато, то наслідки такого швидкого танення були б жахливими. Твердження, що моря і океани - це природний теплообмінник, що багато в чому визначає погоду на Землі, вірне, але далеко не повне. І ось чому. Світовий океан не тільки теплообмінник, але ще більшу роль він відіграє, мабуть, у формуванні погоди, як гігантський випарник. Окрім теплоємності і теплоти плавлення (для льоду і снігу), вода має ще одну дуже важливу фізичну характеристику - теплоту кипіння, або теплоту пароутворення. Щодня і щогодини з поверхні суші, річок, озер, морів і океанів під дією сонячного тепла випаровується в середньому не менше тисячі кубічних кілометрів води. Тисяча кубічних кілометрів! На це йде величезна кількість тепла. Пари води, в яких накопичено багато тепла, несуться вітром дуже далеко від тих місць, де утворилися, і там це тепло віддають. Відомо, при нагріванні тіла розширюються, при охолоджуванні стискуються. Це справедливо і по відношенню до рідин. Але якщо ми візьмемо воду, то вона і тут поводиться по-своєму. При нагріванні будь-якої іншої рідини, окрім води, її щільність з підвищенням температури зменшується, об'єм рідини у міру нагрівання весь час збільшується. При охолоджуванні, навпаки, щільність незмінно зростатиме. Найбільшу ж щільність вода має при чотирьох градусах тепла. Гарячіша або холодніша вода - менш щільна. І добре, що так! Адже якби густина води збільшувалася у міру охолоджування, то взимку всі водоймища промерзали б до дна. Лід був би важчий за воду і, опускаючись на дно, витісняв би її. Ясно, що у водоймищі, що промерзло до дна, життя було б неможливе. Проте «дивність» води все змінює. Густина льоду менше густини води (найщільніша вода має температуру чотири градуси, а не нуль градусів). І лід у воді не тоне, під ним же температура води розподіляється так: у самого льоду - біля нуля, нижче - близько чотирьох градусів. Охолоджуючись при настанні холодів, на поверхні водоймища вода стає важчою і опускається вниз, а знизу піднімається тепліша і легша вода. Цей рух припиняється, як тільки вся вода охолодиться до чотирьох градусів. Тепер уже верхній шар води остигає далі, залишається вгорі і перетворюється на лід. При цьому її об'єм різко збільшується - приблизно на одну десяту частину, що теж далеко не байдуже у природі. Ми вже говорили про те, наскільки велику роль грають вода і вітер в перетворенні обличчя Землі. Саме властивість води збільшуватися в об'ємі при замерзанні веде до руйнування гірських порід. Потрапляючи в найдрібніші тріщини скель і там замерзаючи, вода діє подібно до вибухової речовини. Льоду, що утворюється, тісно в невеликих тріщинах, і він руйнує камінь. Вода до всього іншого - прекрасний розчинник. Кожен знає, що смак її залежить від джерела. Ось з цього колодязя, нерідко говоримо ми, вода смачна, а з цього - ні. Справа, звичайно ж, не в джерелі, а в тих солях, які розчинені у воді. Наявні солі в землі, їх концентрації не скрізь однакові, звідси і різний смак води. Не має смаку і запаху тільки така вода, яку ми називаємо хімічно чистою. Благородні метали тому були названі благородними, що їх не всяка кислота може розчинити. Так, золото розчиняється лише в суміші концентрованих кислот - азотною і соляною. Цю суміш відвіку називають «царською горілкою» (царем тут виступає саме золото - цар металів). Все це абсолютно вірно. І все ж таки вода розчиняє і золото! Не випадково ж його знаходять в морській воді! Правда, витягувати його звідти - заняття поки не дуже-то перспективне, оскільки його там надзвичайно мало. Срібло розчиняється у воді трохи краще, залізо ще краще - є джерела з великим вмістом заліза. У деяких підземних джерелах вода містить в собі більше шестидесяти елементів таблиці Менделєєва. Вам доводилося спостерігати, як бігає по воді водомірка? А замислювалися, як їй це вдається? Чому водомірка не провалюється, як подорожній на тонкому льоду? Тому що сила, з якою вона тисне на поверхню води, менше сили, так званого, поверхневого натягу. Природа цього натягу, згідно сучасним уявленням фізичної хімії, визначається наявністю взаємодії між молекулами. Проте основу самої міжмолекулярної взаємодії складають так звані хімічні зв'язки, завдяки яким атоми хімічних елементів об'єднуються в молекули і кристали. Учені вважають, що багато дивовижних властивостей води і льоду обумовлено водневим зв'язком, названим так тому, що головну роль в ній грає атом водню. Ймовірно, всім довелося бачити, як космонавти, під час телевізійного зв'язку з ними, показували своєрідний «фокус»: видавлені з туба краплі води нікуди не падали, а спокійно плавали в повітрі. Суть же цього «фокусу» не просто в тому, що краплі нікуди не падали, але і в тому ще, що вони набували бездоганної форми кулі. Це, можна сказати, демонстрація явища поверхневого натягу в натуральному вигляді: саме сили цього натягу за відсутності зовнішніх дій стягують краплю рідини в кулю. Отже, природна форма краплі - куля, а не та, що ми повсякденно бачимо в земних умовах. Ми говоримо: хімічно чиста вода. Це означає, що вона не містить домішок. Н20, так би мовити, в чистому вигляді. Деякі учені вважають, що вода, навіть хімічно чиста, є суміш молекул різного сорту: простих і асоційованих, об'єднаних в групи. Проста молекула - це всім відоме Н20, асоційовані (Н20)8, (Н20)4 і (Н20)2. Правда, така будова води експериментально ще не доведена. Отже, що на вивченні води, як хімічної сполуки, ще рано ставити крапку.