Вода окружает нас ежедневно и повсюду - даже тех, кто всю свою жизнь провёл в пустыне Сахара. Свойства воды зачастую остаются для нас незаметными. И это при том, что строение и свойства воды имеют колоссальное значение для всего живого на нашей планете. Мы привыкли воспринимать воду как нечто само собой разумеющееся, что можно получить по первому желанию простым движением ручки водопроводного крана. Тогда как уникальные свойства воды являются ответом на множество вопросов о нашем мире, хотя и одновременно ставят перед исследователями немало вопросов.
Основные свойства воды
Вопрос о том, каковы главные свойства воды, можно рассматривать с разных сторон. Дело в том, физические и химические свойства воды в равной степени важны и определяют особое значение и роль данного вещества в нашем мире. Физико-химические свойства воды определены её особым строением. Всем известно, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и атома кислорода. Однако уже с этого простого факта начинаются аномальные свойства воды: так как все другие соединения водорода в нормальных условиях имеют газообразное агрегатное состояние, тогда как вода - жидкое. Кроме того, именно вода может пребывать в трёх агрегатных состояниях (газообразном, жидком, твёрдом) и достаточно легко переходить из одного в другое.
Необычные свойства обычной воды обусловлены тем, что атомы водороды соединены с атомом кислорода под строго определённым углом и не меняют своего положения. В результате этого образуются прочные межатомные связи, которые быстро фиксируются при понижении температуры. Этим объясняется, почему разница между обычной температурой воды и температурой её замерзания значительно меньше, чем между «средней» температурой и температурой кипения. При замерзании не тратится энергия на разрыв межатомных связей, поэтому молекулы быстро образуют упорядоченные структуры и превращаются в кристаллы льда. Чтобы перейти в газообразное состояние, в молекулах воды должны разрушиться те самые прочные связи - вот почему для кипения воду нужно нагревать дольше с затратами большого количества тепловой энергии.
Особенности молекулярного строения воды дают ответ на вопрос, почему значение воды для живых организмов и вообще для существования жизни столь велико. Так как единственная на данный момент известная форма жизни во Вселенной, земная, не может существовать без воды. Биологические свойства воды таковы, что её молекулы обладают меньшим размером по отношению к молекулам других веществ. Пожалуй, первым ответом на вопрос, какими свойствами обладает вода, должен быть «способность растворять». Растворение в воде это ничто иное, как окружение молекулы вещества со всех сторон молекулами воды. Вода является средой, вне которой не может возникнуть, существовать и развиваться живая клетка. Потому что для жизнедеятельности клетки нужно взаимодействие различных веществ, что обеспечивают именно информационные свойства воды, способной нести в себе молекулы других веществ. Так что роль воды в живых организмах чрезвычайно проста - никаких живых организмов без воды не существовало бы.
Физические свойства воды
Основные физические свойства воды зависят в первую очередь от таких факторов окружающей среды, как давление и температура. Тепловая среда вообще чрезвычайно важна для воды: с температурой связаны пребывание и переход в различные агрегатные состояния воды. Интересные свойства воды заключаются, в частности, в том, что абсолютно чистая, то есть не содержащая примесей и растворённых веществ, вода может пребывать в так называемых метастабильных состояниях. Например, тепловые свойства воды позволяют чистой воде не замерзать до температуры ниже «минус 30» градусов по Цельсию или оставаться в жидком состоянии, нагреваясь до 200 градусов по Цельсию. Однако такие метастабильные состояния крайне неустойчивы, к тому же абсолютно чистая вода в естественных условиях практически не встречаются. Так что расчёт теплофизических свойств воды осуществляется, за исключением особых случаев, исходя из стандартных рубежей - 0 градусов как температура замерзания, 100 градусов как температура кипения.
Разумеется, теплофизические свойства воды далеко не единственные характеристики этого уникального вещества. Существует таблица физических свойств воды, в которой содержатся подробные сведения о ней. Например, можно узнать, что особые свойства воды делают её хорошим изолятором, то есть она очень плохо пропускает электрический ток. Но речь идёт об абсолютно чистой воде - обыкновенная же вода, имеющая в себе множества различных растворённых веществ, является хорошим электропроводником. Кроме того, в таблице содержатся такие показатели, как, к примеру, скорость звука, которая в воде при температуре 20 градусов составляет 1482,7 метра в секунду (для сравнения - скорость звука в воздухе составляет 331 метр в секунду).
Химические свойства воды
Главным химическим свойством воды является её способность быть растворителем. Активно изучаются кислотные свойства воды, так как вода, насколько бы неожиданным это ни казалось, является кислотой. Кислотой в химической науке считается вещество, способное в ходе химического взаимодействия отдавать катионы водорода. Вода на такое как раз способна, поэтому столь большое значение имеют окислительные свойства воды. Но на то вода и уникальное вещество, что помимо окислительных имеет ещё и восстановительные свойства.
Необходимо напомнить, что в биохимии окислительно-восстановительными реакциями называются такие химические взаимодействия, в ходе которых происходит присоединение или отдача электронов, что приводит к изменению электрического потенциала веществ. Кислород является активным окислителем, то есть веществом, которое забирает электроды; водород это универсальный восстановитель, охотно водороды отдающий. Вот и получается, что вода, состоящая из кислорода и водорода, может быть и окислителем, и восстановителем - отсюда и окислительно-восстановительные свойства воды. Водная среда может быть окислительной, забирающей электроны у других веществ - такая позиция характерна для большинства ситуаций с водой, имеющейся на поверхности. Вода может быть окислительно-восстановительной при условии содержания в ней определённых примесей. Наконец, она может быть и восстановительной средой, что характерно для подземных вод, насыщенных металлами.
