Что такое вода. Что же такое вода?

Что такое вода? Что такое вода


Что такое вода. Вода

Как появилась вода и сколько ее на нашей планете

"Тобою наслаждаются, не ведая, что ты такое", - обращался к воде Антуан де Сент-Экзюпери. Тот самый, что написал прекрасную сказку о маленьком принце. И там вода играла не последнюю роль: принц постоянно помнил, что надо поливать свою единственную розу, оставленную на далекой родной планете.

Мы не можем прожить без воды и нескольких дней. Между тем долгие столетия люди не только не знали, что она собой представляет, но не знали даже, сколько ее на Земле. И уже совсем было неясно, как появилась она на планете.

Вода была еще до появления человека: есть все основания полагать, что жизнь возникла в водной среде. А до возникновения жизни?

Вода - активный созидатель нашей планеты, один из ее основных "строительных материалов".

Миллиарды лет назад в холодном газопылевом облаке, со временем сгустившемся, уплотнившемся и ставшем Землей, уже содержалась вода. Скорее всего, она была в виде ледяной пыли. Это подтверждают исследования Вселенной. Установлено, что исходные элементы для образования воды - водород и кислород - в нашей Галактике принадлежат к шести самым распространенным веществам космоса.

Скопления молекул воды и гидроксидных радикалов обнаружены за пределами Солнечной системы. В созвездиях Кассиопеи и Ориона найдены облака, состоящие из молекул воды. Размеры облаков колоссальны - их протяженность в 40 раз превышает расстояние от Солнца до Земли. Нередки случаи падения на Землю остатков кометных ядер - "посланцев" далеких миров. Чаще всего они представляют собой гигантские глыбы льда, смерзшегося с метаном, аммиаком и минеральными частицами. Вес достигших Земли ледяных глыб может достигать сотен килограммов.

Многолетними исследованиями геологических процессов, происходящих на нашей планете, академик АН Украины Н.П. Семененко установил, что именно вода и составляющие ее элементы играли определяющую роль во всей геологической истории Земли. Исследуя содержание кислорода в составе земной коры, ученый сделал вывод, что в образовании протоземли участвовали громадные количества воды. Помимо этого, ее элементы входили в состав основных компонентов исходного облака: водород - в состав гидридов металлов, кислород - в состав оксидов.

Согласно теории академика А.П. Виноградова, протоземное облако постепенно уплотнялось и саморазогревалось. Источником необходимой энергии служили процессы радиоактивного распада и уплотнения первичного вещества планеты. С незапамятных времен в недрах планеты происходят глубинные физико-химические процессы. Там развиваются чудовищные давления и температуры; исходные вещества при этом испытывают сложные превращения. В результате образуются паро- и газообразные соединения, причем большинство из них состоит из воды или составляющих ее элементов.

Согласно геохимической модели нашей планеты, созданной Н.П. Семененко, земная кора, состоящая из окисленных пород, является своеобразным кислородным каркасом, а ядро планеты слагают гидриды нескольких металлов и частично карбид железа. В зонах самых высоких давлений и температур выделяются, преимущественно, водород и углеводороды. Дальше от центра планеты эти вещества взаимодействуют с окисленными породами - образуются водяной пар и углекислый газ. Эти соединения постоянно выделяются на поверхность через жерла вулканов, через всевозможные наземные и подводные трещины и разломы земной коры.

По подсчетам Н.П. Семененко, за всю историю существования Земли на ее поверхность таким образом выделилось около 3,4·109 км3 воды. Треть этого количества в парообразном состоянии покинула поверхность планеты, а под воздействием Солнца значительная часть фотодиссоциировала на водород и кислород.

Остальная масса воды, очевидно, постепенно составила гидросферу. Появившись на поверхности планеты таким сложным путем, вода не стала инертной, пассивной средой. Вместе с парами воды выделялись не только оксиды углерода, но и соединения азота, фосфора, серы, которые вместе с кислородом, углеродом и водородом составляют химическую основу жизни. Наиболее благоприятные условия для появления и развития жизни создались в водной среде. "Именно вода гидросферы явилась той обязательной, незаменимой средой, в которой происходило формирование наиболее сложных органических соединений, послуживших в дальнейшем материалом для построения тел живых существ. Вода и сейчас является наипростейшим, но количественно преобладающим химическим компонентом "живой материи" - всей совокупности организмов, населяющих нашу планету!", - так оценивает роль воды в возникновении биосферы биохимик А.И. Опарин.

В настоящее время подсчет количества воды на Земле выполнен со всей точностью, доступной современной науке. Эту работу ученые проделали в рамках программы Международного гидрологического десятилетия 1964-1974 гг. Результаты этой работы опубликованы в многотомном труде "Мировые водные ресурсы и водный баланс земного шара".

Установлено, что гидросфера - океаны, моря, реки, озера, болота, атмосферная влага - измеряется внушительной величиной - 1,385*10 9 км 3 воды, или 1,4*10 19 т. Три четверти поверхности планеты покрыто водой.

Космонавты неоднократно отмечали, что из космоса Земля выглядит голубой планетой с относительно небольшими вкраплениями суши. Голубая планета? Пожалуй, не планета, а только ее тонкая оболочка. Если распределить всю воду равномерно по поверхности земного шара, средний радиус которого 6370 км, получится пленка толщиной менее 3 км. Не много воды в общем объеме планеты. К тому же, основную часть нашего водного потенциала составляет вода, которой не напьешься, не используешь ни в промышленности, ни в сельском хозяйстве, ни в быту. 97,75% или 1,338*10 9 км 3, - это соленые воды океанов и морей. Остальные 2,25% - пресные воды, однако, половина их - 24*10 6 км 3 - "законсервирована" в виде ледяных гигантских шапок Антарктиды, Арктики, Гренландии, высоких гор в различных районах Земли. Примерно столько же воды - 23,4*10 6 км 3 - скрыто от людских глаз в толще земной коры. Это подземные воды.

Объем доступной пресной воды исчисляется уже не миллионами, а тысячами кубических километров. Больше всего пресной воды на земной поверхности накоплено в озерах -176,4*10 3 км 3. Если на мгновение задержать течение всех рек земного шара, то оказалось бы, что в их руслах одновременно находится 2120 км3 воды.

Истоки множества рек, больших и малых, находятся в болотах, которые содержат 10300 км3 пресной воды. 13000 т воды содержится в ближайших к земной поверхности слоях атмосферы. На высоте до 1 км концентрация водяного пара в воздухе в среднем составляет 2%.

Вот, пожалуй, и вся вода, на которую может реально рассчитывать человечество теперь и в ближайшем будущем.

Так ли проста вода

"Простейшее устойчивое соединение водорода с кислородом", - такое определение воды дает Краткая химическая энциклопедия.

Все верно, только простейшее в химии - это далеко не простое.

До XIX века люди не знали, что вода - химическое соединение. Ее считали обычным химическим элементом. Лишь в 1805 году Александр Гумбольдт и Жозеф Луи Гей-Люссак установили, что вода состоит из молекул, каждая из которых содержит два атома водорода и один кислорода.

После этого свыше ста лет все и всюду считали, что вода _ индивидуальное соединение, описываемое единственно возможной формулой h3O.

Недостаточность этого положения выяснилась лишь в 1932 году. Мир облетела сенсация: кроме воды обычной, в природе существует еще и тяжелая вода. В молекулах такой воды место водорода занимает его тяжелый изотоп - дейтерий.

Тяжелую воду открыли американские физики Гаральд Юри и Эльберт Осборн. В 1933 году американец Герберт Льюис совместно с Ричардом Макдональдом впервые выделили ее в чистом виде.

В небольших количествах тяжелая вода постоянно и повсеместно присутствует в природных водах, внешне совершенно не отличаясь от обычной воды. Различить их можно лишь по физическим характеристикам. В молекулу тяжелой воды входят атомы не легкого водорода - протия (1H), а его изотопа - дейтерия (2D), атом которого на единицу тяжелее протиевого, следовательно, молекулярный вес тяжелой воды на 2 единицы больше: 20, а не 18.

Формула тяжелой воды D2O. Она на 10% плотнее обычной, ее вязкость выше на 23%. Она кипит при 101,42 oС, а замерзает при +3,8 oС.

Такие особенности позволяют понять не равномерность содержания тяжелой воды в тех или иных природных водах. Например, в замкнутых водоемах ее больше, так как по сравнению с обычной водой она испаряется менее интенсивно. Поэтому тяжелой воды больше в местностях с жарким климатом. Обогащается дейтерием и поверхность океана на экваторе и в тропиках, тем более что свою лепту вносят частые атмосферные осадки, при образовании которых идут процессы конденсации воды из паровой фазы (см. далее), а тяжелая вода конденсируется быстрее, чем легкая, следовательно, осадки обогащены тяжелой водой. Однако для океанской поверхности повышенное содержание тяжелой воды характерно лишь на низких широтах.

Вблизи полюсов свои особенности. В высоких южных широтах (в Антарктике) океанские воды заметно "легче". В этом сказывается влияние талых вод антарктических айсбергов, которые отличаются наиболее низким содержанием дейтерия на планете.

Невелика доля дейтерия и во льдах Гренландии, тем не менее, океанские воды высоких северных широт обогащены тяжелой водой. Тут сказывается таяние "тяжелых" арктических льдов.

Собственно тяжелая вода D2O в природе находится в ничтожных количествах - в миллионных долях процента. Преобладает ее разновидность, состав которой можно выразить формулой HDO.

Тяжелая вода - очень важное промышленное сырье, эффективный замедлитель быстрых нейтронов. Поэтому уже сейчас ее широко применяют в различных реакторных установках. А в будущем тяжелая вода может стать сырьем для термоядерной энергетики: 1 г дейтерия при термоядерном распаде дает в 10 млн. раз больше энергии, чем 1 г угля при сгорании. В Мировом океане содержится 1015 тонн HDO.

Открытия последних лет показали, что тяжелая вода играет немалую роль в биологических процессах. Это и понятно, ведь она является постоянной и повсеместной примесью природных вод. Систематическое изучение ее воздействия на животных и растения начато сравнительно недавно. Различные исследователи независимо друг от друга установили, что тяжелая вода действует отрицательно на жизненные функции организмов; это происходит даже при использовании обычной природной воды с повышенным содержанием тяжелой воды.

Подопытных животных поили водой, 1/3 часть которой была заменена водой состава HDO. Через недолгое время начиналось расстройство обмена веществ животных, разрушались почки. При увеличении доли тяжелой воды животные погибали.

На развитие высших растений тяжелая вода также действует угнетающе; если их поливать водой, на половину состоящей из тяжелой воды, рост прекращается.

Пониженное содержание дейтерия в воде стимулирует жизненные процессы. Такие данные получили Б.И. Родимов и И.П. Торопов. Они долгое время наблюдали за растениями и животными, потреблявшими воду, в которой содержалось дейтерия на 25% ниже нормы. Оказалось, что, потребляя такую воду, свиньи, крысы и мыши дали потомство, гораздо многочисленнее и крупнее обычного, яйценоскость кур поднялась вдвое, пшеница созрела раньше и дала более высокий урожай.

Первые результаты изучения тяжелой воды показывают, сколько необычных свойств таит такое обыкновенное вещество, как вода.

Открытие тяжелой воды послужило толчком к выяснению фракционного состава воды. Вскоре была обнаружена сверхтяжелая вода Т20. В ее составе место водорода занимает его природный изотоп, еще более тяжелый, чем дейтерий. Это тритий (Т), он радиоактивен, атомная масса его равна 3. Тритий зарождается в высоких слоях атмосферы, где идут природные ядерные реакции. Он является одним из продуктов бомбардировки атомов азота нейтронами космического излучения. Ежеминутно на каждый квадратный сантиметр земной поверхности падают 8...9 атомов трития.

В небольших количествах сверхтяжелая (тритиевая) вода попадает на Землю в составе осадков. Во всей гидросфере одновременно насчитывается лишь около 20 кг Т20. Тритиевая вода распределена неравномерно: в материковых водоемах ее больше, чем в океанах; в полярных океанских водах ее больше, чем в экваториальных. По своим свойствам сверхтяжелая вода еще заметнее отличается от обычной: кипит при 104 oС, замерзает при 4...9 oС, имеет плотность 1,33 г/см3.

Сверхтяжелую воду применяют в термоядерных реакциях. Она удобнее дейтериевой, так как чувствительнее в определении.

Перечень изотопов водорода не кончается тритием. Искусственно получены и более тяжелые изотопы 4H и 5H, тоже радиоактивные.

Таким образом, возможно существование молекул воды, в которых содержатся любые из пяти водородных изотопов в любом сочетании.

Этим не исчерпывается сложность изотопного состава воды. Существуют также изотопы кислорода. В периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева значится всем известный кислород 16O. Существуют еще два природных изотопа кислорода - 17O и 18O. В природных водах в среднем на каждые 10 тысяч атомов изотопа 16O приходится 4 атома изотопа 17O и 20 атомов изотопа 18O.

По физическим свойствам тяжелокислородная вода меньше отличается от обычной, чем тяжеловодородная. Получают ее в основном перегонкой природной воды и используют как источник препаратов с меченым кислородом.

Помимо природных, существуют и шесть искусственно созданных изотопов кислорода. Как и искусственные изотопы водорода, они недолговечны и радиоактивны. Из них: 13O, 14O и 15O - легкие, 19O и 20O - тяжелые, а сверхтяжелый изотоп - 24O получен в 1970 году.

Существование пяти водородных и девяти кислородных изотопов говорит о том, что изотопных разновидностей воды может быть 135. Наиболее распространены в природе 9 устойчивых разновидностей воды (W.ru: в подлиннике в данной таблице были допущены опечатки, которые мы позволили себе исправить):

1h316O

1h3D16O

2D216O

1h317O

1h3D17O

2D217O

1h318O

1h3D18O

2D218O

Основную массу природной воды - свыше 99% - составляет протиевая вода - 1h316O. Тяжелокислородных вод намного меньше: 1h318O - десятые доли процента. 1h317O - сотые доли от общего количества природных вод. Только миллионные доли процента составляет тяжелая вода D2O, зато в форме 1HDO тяжелой воды в природных водах содержится уже заметное количество.

Еще реже, чем D2O, встречаются и девять радиоактивных естественных видов воды, содержащих тритий:

3T216O

1h4T16O

2D3T16O

3T217O

1h4T17O

2D3T17O

3T218O

1h4T18O

2D3T18O

Со всей научной строгостью классической водой следует считать протиевую воду 1h316O в чистом виде, то есть без малейших примесей остальных 134 изотопных разновидностей. И хотя содержание протиевой воды в природе значительно превосходит содержание всех остальных вместе взятых видов, чистой 1h316O в естественных условиях не существует. Во всем мире такую воду можно отыскать лишь в немногих специальных лабораториях. Ее получают очень сложным путем и хранят с величайшими предосторожностями. Для получения чистой 1h316O ведут очень тонкую, многостадийную очистку природных вод или синтезируют воду из исходных элементов 1h3 и 16O2, которые предварительно тщательно очищают от изотопных примесей.

Такую воду применяют в экспериментах и процессах, требующих исключительной чистоты химических реактивов.

Формально протиевую воду можно было бы назвать легкой водой, но чистая 1h316O - редкость. Поэтому рабочим эталоном легкой воды считают смесь разновидностей воды состава 1h316O, 1h317O и 1h318O, взятых в том же соотношении, в котором присутствуют в воздухе соответствующие изотопы кислорода. Получается, что, широко оперируя понятием "легкая вода", мы не можем представить ее однородной формулой.

Термин "тяжелая вода" на практике также не имеет эквивалента. Вода, отвечающая формуле D218O, которую как раз и следовало бы считать тяжелой настоящей водой, фактически заменяется смесью разновидностей воды с постоянной водородной частью (здесь это дейтерий) и с содержанием изотопов кислорода в соответствии с изотопным составом воздуха.

Вот какое непростое это "простейшее соединение" - вода. В дальнейшем, говоря о воде и называя ее общепринятую формулу Н2 O, будем иметь в виду, что состав воды, даже полностью освобожденной от минеральных и органических примесей, сложен и многообразен.

Методы и оборудование для очистки воды

almaty.water.ru

Что же такое вода?

Вода… Она не имеет ни начала, ни конца, ведь сама по себе вода может находиться в трех состояниях — газообразном, жидком и твердом – постоянно переходя из одного состояния в другое. Думается, что такого вещества на нашей планете больше просто нет…

На Земле нет человека, который бы не усвоил истину о том, что вода является источником жизнедеятельности на нашей планете. Окажись человек в пустыне под палящим безжалостным солнцем, и он готов будет променять все сокровища мира на один глоток бесценного живительного «золотого» напитка. Ведь недаром бедуины считают, что путника в пустыне не могут спасти никакие сокровища и богатства, если закончится запас воды.

Что же такое вода, разгадал ли человек ее основную тайну?

Ведь она таит в себе много неизученного и неизведанного, о ней написано огромное количество статей, ей посвящены стихи… А сколько еще будет написано…

Многие века люди даже не представляли, что же из себя представляет вода и откуда она появилась на нашей планете. Вплоть до 19 века люди даже не подозревали, что вода – это химическое соединение, имеющее классическую формулу — Н2О.

Организм человека почти на семьдесят процентов состоит из воды, организм ребенка – на еще большее количество. Получается, что процесс старения организма – это истощение его водных запасов.

А это значит, что человек является не чем иным, как «одушевленной» водой.

Совсем недавние открытия британских ученых заставили людей по-другому посмотреть на воду. Оказывается, что плазма, которая течет по венам человека, по своему составу близка к морской воде. А это может означать, что предки человека когда-то жили во всемирном океане, а выйдя на сушу, положили начало роду человеческому.

Более того, все те научные гипотезы о том, что в космосе практически нет воды, сегодня полностью опровергнуты, а это значит, что когда-то в космосе – на Марсе, на Венере, на Луне – кипела жизнь. Но почему сегодня эти планеты превратились в пустыню, а может Земле грозит катастрофа, подобная той, которая произошла с ними?

Ученые считают, что и на Марсе тысячелетия назад была жизнь, но в космосе произошло нечто, что изменило структуру марсианской воды.

Кто же был предком человека, почему женщине наиболее комфортно рожать в воде?

Человек узнает об этом только тогда, когда разгадает своеобразный код, дающий разгадку тайн жизни и смерти, а код этот зашифрован, по мнению исследователей, в молекуле воды.

Сегодня уже достоверно доказано, что у воды есть память и возможность передавать необходимую информацию. Ведь она – живой организм, и главной задачей современного человека является постижение тайн воды и способность расшифровки ее посланий.

Уже доподлинно установлено, что вода меняет свое состояние под воздействием человеческого мышления, при этом изменяется и ее электропроводность, причем настолько, что попадающие в нее простейшие организмы или погибали, или активизировались.

Было обнаружено, что в одной ячейке воды есть около 44 тысяч разных образований, говоря по научному – информационных панелей, каждая из которых имеет конкретное строение, которое, наподобие рецептора, моментально откликается на влияние извне.

Когда человек на воду оказывает некое воздействие, то он затрагивает какую-то одну из этих информационных панелей, другое воздействие откликается у другой панели, при этом они взаимодействуют друг с другом, меняя состояние воды.

Получается, что вода – это некая иерархически организованная среда, своеобразный биокомпьютер, имеющий запоминающие и ретранслирующие устройства. А это значит только одно: вода – это живая готовая клетка.

Анализы показали, что у маленьких детей и у животных детенышей в клетках есть особая структурированная вода, которая по своей структуре напоминает снежинки. Именно это вода, называемая кластерной, замедляет процесс старения и выводит токсины.

В природе открытое состояние воды является подтверждением принципа, который является основой жизни – это основа для управления информацией «все во всем». В водной матрице есть абсолютно все, что есть в живой клетке. Ведь недаром еще Леонардо до Винчи считал жизнь одушевленной водой. Не исключено и то, что именно это обстоятельство поможет выяснить эволюцию превращения живой материи в неживую и наоборот: ведь жизнь имеет свою информационную программу, которую можно будет разгадать с помощью воды.

Другим особенным свойством воды является ее память. Если в тару с водой поместить амебу, а затем капнуть туда капельку уксусной кислоты, амеба, которая находится на самом дне, мгновенно парализуется, хотя молекулы капли кислоты до нее еще не дошли. Все дело в том, что информация о кислоте со скоростью, превосходящей скорость света, молниеносно распространяется по воде, находящейся в таре.

Объяснение этого явления скрыто в необычной структуре вещества воды, которая состоит из ячеек, видных даже под микроскопом. Ячейки, в свою очередь, состоят из элементов — молекул, число которых иногда доходит до несколько миллионов.

И как только на воду воздействует какое-либо поле или даже просто некое механическое воздействие, то составляется новая комбинация элементов ячейки, соответственно — с новыми свойствами. Ученые называют это состояние воды информационно-фазовым. И именно это состояние дает возможность утверждать о памяти воды, что означает, что полученная информация возрождается в каждой точке воды.

Все помнят, как Алан Чумак махал руками перед водой. Некоторые верили ему, другие считали это шарлатанством. Но сегодня доказано, что свойства воды в это время и вправду меняются, но не с помощью способностей Чумака: делают это те зрители, которые, сидя перед телевизионными экранами, верили в него и настраивали себя на чудо. Если бы в это время рядом с этими людьми находились датчики, то они сразу же зафиксировали бы изменения.

И присутствие Чумака в этом случае вовсе не обязательно. Проведено огромное множество экспериментов, которые доказали, что если над водой прочитать молитву, то ее структура изменится.

Естественно, у разных людей это получается по-разному, но есть и настоящие феномены, например, одной женщине удалось таким образом воздействовать на воду, что она превратилась в вино. Впрочем, это чудо проделал в древности и сам Иисус…

Именно этим объясняется и воздействие целителей на человека: ведь он более чем на семьдесят процентов состоит из воды.

Самой лучшей водой на планете, как известно, считается чистая родниковая, пробивающаяся из глубин земли. И это неудивительно: ее структура еще не подвергнута изменениям.

Сегодня найдены методы изменения в структуре воды, созданы даже соответствующие корректоры, производство которых в ближайшем будущем может быть налажено, хотя вода сама по себе настолько чувствительна, что на нее воздействуют все те корректоры, которые существуют в природе.

Еще Менделеев был уверен, что проводить опыты с водой очень трудно: ведь она участвует в химических реакциях, при этом подвергаясь влиянию всего – начиная с поведения человека и кончая космическим фоном.

Активизировались солнечные пятна – вода это чувствует, изменилось время и место проведения опыта – результаты будут отличны от предыдущих. Даже присутствие при опыте постороннего человека, а значит, изменение электромагнитного фона лаборатории, будет заметно.

На пространство, а значит на показатели воды, влияют не только люди, но и предметы, и сооружения.

А как это все влияет на человека? По-разному: ведь у каждого человека своя структура воды, которая программируется еще до его рождения.

Уже давно доказано, что человеку наиболее комфортно жить на родине предков, ведь именно данная среда формирует его водную матрицу. Примером тому рыбы, которые идут на нерест в то место, где появились на свет.

Даже у растений различные водные матрицы. Почему биологи считают, что растения лучше поливать теплой водой? Все очень просто: теплая вода является чистым информационным листом, которая подходит для любого растения.

Без воды умрет любое живое существо… Без воды погибнет человек…

Сегодня на планете уже есть регионы, в которых вода постепенно становится дефицитной. И не надо удивляться этому, мотивируя, что около семидесяти процентов планеты Земля – это вода. Но ведь пресной воды, так необходимой для человека – всего только один процент…

В мире за последние полвека было локализовано более пятисот достаточно серьезных конфликтов, причиной которых была вода, это значит, что в год таких конфликтов вспыхивает почти десять, примерно раз в месяц…

И это не удивительно. Ведь вода на сегодняшний день является самым необходимым, и в то же время самым удивительным, полным самых неожиданных сюрпризов веществом, существующим на Земле.

No related links found

tainy.net

Что такое вода?

Что такое вода?

Глава из книги "Вода знакомая и загадочная" Леонид Адольфович Кульский, Воля Васильевна Даль, Людмила Григорьевна Ленчина © Издательство "Радянська школа", 1982; © Электронная версия, "НиТ. Раритетные издания", 1998.

Как появилась вода и сколько ее на нашей планете

"Тобою наслаждаются, не ведая, что ты такое", - обращался к воде Антуан де Сент-Экзюпери. Тот самый, что написал прекрасную сказку о маленьком принце. И там вода играла не последнюю роль: принц постоянно помнил, что надо поливать свою единственную розу, оставленную на далекой родной планете.

Мы не можем прожить без воды и нескольких дней. Между тем долгие столетия люди не только не знали, что она собой представляет, но не знали даже, сколько ее на Земле. И уже совсем было неясно, как появилась она на планете.

Вода была еще до появления человека: есть все основания полагать, что жизнь возникла в водной среде. А до возникновения жизни?

Вода - активный созидатель нашей планеты, один из ее основных "строительных материалов".

Миллиарды лет назад в холодном газопылевом облаке, со временем сгустившемся, уплотнившемся и ставшем Землей, уже содержалась вода. Скорее всего, она была в виде ледяной пыли. Это подтверждают исследования Вселенной. Установлено, что исходные элементы для образования воды - водород и кислород - в нашей Галактике принадлежат к шести самым распространенным веществам космоса.

Скопления молекул воды и гидроксидных радикалов обнаружены за пределами Солнечной системы. В созвездиях Кассиопеи и Ориона найдены облака, состоящие из молекул воды. Размеры облаков колоссальны - их протяженность в 40 раз превышает расстояние от Солнца до Земли. Нередки случаи падения на Землю остатков кометных ядер - "посланцев" далеких миров. Чаще всего они представляют собой гигантские глыбы льда, смерзшегося с метаном, аммиаком и минеральными частицами. Вес достигших Земли ледяных глыб может достигать сотен килограммов.

Многолетними исследованиями геологических процессов, происходящих на нашей планете, академик АН Украины Н.П. Семененко установил, что именно вода и составляющие ее элементы играли определяющую роль во всей геологической истории Земли. Исследуя содержание кислорода в составе земной коры, ученый сделал вывод, что в образовании протоземли участвовали громадные количества воды. Помимо этого, ее элементы входили в состав основных компонентов исходного облака: водород - в состав гидридов металлов, кислород - в состав оксидов.

Согласно теории академика А.П. Виноградова, протоземное облако постепенно уплотнялось и саморазогревалось. Источником необходимой энергии служили процессы радиоактивного распада и уплотнения первичного вещества планеты. С незапамятных времен в недрах планеты происходят глубинные физико-химические процессы. Там развиваются чудовищные давления и температуры; исходные вещества при этом испытывают сложные превращения. В результате образуются паро- и газообразные соединения, причем большинство из них состоит из воды или составляющих ее элементов.

Согласно геохимической модели нашей планеты, созданной Н.П. Семененко, земная кора, состоящая из окисленных пород, является своеобразным кислородным каркасом, а ядро планеты слагают гидриды нескольких металлов и частично карбид железа. В зонах самых высоких давлений и температур выделяются, преимущественно, водород и углеводороды. Дальше от центра планеты эти вещества взаимодействуют с окисленными породами - образуются водяной пар и углекислый газ. Эти соединения постоянно выделяются на поверхность через жерла вулканов, через всевозможные наземные и подводные трещины и разломы земной коры.

По подсчетам Н.П. Семененко, за всю историю существования Земли на ее поверхность таким образом выделилось около 3,4·109 км3 воды. Треть этого количества в парообразном состоянии покинула поверхность планеты, а под воздействием Солнца значительная часть фотодиссоциировала на водород и кислород.

Остальная масса воды, очевидно, постепенно составила гидросферу. Появившись на поверхности планеты таким сложным путем, вода не стала инертной, пассивной средой. Вместе с парами воды выделялись не только оксиды углерода, но и соединения азота, фосфора, серы, которые вместе с кислородом, углеродом и водородом составляют химическую основу жизни. Наиболее благоприятные условия для появления и развития жизни создались в водной среде. "Именно вода гидросферы явилась той обязательной, незаменимой средой, в которой происходило формирование наиболее сложных органических соединений, послуживших в дальнейшем материалом для построения тел живых существ. Вода и сейчас является наипростейшим, но количественно преобладающим химическим компонентом "живой материи" - всей совокупности организмов, населяющих нашу планету!", - так оценивает роль воды в возникновении биосферы биохимик А.И. Опарин.

В настоящее время подсчет количества воды на Земле выполнен со всей точностью, доступной современной науке. Эту работу ученые проделали в рамках программы Международного гидрологического десятилетия 1964-1974 гг. Результаты этой работы опубликованы в многотомном труде "Мировые водные ресурсы и водный баланс земного шара".

Установлено, что гидросфера - океаны, моря, реки, озера, болота, атмосферная влага - измеряется внушительной величиной - 1,385*10 9 км 3 воды, или 1,4*10 19 т. Три четверти поверхности планеты покрыто водой.

Космонавты неоднократно отмечали, что из космоса Земля выглядит голубой планетой с относительно небольшими вкраплениями суши. Голубая планета? Пожалуй, не планета, а только ее тонкая оболочка. Если распределить всю воду равномерно по поверхности земного шара, средний радиус которого 6370 км, получится пленка толщиной менее 3 км. Не много воды в общем объеме планеты. К тому же, основную часть нашего водного потенциала составляет вода, которой не напьешься, не используешь ни в промышленности, ни в сельском хозяйстве, ни в быту. 97,75% или 1,338*10 9 км 3, - это соленые воды океанов и морей. Остальные 2,25% - пресные воды, однако, половина их - 24*10 6 км 3 - "законсервирована" в виде ледяных гигантских шапок Антарктиды, Арктики, Гренландии, высоких гор в различных районах Земли. Примерно столько же воды - 23,4*10 6 км 3 - скрыто от людских глаз в толще земной коры. Это подземные воды.

Объем доступной пресной воды исчисляется уже не миллионами, а тысячами кубических километров. Больше всего пресной воды на земной поверхности накоплено в озерах -176,4*10 3 км 3. Если на мгновение задержать течение всех рек земного шара, то оказалось бы, что в их руслах одновременно находится 2120 км3 воды.

Истоки множества рек, больших и малых, находятся в болотах, которые содержат 10300 км3 пресной воды. 13000 т воды содержится в ближайших к земной поверхности слоях атмосферы. На высоте до 1 км концентрация водяного пара в воздухе в среднем составляет 2%.

Вот, пожалуй, и вся вода, на которую может реально рассчитывать человечество теперь и в ближайшем будущем.

Так ли проста вода

"Простейшее устойчивое соединение водорода с кислородом", - такое определение воды дает Краткая химическая энциклопедия.

Все верно, только простейшее в химии - это далеко не простое.

До XIX века люди не знали, что вода - химическое соединение. Ее считали обычным химическим элементом. Лишь в 1805 году Александр Гумбольдт и Жозеф Луи Гей-Люссак установили, что вода состоит из молекул, каждая из которых содержит два атома водорода и один кислорода.

После этого свыше ста лет все и всюду считали, что вода _ индивидуальное соединение, описываемое единственно возможной формулой h3O.

Недостаточность этого положения выяснилась лишь в 1932 году. Мир облетела сенсация: кроме воды обычной, в природе существует еще и тяжелая вода. В молекулах такой воды место водорода занимает его тяжелый изотоп - дейтерий.

Тяжелую воду открыли американские физики Гаральд Юри и Эльберт Осборн. В 1933 году американец Герберт Льюис совместно с Ричардом Макдональдом впервые выделили ее в чистом виде.

В небольших количествах тяжелая вода постоянно и повсеместно присутствует в природных водах, внешне совершенно не отличаясь от обычной воды. Различить их можно лишь по физическим характеристикам. В молекулу тяжелой воды входят атомы не легкого водорода - протия (1H), а его изотопа - дейтерия (2D), атом которого на единицу тяжелее протиевого, следовательно, молекулярный вес тяжелой воды на 2 единицы больше: 20, а не 18.

Формула тяжелой воды D2O. Она на 10% плотнее обычной, ее вязкость выше на 23%. Она кипит при 101,42 oС, а замерзает при +3,8 oС.

Такие особенности позволяют понять не равномерность содержания тяжелой воды в тех или иных природных водах. Например, в замкнутых водоемах ее больше, так как по сравнению с обычной водой она испаряется менее интенсивно. Поэтому тяжелой воды больше в местностях с жарким климатом. Обогащается дейтерием и поверхность океана на экваторе и в тропиках, тем более что свою лепту вносят частые атмосферные осадки, при образовании которых идут процессы конденсации воды из паровой фазы (см. далее), а тяжелая вода конденсируется быстрее, чем легкая, следовательно, осадки обогащены тяжелой водой. Однако для океанской поверхности повышенное содержание тяжелой воды характерно лишь на низких широтах.

Вблизи полюсов свои особенности. В высоких южных широтах (в Антарктике) океанские воды заметно "легче". В этом сказывается влияние талых вод антарктических айсбергов, которые отличаются наиболее низким содержанием дейтерия на планете.

Невелика доля дейтерия и во льдах Гренландии, тем не менее, океанские воды высоких северных широт обогащены тяжелой водой. Тут сказывается таяние "тяжелых" арктических льдов.

Собственно тяжелая вода D2O в природе находится в ничтожных количествах - в миллионных долях процента. Преобладает ее разновидность, состав которой можно выразить формулой HDO.

Тяжелая вода - очень важное промышленное сырье, эффективный замедлитель быстрых нейтронов. Поэтому уже сейчас ее широко применяют в различных реакторных установках. А в будущем тяжелая вода может стать сырьем для термоядерной энергетики: 1 г дейтерия при термоядерном распаде дает в 10 млн. раз больше энергии, чем 1 г угля при сгорании. В Мировом океане содержится 1015 тонн HDO.

Открытия последних лет показали, что тяжелая вода играет немалую роль в биологических процессах. Это и понятно, ведь она является постоянной и повсеместной примесью природных вод. Систематическое изучение ее воздействия на животных и растения начато сравнительно недавно. Различные исследователи независимо друг от друга установили, что тяжелая вода действует отрицательно на жизненные функции организмов; это происходит даже при использовании обычной природной воды с повышенным содержанием тяжелой воды.

Подопытных животных поили водой, 1/3 часть которой была заменена водой состава HDO. Через недолгое время начиналось расстройство обмена веществ животных, разрушались почки. При увеличении доли тяжелой воды животные погибали.

На развитие высших растений тяжелая вода также действует угнетающе; если их поливать водой, на половину состоящей из тяжелой воды, рост прекращается.

Пониженное содержание дейтерия в воде стимулирует жизненные процессы. Такие данные получили Б.И. Родимов и И.П. Торопов. Они долгое время наблюдали за растениями и животными, потреблявшими воду, в которой содержалось дейтерия на 25% ниже нормы. Оказалось, что, потребляя такую воду, свиньи, крысы и мыши дали потомство, гораздо многочисленнее и крупнее обычного, яйценоскость кур поднялась вдвое, пшеница созрела раньше и дала более высокий урожай.

Первые результаты изучения тяжелой воды показывают, сколько необычных свойств таит такое обыкновенное вещество, как вода.

Открытие тяжелой воды послужило толчком к выяснению фракционного состава воды. Вскоре была обнаружена сверхтяжелая вода Т20. В ее составе место водорода занимает его природный изотоп, еще более тяжелый, чем дейтерий. Это тритий (Т), он радиоактивен, атомная масса его равна 3. Тритий зарождается в высоких слоях атмосферы, где идут природные ядерные реакции. Он является одним из продуктов бомбардировки атомов азота нейтронами космического излучения. Ежеминутно на каждый квадратный сантиметр земной поверхности падают 8...9 атомов трития.

В небольших количествах сверхтяжелая (тритиевая) вода попадает на Землю в составе осадков. Во всей гидросфере одновременно насчитывается лишь около 20 кг Т20. Тритиевая вода распределена неравномерно: в материковых водоемах ее больше, чем в океанах; в полярных океанских водах ее больше, чем в экваториальных. По своим свойствам сверхтяжелая вода еще заметнее отличается от обычной: кипит при 104 oС, замерзает при 4...9 oС, имеет плотность 1,33 г/см3.

Сверхтяжелую воду применяют в термоядерных реакциях. Она удобнее дейтериевой, так как чувствительнее в определении.

Перечень изотопов водорода не кончается тритием. Искусственно получены и более тяжелые изотопы 4H и 5H, тоже радиоактивные.

Таким образом, возможно существование молекул воды, в которых содержатся любые из пяти водородных изотопов в любом сочетании.

Этим не исчерпывается сложность изотопного состава воды. Существуют также изотопы кислорода. В периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева значится всем известный кислород 16O. Существуют еще два природных изотопа кислорода - 17O и 18O. В природных водах в среднем на каждые 10 тысяч атомов изотопа 16O приходится 4 атома изотопа 17O и 20 атомов изотопа 18O.

По физическим свойствам тяжелокислородная вода меньше отличается от обычной, чем тяжеловодородная. Получают ее в основном перегонкой природной воды и используют как источник препаратов с меченым кислородом.

Помимо природных, существуют и шесть искусственно созданных изотопов кислорода. Как и искусственные изотопы водорода, они недолговечны и радиоактивны. Из них: 13O, 14O и 15O - легкие, 19O и 20O - тяжелые, а сверхтяжелый изотоп - 24O получен в 1970 году.

Существование пяти водородных и девяти кислородных изотопов говорит о том, что изотопных разновидностей воды может быть 135. Наиболее распространены в природе 9 устойчивых разновидностей воды (W.ru):

: в подлиннике в данной таблице были допущены опечатки, которые мы позволили себе исправить

1h316O 1h3D16O 2D216O
1h317O 1h3D17O 2D217O
1h318O 1h3D18O 2D218O

Основную массу природной воды - свыше 99% - составляет протиевая вода - 1h316O. Тяжелокислородных вод намного меньше: 1h318O - десятые доли процента. 1h317O - сотые доли от общего количества природных вод. Только миллионные доли процента составляет тяжелая вода D2O, зато в форме 1HDO тяжелой воды в природных водах содержится уже заметное количество.

Еще реже, чем D2O, встречаются и девять радиоактивных естественных видов воды, содержащих тритий:

3T216O 1h4T16O 2D3T16O
3T217O 1h4T17O 2D3T17O
3T218O 1h4T18O 2D3T18O

Со всей научной строгостью классической водой следует считать протиевую воду 1h316O в чистом виде, то есть без малейших примесей остальных 134 изотопных разновидностей. И хотя содержание протиевой воды в природе значительно превосходит содержание всех остальных вместе взятых видов, чистой 1h316O в естественных условиях не существует. Во всем мире такую воду можно отыскать лишь в немногих специальных лабораториях. Ее получают очень сложным путем и хранят с величайшими предосторожностями. Для получения чистой 1h316O ведут очень тонкую, многостадийную очистку природных вод или синтезируют воду из исходных элементов 1h3 и 16O2, которые предварительно тщательно очищают от изотопных примесей.

Такую воду применяют в экспериментах и процессах, требующих исключительной чистоты химических реактивов.

Формально протиевую воду можно было бы назвать легкой водой, но чистая 1h316O - редкость. Поэтому рабочим эталоном легкой воды считают смесь разновидностей воды состава 1h316O, 1h317O и 1h318O, взятых в том же соотношении, в котором присутствуют в воздухе соответствующие изотопы кислорода. Получается, что, широко оперируя понятием "легкая вода", мы не можем представить ее однородной формулой.

Термин "тяжелая вода" на практике также не имеет эквивалента. Вода, отвечающая формуле D218O, которую как раз и следовало бы считать тяжелой настоящей водой, фактически заменяется смесью разновидностей воды с постоянной водородной частью (здесь это дейтерий) и с содержанием изотопов кислорода в соответствии с изотопным составом воздуха.

Вот какое непростое это "простейшее соединение" - вода. В дальнейшем, говоря о воде и называя ее общепринятую формулу Н2 O, будем иметь в виду, что состав воды, даже полностью освобожденной от минеральных и органических примесей, сложен и многообразен.

Полностью скачать электронную версию книги в .pdf формате можно здесь На главную страницу международной общественной организации "НАУКА И ТЕХНИКА"

mosvtorplast.ru


Смотрите также

">