Все теории возникновения жизни на Земле так или иначе связаны с водой. Она постоянно рядом с нами, более того, внутри нас. Самая обыкновенная, простая вода, включенная в ткани организма, делает возможным каждый новый вдох и удар сердца. Во всех этих процессах она участвует благодаря своим уникальным свойствам.
Что такое вода: определение
С научной точки зрения главная жидкость планеты представляет собой оксид водорода - бинарное неорганическое соединение. Молекулярная формула воды, пожалуй, известна всем. Каждый структурный элемент ее состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, соединенных полярной ковалентной связью. При обычных условиях она находится в жидком состоянии, не имеет вкуса и запаха. В малых объемах простая вода без примесей бесцветна.
Биологическая роль
Вода — главный растворитель. Именно характер строения молекулы делает возможным подобное определение. Свойства воды связаны с ее поляризованностью: каждая молекула обладает двумя полюсами. Отрицательный связан с кислородом, а положительный — с атомами водорода. Молекула воды способна образовывать так называемые водородные связи с частичками других веществ, притягивая противоположно заряженные атомы к своему «+» и «-». При этом вещество, которое становится раствором, также должно быть поляризованным. Одна молекула его окружается несколькими частицами воды. После преобразования вещество приобретает большую реакционную способность. В качестве растворителя вода используется всеми клетками живых организмов. Это одно из тех свойств, которые определяют ее биологическую роль.
Три состояния
Вода известна нам в трех формах: жидкой, твердой и газообразной. Первое из названных агрегатных состояний, как уже было сказано, характерно для воды при обычных условиях. При нормальном атмосферном давлении и температуре ниже 0 ºС она становится льдом. Если же нагрев вещества достигает 100 ºС, из жидкости образуется пар.
Нужно заметить, что схожие по строению вещества в нормальных условиях находятся в газообразном состоянии и имеют низкую температуру кипения. Причина относительной стабильности воды - в водородных связях между молекулами. Для перехода в состояние пара необходимо их разорвать. Водородные связи достаточно прочные, и чтобы их разрушить, требуется большое количество энергии. Отсюда и высокая температура кипения.
Поверхностное натяжение
Благодаря водородным связям для воды характерно высокое поверхностное натяжение. В этом плане она уступает только ртути. Поверхностное натяжение возникает на границе двух разных сред и требует затраты определенного количества энергии. Результатом этого свойства являются интересные эффекты. В невесомости капля принимает сферическую форму, так как жидкость стремится сократить собственную поверхность, чтобы сберечь энергию. Аналогично вода ведет себя иногда и на несмачиваемых материалах. Пример — капля росы на листьях. Благодаря силе поверхностного натяжения по глади пруда могут скользить водомерки и другие насекомые.
Изолятор или проводник?
На уроках по безопасности жизнедеятельности детям часто объясняют, что вода хорошо проводит электричество. Однако это не совсем так. В силу особенностей своего строения чистая вода слабо диссоциирована и не проводит ток. То есть, по сути, она является изолятором. Вместе с тем в обычных условиях встретить настолько чистую воду практически нельзя, поскольку она растворяет многие вещества. И благодаря многочисленным примесям жидкость становится проводником. Более того, по способности проводить электричество можно определить, насколько вода чистая.
Преломление и поглощение
Еще одно свойство воды, известное со школы всем, — это способность преломлять световые лучи. Пройдя сквозь жидкость, свет несколько изменяет свое направление. С этим эффектом связано формирование радуги. Также преломление света и наше восприятие его лежат в основе ошибок в определении глубины водоемов: она всегда кажется меньшей, чем на самом деле.
Однако преломляется свет видимой части спектра. А, например, инфракрасные лучи водой поглощаются. Именно поэтому возникает парниковый эффект. Для понимания скрытых возможностей воды в этом смысле можно обратиться к характеристикам атмосферы на Венере. По одной из версий к парниковому эффекту на этой планете привело испарение воды.
Цвет воды
Каждый, кто видел море или любой пресный водоем и сравнивал его с жидкостью в стакане, замечал некое несоответствие. Цвет воды в природном или искусственном водоеме никогда не совпадает с тем, что наблюдается в чашке. В первом случае он голубой, синий, даже зеленовато-желтый, во втором просто отсутствует. Так какого цвета вода на самом деле?
Оказывается, что чистая жидкость не бесцветна. Она обладает легким голубоватым оттенком. Цвет воды настолько бледный, что в малых объемах она кажется абсолютно прозрачной. Однако в природных условиях она предстает во всей красе. Более того, многочисленные примеси, как и в случае с проведением электричества, изменяют свойства воды. Все встречали хотя бы однажды зеленый пруд или коричневатые лужи.
Цвет воды и жизнь
Окраска водоема часто зависит от микроорганизмов, активно размножающихся в нем, примеси горных пород. Зеленоватый цвет воды часто свидетельствует о наличии мелких водорослей. В море участки, окрашенные в такой оттенок, как правило, изобилуют живностью. Поэтому рыбаки всегда обращают внимание на то, какого цвета вода. Чистые синие воды бедны планктоном, а значит, и теми, кто им питается.
Иногда микроорганизмы придают самые причудливые оттенки. Известны озера с шоколадной по цвету водой. Деятельность одноклеточных водорослей и бактерий сделала бирюзовым водоем на острове Флорес в Индонезии.
В Швейцарии на перевале Sanetsch расположилось озеро с ярко-розовой водой. Чуть более бледный оттенок имеет водоем в Сенегале.
Разноцветное чудо
Поразительное зрелище предстает перед туристами в Америке, в национальном парке Йеллоустон. Здесь расположено озеро Morning Glory. Его воды имеют чистейший голубой цвет. Причина такого оттенка — все те же бактерии. Йеллоустон славится многочисленными гейзерами и горячими источниками. На дне озера Morning Glory расположено узкое жерло вулкана. Поднимающееся оттуда тепло и поддерживает температуру воды, а также развитие бактерий. Когда-то все озеро было кристально-голубого цвета. Однако со временем жерло вулкана засорилось, чему поспособствовали и туристы со своей любовью бросать монетки и другой мусор. В результате температура поверхности снизилась, здесь стали размножаться другие типы бактерий. Сегодня окраска воды меняется с глубиной. На дне озеро по-прежнему насыщенного голубого цвета.
Несколько миллиардов лет назад вода способствовала появлению жизни на Земле. С тех пор ее значение нисколько не уменьшилось. Вода необходима для целого ряда химических реакций, протекающих на клеточном уровне, она входит в состав всех тканей и органов. Мировой океан покрывает примерно 71% поверхности планеты и играет огромную роль в поддержании стабильности состояния такой гигантской системы, как Земля. Физические и химические свойства воды позволяют назвать ее главным веществом для всего живого. Водоемы, являясь местом обитания многоклеточных микроорганизмов, кроме того, становятся источником красоты и вдохновения, демонстрируют огромные творческие способности природы.
