H2O, или вода, - удивительное вещество, без которого невозможно представить нашу жизнь. Эта прозрачная жидкость играет ключевую роль в функционировании всего живого на Земле.
1. Физические свойства H2O
Вода имеет химическую формулу H2O. Это означает, что она состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Атомы соединены ковалентными связями в форме угла, близкого к 104,5°.
Вода может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом (лед), жидком и газообразном (водяной пар). Переход между состояниями происходит при определенных температурах. Так, при атмосферном давлении вода замерзает при 0°C и закипает при 100°C. Интересной особенностью H2O является то, что в твердом состоянии она менее плотная, чем в жидком.
Плотность жидкой воды при 20°C составляет 0,998 г/см3. Кроме того, вода обладает высокой теплоемкостью - для нагревания 1 литра воды на 1°C требуется 4,19 кДж энергии.
Поверхностное натяжение воды довольно высокое по сравнению с другими жидкостями - 72,8 мН/м при 20°C. А вот вязкость тоже выше среднего и составляет 1,002 мПа·с при 20°C.
Чистая вода является диэлектриком с достаточно высокой электропроводностью. Она также обладает большой диэлектрической проницаемостью (при 20°C около 80).
2. H2O как растворитель
Благодаря своей полярной структуре, молекулы H2O легко образуют водородные связи с полярными и ионными веществами. Это обеспечивает хорошую растворимость многих соединений в воде.
Вода является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворенные вещества (соли, газы).
Кислотно-щелочной баланс натуральных водоемов также во многом зависит от растворенных веществ и газов. Так, pH чистой воды составляет 7, в то время как в морской воде он равен 8,2 из-за насыщения солями.
Для очистки воды от примесей и получения питьевой воды используются разные методы фильтрации, отстаивания, хлорирования и так далее.
3. Круговорот H2O в природе
Основным источником воды на Земле являются Мировой океан (97,54% всей воды), ледники (1,81%), подземные воды (0,63%) и другие.
Вода постоянно перемещается между различными природными объектами и средами, образуя гидрологический цикл. Из океанов и других водных объектов происходит испарение, водяной пар переносится в атмосферу. Там из него формируются облака, выпадают осадки в виде дождя и снега. Выпавшая вода попадает в водотоки, впитывается в почву, питая подземные воды, либо возвращается в океан.
Некоторые районы Земли, такие как Сибирь и Аляска, имеют вечную мерзлоту. Это слой грунта, который все время остается замороженным.
4. H2O и возникновение жизни
Уникальные физико-химические свойства H2O сделали возможным зарождение жизни на Земле. В отличие от других распространенных веществ, жидкая вода может существовать в довольно широком диапазоне температур. Это позволило образоваться так называемому "первичному бульону" - раствору органических молекул, из которого впоследствии появились первые живые организмы.
Кроме того, вода участвует практически во всех химических реакциях, протекающих в живых клетках. Без нее немыслимы такие процессы как деление клеток, биосинтез белков, перенос веществ через клеточные мембраны и многие другие.
Также H2O играет важную роль в организмах растений и животных. Она входит в состав всех тканей и жидкостей, а также участвует в терморегуляции. Например, потение позволяет человеку и животным сбрасывать лишнее тепло, регулируя температуру тела.
5. Значение H2O для человека
Вода имеет исключительно большое значение для человека и развития цивилизации. Прежде всего, пресная вода используется для питьевых и хозяйственных нужд. Также она незаменима в промышленности и энергетике - многие технологические процессы требуют значительных объемов воды.
В сельском хозяйстве воду применяют для ирригации - полива засушливых земель с целью повышения урожайности. Благодаря этому возможно производство достаточного количества продовольствия для растущего населения планеты.
H2O просто невероятно полезна для здоровья человека! В виде пресной воды она утоляет жажду, является составной частью продуктов питания, а в виде морской или минеральной воды имеет целебные свойства, применяется в бальнеологии.
6. H2O во Вселенной
Вода довольно широко распространена в космосе, она обнаружена на многих небесных телах Солнечной системы. Например, под поверхностью некоторых спутников планет, таких как Европа, есть подледный океан жидкой воды.
Вода в форме льда присутствует на кометах и астероидах. Также она есть в атмосферах Меркурия, Венеры, Марса и других планет. Некоторое количество межзвездной воды обнаружено в межзвездном пространстве.
Поиски внеземных форм жизни во многом сосредоточены на тех космических объектах, где возможно существование жидкой воды, поскольку H2O необходима для жизни, как мы ее знаем.
Уравнение H2O
Химическая формула воды записывается всего тремя символами - H2O. Но за этой простой записью скрываются удивительные свойства этого вещества, которые делают его идеальным для поддержания жизни на нашей планете.
7. Экологические проблемы
Несмотря на огромные запасы, вода остается ценным и уязвимым ресурсом, который необходимо беречь. Уже сейчас существуют серьезные экологические проблемы, связанные с H2O.
Это, прежде всего, загрязнение водоемов промышленными и бытовыми стоками, которое ведет к гибели живых организмов.
Загрязнение водоемов
Сброс неочищенных стоков приводит к попаданию в воду токсичных веществ, нефтепродуктов, тяжелых металлов. Это нарушает биохимический состав воды, губительно сказывается на обитателях водоемов.
Нехватка пресной воды
Пресная вода составляет лишь небольшую долю от запасов H2O на Земле. При этом ее потребление неуклонно растет в связи с ростом населения планеты, развитием промышленности и сельского хозяйства.
Изменение климата
Потепление климата и таяние ледников приводит к нарушению гидрологического цикла. Это грозит нехваткой воды в одних регионах и наводнениями – в других.
Сохранение запасов пресной воды
Для решения проблем нехватки пресной H2O необходимо бережное отношение к существующим запасам, сокращение потерь, развитие технологий очистки и опреснения.
