Мы редко задумываемся о том, к чему привыкли. Наверное, поэтому мы не думаем о том, насколько уникальна и необычна вода. По сравнению со всеми прочими жидкостями она невероятно аномальна и ведет себя совершенно иначе.
Ученые уверены, что они раскрыли причину удивительных аномалий воды - все дело в уникальной структуре и расположении ее молекул.
Аномальная плотность воды
Один из самых нехарактерных для жидкостей аспектов воды - ее уникальная плотность. Типично, остальные жидкости по мере их охлаждения становятся более плотными, однако максимальная плотность воды достигается при температуре приблизительно 4 градусов Цельсия.
При температуре ниже 4 градусов Цельсия вода начинает терять плотность, именно поэтому, замерзая при 0 градусов Цельсия, лед остается на поверхности воды, а не тонет, потому что у льда меньшая плотность. Именно поэтому замерзание воды происходит сверху вниз, а не наоборот.
Поверхностное натяжение и другие аномальные свойства
Но это еще не все. У воды очень высокое поверхностное натяжение, выше - только у ртути. Именно это поверхностное натяжение позволяет насекомым и водным паукам “прыгать” по поверхности воды, не погружаясь.
В довершение ко всему, вода закипает при необычно (для других жидкостей) высокой температуре. Если продолжить выделять уникальные характеристики воды в сравнении с другими жидкостями, то стоит отметить и тот факт, что вода является отличным растворителем для огромного количества химических веществ.
Молекулярное строение воды
Чтобы подробнее изучить некоторые из этих причудливых свойств, ученые обратились за ответами к молекулярной структуре воды. При комнатной температуре и в твердом состоянии (лед), у воды уникальная пирамидальная молекулярная композиция, это означает, что каждая молекула воды соединена с четырьмя другими в форме, слегка напоминающей пирамиду. Казалось бы, в этом нет ничего уникального - молекулярные композиции многих веществ образуют еще более сложные структуры. Однако "пирамидки" из молекул воды не так просты, как кажутся. Именно они и обеспечивают уникальное поведение воды.
Если бы структура была беспорядочной?
В 2018 году исследователи из двух университетов, Бристоля и Токио, использовали компьютерное моделирование и с помощью суперкомпьютера сумели внести изменения в этой пирамидальной структуре молекул воды.
Внося эти корректировки, они могли заставить воду вести себя иначе, больше похоже на другие жидкости. Например, они смогли сделать лед более плотным, чем жидкая вода, в результате лед шел ко дну.
Это молекулярное изменение повлияло на все необычные свойства воды, что привело ученых к выводу: аномальные свойства воды - прямой результат ее специфической молекулярной структуры.
Уникальная упорядоченность молекулярной структуры воды
Однако пирамидальная структура воды - это еще не все. Ученые обнаружили, что четыре из таких “пирамидок” могут организоваться таким способом, чтобы между ними была одна общая вершина - одна молекула воды, разделенная четырьмя молекулярными структурами. Именно эта сложная упорядоченность и позволяет воде обладать такими уникальными для жидкости свойствами.
Свойства воды в ответе за жизнь на Земле
Если бы вода не была такой уникальной субстанцией, жизнь на земле могла бы и не появиться, ну или выглядела бы совсем иначе. Если бы вода не была таким уникальным растворителем, то человеческий организм не мог бы оптимально обеспечить попадание необходимых питательных веществ в клетки и ткани. Кто знает, что бы могло течь по нашим венам, вместо крови?
Даже более низкая плотность льда способствует развитию жизни, ведь если бы лед оказывался на дне, погибли бы почти все пресноводные обитатели. Нельзя утверждать, что будь вода обычной жидкостью, жизнь не появилась бы. Однако без уникального молекулярного расположения воды жизнь на Земле эволюционировала бы совершенно иначе.
Молекулярная структура воды в ответе и за рельеф
Уникальные свойства воды обусловили формирование рельефа Земли. Из-за более низкой плотности льда, он расширяется. Вода в жидкой форме просачивается в самые мелкие трещины в каменной породе, а замерзая, лет расширяет эти трещины, разламывая камни. В результате замерзания и оттаивания большого количества воды во время ледниковых периодов были сформированы самые красивые и самые драматичные пейзажи на нашей планете.
