Вода – это жизнь – вы, вероятно, слышали это выражение не раз. И с этим трудно не согласиться, учитывая, что вода обеспечивает нас и многие другие организмы питательными веществами, необходимыми для нормального функционирования. И поскольку это так важно, как знают и акваристы, мы решили посвятить этому отдельную статью. Сегодня мы поговорим о воде – о её физических и химических свойствах.
Несколько слов для вступления. Что такое вода?
H₂O – пожалуй, самая популярная химическая формула в мире. Она обозначает воду, химическим синонимом которой является оксид водорода. В стандартных условиях она существует в жидком состоянии. Однако она обладает способностью изменять своё агрегатное состояние – превращаться в газ (водяной пар) и твёрдое вещество (лёд). Это королева веществ во Вселенной. Это один из строительных блоков планет, присутствующий в атмосфере и водах, покрывающих Землю. В природе она встречается в виде газов и солевых растворов – больше всего их содержится в морской воде, а меньше всего – в атмосферных осадках. Знаете ли вы о разделении воды на мягкую и жёсткую? Это просто мера количества минералов (жёсткая вода содержит много минералов, мягкая – мало).
Откуда взялась вода?
Это не совсем ясно. Существует несколько гипотез, наиболее популярная из которых заключается в том, что вода, как в свободном виде, так и в виде химических соединений, уже присутствовала на Земле во время формирования планеты.
Согласно солнечной гипотезе, вода появилась на нашей голубой планете благодаря… солнечному ветру, который доставил атомы водорода, которые, вступая в реакцию с уже присутствующим кислородом, образовали известную нам H₂O.
В свою очередь, сторонники другой популярной гипотезы — геохимической — считают, что вода зародилась в мантии Земли вместе с гидридом кремния как побочный продукт реакции диоксида кремния с водородом.
Физические свойства воды – те, которые очень и менее важны для акваристов
Вода обладает множеством физических свойств. Мы постараемся перечислить их все, а также более подробно опишем те, которые наиболее важны в аквариумах.
- Высокая удельная теплоемкость и теплоемкость
Удельная теплоемкость воды высока (4,19 Дж/г*К), что объясняет значительную тепловую инерцию жидкости и ее роль в регулировании температуры Земли. Океаны — своего рода водные резервуары — хранят огромные объемы тепла, которое переносится океанскими течениями. Испарение воды поглощает энергию из водной среды, регулируя ее температуру. В процессе конденсации пара и конденсации это тепло возвращается в атмосферу.
Высокая удельная теплоемкость и теплоемкость означают, что для повышения температуры воды требуется значительное количество энергии. Какое значение это имеет в биологическом мире? Вода, благодаря своим терморегулирующим свойствам, создает стабильные условия жизни для живых организмов и защищает от опасных и неожиданных колебаний температуры.
- Способность придерживаться и быть сплоченным
Адгезия — это способность жидкости притягивать молекулы воды к электрически заряженным поверхностям. Когезия, с другой стороны, — это взаимное притяжение молекул воды. Первое явление проявляется, когда молекулы воды прилипают к сосудам или инструментам, помещенным в аквариум, а второе позволяет, например, мелким животным передвигаться по поверхности воды.
- Низкая сжимаемость – низкая способность к изменению объема
Возникая в ответ на изменения давления, этот процесс позволяет клеткам сохранять свою форму, выпрямлять определенные части тела (ноги или усики) и поддерживать упругость растительных клеток.
- Очень хороший растворитель
Каждая молекула воды образует водную оболочку вокруг электрически заряженного вещества. Это свойство обуславливает «жизненно важные» свойства жидкости – то есть, она транспортирует ценные вещества (микро- и макроэлементы) и служит местом проведения всех химических реакций в клетках.
- Плотность выше, чем у воздуха
Это позволяет рыбам, и особенно гораздо более крупным организмам (например, дельфинам и китам), оставаться на плаву в воде. Плотность — это тесный взаимный контакт молекул воды, достигаемый за счет водородных связей.
- Реактивность
Вода рассматривается как субстрат (химическое соединение, которое преобразуется в результате химической реакции): например, в процессе фотосинтеза, и как продукт биохимических реакций: например, аэробного дыхания.
Физические и химические свойства воды — не самые простые темы. Большинство из нас знакомится с ними в основном на уроках химии и биологии, и затем у нас не появляется возможности расширить свои знания в этой области. Мы надеемся, что этот текст — кратко и лаконично — представил наиболее важные из них и позволил нам систематизировать наши знания. Были ли вам особенно интересны какие-либо из затронутых пунктов, и хотели бы вы, чтобы мы их подробнее рассмотрели? Обязательно сообщите нам об этом — в комментариях или в личных сообщениях.
Библиография:
- С. Квок: Физика и химия межзвездной среды, University Science Books, 2007.
- П. Дайчес, Ф. Чоу, Солнечная система и за ее пределами утопают в воде, NASA/Лаборатория реактивного движения.
- «Планета Земля сама производит воду из глубин мантии», — пишет журнал «New Scientist».
- Дж. Фюрст, Биология. Учебное пособие для средней и технической школы, издательство GREG, Краков, 2008.
- Дж. Фюрст, А. Якубовска, И. Кроль, Таблицы. Биология. Химия, Издательство GREG, Краков, 2018.
- Й. Голечек, Б. Янушевска-Гасец, Й. Кобылецка, Й. Ставарц, Р. Стенсель, Тераз Матура. Biologia Vademecum, Nowa Era, Варшава, 2015.