Раздел 4. Вода – составная часть биосферы

Вода – это самый распространенный на Земле минерал. В.И. Вернадский писал, что вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Нет земного вещества – минерала, горной породы, живого тела, которое ее бы не заключало.

4.1. Физико-химические свойства воды

Чистая, без примесей вода прозрачна, бесцветна и не имеет запаха. Это единственный на нашей планете минерал, который встречается в естественных условиях в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. Воду можно рассматривать с химической точки зрения как оксид водорода или гидрид кислорода.

Из химических свойств воды одним из важнейших является способность ее молекул к диссоциации, т.е распадаться на ионы, а также колоссальная способность к растворению веществ различной химической природы.

Роль воды как главного и универсального растворителя определяется прежде всего полярностью ее молекул и, как следствие, ее чрезвычайно высокой диэлектрической проницаемостью Разноименные электрические заряды и, в частности, ионы притягиваются друг к другу в воде в 80 раз слабее, чем они бы притягивались в воздухе. Тепловому движению в этом случае легче разобщить молекулы. Оттого и происходит растворение, в том числе многих труднорастворимых веществ.

Диссоциация (распадение) молекул воды на ионы в обычных условиях весьма мала: диссоциирует одна молекула из полумиллиарда.

Н₂О  Н⁺ + ОН^- (4.1)

2 Н₂О  Н₃О⁺ + ОН (4.2)

Нужно заметить, что из приведенных выше реакций первая (4.1) носит условный характер, так как в водной среде не может существовать лишенный электронной оболочки протон Н⁺, он мгновенно соединяется с молекулой воды, образуя ион гидроксония Н₃О⁺.

Принципиально возможно, что ассоциаты водных молекул распадаются на весьма тяжелые ионы, такие как:

8 Н₂О  Н₉О⁺₄ + Н₇О ^-₄ (4.3)

тогда реакция (4.1) – всего лишь схематическое общее изображение более сложных реакций.

Вода обладает слабой реакционной способностью. Некоторые активные металлы способны вытеснять из нее водород:

2 Na +2 Н₂О  2NaOH +H₂ (4.4)

а в атмосфере свободного фтора вода может гореть:

2F₂ + 2 Н₂О  4HF +O₂ (4.5)

В научной литературе опубликованы данные по многообразным характеристикам воды, в частности, аномальная вода (или супервода) достигает максимальной плотности при температуре t = - 10^oC, ее вязкость в 10 – 15 раз меньше классической воды, имеет полимеры (Н₂О)₃ и (Н₂О)₄.

Установлено наличие сверханомальной воды, которая не имеет максимальной плотности, не кристаллизуется (даже при t = - 100^oC), а застекловывается, как смола. Академик А.Н. Фрумкин считает, что это новое четвертое агрегатное состояние воды – смолообразное и ставит его в ряд с открытием новых химических элементов.

Метаболическая вода – специальная жидкость, которая вырабатывается живым организмом, обладающая свойством противодействия «усыханию», иными словами, «старению». В то же время, как считают некоторые ученые метаболическая вода сама способна к старению и превращению в «мертвую» воду.

Многие ученые склонны выделять «талую» воду, повышающую урожайность; «магнитную» воду, препятствующую карбонатообразованию; «электрическую» воду, ускоряющую цветение некоторых растений; «сухую» воду, состоящую из 90 % Н₂О и 10 % Н₂SiO₄, а также -воду, «черную», «помнящую» и т.д. Многие из этих видов воды обладают специфическими свойствами, некоторые носят гипотетический характер.

Так как вода растворяет практически все вещества, кроме жиров и весьма ограниченного числа минералов, поэтому в природе не бывает практически чистой воды, она всегда раствор большей или меньшей концентрации.

Вода представляет собой главным образом жидкость, т.е. подвижное тело, что позволяет ей проникать в самые разнообразные тела и среды и двигаться в различных направлениях, одновременно транспортируя растворенные в ней вещества. Этим она обеспечивает обмен веществ в географической оболочке, в том числе между живыми организмами и средой. Вода способна преодолевать гравитацию даже в жидком состоянии, поднимаясь по тончайшим капиллярам. Это определяет возможности циркуляции воды в горных породах и почвах; кровообращение у животных; движение соков растений вверх по стеблям.

Вода обладает способностью смачивать, «прилипать» к различным поверхностям. Электрические силы взаимодействия способны связывать воду вокруг твердых частиц минералов, существенно изменяя ее характеристики. Например, температура ее замерзания становится равной t = - 4^oC (в обычных условиях t = 0^oC), плотность  = 1,4 г/см³ (в обычных условиях  = 1,0 г/см³).

Относительно происхождения воды на Земле есть две основные точки зрения. Согласно одной – вода образовалась в результате синтеза из водорода и кислорода при выделении их из недр Земли на первых этапах ее существования. По версии академика О.Ю. Шмидта вода попала на Землю при формировании планеты из космического пространства.