життя людини, як і в житті будь-якого іншого су-щества, вода відіграє величезну роль. Вода потрібна для пиття, приготування їжі, для миття. Давно че-ловек зрозумів і те, що вода необхідна для його полів. Тому немає нічого дивного, що ще древні на-роди, які жили тисячоліття до нас, дивилися на воду як на особливу речовину, першооснову всього існую-ного.
«Вода як рідке, рухливе, всеохоплююче, яви-лась початком всього» - вчив близько двох з половиною ти-сяч років тому грецький вчений Фалес. Років двісті тому найбільший філософ стародавнього світу Арі-стотель налічував вже кілька таких першооснов, «основних елементів» світу, серед яких була і вода.
У висловлюваннях стародавніх греків, якими б ці ви-сказиванія не здавалися нам зараз по-дитячому наївними, вже відбивалося глибоке розуміння значення води у всіх явищах природи і в житті людини.
З тих пір пройшло близько 20 століть. Саме поняття «елемент» істотно змінилося. Хімічним елементом-те стали вважати таку речовину, яка вже не мо-же бути розкладено далі на більш прості речовини. Число елементів все збільшувалася і збільшувалася. У списку їх залишалася вода.
І цьому були причини. Адже вчені того часу, спостерігаючи різні явища, в яких бере участь вода, ніколи не помічали, щоб вона змінювалася хімічно. На їхніх очах вона твердне в лід, але лід при таненні давав ту ж воду. Вода нагрівалася до кипіння і испа-рялась, але, охолоджуючись, пари знову збиралися в краплі води. Вода як речовина залишалася у всіх процесах «самою собою» і її вважали нерозкладним, простим речовиною.
Тільки в кінці вісімнадцятого століття було зро-лано важливе відкриття, що вода є складна речовина: вода вперше була отримана штучним шляхом, при спалюванні газу водню в кисні. Так було дока-зано, що вода складається з водню і кисню.
Приблизно в цей же час складний склад води вдалося довести і зворотним шляхом - розкладанням води на складові частини. Це зробив французький учё-ний Лавуазьє. Через розпечений рушничний стовбур він пропускав пари води. Від дії високої температури вода розкладалася. Кисень з'єднувався з залізом, і на внутрішній поверхні ствола з'являлася окалина (со-єднання заліза з киснем), а зі стовбура виходив газ водень.
А кількома роками пізніше вода вперше була розкладена на її складові частини електричним струмом. Цим шляхом було точно встановлено, що в воді по вазі знаходиться 11,11 відсотка водню і 88,89 відсотка кисню, за обсягом ж водню виділяється з води в два рази більше, ніж кисню.
Якщо обидва ці виділилися газу змішати, то при кімнатній температурі така суміш може залишатися без зміни дуже довго. Щоб тільки одна шоста частина суміші перетворилася в воду, нам довелося б чекати 54 мільярди років! Але варто тільки піднести до цієї суміші запалений сірник або пропустити через неї електричну іскру, як між киснем і воднем моментально відбудеться хімічна реакція: водень згорить в кисло-роді, і в результаті вийде вода. Такий досвід треба проводити з великою обережністю, так як горіння завжди супроводжується вибухом великої сили. Тому суміш з двох об'ємів водню і одного об'єму кисло-роду і названа гримучою сумішшю.
Щоб викликати реакцію між киснем і водо-родом, зовсім не обов'язково нагрівати всю суміш. Доста-точно нагріти самий незначний її обсяг. У цьому обсязі почнеться процес горіння водню - з'єднання його з киснем. При цьому виділяється дуже багато тепла (десять грамів гримучої суміші при горінні дають таку кількість тепла, якого достатньо, щоб київськи-переплітати майже півлітра води). Вирізняється тепло пе-редаётся сусіднім ділянкам суміші, і процес горіння з надзвичайною швидкістю поширюється по всьому
Обсягом. Температура в полум'я гримучого газу переви-щує 3000 градусів.
Отже, вода - складна речовина, що складається з кисло-роду і водню. Як же побудована молекула води? Як розташовуються в ній атоми кисню і водню?
Сучасна наука озброєна дуже точними мето-дами дослідження, які дозволяють проникнути в будівлю речовини так глибоко, що вже тепер з повною впевненістю можна говорити не тільки про те, з яких атомів складені молекули того чи іншого речовини, а й про те, як розташовуються атоми в молекулах. Каж-дая молекула води складається з трьох атомів: одного атома
Кисню і двох атомів водню. Всі три атома розташовані в молекулі таким чином, що якщо подумки з'єднати їх лініями, то утворюється рівнобедрений треуголь - Лтом Лтом нік, тобто трикутник,
Водню еодорода у якого дві сторони
Мал. 3. Схема розташування ато - рівні (рис. 3). У верші- мов в молекулі води. чи не знаходиться атом кисло
Роду, а в двох кутах при основі - по атому водню. Відстані між цен-тром атома кисню і центрами водневих атомів оди-наково і рівні 97 десятимільярдним часток сантиметра. Відстань між центрами атомів водню одно 154 десятимільярдним часток сантиметра, а кут при вер-шині, в якій знаходиться атом кисню, становить близько 105 градусів. Якщо розмір молекули збільшити в десять мільярдів разів, цей трикутник поміститься на НЕ-великому столі.
Читач може запитати: чому атоми в молекулі води розташовані у вигляді трикутника, а не по прямій лінії - в середині атом кисню, а по краях атоми водню?
Пояснити це можна так. Будь-яке тіло в природі прагне зайняти найбільш стійке положення. М'яч, кинутий на гладку похилий дах, не залишиться лежати на її поверхні, а під дією сили тяжіння обов'язково скотиться вниз. Якщо ми прив'яжемо до нитки який-небудь грузик і будемо тримати нитку за свобод-
ний кінець. грузик натягне нитку і розташується, точно по прямовисній лінії. Відведемо грузик трохи в сторону і відпустимо. - грузик не залишиться в новому нестійкому стані, а під дією сили тяжіння швидко вер-нётся до свого початкового стану. Так і в мо-лекул води. Атоми з'єднані в ній один з одним силами, які називають силами хімічної спорідненості. Величина і напрям дії цих сил є такими, що молекула води є стійкою саме тоді, коли атоми утворюють трикутник. Будь-яка інша «споруда» з атомів виявляється менш стійкою. І якщо з яких-небудь причин розташування атомів зміниться, то по усуненні цієї причини атоми знову утворюють такий самий трикутник.
Потрібно сказати, що сили, які утримують атоми водо-роду і. кисню в молекулі води, досить великі. Ні-обходима дуже велика енергія, щоб зв'язок між атомами «розірвалася». Ми можемо нагріти воду до 1400 градусів, і з мільйона молекул води при цій температурі тільки близько ста молекул виявляться розкладеними на водень і кисень. Навіть при 3092 градусах руйнується тільки 13 відсотків всіх молекул води.
Будь-яка вода, звідки б вона не була взята, - з; Се-вірного Льодовитого океану або з глибокої шахти Дон-басу, була укладена в снежинке або: виблискувала рано вранці - в крапельці роси на квітці, - будь-яка вода складається з однаково побудованих молекул. Однак взаємне розташування окремих молекул один щодо одного в рідкій воді, снежинке або в парі з парового котла виявляється неоднаковим.
Пари води, нагріті градусів до трьохсот, при атмо-сферними тиску подібні звичайним газам: в них рас-стояння між молекулами досить великі, так що кожна окрема молекула може існувати більш-менш самостійно, не відчуваючи суттєвого впливу з боку своїх сусідів, за винятком , звичайно, тих випадків, коли молекули в результаті *, біс-порядного теплового руху стикаються: один з одним.
У снежинке або шматочку льоду молекули зближені і закріплені в певних місцях кристалічної ре-шёткі; руху молекул в більшості своїй ограни-чиваются коливанням близько деяких середніх поло-жень.
А як розташовуються молекули в рідкій воді?
У науці досі ще немає суворої, твердо установ-ленній теорії будови рідин, зокрема води. Передбачається, що рідка вода за своєю будовою представляє щось середнє між кристалами льоду і парою. Вивчення будови води за допомогою інфра-червоних і рентгенівського проміння дало можливість вва-тать, що при температурах, близьких до точки замерз-ня, молекули рідкої води збираються в невеликі групи і «упаковуються» в просторі приблизи-кові так, як в кристалах, а при температурах, поблизу-ких до точки кипіння води, при нормальному тиску, вони розташовуються більш вільно. Однак «каркас», склад-ний в рідкій воді з окремих молекул, повинен бути дуже гнучким. Інакше важко було б пояснити рухливість води, здатність її брати участь в самих різних процесах, починаючи від процесів розчинення і закінчуючи перенесенням поживних речовин по найтонших судинах живих організмів.
Здається, і в водяній парі при невисоких тим-пература частина молекул води об'єднана або, як го-ворят, асоційована.
Вода - найпоширеніша в природі і начебто звичайнісінька рідина. Багато властивостей води покладені в основу нашої вимірювальної системи. Температуру танення льоду ми вважаємо за нуль градусів, а температуру кипіння за сто градусів (по прий-тій тепер майже всюди шкалою Цельсія). Масу води в обсязі одного кубічного сантиметра при 4 градусах Цельсія ми приймаємо за міру маси - один грам. Кількість тепла, яке поглинає один грам води при нагріванні на один градус, ми називаємо одиницею теплоти - калорій. Багато вимірювальні при-бори фізиків і хіміків градуюються по воді, і вели-чини, виміряні для інших речовин, в цьому випадку порівнюються з числами, отриманими для води. Але якщо ми уважно придивимося до поведінки води в різних умовах і порівняємо його з поведінкою більшості інших рідин, то виявимо, що наша «звичайна» рідина поводиться дуже країн-но, якщо цими словами можна виразити своеобраз-ний характер води, різко відрізняє її від всіх інших рідин.
Тепер ми і розповімо про деякі найбільш важливих і цікавих властивості води і її відступах від загальних «правил поведінки» рідин.