ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Молекулярная структура и свойства чистой воды из "Физиология растений" В ходе прогрессивной эволюции растительные организмы приобретали все большую относительную независимость от воды. Для водорослей вода — это среда обитания. Наземные споровые растения еще сохраняют зависимость от капельножидкой воды в период размножения с участием гамет, передвигающихся с помощью жгутиков. Семенные растения, у которых появляется пыльца, уже не нуждаются в свободной воде для полового процесса. У них совершенствуются механизмы поступления и экономного расходования воды, необходимой для жизнедеятельности растительных организмов. [c.178] Вода может находиться в трех агрегатных состояниях — газообразном, жидком и твердом. В каждом из этих состояний структура воды неодинакова. В зависимости от состава находящихся в ней веществ вода приобретает новые свойства. Твердое состояние воды также бывает по крайней мере двух типов кристаллическое — лед и некристаллическое — стеклообразное, аморфное (состояние витрификации). При мгновенном замораживании с помощью, например, жидкого азота молекулы не успевают построиться в кристаллическую решетку и вода приобретает твердое стеклообразное состояние. Именно это свойство воды позволяет замораживать без повреждения живые организмы, такие, как одноклеточные водоросли, листочки мха Мтит, состоящие из двух слоев клеток. Замораживание же с образованием кристаллической воды приводит к повреждению клеток. [c.178] Для кристаллического состояния воды характерно большое разнообразие форм. Давно замечено, что кристаллические структуры воды напоминают радиолярии, листья папоротника, цветы. По этому поводу А. А. Любищев высказал предположение, что законы кристаллизации в чем-то сходны с законами образования живых структур. [c.178] Физические свойства воды. Вода — самое аномальное вещество, хотя принята за эталон меры плотности и объема для других веществ. [c.178] Точки кипения и замерзания (плавления). При давлении 0,1013 МПа (1 атм) точки замерзания и кипения воды находятся при 0°С и 100 °С, что резко отличает Н2О от соединений водорода с элементами VI группы периодической системы Менделеева. В ряду Н Те, НзЗе, НзЗ и т. д. с увеличением относительной молекулярной массы точки кипения и замерзания этих веществ повышаются. При соблюдении этого правила вода должна была бы иметь точки замерзания между — 90 и — 120°С, а кипения — между 75 и 100°С. Температура кипения воды возрастает с увеличением давления, а температура замерзания (плавления) — падает. [c.179] Теплоемкость. Величина теплоемкости воды (т. е. количество теплоты, необходимое для повышения температуры на 1 °С) в 5 —30 раз выше, чем у других веществ. Лишь водород и аммиак обладают большей теплоемкостью. Кроме того, лишь у жидкой воды и ртути удельная теплоемкость с повышением температуры от О до 35 °С падает (затем начинает возрастать). Удельная теплоемкость воды при 16°С условно принята за единицу, служа эталоном для других веществ. Поскольку теплоемкость песка в 5 раз меньше, чем у жидкой воды, то при одинаковом нагреве солнцем вода в водоеме нагревается в 5 раз слабее, чем песок на берегу, но во столько же раз дольше сохраняет теплоту. Высокая теплоемкость воды защищает растения й т резкого повышения температуры при высокой температуре воздуха, а высокая теплота парообразования участвует в терморегуляции у растений. [c.179] Высокие температуры плавления и кипения, высокая теплоемкость свидетельствуют о сильном притяжении между соседними молекулами, вследствие чего жидкая вода обладает большим внутренним сцеплением. [c.179] Молекулярное строение воды. В молекуле воды две пары электронов являются общими для ядер водорода и кислорода. Они имеют сильно вытянутые орбиты и, так как более электроотрицательный атом кислорода притягивает электроны от атомов водорода, несут частичные положительные заряды, а атом кислорода с двумя неподеленными парами электронов имеет частичный отрицательный заряд (рис. 5.1, А). [c.180] Поскольку в молекуле воды разноименные заряды пространственно разделены, она при общей электронейтральности является диполем. Вследствие того что орбиты с неподеленными электронами атома кислорода лежат в плоскости, перпендикулярной плоскости молекулы, а угол между ядрами водорода составляет 104,5° (109,5° для льда), возникает структура тетраэдра с четырьмя полюсами электрических зарядов двумя положительными и двумя отрицательными (рис. 5.1, Б). [c.180] Молекулы 1 и 2 находятся в плоскости чертежа 3 - над плоскостью 4 — под ней. Такое электростатическое взаимодействие с незначительной долей ковалентности называется водородной связью. Это сравнительно слабая связь, так как в жидкой воде энергия, необходимая для ее разрыва, равна 18,84 кДж/моль (энергия ковалентной связи Н — О в молекуле воды составляет 460,4 кДж/моль). Водородные связи непрерывно возникают и разрушаются. Время полужизни каждой из них — менее 1 10 с. [c.180] Вода как растворитель. Полярность молекулы воды обусловливает ее свойство растворять вещества лучще, чем другие жидкости. Растворение кристаллов неорганических солей осуществляется благодаря гидратации входящих в их состав ионов. Хорощо растворяются в воде органические вещества, с карбоксильными, гидроксильными, карбонильными и с другими группами которых вода образует водородные связи. [c.181] Структура льда и жидкой воды. Несмотря на интенсивные исследования, особенности структуры воды в различных ее состояниях окончательно не выяснены. В структуре льда, полученного при нормальных условиях давления (лед I), каждая молекула воды окружена четырьмя другими, образующими тетраэдр, в центре которого располагается молекула воды, связанная четырьмя водородными связями с молекулами воды, расположенными в вершинах тетраэдра. В целом образуется гексагональная кристаллическая структура льда (рис, 5.2). Среднее расстояние между атомами кислорода для льда составляет 0,276 нм. При плавлении льда увеличивается расстояние между атомами кислорода (при 15°С оно равно 0,29 нм). Одновременно разрушается около 15% водородных связей. Вместо 12 ближайших молекул у каждой молекулы воды оказываются от 3,4 до 4,5 соседних молекул. [c.181] Согласно гипотезам второй группы вода представляет собой равновесную смесь льдоподобных образований и мономерных молекул (рис. 5.3). В жидкой воде появление участков (мастеров, роев), объединенных взаимодействующими водородными связями, чередуется с областями, где водородные связи отсутствуют или реализованы лищь частично. Чередующиеся зоны, или мерцающие кластеры , возникают и исчезают вследствие локальных энергетических флуктуаций. Время жизни кластеров 10 °—10 с. В каждый данный момент времени в образовании мерцающих кластеров участвует до /з молекул йоды. [c.182] Вернуться к основной статье