«Вода знакомая и незнакомая» (стр. 2 из 19)

Начиная с раннего средневековья, по мере усиления христианской церкви, значительно сократились исследования природных явлений, процессов и закономерностей, наблюдаемых в окружающем мире. По существу, все области знания, кроме теологии, остановились в своем развитии.

Изучение природных вод затухало и почти утратило реальные основы – практический опыт – на целое тысячелетие (V–XVI вв.).

Алхимия зародилась в Египте в III–IV вв. н. э., достигла расцвета в Западной Европе в IХ–XVI вв. Развитие многих отраслей научных знаний было таким образом ограничено своеобразным табу.

Представления, сложившиеся веками под влиянием суеверных и религиозных воззрений на окружающий человека мир, становились серьезным препятствием для правильного понимания и истолкования наблюдаемых явлений природы в эпоху средневековья.

Накопленные знания о природных водах, пресных и морских, имели часто путанный, очень расплывчатый характер. Не было ясности вплоть до XVII в. относительно разграничения пресных и соленых вод; полагали, что в природе наблюдаются их взаимные превращения. Такой подход, утвердившийся в эпоху Платона–Аристотеля, два тысячелетия отражал суть воззрений многих поколений естествоиспытателей.

Океанические воды, по мнению некоторых авторитетов XVI–XVII вв., с глубиной становятся все более пресными. Эти представления, зародившись в Древней Греции, перекочевали в труды римских ученых и на протяжении многих столетий принимались алхимиками, благополучно дожив до ХVI–ХVII вв.

В XVI в. естествоиспытатели, объясняя постоянный уровень морей и океанов, часто склонялись к гипотетическим представлениям о пористости Земли, полагая, что морская вода заполняет пустоты, проникая в сушу по многим невидимым каналам. Не зная достаточно отчетливо, насколько морская вода отличается по составу от воды соляных озер и других минеральных источников, ученые считали, что подобные явления одного характера, и находили в этом глубокую связь между водами моря и суши.

В этом хотя и ложном понимании явлений нащупывались первые исходные положения, которые формировали или, вернее, начинали формировать представления о единой картине в гидросфере. Но процесс развития знаний о природных водах был медленным, постоянно наталкивался на преграды, для преодоления которых требовалось длительное время.

Даже такие выдающиеся мыслители, как Роджер Бэкон (ок. 1214–1292) и Леонардо да Винчи (1452–1519), не смогли сколько-нибудь заметно повлиять на состояние и развитие знаний.

Огромный интерес Леонардо да Винчи к естественным наукам, его идеи относительно круговорота воды заслуживают особого внимания. Он намечает создать «Трактат о воде», который включает пятнадцать книг, посвященных различным темам. Заглавия этих книг говорят о значительной предварительной работе, выполненной автором. Вот некоторые из них: о самой воде; о море; о подземных потоках; о реках; о природе пучин; о поверхностных водах; о водоворотах; о каналах; о машинах, приводимых в действие водой; о наводнениях; о веществах, находящихся в воде, и т. д.

Последний раздел представляет несомненный интерес, поскольку указывает на первые попытки изучения химической природы воды. Однако осуществить замысел этого фундаментального труда не удалось, но отдельные записи, найденные уже после смерти автора и дошедшие до нас, говорят о том, что его представления о круговороте воды формировались под влиянием древнегреческих и римских философов. Леонардо да Винчи не слепо заимствует все от древних, как это нередко делали в его эпоху, а принимает только самое рациональное и развивает свои идеи о круговороте воды.

В тезисах к задуманному им труду «Трактат о воде» он так формулирует задачи, относящиеся к гидрологии: «Где есть жизнь, там есть тепло, а где есть жизненное тепло, там происходит движение паров. Это не требует доказательств, ибо мы видим, что элемент огня своим теплом притягивает к себе влажные пары и плотные туманы в виде компактных облаков, которые он заставляет подниматься с морей, озер и рек, из сырых долин; пары эти постепенно поднимаются до области холода, и здесь первая часть их останавливается, потому что тепло и влажность не могут существовать рядом с холодом и сухостью, к первой части одна за другой присоединяются все остальные, и так образуются плотные темные облака. Носимые ветром, они соединяются в большие массы и становятся настолько тяжелыми, что низвергаются сильным дождем, а если силу элемента огня умножает жар солнца, облака притягиваются еще выше и встречают там еще больший холод, в котором образуют лед и снег, и тогда они низвергаются бурями с градом. То же самое тепло, которое удерживает тяжелые массы воды, дождем падающей из облаков, заставляет ее подниматься с подножия гор вверх, достигать вершин и, найдя какие-нибудь расселины, изливаться из них, образуя таким образом реки».

Выдвинутая здесь концепция круговорота воды вполне приемлема и не расходится с современными представлениями.

II РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОДЫ В ПРИРОДЕ

Вода - вещество привычное и необычное.

Нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в то же время не существует другого такого же вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах.

Вода занимает особое положение среди природных богатств Земли, она - незаменима. Иссякнут запасы металлов - быть может удастся обойтись пластмассами; не хватит растительных и животных белков - научатся получать синтетические. Даже вместо обычного воздуха пригодна в некоторых случаях искусственная смесь газов. Вода же будет необходима во все века и всюду, где существуют земные формы жизни.

Почти ³/4 поверхности нашей планеты занято океанами и морями. Твёрдой водой - снегом и льдом - покрыто 20% суши. Из общего количества воды на Земле, равного 1 млрд. 386 млн. кубических километров, 1 млрд. 338 млн. кубических километров приходится на долю солёных вод Мирового океана, и только 35 млн. кубических километров приходится на долю пресных вод. Всего количества океанической воды хватило бы на то, чтобы покрыть ею земной шар слоем более 2,5 километров. На каждого жителя Земли приблизительно приходится 0,33 кубических километров морской воды и 0,008 кубических километров пресной воды. Но трудность в том, что подавляющая часть пресной воды на Земле находится в таком состоянии, которое делает её труднодоступной для человека. Почти 70% пресных вод заключено в ледниковых покровах полярных стран и в горных ледниках, 30% - в водоносных слоях под землёй, а в руслах всех рек содержатся одновременно всего лишь 0,006% пресных вод.

Молекулы воды обнаружены в межзвёздном пространстве. Вода входит в состав комет, большинства планет солнечной системы и их спутников.

Тело человека почти на 63 - 68 % состоит из воды. Представители животного и растительного мира содержат такое же обилие воды в своих организмах. Меньше всего воды, лишь 5 - 7% веса, содержат некоторые мхи и лишайники. Большинство обитателей земного шара и растения состоят более чем на половину из воды. Например, млекопитающие содержат 60 - 68 %; рыбы - 70 %; водоросли - 90 - 98 % воды.

Содержание воды в некоторых пищевых продуктах.

Пищевые продукты	Содержание воды, % от массы
Помидоры	95
Грибы	92
Молоко	87
Апельсины	86
Яблоки	84
Рыба	82
Картофель	76
Яйца	75
Мясо (говядина)	64

III СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ

Как известно, свойства химических соединений зависят от того, из каких элементов состоят их молекулы, и изменяются закономерно. Воду можно рассматривать как оксид водорода или как гидрид кислорода. Атомы водорода и кислорода в молекуле воды расположены в углах равнобедренного треугольника с длиной связи «О – Н» 0,957 нм; валентный угол «Н - О – Н» составляет 104° 27’.

Но поскольку оба водородных атома расположены по одну сторону от кислородного, электрические заряды в ней рассредоточиваются. Молекула воды полярна, что является причиной особого взаимодействия между разными её молекулами. Атомы водорода в молекуле воды, имея частичный положительный заряд, взаимодействуют с электронами атомов кислорода соседних молекул. Такая химическая связь называется водородной.

Она объединяет молекулы воды в своеобразные полимеры пространственного строения. В водяном паре присутствует около 1% димеров воды. Расстояние между атомами кислорода - 0,3 нм. В жидкой и твёрдой фазах каждая молекула воды образует четыре водородные связи: две - как донор протонов и две - как акцептор протонов. Средняя длина этих связей — 0, 28 нм, угол Н - О — Н стремится к 180. Четыре водородные связи молекулы воды направлены приблизительно к вершинам правильного тетраэдра.

Роль воды как главного и универсального растворителя определяется прежде всего полярностью её молекул и, как следствие, её чрезвычайно высокой диэлектрической проницаемостью. Разноимённые электрические заряды, и в частности ионы, притягиваются друг к другу в воде в 80 раз слабее, чем притягивались бы в воздухе. Силы взаимного притяжения между молекулами или атомами погружённого в воду тела также слабее, чем в воздухе. Тепловому движению в этом случае легче разбить молекулы. Оттого и происходит растворение, в том числе многих трудно растворимых веществ: капля камень точит.