на тему: «Вода. Структура и необычные свойства» (стр. 1 из 11)

Реферат

на тему:

«Вода. Структура и необычные свойства»

План

1. Вступление.......................................................................................................................... 3

2. Что такое вода.................................................................................................................... 9

3. Свойства воды................................................................................................................. 16

Вступление

Вода во вселенной

Разве в космосе вода есть? Да, оказывается, вода есть в космическом пространстве. Десять лет назад астрофизики с помощью радиотелескопа обнаружили идущие к нам из космоса странные короткие радиоволны

— длиной 1,35 см. Оказалось, что это излучение исходит от загадочных гигантских облаков, расположенных в нашей Галактике в созвездии Ориона, Кассиопеи и в некоторых других созвездиях.

Теоретический расчет показал, что такое излучение принадлежит... воде. Молекулы водяного пара поглощают инфракрасную часть спектра света звезд и переходят в возбужденное состояние. При этом возрастает уровень энергии их вращательного движения. Когда же

молекулы снова возвращаются в основное состояние, то они начинают излучать энергию на волне 1,35 см.

И на других планетах вода есть? На этот вопрос можно дать совершенно определенный и точный ответ: да, на других планетах также есть вода.

Советские ученые послали на планету Венера автоматические химические лаборатории, которые непосредственно в атмосфере планеты произвели химический анализ ее состава и передали результаты на землю по радио.

Пролетев 500 млн км, первая из них — «Венера-4» произвела успешный спуск на парашюте в атмосфере «планеты загадок», выполнила уникальные измерения физико-химического состояния атмосферы: температуры, давления, плотности — и прямо на месте проанализировала химический состав газов. Это произошло впервые в истории науки 18 октября 1967 г. Две последующие автоматические станции достигли Венеры в мае 1969 г. И подтвердили ранее полученные результаты. Было найдено, по уточненным данным, что на Венере «воздух» содержит:

· углекислого газа — около 97%

· кислорода — не более 0,1%

· азота — не более 2%

· паров воды — около 1%

15 декабря 1970 г. межпланетная автоматическая станция «Венера-7» достигла поверхности планеты и передала на Землю сведения непосредственно с поверхности Венеры. Оказалось, что температура на планете превышает 470°С, а давление в 90 раз больше, чем на Земле.

Конечно, жидкой воды на Венере нет. Существование известных нам форм жизни на Венере невозможно. Но вода там есть, это бесспорно.

Есть предположение, что вода существует и в атмосфере Марса. В течение многих лет астрономы неоднократно наблюдали на Марсе загадочные яркие вспышки. Они послужили неплохой завязкой сюжета для многих фантастических романов. Но вот, наконец, эти таинственные вспышки были разгаданы. Наши ученые путем точного измерения углов световых лучей от этих вспышек с направлением на Солнце установили, что они вызваны отражением солнечных лучей от кристалликов льда, витающих в атмосфере Марса. Такие же явления часто наблюдаются и на Земле, когда в сильные морозы на небе появляются изображения ложных солнц. Так что очень может быть, вода есть и на Марсе. Совсем недавно это предположение получило веское подтверждение: следы водяного пара были обнаружены в атмосфере Марса спектроскопическим путем.

Астрофизики уже нашли воду и на Юпитере. Эта гигантская планета, пожалуй, с еще большим правом может быть названа планетой загадок. На роли воды в атмосфере Юпитера следует остановиться подробнее. Хотя в этом много таинственного и неразгаданного, но, может быть, именно тут наука приближается к решению величайшей тайны — тайны зарождения жизни во Вселенной.

Раскаленное, хотя и недостаточно для начала термоядерных процессов, ядро Юпитера окружено оболочкой из металлического водорода. Снаружи планета покрыта плотным слоем атмосферы толщиной в десятки тысяч километров. Внешняя температура Юпитера очень низка — около –100°С. Атмосфера его состоит главным образом из водорода и гелия. Но в ней обнаружены также метан, аммиак, сероводород и... вода.

Самые удивительные и таинственные превращения протекают в той зоне атмосферы Юпитера, где условия сходны с земными — температура лежит в пределах от 0° до 100°С и давление не превышает двух-трех атмосфер.

Астрономы обнаружили, что на Юпитере непрерывно происходят чудовищные грозы и ураганы. Там должен идти снег и дождь, как и на Земле, из воды. Но там еще льются ливни из жидкого аммиака и сероводорода, там выпадает снег из аммиака. Но и снег и ливни никогда не достигают поверхности Юпитера (быть может, ее и не существует), снова возгоняются и вновь выпадают.

Эти чудовищные условия страшного мира гигантской планеты исследователи не раз пытались воссоздать в своих лабораториях. Под действием электрических разрядов и ионизирующего излучения в модельном юпитерианском «воздухе» из паров воды, аммиака и метана возникали многочисленные органические соединения, и среди них даже аминокислоты и углеводороды.

Многие из образующихся химических соединений оказались яркоокрашенными, и их цвета по своему спектральному составу сходны с окраской облачных полос на Юпитере. Многие ученые считают, что в атмосфере Юпитера существуют условия, благоприятные для возникновения жизни.

И на Луне вода есть? Нет. Никто из людей, побывавших на Луне, пока еще воды там не нашел. Правда, однажды американский космический корабль зарегистрировал на Луне извержение загадочного «гейзера», но, что это было, пока еще не установлено.

А на кометах вода есть? Есть. Многие ученые считают, что голова кометы представляет собой твердое тело — «грязный лед», состоящий из смеси обыкновенного водяного льда и льда из застывших в космическом холоде газов аммиака, метана. В этот лед вкраплены частицы твердого метеоритного вещества, состоящего главным образом из железа, кальция, кремния и других химических элементов.

Когда комета приближается к Солнцу, более легкие молекулы испаряются, образуя величественный хвост кометы. В спектре сияния хвоста кометы и были обнаружены линии гидроксила, образующегося при распаде молекул воды.

Где еще во Вселенной может быть вода? На звездах и на нашем Солнце она вряд ли может быть. Хотя там есть и водород и кислород, но при чудовищных температурах звезд молекулы воды не могут образоваться. Но астрономы установили, что у многих звезд во Вселенной, подобно тому, как у Солнца, есть планетные системы.

Состав первичной атмосферы этих планет должен состоять из соединений водорода — наиболее обильного элемента в космосе, больше всего должно быть молекул водорода — Н2, воды — Н20, аммиака — NН3 и метана — СH4.

Вода есть во всех уголках Вселенной. Это бесспорно.

Знает ли вода, что происходит в космосе? Этот вопрос затрагивает область столь необыкновенных, столь таинственных, до сих пор совершенно непонятных наблюдений, что они вполне оправдывают образную формулировку вопроса. Экспериментальные факты как будто бы установлены твердо, но объяснения для них пока еще не найдены.

Поразительная загадка, к которой относится вопрос, была установлена не сразу. Она относится к малозаметному и как будто бы пустяковому явлению, не имеющему серьезного значения. Это явление связано с самыми тонкими и пока непонятными свойствами воды, трудно доступными количественному определению, —со скоростью химических реакций в водных растворах, и главным образом со скоростью образования и выпадения в осадок труднорастворимых продуктов реакции. Это тоже одно из бесчисленных свойств воды.

Так вот, у одной я той же реакции, проводимой в одних и тех же условиях, время появления первых следов осадка непостоянно. Хотя этот факт был давным-давно известен, химики на него внимания не обращали, удовлетворяясь, как это еще часто бывает, объяснением «случайными причинами». Но постепенно, по мере развития теории скоростей реакции и усовершенствования методики исследования, этот странный факт стал вызывать недоумение.

Несмотря на самые тщательные предосторожности в проведении опыта, в совершенно постоянных условиях результат все равно не воспроизводится: то осадок выпадает сразу, то приходится довольно долго ждать его появления.

Казалось бы, не все ли равно — выпадает осадок в пробирке за одну, две или через двадцать секунд? Какое это может иметь значение? Но в науке, как и в природе, нет ничего не имеющего значения.

Странная невоспроизводимость все более и более занимала ученых. И, наконец, был организован и осуществлен совершенно небывалый эксперимент. Сотни добровольных исследователей-химиков во всех частях земного шара по единой, заранее разработанной программе, одновременно, в один и тот же момент по мировому времени снова и снова повторяли один и тот же простой опыт: определяли скорость появления первых следов осадка твердой фазы, образующейся в результате реакции в водном растворе. Опыт продолжался почти пятнадцать лет, было проведено более трехсот тысяч повторений.

Постепенно стала вырисовываться удивительная картина, необъяснимая и загадочная. Оказалось, что свойства воды, определяющие протекание в водной среде химической реакции, зависят от времени.

Сегодня реакция протекает совсем иначе, чем в тот же момент она шла вчера, и завтра она будет идти снова по-другому.

Различия были невелики, но они существовали и требовали внимания, исследования и научного объяснения.

Результаты статистической обработки материалов этих наблюдений привели ученых к поразительному выводу: оказалось, что зависимость скорости реакции от времени для разных частей земного шара совершенно одинаковая.

Это означает, что существуют какие-то таинственные условия, изменяющиеся одновременно на всей нашей планете и влияющие на свойства воды.

Дальнейшая обработка материалов привела ученых к еще более неожиданному выводу. Оказалось, что события, протекающие на Солнце, каким-то образом отражаются на воде. Характер реакции в воде следует ритму солнечной активности — появления пятен и вспышек на Солнце.