Самая простая и самая удивительная, самая известная и самая загадочная – все это о воде. Антуан де Сент-Экзюпери говорил: «Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты сама жизнь». Так что же такое вода? Попробуем ответить на этот вопрос.
Откуда появилась вода?
По вопросу происхождения воды существует несколько точек зрения. Преобладающими оказались две, в соответствии с которыми ученые и исследователи разделились на два лагеря. Первые являются сторонниками метеоритного происхождения Земли, и в связи с этой гипотезой они утверждают, что Земля вначале была большим холодным твердым метеоритом, а вода в виде льдистой и снежной массы входила в состав этого метеорита.
Вторая группа ученых предполагает, что Земля изначально была расплавленным огненным шаром, и вода выделялась (в буквальном смысле как пот) из разогретой магмы в процессе ее охлаждения и отвердевания. Вода просачивалась на поверхность и скапливалась в низинных углублениях – так появились моря и океаны.
Позже, в результате неравномерного нагревания Солнцем поверхности нашей планеты, возник круговорот воды, и образовались реки и озера.
Такое сложное простое вещество
То, что вода – единственное вещество, которое можно встретить в природе в трех состояниях, впервые заметил более двух с половиной тысяч лет назад древнегреческий философ Фалес Милетский. Ему принадлежит мысль о том, что все в мире состоит из воды и в конечном счете становится водой. Он говорил: «Вода – первооснова всего». Сегодня мы можем сказать, что он во многом был прав.
Много веков ученые старались разгадать, что такое лед? Что представляет собой пар? Комбинации каких частиц образуют эти вещества? Долгое время (почти до конца XVIII в.) существовало предположение, что вода – это простое и неделимое вещество. Но чувство недосказанности не оставляло исследователей, и они упорно продолжали свои изыскания.
Многие ученые стояли на пороге важнейшего открытия о неоднородности состава воды. Так, англичанин Джеймс Уатт (изобретатель паровой машины) очень близко подошел к решению этой задачи, однако полученные опытным путем факты ему тогда не удалось правильно разъяснить. Внести ясность выпало Антуану Лавуазье и Пьеру Симону Лапласу, которые получили воду из простых элементов – водорода и кислорода. Таким образом мир узнал о том, что вода – это сложное соединение, состоящее из двух невидимых газов.
Как удалось раскрыть тайну состава воды
Лавуазье и Лаплас исследовали компоненты атмосферного воздуха, так как ученым было давно известно о его сложном составе. О том, что представляют собой его элементы, стало известно лишь в конце XVIII в.
Интерес к газам у химиков того времени возник в процессе поисков призрачного, неуловимого вещества, так называемого общего начала горючести – флогистона. Как раз в атмосферном воздухе удалось обнаружить составляющую, которая участвовала в процессе горения.
Теорию о том, что все горючие тела обязательно содержат флогистон, Лавуазье опроверг в 1774 году как несостоятельную. Однако попытки выделить флогистон из воздуха привели к открытию водорода, кислорода и других газов.
«Рождающий воду»
Представьте себе чопорного англичанина, известного в научных кругах физика и химика, пускающим мыльные пузыри. Да, это довольно сложно! Однако, это было на самом деле. Мыльные пузыри пускал Генри Кавендиш. Делал он это, конечно, не ради развлечения, а в качестве опыта.
Однажды Кавендиш обратил внимание на то, что, если железные опилки облить серной кислотой, появляется много пузырьков газа. Сам газ был невидим, не имел запаха. Но что это был за газ, оставалось неясным. Тогда исследователь вывел его из сосуда через трубочки и наполнил им мыльные пузыри. Пузыри легко поднялись вверх, следовательно, газ легче воздуха! Кавендиш решил поджечь газ, и он загорелся голубоватым пламенем. Но больше всего ученого удивило то, что при горении образовалась вода!
Первоначально это вещество было принято за тот самый флогистон и названо горючим воздухом. Позже Лавуазье провел опыт, в результате которого наоборот из воды был получен «горючий газ». Лавуазье и назвал этот газ водородом (что буквально означает «рождающий воду»).
И все же вопросы оставались
Итак, 24 июня 1783 года Лавуазье и Лаплас представили свое открытие научному сообществу, получив воду из кислорода и водорода. Вода образовалась как продукт сгорания водорода (то, что в процессе горения участвует кислород, к тому времени уже было известно). Причем вес получившейся воды был равен весу кислорода и водорода, участвовавших в этом процессе. Долгий и трудный путь, полный ошибок и разочарований, благополучно завершился: стало ясно, что вода представляет собой сложное вещество.
Но пока не было ответа на очень важный вопрос: сколько кислорода и водорода нужно для образования воды? Только в 1785 году Лавуазье вместе с инженером Жаном Мёнье решили эту задачу. Они определили, что для образования воды необходимо 2 г водорода и 16 г кислорода.
В 1805 году Александр Гумбольдт и Жозеф Луи Гей-Люссак выяснили, что вода состоит из двух объемов водорода и одного объема кислорода. Так была получена классическая формула воды – Н2О. Кроме того, была рассчитана ее молекулярная масса, равная 18.
Какой может быть вода?
Все воды природного происхождения не похожи друг на друга, в каждом водоеме свой, особенный состав воды. Природная вода -это газосолевые растворы, которые меняются при перемешивании, переходе из одного состояния в другое, при изменении температуры. Именно поэтому Фалес Милетский сказал: «Нельзя дважды войти в одну и ту же реку, потому что тебя будут омывать все новые и новые воды».
Вода может быть и, что называется, продуктом рук человеческих. Например, дистиллированная вода, которая в природе не встречается. Она не является ядовитой в прямом смысле слова, но и поддерживающей жизнь ее не назовешь. Для того, чтобы изменить ее состояние, достаточно добавить немного солей.
Вода может находиться на Земле сразу в трех состояниях: жидком, твердом и газообразном. Этим она обязана тому, что орбита Земли находится на расстоянии 149,6 млн.км. Если бы это расстояние составило менее 134 мл. км, вся вода испарилась бы. В случае увеличения этого расстояния до 166 млн. км и более вся вода на нашей планете превратилась бы в лед.
Открытий, связанных с водой, много. Каждое из этих открытий является поистине удивительным, благодаря чему воду смело можно назвать самым необычным веществом на планете. Почему вода, состоящая из газов, не газ? Почему всеобщему закону природы о расширении при нагревании и сжимании при охлаждении вода следует только до известных пределов? Почему вода в свободном состоянии принимает форму шариков? Многие свойства воды уникальны, а некоторые – аномальны. И, вполне возможно, чем больше мы будем изучать воду, тем больше пред нами будет вставать интересных вопросов.
