Многие современные ученые и мыслители давно пришли к мысли о том, что окружающее нас пространство - единый живой организм, со своими свойствами и законами, которые еще далеко не полностью открыты человечеству. Огромное количество научных открытий, совершенных только за последнее столетие, все больше убеждает нас в этом.

Сегодня экологи всего мира бьют тревогу: наша цивилизация в опасности. Природные ресурсы беспощадно истощаются, естественные условия обитания всего живого меняются на глазах, количество угроз существованию жизни на Земле неуклонно увеличивается. Ведь даже такая простая вещь как обычная питьевая вода вполне может в обозримом будущем стать дороже нефти, уже сейчас термины "водоочистка" и "водоподготовка" на слуху не только у специалистов.

Мы столько лет бездумно транжирили наши водные ресурсы, сливали в водоемы отходы промышленных производств и сельского хозяйства, отравляли бытовыми стоками все вокруг, что обычная чистая вода теперь продается в бутылках, а та, что течет по городским водопроводам, нуждается в фильтрации.

Предварительная водоочистка сегодня - неотъемлемый этап всех производств, продукция которых изготавливается с применением обычной воды. Целые научные организации работают над созданием новых, более совершенных систем водоподготовки и очистки сточных вод.

А между тем, в природе нет более загадочного вещества, чем вода. И пока одни специалисты усовершенствуют методы водоочистки, другие открывают все новые и новые особенности этой так широко распространенной на планете жидкости, которая существует вопреки многим законам физики.

Даже школьники знают, что при охлаждении ниже +4 °С вода не сжимается, а расширяется. Все тела в твердом состоянии тяжелее, чем в жидком, а вода - легче. Газы, смешиваясь друг с другом, не образуют жидкостей, а кислород и водород дают нам воду.

Независимо от прохождения через системы водоочистки, любой объем воды представляет собой одну гигантскую молекулу. Вода запоминает все, что происходило и разносит информацию не только по клетке, но и по всему организму. У воды даже имеется собственная энергетика и "генетическая память". Вы только представьте, как и любое другое воздействие, вода помнит и водоочистку и водоподготовку.

Очень интересны опыты с водой, которыми занимается японский исследователь Масару Эмото. Ученый не искал новых методов водоподготовки, он экспериментальным путем доказал, что если заморозить два образца воды, то кристаллы всегда будут отличаться друг от друга, а их форма отражает информацию о воздействиях, которые были на нее оказаны.

В процессе исследований Эмото изучал образцы воды из источников всего мира. В лабораторных условиях на воду воздействовали электромагнитным излучением от телевизора и мобильного телефона, звуками музыки и различными изображениями. На воду направляли свои мысли и молитвы группы людей, вода подвергалась воздействию устной речи на разных языках. Все изменения, происходящие в структуре воды, фиксировались на пленку.

При обработке результатов опытов было установлено, что вода реагирует на мысли и эмоции окружающих. Из дистиллированной воды получали кристаллы обычной шестиугольной формы. Потом было заметно, как они меняют свое строение в процессе накопления позитивной информации и разрушаются под воздействием негативной.

Оказывается, что вода, как высоквалифицированный шифровальщик, кодирует получаемую информацию. А мы пока не можем ее расшифровать. Доподлинно известно то, что информация воспринимается и отражается водой в виде геометрической структуры кристаллов, являющихся ее образами.

Вольфганг Людвиг доказал, что даже после полной очистки воды от тяжелых металлов, нитратов, бактерий путем двойной дистилляции, информация об этих веществах сохраняется в виде электромагнитных колебаний. То есть, водоочистка освобождает воду от вредных примесей, а информацию об их прошлом существовании все равно можно прочитать.

Введение

"Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобою наслаждаются, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты сама жизнь. Ты восполняешь нас радостью, которую не объяснишь нашими чувствами. С тобою возвращаются к нам силы, с которыми мы уже простились. По твоей милости в нас вновь начинают бурлить высохшие родники нашего сердца." (Антуан де Сент Экзюпери).

Мало кто из нас задумывался над тем, что представляет собой вода. Она сопровождает нас повсюду и, кажется, нет ничего более обычного и простого. Однако это далеко не так. Многие поколения учёных изучают свойства воды. Совершенствуется научное оборудование и методы исследований, и на каждом этапе развития науки и техники открываются новые удивительные свойства воды. В настоящее время о воде известно очень много - наверное, в природе не существует химического соединения, о котором было бы накоплено больше научной информации, чем о воде. Несмотря на это можно с уверенностью говорить о том, что природа этого вещества ещё не познана до конца и нам предстоит узнать немало. Вода особенно интересна тем, что она является универсальным растворителем многих соединений и приобретает в растворах необычные свойства, которые и представляют первоочередной интерес для исследователей.

Вода - вещество привычное и необычное. Известный советский ученый академик И.В. Петрянов свою научно-популярную книгу о воде назвал “Самое необыкновенное вещество в мире”. А доктор биологических наук Б.Ф. Сергеев начал свою книгу “Занимательная физиология” с главы о воде - “Вещество, которое создало нашу планету”.

Ученые правы: 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 - единственное вещество на Земле, которое существует в природе во всех трёх агрегатных состояниях - жидком, твёрдом и газообразном.

Кроме того, вода - весьма распространенное на Земле вещество. Почти поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы.

Вода имеет очень большое значение в жизни растений, животных и человека. Согласно современным представлениям, само происхождение жизни связывается с морем. Во всяком организме вода представляет собой среду, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма; кроме того, она сама принимает участие в целом ряде биохимических реакций.

Её аномальные свойства обеспечивают условия для жизни на нашей планете. Если бы при понижении температуры и при переходе из жидкого состояния в твердое плотность воды изменялась так же, как это происходит у подавляющего большинства веществ, то при приближении зимы поверхностные слои природных вод охлаждались бы до 0°С и опускались на дно, освобождая место более теплым слоям, и так продолжалось бы до тех пор, пока вся масса водоема не приобрела бы температуру 0°С. Далее вода начинала бы замерзать, образующиеся льдины погружались бы на дно и водоем промерзал бы на всю его глубину. При этом многие формы жизни в воде были бы невозможны. Но так как наибольшей плотности вода достигает при 4°С, то перемещение ее слоев, вызываемое охлаждением, заканчивается при достижении этой температуры, При дальнейшем понижении температуры охлажденный слой, обладающий меньшей плотностью, остается на поверхности, замерзает и тем самым защищает лежащие ниже слои от дальнейшего охлаждения и замерзания.

Большое значение в жизни природы имеет и тот факт, что вода обладает аномально высокой теплоемкостью Поэтому в ночное время, а также при переходе от лета к зиме вода остывает медленно, а днем или при переходе от зимы к лету так же медленно нагревается, являясь таким образом, регулятором температуры на земном шаре.

Вода как регулятор климата

Океаны и моря являются регуляторами климата в отдельных частях земного шара. Суть этого заключается не только в океанических течениях, которые переносят теплую воду из экваториальных районов в более холодные (течение Гольфстрим, а также Японское, Бразильское, Восточно-Австралийское), но и противоположные им холодные течения - Канарское, Калифорнийское, Перуанское, Лабрадорское, Бенгальское. Вода обладает очень высокой теплоемкостью. Для нагревания 1 м 3 воды на 1° требуется энергия, которая позволяет нагреть на такую же температуру 3000 м 3 воздуха. Естественно, что при охлаждении водоемов эта теплота передается в окружающее пространство. Поэтому в районах, прилегающих к морским бассейнам, редко бывают большие перепады температур воздуха в летнее и зимнее время. Водные массы сглаживают эти перепады - осенью и зимой вода подогревает воздух, а весной и летом охлаждает.

Другой важной функцией океанов и морей является регулирование содержания в атмосфере углекислого газа (диоксида углерода). Основную роль в регулировании содержания CO 2 в атмосфере играют океаны. Между Мировым океаном и атмосферой Земли устанавливается равновесие: углекислый газ CO 2 растворяется в воде, превращаясь в угольную кислоту H 2 CO 3 , и далее превращается в донные карбонатные осадки. Дело в том, что в морской воде содержатся ионы кальция и магния, которые с карбонатным ионом могут превращаться в малорастворимый карбонат кальция CaCO 3 и магния MgCO 3 .

Трудно представить, какой была бы наша планета, если бы океаны не связывали атмосферный углекислый газ.

Одному зеленому покрову Земли невозможно было бы справиться с задачей удержания примерно на одном и том же уровне содержания CO 2 в атмосфере. Подсчитано, что наземные растения для построения своего тела ежегодно потребляют из атмосферы 20 млрд. т CO 2 , а обитатели океанов и морей извлекают из воды 155 млрд. т в пересчете на CO 2 .

История изучения воды

То, что вода обладает уникальными свойствами, знали ещё в древности. Эта загадочность влекла (да и сейчас влечёт) к себепоэтов, художников, философов, ученых, всех людей, так как каждый человек немного (а иногда и много) поэт, художник, философ. Есть что-то такое, что заставило Фалеса из Милета сказать: ΰδωρ μήν άςιστον - " воистину, вода лучше всего". Фалес был грек и жил на берегу моря. Когда сидишь у моря и смотришь на него, то кажется, что вот-вот раскроются самые сокровенные тайны мироздания.

Греческие мыслители считали воду одним из четырех элементов, из которых состоит все сущее. Конечно, вода Платона - не Н 2 О, изучаемая современной наукой. Это - некоторая абстракция. И не нужно искать аналогий между утверждением Платона, что частицы воды имеют форму икосаэдров, и додекаэдрической моделью Л. Полинга или теорией Дж. Бернала о строении жидкостей. Или серьезно считать, что слова Платона: "Что касается воды, то она делится, прежде всего, на два рода: жидкий и плавкий. Первый. содержит в себе исходные тела воды, которые малы и притом имеют разную величину… Второй род состоит из крупных и однородных тел…" - предвосхищают современные модели состояний воды. Древние учёные не занимались наукой в нашем понимании этого слова. Они не задавали вопросов природе. Они размышляли. Они придумали много интересного, но не смогли узнать, как устроенокружающий мир. Для этого надо не только и не столько выдвинуть теорию, но, что важнее, предложить способы ее проверки или опровержения. Нужно ставить эксперименты. Всерьез это стали делать только в XVI веке. На заре науки великий Декарт рассуждал о воде совсем еще в духе древних греков:

"Тогда частицы останавливаются в беспорядочном соединении, налагаясь друг на друга, и образуют твердое тело, именно лед. Таким образом, разницу между водой и льдом можно уподобить разнице между кучкой маленьких угрей, живых или мертвых, плавающих в рыбачьей лодке, через отверстия которой проходит колеблющая их вода, и кучкой тех же угрей, высохших и застывших от холода на берегу. Среди длинных и гладких частиц, из которых, как я сказал, состоит вода, большая часть сгибается или перестает сгибаться в зависимости от того, имеет ли материя, их окружающая, несколько больше или меньше силы, чем обычно. И когда частицы обыкновенной воды совсем перестают сгибаться, их наиболее естественный вид не таков, чтобы они были прямые, как тростинки, но многие из них искривлены различным образом, а поэтому они уже не могут поместиться в таком малом пространстве, как в том случае, когда разреженная материя, имея достаточно силы, чтобы их согнуть, заставляет их приспособить свои формы друг к другу". Как убедительно пишет мыслитель! Его уверенный тон не предполагает возражений. Как будто он заглянул внутрь воды и льда и подсмотрел, как устроены, расположены и движутся слагающие их частицы. И, кажется, ему и в голову не приходило, что можно предложить способ проверки нарисованной картины. Впрочем, тогда, разумеется, это было бы и невозможно.

Прошло полтора века. Лавуазье окончательно показал, что вода - не элемент (в современном понимании этого слова), а состоит из водорода и кислорода. Еще несколько десятилетий ушло на то, чтобы установить, что в воде на один атом кислорода приходится два атома водорода. Н 2 О. Эту формулу знают даже люди, очень далекие от естественных наук. Для многих - это единственная химическая формула, которую они могут написать и произнести… Со времен Лавуазье воду изучают непрерывно, всеми возможными способами. А число этих способов становится все больше и больше. Мы очень много знаем о воде. Но можем ли мы, как Декарт, спокойно, просто и уверенно рассказать, как она устроена и как движутся ее частицы? Современные методы исследования строения веществ позволили досконально изучить структуру воды во всех её агрегатных состояниях. Однако чем больше новых данных о воде было получено, тем больше новых загадок открывалось для исследователей.

Рис.1. Рентгенограмма льда

Одно из величайших достижений науки XX века заключается в том, что люди научились отвечать на вопрос, как устроены кристаллы. В 1912 году известный физик-теоретик М. Лауэ вместе с коллегами В. Фридрих и П. Книппингу догадались, что дифракцию рентгеновских лучей можно применить для изучения их строения (рис.1). Так был открыт рентгенофазовый анализ. Теперь мы знаем, как устроен кристалл твёрдой воды - льда. Атомы кислорода распределены во льду таким образом, что каждый из них окружен четырьмя другими на практически равных расстояниях, по вершинам правильного тетраэдра. Если центры атомов кислорода соединить палочками, то возникнет ажурный изящный тетраэдрический каркас. А атомы водорода? Они сидят на этих палочках по одному на каждой. Тут есть два места для атома водорода - вблизи (на расстоянии приблизительно 1Å) каждого из концов палочки, но занято бывает только одно из этих мест. Атомы водорода размещены так, что около каждого атома кислорода их оказывается по два, так что в кристалле можно выделить молекулы Н 2 О. Два атома водорода связаны с атомом кислорода так, что они образуют почти прямой угол, точнее, угол в 105 градусов. Если бы это был угол в 109 градусов, молекулы замерзшей воды соединились бы в кубическую решетку, подобную кристаллу алмаза. Но в этом случае такая структура была бы неустойчивой из-за нарушения связей. Строение молекул воды подтверждено и другими методами.

Строение жидкой воды будет рассмотрено ниже для объяснения некоторых аномальных свойств воды.

Необычные свойства воды

Тепловые свойства

При постепенном повышении температуры и сохраняющемся внешнем давлении вода последовательно переходит из одного фазового состояния в другое: лед - вода - пар.

Известно, что водяной пар при температурах 300 - 400 К имеет молярную теплоемкость (при постоянном объеме) С V = 3R ≈ 25Дж/ (моль·К). Величина 3R соответствует теплоемкости идеального многоатомного газа, имеющего шесть кинетических степеней свободы - три поступательные и три вращательные. Это означает, что колебательные степени свободы самих молекул воды в этом диапазоне температур еще не включены. Естественно, что при более низких температурах они не включены тем более.

Удельная теплоемкость воды в жидком состоянии, равная 4200Дж/ (моль·К), соответствует молярной теплоемкости 75,9Дж/ (моль·К) ≈ 9,12R. На один моль атомов (и кислорода, и водорода), входящих в состав жидкой воды, приходится около 3,04R - вода формально подчиняется закону Дюлонга и Пти для твердых тел, хотя и не является твердым телом. На это обстоятельство стоит обратить пристальное внимание!

Молярная теплоемкость льда при температуре 273К равна примерно 4,5R, т.е. вдвое меньше, чем для жидкой воды. Классическое объяснение теплоемкости твердых тел основано на предположении, что каждый атом в составе твердого тела имеет три колебательные степени свободы. Атомы не имеют вращательных степеней свободы, поэтому, в соответствии с правилом о равнораспределении энергии по степеням свободы, молярная теплоемкость атомов, входящих в состав твердого тела, равна 3R и не зависит от температуры. Это правило действительно выполняется при достаточно высоких температурах для большинства твердых тел и носит название закона Дюлонга и Пти.

С чем же связана такая высокая теплоемкость? Ответ лежит в межмолекулярных силах, связывающих молекулы воды в единое целое. Водород отличается от других элементов тем, что его атомы имеют лишь по одному электрону. Однако они могут соединяться с другими атомами не только с помощью своих электронов (валентные связи), но и привлекая своей свободной, положительно заряженной стороной электроны, других атомов. Это так называемая водородная связь. В воде связанные с каждым кислородным атомом два атома водорода в то же время могут быть сцеплены с другими атомами посредством водородных связей. Так молекулы Н 2 Осоединяются друг с другом. Поэтому воду следует рассматривать не как совокупность отдельных молекул, но как единую их ассоциацию. На деле вся масса воды, содержащаяся в каком-либо сосуде - это одна молекула.

Водородные связи легко обнаруживаются при исследовании воды инфракрасным спектрометром.

Водородная связь, как мы установили, сильнее всего поглощает лучи с длиной волны около трех микронов (онирасположены вблизи инфракрасной области теплового излучения, то есть рядом с видимой частью спектра). В жидком состоянии вода так сильно поглощает эти лучи, что если бы наши глаза воспринимали их, вода казалась бы нам черной, как смоль. Частично ею поглощаются и лучи красного конца видимого спектра; отсюда характерный голубой цвет воды.

При нагревании воды часть теплоты затрачивается на разрыв водородных связей (энергия разрыва водородной связи в воде составляет примерно 25 кДж/моль). Этим и объясняется высокая теплоемкость воды.

Рис.2. Изменение температур плавления и кипения водородных соединений элементов VIA группы

Прочность связи водяных молекул ведет к тому, что у воды необычно высокие точки плавления и кипения (рис.2).

Если определить температуру кипения гидрида кислорода по положению кислорода впериодической таблице, то окажется, что вода должна кипеть при восьмидесяти градусах ниже нуля. Значит, вода кипит приблизительно на сто восемьдесят градусов выше, чем должна кипеть. Температура кипения, наиболее обычное свойство воды, оказывается необычайным и удивительным.

Можно представить себе, что если бы наша вода потеряла вдруг способность образовывать сложные, ассоциированные молекулы, то она, вероятно, кипела бы при той температуре, какая ей положена в соответствии с периодическим законом. Океаны закипели бы, на Земле не осталось ни одной капли воды, а на небе никогда больше не появилось ни одного облачка.

Оказывается, что гидрид кислорода - по его положению в таблице Менделеева - должен затвердевать при ста градусах ниже нуля.

Вода - удивительное вещество, не подчиняющееся многим физико-химическим закономерностям, справедливым для других соединений, потому что взаимодействие ее молекул необычайно велико. Согласно расчетам, общая энергия водородных связей в одном моле воды эквивалентна 6 тысячам калорий. И требуется особенно интенсивное тепловое движение молекул, чтобы преодолеть это дополнительное притяжение. В этом - причина неожиданного и резкого повышения температур ее кипения и плавления.

Из всего сказанного следует, что температура плавления и кипения гидрида кислорода - его аномальные свойства. Следует, что в условиях нашей Земли жидкое и твердое состояние воды - также аномалии. Нормальным должно было быть только газообразное состояние.

Вязкость и поверхностное натяжение

Еще одна физическая величина, связанная со структурой воды, имеет особенную зависимость от температуры - это вязкость. В обычной, неассоциированной жидкости, скажем, такой, как бензин, молекулы свободно скользят одна вокруг другой. В воде же они скорее катятся, чем скользят. Так как молекулы соединены между собой водородными связями, то, прежде чем произойдет какое-либо смещение, нужно разорвать хотя бы одну из этих связей. Эта особенность и определяет вязкость воды.

Вязкость воды уменьшается при изменении температуры от 0°С до 100°С в семь раз, тогда как вязкости большинства жидкостей с неполярными молекулами, не имеющими, соответственно, водородных связей, уменьшаются при таком же изменении температур всего в два раза! Спирты, молекулы которых являются полярными, как и молекула воды, тоже изменяют вязкость в 5-10 раз при таком изменении температуры.

Исходя из оценки количества разорванных связей при нагревании воды от 0°С до 100°С (порядка 4%), следует признать, что подвижность воды и ее малая вязкость обеспечиваются весьма малой долей всех молекул.

У воды есть ещё одна замечательная особенность… Вода сама поднимается вверх в почве, смачивая всю толщу земли от уровня грунтовых вод. Сама поднимается вверх по капиллярам сосудов деревьев. Сама движется вверх в порах промокательной бумаги или в волокнах полотенца. В очень тонких трубках вода может подняться на высоту нескольких метров…

Это объясняется её исключительно большим поверхностным натяжением. Силы молекулярного притяжения действуют на молекулу жидкости на её поверхности только в одну сторону, а у воды это взаимодействие аномально велико. Поэтому каждая молекула втягивается с поверхности внутрь жидкости. Возникает сила, стягивающая поверхность. У воды она особенно велика: поверхностное натяжение составляет 72 дины на сантиметр (0,073Н/м).

Эта сила и придаёт мыльному пузырю, падающей капле и любому количеству жидкости в условиях невесомости форму шара. Она поддерживает бегающих по поверхности пруда жуков, лапки которых водой не смачиваются. Она поднимает воду в почве, а стенки тонких пор и отверстий в ней, наоборот, хорошо смачиваются водой. Вряд ли вообще было бы возможно земледелие, если бы вода не обладала этой способностью.

Плотность

Как известно, вода при атмосферном давлении в диапазоне температур от 0°С до 4°С увеличивает свою плотность (рис.3).

Рис.3. Зависимость плотности воды от температуры

По-видимому, при 0°С в жидкой воде имеется очень много островков с сохранившейся структурой льда. Каждый из этих островков при дальнейшем увеличении температуры испытывает тепловое расширение, но одновременно с этим уменьшаются количество и размеры этих островков вследствие продолжающегося разрушения их структуры. При этом часть объема воды между островками имеет другой коэффициент расширения.

Способность воды расширяться при замерзании приносит много хлопот в быту и технике. Практически каждый человек был свидетелем того, что замерзшая вода разрывает стеклянную емкость, будь то бутылка или графин. Гораздо большую неприятность доставляет промерзание водопровода, так как при этом почти неизбежным результатом являются лопнувшие трубы. По этой же причине в предстоящую морозную ночь вода сливается из радиаторов охлаждения автомобильных двигателей.

Поскольку вода при замерзании увеличивается в объеме, то в соответствии с принципом Ле Шателье увеличение давления должно приводить к плавлению льда. Действительно, это наблюдается на практике. Хорошее скольжение коньков на льду обусловливается именно этим обстоятельством. Площадь лезвия конька невелика, поэтому давление на единицу площади большое и лед под коньком подплавляется.

Интересно, что если над водой создать высокое давление и затем ее охладить до замерзания, то образующийся лед в условиях повышенного давления плавится не при 0°C, а при более высокой температуре. Так, лед, полученный при замерзании воды, которая находится под давлением 20000 атм., в обычных условиях плавится только при 80°C.

Диэлектрическая постоянная воды

Диэлектрической постоянной воды называется ее способность нейтрализоватьпритяжение, существующее между электрическими зарядами. Если, например, растворить в воде хлористый натрий (поваренную соль), то положительно заряженные ионы натрия и отрицательные ионы хлора отделяются друг от друга. Это разделение происходит потому, что у воды высокая диэлектрическая постоянная - выше, чем у любой другой известной нам жидкости. Она уменьшает силу взаимного притяжения между противоположно заряженными ионами в сто раз. Причину сильного нейтрализующего действия воды нужно искать в расположении ее молекул. Водородный атом в них не делит поровну свой электрон с тем атомом кислорода, к которому он прикреплен: этот электрон всегда ближе к кислороду, чем к водороду. Поэтому водородные атомы заряжены положительно, а кислородные - отрицательно. Когда какое-либо вещество, растворяясь, распадается на ионы, кислородные атомы притягиваются к положительным ионам, а водородные - к отрицательным. Молекулы воды, окружающие положительный ион, направляют к нему свои кислородные атомы, а молекулы, которые окружают отрицательный ион, устремляются к нему своими атомами водорода. Таким образом, молекулы воды образуют как бы решетку, которая отделяет ионы друг от друга и нейтрализует их. Вот почему вода так хорошо растворяет электролиты (вещества, которые диссоциируются на ионы), например, хлористый натрий.

Воду обычно считают хорошим проводником электричества. Всякий монтер знает, как опасно работать с проводами высокого напряжения, стоя на сырой земле. Но электропроводность воды - следствие того, что в ней растворены различные примеси. Всякую влажную поверхность можно считать хорошим проводником именно потому, что вода служит отличным растворителем для электролитов, в том числе для углекислоты воздуха. Чистая же вода (ее очень трудно сохранить чистой, так как для этого нужно изолировать воду от всякого контакта с воздухом и хранить в сосуде из инертного материала, скажем, кварца) - прекрасный изолятор. Так как атомы водорода и кислорода в молекуле воды электрически заряжены, они связаны друг с другом и потому не могут переносить заряды.

Капиллярная вода

Рис.4. Вблизи введенного в стеклянный капилляр столбика жидкости (а) возникают как бы дочерние столбики (б)

В 1962 году доцент Костромского текстильного института Н.Н. Федякин обнаружил, что вблизи введенного в стеклянный капилляр столбика жидкости (воды, метилового спирта, уксусной кислоты) возникают как бы дочерние столбики, которые медленно растут, по мере того как убывает длина первичного столбика (рис.4).

Этот удивительный рост вторичных столбиков можно было объяснить только пониженным давлением их пара по сравнению с первым столбиком. Следовательно, и другие свойства дочерних образований должны были заметно отличаться от материнских. Спустя некоторое время сотрудники отдела поверхностных явлений Института физической химии АН СССР занялись совместно с Н.Н. Федякиным широкими исследованиями этого интересного явления.

В термостатированной камере можно было создавать различную степень насыщенности водяными парами. Поэтому удалось точно установить, какая насыщенность камеры парами соответствует их равновесию со столбиками модифицированной воды. Степень насыщения оказалась равной 93-94 процентам. Было установлено, что эта цифра не зависит от радиуса капилляров. Отсюда был сделан вывод, что вновь рождающиеся дочерние столбики наделены аномальными свойствами во всем своем объеме независимо от их толщины и в целом представляют собой такое состояние жидкости, которое по свойствам резко отличается от нормального.

Действительно, пониженное давление насыщенного пара столбиков аномальной воды трудно понять, если не согласиться, что его причиной служит иная, модифицированная структура воды. Но ясно, что изменение структуры должно влиять и на другие свойства жидкости, в особенности на так называемые структурно-чувствительные свойства, к которым принадлежит, например, вязкость. Это и подтвердилось на самом деле: для модифицированной воды было зарегистрировано увеличение вязкости более чем в 15 раз.

Сравнительные исследования теплового расширения столбиков модифицированной и нормальной воды в интервале температур от - 100 до +50° С тоже дали исключительно важные результаты.

Известно, что длина столбика нормальной воды, как и вообще объем этой воды, достигает минимума при +4°С. Кристаллизуясь (после некоторого переохлаждения), вода превращается в лед нормальной плотности, который при нагревании плавится точно при 0°С. Столбики же модифицированной воды, полученные при конденсации ненасыщенного пара, повели себя совершенно иначе.

Рис.5

В чем заключалось отличие? Во-первых, минимум длины и, следовательно, максимум плотности оказался у них смещенным в область отрицательных температур (рис.5).

Во-вторых, переход в твердое состояние обнаруживает у них мало общего с кристаллизацией обычной воды. При температуре около минус 30-50°С столбик мутнеет и испытывает скачкообразное удлинение. Однако это удлинение существенно меньше, чем при замерзании обычной воды (которое, кстати, не сопровождается помутнением).

После описанного скачка длина столбика полого меняется как при дальнейшем охлаждении, так и при нагревании на 10-20°. При более значительном повышении температуры длина столбика постепенно уменьшается по более крутой, но все же плавной зависимости. Одновременно микроскопическое наблюдение показывает, что картина помутнения как бы разрешается.

Теперь становится понятным, почему с повышением температуры исчезает помутнение: при нагревании капельки уменьшаются в размере, число их сокращается и, наконец, они полностью исчезают.

Рис.6. Столбик аномальной воды при - 16,0°С

Наиболее интересным в наблюдениях нам показалось то, что, подвергая столбик модифицирован-ной воды медленному испарению, можно увеличивать степень ее аномальности, получать предельно-аномальную воду и, наоборот, приводя тот же столбик в контакт с нормальной водой или с пересыщенными парами, удается ослабить степень аномальности.

Рис.7

Предельно-аномальная вода отличается в области положительных температур наибольшим коэффициентом расширения, который в несколько раз превышает средний коэффициент расширения обычной воды в том же температурном интервале (рис.6). В то же время так и не удалось заметить, чтобы предельно-аномальная вода обнаруживала минимум объема при какой-нибудь температуре. Это напоминает поведение таких жидкостей, как стекло, спирт, способных при переохлаждении сразу застекловываться при соответствующем росте вязкости.

Кстати, предельно-аномальная вода уже при положительных температурах обладает вязкостью, значительно большей, чем у обычной воды. Существенная особенность предельно-аномальной воды состоит в том, что она не расслаивается на эмульсию "вода в воде" ни при каком охлаждении (вплоть до - 100° С). Следовательно, в этом случае модифи-цированная вода ведет себя как жидкость, имеющая в своем составе только один сорт молекул, но в противоположность нормальной воде она не обнаруживает никакой аномалии теплового расширения.

Память воды

Благодаря изобилию изотопов у водорода и кислорода, вода состоит из 33 разных веществ. При испарении природной воды состав меняется как по изотопному содержанию дейтерия, так и кислорода. Эти изменения изотопного состава пара очень хорошо изучены, и так же хорошо исследована их зависимость от температуры.

Недавно ученые поставили замечательный опыт. В Арктике, в толще огромного ледника на севере Гренландии, была заложена буровая скважина и высверлен и извлечен гигантский ледяной керн длиной почти полтора километра. На нем были отчетливо различимы годичные слои нараставшего льда. По всей длине керна эти слои были подвергнуты изотопному анализу, и по относительному содержанию тяжелых изотопов водорода и кислорода - дейтерия и были определены температуры образования годичных слоев льда на каждом участке керна. Дата образования годичного слоя определялась прямым отсчетом. Таким образом была восстановлена климатическая обстановка на Земле на протяжении тысячелетия. Вода все это сумела запомнить и записать в глубинных слоях гренландского ледника.

В результате изотопных анализов слоев льда была построена учеными кривая изменения климата на Земле. Оказалось, средняя температура у нас подвержена вековым колебаниям. Было очень холодно в XV веке, в конце XVII века и в начале XIX. Самые жаркие годы были 1550 и 1930.

Рис.8. Температурная кривая мезозоя-кайнозоя для южной половины Русской равнины

Кроме того, по пыльце растений, содержащейся в кернах высокой глубины, можно было определить видовой состав растительности того или иного периода истории Земли. По этому составу учёные восстановили климатические условия древней Земли (рис.7).

То, что сохранила в памяти вода, полностью совпало с записями в исторических хрониках. Обнаруженная по изотопному составу льда периодичность изменения климата позволяет предсказывать среднюю температуру в будущем на нашей планете.

За последние годы в науке постепенно накопилось много поразительных и совершенно непонятных фактов. Одни из них установлены твердо, другие требуют количественного надежного подтверждения, и все они еще ждут своего объяснения.

Например, еще никто не знает, что происходит с водой, протекающей сквозь сильное магнитное поле. Физики-теоретики совершенно уверены, что ничего с ней при этом происходить не может и не происходит, подкрепляя свою убежденность вполне достоверными теоретическими расчетами, из которых следует, что после прекращения действия магнитного поля вода должна мгновенно вернуться в прежнее состояние и остаться такой, какой была. А опыт показывает, что она изменяется и становится другой.

Из обычной воды в паровом котле растворенные соли, выделяясь, отлагаются плотным и твердым, как камень, слоем на стенках котельных труб, а из омагниченной воды (так ее теперь стали называть в технике) выпадают в виде рыхлого осадка, взвешенного в воде. Вроде разница невелика. Но это зависит от точки зрения. По мнению работников тепловых электростанций, эта разница исключительно важна, так как омагниченная вода обеспечивает нормальную и бесперебойную работу гигантских электростанций: не зарастают стены труб паровых котлов, выше теплопередача, больше выработка электроэнергии. На многих тепловых станциях давно установлена магнитная подготовка воды, а как и почему она работает, не знают ни инженеры, ни ученые. Кроме того, на опыте подмечено, что после магнитной обработки воды в ней ускоряются процессы кристаллизации, растворения, адсорбции, изменяется смачивание. правда, во всех случаях эффекты невелики и трудно воспроизводимы. Действие магнитного поля на воду (обязательно быстротекущую) длится малые доли секунды, а "помнит" вода об этом десятки часов. Почему - неизвестно. В этом вопросе практика далеко опередила науку. Ведь даже неизвестно, на что именно действует магнитная обработка - на воду или на содержащиеся в ней примеси. Чистой-то воды ведь не бывает.

"Сухая" и "резиновая" вода

В еженедельнике "Wochenpost" (1966, № 50), издававшемся в ГДР, рассказывалось о том, что химикам завода "Рейнфельден" (Базель) удалось получить. сухую воду! Химик Курт Клейн, внесший решающий вклад в открытие сухой воды, сначала не мог найти слов для описания открытия. Потом он сделал следующее сравнение: "До сих пор сухой воды на Земле не было; может быть, она существует на каком-либо другом небесном теле. Впечатление такое, что Млечный путь опустился на Землю".

Сухая вода - похожий на муку порошок, который может висеть в воздухе, как табачный дым. Разумеется, это не чистая вода: столь необычные свойства ей придало небольшое количество гидрофобной, "водоотталкивающей" кремневой кислоты. В природе кремневая кислота встречается в гидрофильной форме. Из такой кислоты состоят, например, кварцы и некоторые полудрагоценные камни. Гидрофильную кремневую кислоту получают также синтетически и в больших количествах используют в химической промышленности. Гидрофобная кремневая кислота была получена несколько лет тому назад и также нашла широкое применение - в первую очередь, при производстве каучуков как вещество, усиливающее их естественные водоотталкивающие свойства.

И вот, когда исследователи встряхнули (совершенно случайно!) смесь из 90 процентов воды и 10 процентов гидрофобной кремневой кислоты, жидкая фаза совершенно неожиданно исчезла и образовался белый порошок - "сухая" вода. Этот порошок стабилен и может неограниченно долго храниться в контейнерах.

Образование "сухой" воды объясняется в указанной публикации следующим образом. Возникающие при встряхивании смеси воды с гидрофобной кремневой кислотой мельчайшие капли-шарики воды диаметром до 0,05 мм немедленно обволакиваются тончайшей "шубой" из молекул кислоты - и превращаются в частицы порошка.

И еще одно чрезвычайно интересное сообщение о воде было опубликовано в журнале "Wochenpost" (1967, № 2) со ссылкой на Союз химической промышленности ФРГ. В нем говорилось о синтезе на основе окиси этилена нового органического вещества, которое при добавлении к воде в пропорции один к миллиону вдвое увеличивает ее текучесть, уменьшая молекулярное трение.

Очень интересно сопоставить данные о свойствах "сверхтекучей" воды с открытием, сделанным аспирантом Калифорнийского технологического института Дэвидом Джеймсом. Им было установлено, что при растворении в обычной воде 0,5 процента полимера на основе окиси этилена образуется жидкость с необычайными свойствами: она продолжает вытекать из сосуда и после того, как тот возвращен из наклонного в нормальное (отверстием вверх) положение. Такая "резиновая" вода продолжает перетекать через край сосуда до тех пор, пока струю не перережут ножницами. Как на возможную причршу этого явления указывают на большую длину молекул полимера, переплетающихся в растворе и вытягивающихся из сосуда: вместе с ними из сосуда (как бы при помощи сифона)"вытягивается" и вода.

Случайно ли, что при получении "сверхтекучей" и "резиновой" воды основную роль играет добавка вещества на основе окиси этилена? Не связано ли свойство " сверхтекучести" с труднообъяснимой утечкой "резиновой" воды?

Эти свойства воды интересны не только с теоретической точки зрения. Они, несомненно, будут использованы в промышленности и технике. "Сухую" воду, например, можно применять во всех отраслях промышленности (пищевой, фармацевтической, косметической и др.), перерабатывающих порошки. Добавка только 0,5 процента "сухой" воды предотвращает их слеживание и комкование.

Нетрудно представить себе также технические и экономические выгоды, связанные с использованием свойств "сверхтекучей" воды. Быть может, при одинаковом сечении трубопроводов и каналов они смогут пропускать значительно большее количество воды, снизятся затраты энергии на ее транспортировку и т.д.

Заключение

Всем, конечно же приходилось разглядывать снежинки или ледяные узоры на окнах. Лед в этих случаях образуется непосредственно из пара.

При медленной конденсации водяных наров молекулы воды образуют почти плоскую структуру (кластер), которая имеет осевую симметрию шестого порядка, т.е. при повороте на 60° она переходит сам в себя. Поперечные размеры правильной снежинки отличаются во много раз, т.е. отношение диаметра снежинки к ее толщине может достигать нескольких десятков. Это отношение характеризует скорость роста снежинки в соответствующем направлении. При росте кристалла возможны разные способы (последовательности) заполнения энергетически выгодных позиций, что обеспечивает получение кристаллов (снежинок) разной формы. Реализация конкретного способа роста - случайное событие, поэтому совершенно одинаковые по форме снежинки встречаются крайне редко. Оценив количество возможных форм снежинок, получаем число вселенского масштаба - 10 1000000 .

Условия конденсации пара и превращения его в лед на поверхности стекла отличаются от условий, при которых в воздухе образуются снежинки. Внутри помещения влажность воздуха обычно существенно меньше 100%, но вблизи холодной поверхности оконного стекла температура может оказаться гораздо ниже точки росы при данной концентрации молекул воды в воздухе. И на стекле появится лед.

Вид узора на поверхности стекла зависит от большого набора параметров. Перечислим некоторые из них: температура внутри помещения и температура снаружи, влажность воздуха в помещении, толщина стекла и загрязненность его поверхности, наличие и скорость воздушных потоков вблизи стекла (в частности, наличие или отсутствие щелей в оконной раме или трещин в стекле) и т.д.

свойство вода агрегатное состояние

Замечательные ледяные узоры часто образуются зимой на стеклах автобусов или троллейбусов. При этом слой льда может достигать нескольких миллиметров. Источником водяного пара является, разумеется, дыхание пассажиров. Сначала на поверхности стекла образуется водяная пленка толщиной в несколько диаметров молекул. Молекулы воды в ней испытывают сильное влияние молекул поверхности стекла. Хотя вода в пленке переохлаждена, но возможности для превращения воды в лед не возникает. По мере увеличения толщины пленки и уменьшения влияния молекул поверхности стекла в воде возникают центры кристаллизации. Рост кристаллов происходит во всевозможных направлениях, но самые большие кристаллы растут вдоль поверхности стекла. Скорости роста кристалла в различных направлениях тоже существенно различаются. Когда толщина ледяного панциря на стекле становится настолько большой, что отвод тепла наружу замедляется, кристаллы льда начинают расти в перпендикулярном стеклу направлении. Стекло как бы покрывается шубой из ледяных иголок.

С наступлением зимы легко убедиться в том, что снежинки действительно имеют разнообразные симметричные красивые формы. Сама снежинка, можно сказать, представляет собой застывший случайный процесс…

Совсем немного лет назад химики были уверены, что состав воды им хорошо известен. Но, однажды, одному исследователю пришлось измерить плотность остатка воды после электролиза. Плотность оказалась на несколько стотысячных долей выше нормальной.

В науке нет ничего незначительного. Эта ничтожная разница потребовала объяснения. И в результате стало постепенно выясняться многое из того, о чем рассказано в этой статье.

А началось все с простого измерения самой обычной, будничной и неинтересной величины - плотность воды была измерена точнее на лишний десятичный знак".

Каждое новое, более точное измерение, каждый новый верный расчет не только повышает уверенность в знании и надежности уже добытого и известного, но и раздвигает границы неведомого и еще непознанного, прокладывает к ним новые пути.

Нет предела человеческому разуму, нет предела его возможностям; и то, что мы теперь так много знаем о природе и свойствах поистине самого необыкновенного в мире вещества - о воде, открывает еще большие возможности. Кто может сказать, что еще будет узнано, что открыто нового, еще более необычайного? Надо только уметь видеть и удивляться.

Вода, как и все в мире, неисчерпаема.

Список использованной литературы

1. Глинка Н.Л. Общая химия. - 24-е изд., испр. - Л.: Химия, 1985.

2. Кукушкин Ю.Н. Химия вокруг нас. - М.: Высшая школа, 1992.

Артур М. Басвел, Уорт Родебуш Вода - удивительное вещество // Наука и жизнь, №9, 1956.

Петрянов И.В. Самое необыкновенное вещество // Химия и жизнь, №3, 1965.

Рохлин М. И снова вода… // Химия и жизнь, №12, 1967.

Дерягин Б.В. Новые превращения воды, которые удивляют всех // Химия и жизнь, №5, 1968.

Маленков Е. Вода // Химия и жизнь, №8, 1980.

Варламов С. Тепловые свойства воды // Квант, №3, 2002.

Варламов С. Снежинки и ледяные узоры на стекле // Квант, №5, 2002.

Петрянов-Соколов И.В. Самое необыкновенное вещество в мире // Химия и жизнь, №1, 2007.

Пахомов М.М. Палеогеографические исследования эволюции растительности, климата, почв и ландшафтов // Материалы всероссийской научной школы для молодёжи (в 3 частях): "Инновационные методы и подходы в изучении естественной и антропогенной динамики окружающей среды". Ч.1 Лекции, Киров, 2009.

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ШКОЛА №19 ГОРОДСКОГО ОКРУГА КИНЕШМА

ИМЕНИ 212 ТОМАШУВСКОГО КИНЕШЕМСКОГО

СТРЕЛКОВОГО ПОЛКА 49-Й ИВАНОВСКОЙ ДИВИЗИИ

(МБОУ школа №19 имени 212 полка)

Научно – исследовательский проект

«Удивительные свойства воды»

Работу выполнил:

ученик 4 «Г» класса

Семёнов Степан

Руководитель:

Цветкова

Светлана Владимировна

учитель начальных классов

Кинешма 2017г.

Содержание.

1.Введение.

2.Цели и задачи.

3.Актуальность.

4.История.

5.Состав.

6.Анкетирование.

7.Практическая часть.

8 .Заключение и выводы.

9 .Использованная литература.

1.Введение.

Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха.

Тебя невозможно описать, тобой наслаждаются,

не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, что ты

необходима для жизни: ты - сама жизнь. Ты

наполняешь нас радостью, которую не объяснишь

нашими чувствами… Ты самое большое богатство

на свете…

Антуан де Сент-Экзюпери

Вода-это жидкий состав, который не имеет запаха, вкуса и цвета. Это тайна из тайн.Человеку стоит поглубже вглядеться в её суть. Вода-главное чудо планеты, это исток, из которого питается жизнь!

Вода занимает особое положение среди природных богатств Земли, она – незаменима, она была необходима во все века и всюду, где существуют земные формы жизни.

2.Тема научно-исследовательской работы:

«Удивительные свойства воды».

Я решил начать свою исследовательскую работу, поставив цель : узнать, какими свойствами обладает вода в разных состояниях и при взаимодействии с различными веществами.

Затем я сформулировал задачи :

Найти информацию о том, о том какими свойствами может обладать вода;

Выяснить у одноклассников, знают ли они о свойствах воды;

Получить у учителя химии ответы, на интересующие меня вопросы;

Провести опыты.

Объект исследования : вода.

Предмет исследования : какими свойствами обладает вода.

Методы исследования:

Опыты, фото и видео фиксация;

Работа с информативными источниками;

Социальный опрос, беседа;

Анализ и обобщение информации.

3.Актуальность : Вода покрывает около 2/3 поверхности нашей планеты. Человек состоит из воды примерно на 65%.Человеку необходима живая вода, так же, как и большинству животных. Растениям также нужна вода в почве. Жизнь, как мы понимаем её, невозможна без воды. Хотя бы уже поэтому её можно считать волшебной.

Гипотеза : вода в различных состояниях и при взаимодействии с другими веществами обладает удивительными свойствами.

4.История.

Вода есть повсюду; она соприкасается с прошлым

и готовит будущее; она струится под полюсами и

присутствует на больших высотах. Если есть

что-то поистине загадочное на этой планете,

так это вода.

Лорен Эйсли

Происхождение слова «вода» точно неизвестно. Оно возникло еще в глубокой древности, и с тех самых пор, так говорят о любой «живой» жидкости, без которой невозможно наше существование, а также и всей природы. Происхождение слова «вода» имеет еще одно объяснение. Вода очень похожа на слово «Веда» – Да, что означает – добрая истина. Таким образом, зашифровано имя воды. И это свойство ей дано именно в русском языке.

С давнего времени высшие умы человечества задавали себе вопрос: в чём суть воды, какое значение она в человеческой жизни? Первое научное открытие в данной области, которое до нас дошло, называется «Учение о четырёх стихиях». Оно было написано в IV веке до н. э. древнегреческим философом Аристотелем. В состав четырёх стихий входят земля, огонь, вода и воздух. Причём вода служит источником холода и влаги. В последующее время вода все также приковывала к себе внимание лучших ученых умов своего времени. До XVIII века н. э. это вещество считалось отдельным химическим элементом.

Данные о том, что вода есть химическое соединение стали известны лишь в XIX веке. Лишь путем экспериментов было доказано, что вода есть химическое соединение, а не химический элемент. Таким образом, посредством длительных исследований была получена классическая формула воды.

5.Состав.

Вода – особенная жидкость. Молекула воды состоит из 2 атомов водорода и одного атома кислорода. Таким образом, её химическая формула – Н2О .

В повседневной жизни мы можем встретить воду в любом из её трёх состояний, и её форма постоянно меняется. Жидкая вода испаряется, то есть переходит из жидкого в газообразное состояние. Газообразная форма воды – это водяной пар. Водяной пар конденсируется или превращается из пара в жидкость. Если нагреть воду до 100 градусов, она кипит и превращается в горячий водяной пар. При 0 градусах вода замерзает и превращается в твёрдый лёд.

6.Анкетирование:

В своём классе я провёл небольшую анкету.

Цель: узнать у своих одноклассников, знают ли они, что вода обладает удивительными свойствами, и хотят ли они узнать о них.

Вопросы:

1. Приходилось ли вам проводить опыты с водой в домашних условиях?

2. Как вы думаете, если положить в стакан с водой канцелярскую скрепку, она утонет?

3. Как вы считаете, что тяжелее вода или масло?

а) масло;

б) вода;

в) одинаковые.

4. Хотели бы вы проверить это на примере моих опытов с водой и посмотреть наглядно?

В результате анкетирования:

1. Опыты с водой проводили дома 10 человек, что составляет 44 %;

2. 9 человек,39%, посчитало, что канцелярская скрепка утонет в стакане с водой;

3. На вопрос: что тяжелее всего, 10 человек, 44 %, ответили, что масло;

9-39%,человек посчитали, что вода и 4 человека,17%, написали, что они одинаковые.

4. 22 человека из 23 опрошенных, 96%, хотели бы посмотреть все опыты наглядно.

Вывод : мои одноклассники заинтересовались и хотели бы увидеть эти опыты наглядно.

7.Практическая часть.

Опыты 1, 2,3,4.

Цель : доказать, что вода имеет большое поверхностное натяжение.

Опыт 1.

Потребуется:

Вода;

Монета;

Пипетка.

Инструкция:

1). Я взял монету и положил её на ровную поверхность.

2). Аккуратно начал капать на монету воду из пипетки.

3). На двухрублёвую монетку убралось 45 капель воды. При этом вода не стекала с монетки и принимала выпуклую форму.

Вывод: вода имеет высокое поверхностное натяжение. И именно из-за него капли воды не стекают с монетки, а стойко держат выпуклую форму.

Видео прилагается.

Опыт 2.

Потребуется:

Вода;

Стакан;

Металлическая скрепка.

Инструкция:

1). Я налил в стакан воду.

2). Затем постарался положить на воду канцелярскую скрепку. Сначала скрепка тонула .

3). Затем я постарался сделать всё аккуратно. Опыт получился! Скрепка плавала на поверхности воды

Вывод: вода имеет высокое поверхностное натяжение. Оно не даёт маленькой металлической скрепке утонуть.

Видео прилагается .

Опыт 3.

Потребуется:

Вода;

Тарелка;

Молотый перец;

Жидкое мыло.

Инструкция:

1). Я налил на тарелку воду.

2). Насыпал молотый перец. Он распределился по поверхности воды.

3). На палец я капнул жидкого мыла и опустил палец в центр тарелки. Весь перец притянулся к краям тарелки.

Вывод: вода имеет высокое поверхностное натяжение. Мыло же ослабило поверхностное натяжение воды в центре тарелки, и поэтому перец притянулся к краям тарелки, где поверхностное натяжение осталось высоким.

Видео прилагается .

Опыт 4.

Потребуется:

Мыльный раствор;

Соломинка.

Инструкция:

1).Мы заранее приготовили мыльный раствор.

2).Мыльные пузыри я пошёл выдувать на улице. Температура воздуха была ниже -15 градусов. Мне хотелось посмотреть, что произойдёт с мыльными пузырями на морозе.

3). Я аккуратно выдувал пузыри на снежную поверхность. Они не лопали, а замерзали, а со временем разрывались, как плёнка. Это было очень красиво.

Вывод: вода имеет высокое поверхностное натяжение. Мыло уменьшило поверхностное натяжение и позволило поверхности воды растянуться и создавать мыльные пузыри .

Видео прилагается .

Вывод: проведя несколько опытов, я сделал вывод, что вода имеет высокое поверхностное натяжение.

Опыты 5,6.

Цель: доказать, что давление воды меньше давления воздуха.

Опыт 5.

Потребуется:

Вода;

Пустая бутылка;

Пластмассовый шарик.

Инструкция:

1).Я налил полную бутылку воды.

2).Положил на горлышко пластмассовый шарик и перевернул бутылку. Он не упал.

Вывод: с одной стороны на шарик давит вода, а с другой стороны (с самого низу) - воздух! Давление воды в бутылке меньше, чем давление воздуха, вот шарик и не падает.

Видео прилагается .

Опыт 6.

Потребуется:

Вода;

Краситель;

Тарелка, стакан;

Монетка;

Жевательная резинка;

Спички.

Инструкция:

1).Я налил на тарелку воду, подкрашенную красителем.

2).На монетку налепил жевательную резинку и прикрепил к ней три спички.

3).Эту конструкцию я поставил в тарелку с водой и поджёг спички.

4).Быстро накрыл горящие спички стаканом. Когда спички потухли, вода втянулась внутрь стакана.

Вывод: огонь нагрел воздух внутри стакана. В результате чего воздух расширился, а значит, выросло и его давление. В итоге часть воздуха из стакана начала выходить. Когда огонь потух, воздух остыл и снова уменьшился в объеме, а значит, его давление тоже уменьшилось и стало меньше давления наружного воздуха. Именно это наружное давление и вдавило воду внутрь стакана.

Видео прилагается .

Вывод: давление воды меньше, чем давление воздуха.

Опыт 7,8.

Цель: доказать, что проходя через воду, свет может менять своё направление.

Опыт 7.

Потребуется:

Вода;

Пустая банка;

Несколько монет.

Инструкция:

1). Я налил в банку воды. Положил под банку две монетки. Затем посмотрел сквозь воду сбоку банки и не увидел монетки.

3). Для придания опыту большего интереса, я опустил в банку монетку. Через стекло её было видно. Посмотрев сверху, я увидел все три монетки .

Вывод: Когда свет переходит из менее плотной среды - воздуха, в более плотную воду, на границе этих двух веществ происходит изменение направления лучей света. Переходя из воды в воздух. Когда свет переходит из более плотной среды воды в менее плотную среду воздуха, свет отклоняется в противоположном направлении. Поэтому мы не видим монетку.

Видео прилагается .

Опыт 8.

Потребуется:

Вода;

Лист бумаги с нарисованными стрелками;

Пустая банка.

Инструкция:

1). Лист с нарисованными стрелками я поместил за пустой банкой.

2).Затем я стал наливать в банку воду. По мере того, как вода доходила до стрелок, они меняли своё направление.

Вывод: банка воды работает как линза. Когда луч света проходит сквозь линзу, он искривляется в сторону центра. Точка, в которой лучи сходятся вместе, называется фокусом, но за его пределами изображение переворачивается, потому что лучи меняют направление.

Видео прилагается.

Вывод: луч света, проходя сквозь воду, может менять своё направление.

Опыт 9.

Цель: доказать, что плотность холодной воды больше, чем плотность горячей воды.

Потребуется:

Два стакана с холодной водой;

Два стакана с горячей водой;

Красители;

Пластиковая карточка.

Инструкция:

1). В стаканы с холодной водой я добавил жёлтый краситель, а в стаканы с горячей водой - красный.

2). На стакан с холодной водой я положил пластиковую карточку. Перевернув стакан, я поставил его на стакан с горячей водой и аккуратно убрал карточку. Холодная и горячая вода смешались.

3). Затем таким же способом мы поставили стакан с горячей водой на стакан с холодной водой. Холодная и горячая вода не смешались.

Вывод: плотность холодной воды больше, чем плотность горячей воды.

Видео прилагается.

Опыт 10 «Лавовая лампа»:

Цель: доказать, что вода тяжелее подсолнечного масла.

Потребуется:

Вода;

Подсолнечное масло;

Краситель;

Шипучая таблетка аспирина;

Банка.

Инструкция:

1). Я заполнил 1/3 часть банки водой, а остальную часть долил маслом.

3).Опустил в банку шипучую таблетку аспирина.

4).Вода тяжелее масла. К тому же они обладают свойством не смешиваться. Когда я добавил внутрь банки шипучие таблетки, они, растворяясь в воде, начинают выделять углекислый газ и приводят жидкость в движение.

Вывод: вода тяжелее масла.

Видео прилагается .

8 .Заключения и выводы:

Заключения: для проведения каждого отдельного опыта нужно создать следующие условия:

1). Температура воды для каждого опыта должна быть разной.

2). Для выполнения опытов могут потребоваться различные вещества или предметы.

3). Некоторые опыты требуют внимательности и аккуратности выполнения.

4). Определённая группа опытов требует помощи взрослого помощника.

5). При выполнении всех условий все приведённые выше опыты можно выполнить в домашних условиях.

Вывод: вода - интересное для проведения опытов вещество, имеющее много различных свойств.

Важно помнить!

Роль воды в жизни нашей планеты удивительна и раскрыта еще не до конца. Даже страшно поразмыслить над тем, что было бы морей и океанов, озер и рек на земле. Как бы все живое развивалось в таком случае? В данном случае жизнь на нашей планете не смогла бы даже появиться. Именно воде Земля обязана появлением и развитием жизни, следовательно, не будь ее, не было бы и нас. Не будь воды, не знали бы мы ее строения, ее свойств, ее ценности, ее особенностей.

Вода – один из важнейших природных ресурсов любой территории. Стремительный рост потребления воды, загрязнение рек, вызванное сбросом в них сточных вод, снижают качество воды в водных объектах. Загрязняются и зарастают озера. Потребности же в питьевой воде в мире постоянно растут. Сегодня мы часто не ценим это сокровище, в котором многие ощущают недостаток.

Хотя, в конечном счете, от загрязнения природных вод страдает сам человек и его деятельность. В силу этих обстоятельств, здоровье людей подвергается серьезному риску. Поэтому надо создавать все условия для сохранения водных богатств. Нужно рационально использовать водные ресурсы, предотвращать их загрязнения. Только при наличии чистой воды наша цивилизация будет развиваться. В домашних условия можно тоже очищать воду. Я расскажу о способах очистки воды в следующем видео.

Видео прилагается

9 .Используемые материалы :

Опыты с водой// Уроки волшебства (Электронный ресурс).

Опыты с водой для школьников (Электронный ресурс)

Физические свойства воды// Все о воде (Электронный ресурс).

Я. Перельман «Занимательная физика».

Цель урока: познакомиться с удивительными свойствами воды.

Задачи урока:

1. На основе строения молекул воды, познакомиться с её свойствами.

2. Исследовать свойства воды, доказать её уникальность.

3. Сформировать понятие о воде, как о бесценном даре.

План урока.

1. Вступительное слово учителя. Мир нерукотворный.
2. Просмотр фрагмента фильма “Великая тайна воды”.
3. Строение молекул воды и её свойства.
4. Работа в группах.
5. Презентация музыкальных впечатлений воды.
6. Ещё одна загадка – крещенская вода.
7. Экология воды.
8. Выводы. Почему воду нужно беречь?
9. Домашнее задание.

Вступление.

Итак, мы посмотрели отрывок фильма. Какие свойства воды вам показались удивительными, что вы записали в своих тетрадях?

Предполагаемые ответы учеников:

1. Молекула маленькая.
2. Три агрегатных состояния: твердое, жидкое и газообразное.
3. Плотность льда меньше, чем у воды (расширяется при минусовой температуре).
4. Высокое поверхностное натяжение;
5. Вода – мощный растворитель;
6. Создает огромное давление (поднимается наверх по сосудам растений).

Учитель: Молодцы ребята, вы очень внимательны! А теперь давайте подробнее разберемся с перечисленными свойствами. Сейчас вам предстоит работа в группах. Каждая группа получит карточки с заданиями. Ознакомьтесь с их содержанием. Ответьте на предложенные вопросы или запишите пропущенные слова. Время, отведенное на работу с карточками - 3 минуты. Ребята делятся на 6 групп и по предложенным вопросам составляют план ответа. Выводом в каждой группе служит определение одного из удивительных свойств воды. Карточки для групп: (смотри приложение 2 .)

В конце урока в тетрадях, должна быть запись:

Вода – это маленькая молекула, которая имеет крайне специфические свойства:

1. Вода при нормальных условиях – жидкость, т.к. её молекулы полярны и соединены водородными связями, т.е. образуют крупные ассоциаты.
2. Плотность в кристаллах льда при 4°С уменьшается, поэтому лед плавает на поверхности (жизнь подо льдом продолжается).
3. Вода мощный растворитель, терморегулятор.
4. У воды высокое поверхностное натяжение.
5. Вода обладает подвижностью (замерзание, испарение и плавление); вода циркулирует (круговорот воды в природе). Вода принимает форму сосуда.
6. Вода может подниматься наверх по сосудам растений, создавая большое атмосферное давление, перенося минеральные вещества.

Выполняя задания в карточках, ученики должны сделать выводы, и назвать одно из удивительных свойств воды (каждая группа). Учитель корректирует ответы и рассказывает о тех понятиях, которые дополнят ответы ребят, знакомя их с новыми для них понятиями.

Учитель: Каков состав молекулы воды?

Ученик: Молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода.

Учитель: Какой тип химической связи между атомами в молекуле воды?

Ученик: Между атомами О-Н связь ковалентная полярная.

Учитель: Какова молярная масса воды?

Ученик: Молярная масса воды равна 18 г/моль.

Учитель: молярная масса воздуха равна 29 г/моль – это более, чем в 1,5 раз больше чем масса воды, так почему же вода не газ? Давайте разберемся.

Учитель: Молекула воды имеет вид равнобедренного треугольника, вершины которого несут частичные заряды О δ- и Н δ+ .

Строение молекулы воды.

Возникает как у магнита два полюса – положительный и отрицательный. Поэтому молекулу воды изображают как диполь.

Диполи могут притягиваться друг к другу и образовывать ассоциаты (объединения), которые по массе становятся в тысячи раз больше, чем масса одной молекулы воды. Поэтому вода – не газ, а жидкость. Молекулы воды соединяются друг с другом посредством водородных связей. Водородная связь - это химическая связь, соединяющая разные молекулы. Она возникает между атомом водорода одной молекулы воды и атомом кислорода другой молекулы воды. Такая связь гораздо слабее всех других видов химических связей.

Вода может находиться в трех агрегатных состояниях – жидком, твердом и газообразном.

Температура кипения воды 100°С, плавления – 0°С. Это тоже аномально высокие значения. Учёные объясняют такой факт тем, что молекулы воды способны соединяться в агрегаты с помощью водородных связей. На разрыв, которых, и затрачивается большое количество тепловой энергии при нагревании.

При нагревании расстояние между молекулами воды увеличивается, водородные связи между ними разрушаются и поэтому вода превращается в газ, или водяной пар.

1. При охлаждении расстояние между молекулами уменьшается, при t = 0 ° С вода превращается в твердые кристаллы. Одним из удивительных свойств воды является то, что при t = 4 ° С плотность в кристаллах льда уменьшается и благодаря этому свойству, вода в озерах не промерзает до дна, сохраняя жизнь подо льдом.

2. Благодаря этой же способности (меньшей плотности льда, чем у холодной воды) образовавшиеся айсберги плавают на поверхности.

3. Вода является мощным растворителем. В природе не существует абсолютно чистой воды. Абсолютно чистая вода – это дистиллированная вода, её ещё называют мертвой водой. В природной воде всегда растворены различные соли. Проникая во все слои Земли, вода растворяет минералы, находящиеся в ней. Вода способна растворить и твердые вещества и жидкие и газообразные. Вода играет огромную роль и в различных процессах жизнедеятельности живого организма, т.к. именно в водных растворах происходит взаимодействие между веществами. Вода ускоряет многие процессы в организме, а также является мощнейшим терморегулятором.

В планетарном смысле вода также играет огромную роль. Её теплоемкость не дает нашей планете сильно остыть или перегреться, т.к. вода очень медленно остывает и очень медленно нагревается. Благодаря этой способности воды регулируется климат на нашей планете.

4. Еще одним из удивительных свойств воды является высокое поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение является одним из важных параметров воды. Оно определяет силу сцепления между молекулами воды, а также форму поверхности жидкости. Например, из-за сил поверхностного натяжения формируется капля.

Поверхностное натяжение чистой воды больше, чем у любой другой жидкости. У абсолютно чистой воды поверхностное натяжение таково, что по ней можно было бы кататься на коньках. Из-за наличия примесей величина поверхностного натяжения воды резко снижается.

5. Одним из основных свойств воды является её подвижность, обусловленная быстрой сменой формы, влекущей постоянное замерзание, испарение и плавление.

Нужно отметить, что вода бывает подземная, наземная и воздушная. Эти формы воды не существуют отдельно друг от друга. Вода постоянно циркулирует между этими тремя пунктами. Эта циркуляция называется круговоротом воды в природе.

Удивительным свойством воды является и то, что вода способна подниматься наверх по сосудам растений, перенося с собой растворенные в ней минеральные (неорганические) вещества. Вода способна создавать огромное давление в несколько сотен атмосфер, благодаря этому свойству нежный росток с легкостью пробивает асфальт.

Вода - вещество 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.

Есть ещё одно удивительное свойство у воды. Об этом удивительном свойстве вам расскажет С. (опережающее задание).

В тетрадях появляются ещё два свойства воды – это:

1. Вода обладает памятью.
2. Удивительная загадка – Крещенская вода.

На доске учитель закрепляет на магниты карточки с выводами, которые делают ученики. (Приложение 4 .)

Учитель: Можем ли мы сказать, что вода – это бесценный дар?

Ученик: да, потому что…

Учитель: Человек может быть творцом, когда он строит красивые здания, архитектурные сооружения. Он может развернуть русла рек, произвести запуск ракеты в космос и т.д. Но создать небо, море, горы, воду ему неподвластно, разум человека не дошел до такого уровня. У воды тоже есть ТВОРЕЦ. У православного человека Творец – это Бог.

“Сознание предшествует воплощению идей. Бог великий архитектор”. Д.С. Лихачёв (1906–1999), историк, культуролог.

Учитель: Ребята, ещё одно сообщение об экологии воды для вас приготовила М. Давайте посмотрим её презентацию. (Презентация 4 . Экология воды.)

Учитель: На нашей планете много воды. Но в быту мы используем только пресную воду. Много ли пресной воды на планете?

Почти 70% поверхности нашей планеты занято океанами и морями. 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. 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.

Учитель: Так много или мало воды на Земле?

Ученик: Очень мало! Большая часть воды солёная, а человеку с каждым днем всё больше требуется пресной воды. Человечеству угрожает кризис из-за загрязнения воды. Некоторые страны уже испытывают нехватку чистой пресной воды и вынуждены ввозить её из-за рубежа. Воду надо беречь!

Подведем итоги урока. Почему вода уникальна? Зачем беречь воду?

Домашнее задание.

Подготовьте сообщение о том, как очищают воду перед тем, как она попадает к нам в кран. Нарисуйте схему водоочистительной станции.