Строение молекулы воды

Роль воды в жизни человека

Вода - это древний универсальный символ чистоты, плодородия и источник самой жизни. Во всех известных легендах о происхождении мира жизнь произошла из первородных вод, женского символа потенции, лишенной формы. Книга Бытия, описывая сотворение мира, использует очень древний образ - оживляющие проникание "духа божьего" к мировым водам, изображаемое (в иудейском оригинале) через метафору птицы, которая высиживает яйцо. Но одновременно вода - плодотворящее мужское семя, заставляющее землю "рожать". Этот мотив характерен, например, для хананейско - финикийского образа Балу (Баал-Хаддада). Эта же символика отмечается в древнегреческой мифологии, где речные божества выступают как жеребцы и супруги смертных женщин.

В природе существует около 1330 видов воды. Они различаются по происхождению (родниковая, дождевая, почвенная, из свежего или долго лежащего снега и пр.), по количеству и характеру растворенных в ней веществ.

В кубическом сантиметре морской воды содержится 1,5 грамма белка и немало других питательных веществ. Ученые подсчитали, что Атлантический океан "по питательности" оценивается в 20 тысяч урожаев, собираемых в год на всей суше.

Если бы все люди употребляли в пищу и  использовали на корм скоту растительные ресурсы морей и океанов, то пищи было бы достаточно для 290 миллиардов человек.

Мотивы  женского и мужского производящего  начала органически совмещаются в таких образах, как Ардвисура Анахита: "Она для меня делает благом и воду, и семя мужей, и утробу жен, и молоко женской груди" ("Ясна" LXIV 1-2). С этим совмещением связан "андрогенизм" воды, явно или скрытно присутствующий в образах божеств плодородия. С другой стороны, двоякость функций воды нередко воплощалась в супружеской чете водных (морских) божеств: такова роль отца Океана и матери Тефиды у Гомера (Нот. II.XIV 200-210).

В общем  смысле вода-эмблема всех жидкостей  в материальном мире, принципов их циркуляции (крови, сока растений), растворения, смешения, сцепления, рождения и возрождения. "Ригведа" возносит похвалу воде как носителю всего сущего. Считалось, что чистая вода, особенно роса, родниковая и дождевая вода имеет целебные свойства и являются формой божественной милости, даром матери-земли (родниковая вода) или небесных богов (дождь и роса). Почтительное отношение к свежей воде, как очищающему элементу, особенно свойственно религиозным традициям стран, где запасы воды были скудны. Это демонстрируют иудейские, христианские и индейские ритуалы очищения или крещения. Крещение соединяет в себе очищающие, растворяющие и плодородные свойства воды: смывание греха, растворение старой жизни и рождение новой. Мифы о Потопе, в которых уничтожается погрязшее в грехах человечество - пример символизма очищения и возрождения.  
 
Вода могла быть метафорой духовной пищи и спасения, как например в Евангелие от Иоанна (4:14), где Христос говорит самаритянке: "А кто будет пить воду, которую я дам ему, тот не будет жаждать вовек". Райский источник, вытекающий из-под Древа Жизни - символ спасения.  
 
Воду также сравнивали с мудростью. Так в даосизме образ воды, которая находит путь в обход препятствий - символ триумфа видимой слабости над силой. В психологии она представляет энергию бессознательного и его таинственные глубины и опасности. Неутомимая вода - буддийский символ бурного потока бытия. С другой стороны, прозрачность спокойной воды символизирует созерцательное восприятие. В легендах и фольклоре озера - двухсторонние зеркала, разделяющие естественный и сверхъестественный миры. Божества озер и источников, традиционно юные и обладающие даром пророчества и целительства духи, часто умиротворялись дарами - отсюда обычай бросать монеты в фонтаны и загадывать при этом желание.

Символизм воды как переходного состояния  объясняет большое количество мифов, в которых реки и моря разделяют  миры живых и мертвых. Многие божества были рождены в воде или могли  ходить по воде. В суевериях символизм  очищающей власти воды был настолько силен, что считалось, что она отталкивает зло. Отсюда обычай выявлять ведьм, бросая подозреваемых женщин в водоем, чтобы посмотреть всплывут они или нет.

Загрязненные подземные воды очищаются в течение нескольких тысячелетий.

Человек может  обходиться 30 суток без пищи и  менее недели без воды.

В стакане  воды содержится около 8,000,000,000,000,000,000,000,000 (8 септилионов) молекул.

Вода в  организме человека  
 
Не очень легко представить, что человек примерно на 65% состоит из воды. С возрастом содержание воды в организме человека уменьшается. Эмбрион состоит из воды на 97%, в теле новорожденного содержится 75%, а у взрослого человека - около 60%.  
 
В здоровом организме взрослого человека наблюдается состояние водного равновесия или водного баланса. Оно заключается в том, что количество воды, потребляемое человеком, равно количеству воды, выводимой из организма. Водный обмен является важной составной частью общего обмена веществ живых организмов, в том числе и человека. Водный обмен включает процессы всасывания воды, которая поступает в желудок при питье и с пищевыми продуктами, распределение ее в организме, выделения через почки, мочевыводящие пути, легкие, кожу и кишечник. Следует отметить, что вода также образуется в организме вследствие окисления жиров, углеводов и белков, принятых с пищей. Такую воду называют метаболической. Слово метаболизм происходит от греческого, что означает перемена, превращение. В медицине и биологической науке метаболизмом называют процессы превращения веществ и энергии, лежащие в основе жизнедеятельности организмов. Белки, жиры и углеводы окисляются в организме с образованием воды H2О и углекислого газа (диоксида углерода) CO2. При окислении 100 г жиров образуется 107 г воды, а при окислении 100 г углеводов - 55,5 г воды. Некоторые организмы обходятся лишь метаболической водой и не потребляют ее извне. Примером является ковровая моль. Не нуждаются в воде в природных условиях тушканчики, которые водятся в Европе и Азии, и американская кенгуровая крыса. Многие знают, что в условиях исключительно жаркого и сухого климата верблюд обладает феноменальной способностью долгое время обходиться без пищи и воды. Например, при массе 450 кг за восьмидневный переход по пустыне верблюд может потерять 100 кг в массе, а потом восстановить их без последствий для организма. Установлено, что его организм использует воду, содержащуюся в жидкостях тканей и связок, а не крови, как это происходит с человеком. Кроме того, в горбах верблюда содержится жир, который служит одновременно запасом пищи и источником метаболической воды.  
 
Общий объем воды, потребляемый человеком в сутки при питье и с пищей, составляет 2...2,5 л. Благодаря водному балансу столько же воды и выводится из организма. Через почки и мочевыводящие пути удаляется около 50...60% воды. При потере организмом человека 6...8% влаги сверх обычной нормы повышается температура тела, краснеет кожа, учащается сердцебиение и дыхание, появляется мышечная слабость и головокружение, начинается головная боль. Потеря 10% воды может привести к необратимым изменениям в организме, а потеря 15...20% приводит к смерти, поскольку кровь настолько густеет, что с ее перекачкой не справляется сердце. В сутки сердцу приходится перекачивать около 10000 л крови. Без пищи человек может прожить около месяца, а без воды - всего лишь несколько суток. Реакцией организма на нехватку воды является жажда. В этом случае ощущение жажды объясняют раздражением слизистой оболочки рта и глотки из-за большого понижения влажности. Существует и другая точка зрения на механизм формирования этого ощущения. В соответствии с ней сигнал о понижении концентрации воды в крови на клетки коры головного мозга подают нервные центры, заложенные в кровеносных сосудах.  
 
Водный обмен в организме человека регулируется центральной нервной системой и гормонами. Нарушение функции этих регуляторных систем вызывает нарушение водного обмена, что может приводить к отекам тела. Конечно, различные ткани человеческого организма содержат различное количество воды. Самая богатая водой ткань - стекловидное тело глаза, содержащее 99%. Самая же бедная - эмаль зуба. В ней воды всего лишь 0,2%. Много воды содержится в веществе мозга.

Удельный  вес морской воды

или относительный - Под относительным весом (см. выше - Удельный вес) морской воды подразумевают отношение веса определенного ее объема к весу такого же объема дистиллированной при некоторой температуре. Так как содержащиеся в морской воде соли находятся почти во всех морях в одном и том же количественном отношении, то соленость морской воды и У. ее вес находятся при определенной температуре в такой зависимости друг от друга, которую можно выразить эмпирической формулой следующего вида:

ρ = q( S^t_{t' -} 1) -

где через ρ обозначено процентное содержание содей, S^t_t' У. вес морской воды при температуре t, причем за единицу принимается плотность дистиллированной воды при температуре t (в России, Германии и Норвегии принимают t = t = 17,5°С; в трудах экспедиции "Челенджера" принимали t = 60,8°Ф. = 15,56°С и t' = 4°С); q некоторая постоянная, по Карстену она при У. весе S^17,5°_17,5° равна 131, по Торнье при тех же условиях 131,9. Последней величине необходимо отдать преимущество, так как она найдена из сопоставления анализов морской воды с У. весом; первая же найдена из сопоставления искусственных растворов. На основании указанной формулы составлены таблицы, дающие возможность по найденному У. весу быстро отыскивать процентное содержание солей. Определение У. веса морской воды делается большею частью посредством стеклянных ареометров (см.) с постоянным весом, имеющих вид продолговатого волчка и с делениями на верхней узкой части. Обыкновенно употребляется целая серия ареометров (из 5 или 6), заключенных в один общий ящик и дающих возможность определять У. вес от 1,0000 до 1,0320; отсчеты могут вестись с точностью до 0,00005. Так как ареометры дают истинное показание при определенной температуре (у нас 17,5°С), то в том случае, если определяли У. вес при другой температуре, необходимо ввести поправку для получения истинного У. веса. Для этой цели имеются таблицы поправок, составленных по наблюдениям над расширением морской воды (или искусственных растворов) в зависимости от изменения температуры; таблицы эти составлены Торнье, Дитмаром, Карстеном, Крюммелем, Макаровым и др.

В последнее время шведский профессор Петерсен восстает против определения солености морской воды помощью ареометра и предлагает заменить его более надежным способом· - титрованием (см. Анализ химический); однако нельзя не согласиться с известным океанографом, проф. Крюммелем, который отстаивает употребление ареометра, находя его по простоте обращения наиболее удобным на кораблях, тем более, что технические усовершенствования позволяют с помощью ареометра достигать в настоящее время определения У. веса с точностью до 0,0001. Кроме ареометра, существует еще способ определять У. вес посредством особого прибора, основанного на изменении показателя преломления лучей, в зависимости от изменения У. веса морской воды. Прибор этот пока еще мало употребляется и не вполне еще исследован. О распределении солености и У. веса - см. Океан и Воды морские и статьи о разных океанах и морях.

Теплоёмкость, количество теплоты, поглощаемой телом при нагревании на 1 градус; точнее — отношение количества теплоты, поглощаемой телом при бесконечно малом изменении его температуры, к этому изменению Т. единицы массы вещества (г, кг) называется удельной теплоёмкостью, 1 моля вещества — мольной (молярной) Т. 

 Количество теплоты,  поглощённой телом при изменении  его состояния, зависит не только  от начального и конечного  состояний (в частности, от  их температуры), но и от способа,  которым был осуществлен процесс  перехода между ними. Соответственно от способа нагревания тела зависит и его Т. Обычно различают Т. при постоянном объёме (C_v) и Т. при постоянном давлении (С_р), если в процессе нагревания поддерживаются постоянными соответственно его объём или давление. При нагревании при постоянном давлении часть теплоты идёт на производство работы расширения тела, а часть — на увеличение его внутренней энергии, тогда как при нагревании при постоянном объёме вся теплота расходуется только на увеличение внутренней энергии; в связи с этим c_p всегда больше, чем c_v. Для газов (разреженных настолько, что их можно считать идеальными) разность мольных Т. равна c_p — c_v = R, где R — универсальная газовая постоянная, равная 8,314 дж/(моль× К), или 1,986 кал/(моль× град). У жидкостей и твёрдых тел разница между С_р и C_v сравнительно мала. 

 Теоретическое вычисление  Т., в частности её зависимости  от температуры тела, не может быть осуществлено с помощью чисто термодинамических методов и требует применения методов статистической физики. Для газов вычисление Т. сводится к вычислению средней энергии теплового движения отдельных молекул. Это движение складывается из поступательного и вращательного движений молекулы как целого и из колебаний атомов внутри молекулы. Согласно классической статистике (то есть статистической физике, основанной на классической механике), на каждую степень свободы поступательного и вращательного движений приходится в мольной Т. (C_v) газа величина, равная. R /2; а на каждую колебательную степень свободы — R, это правило называется равнораспределения законом. Частица одноатомного газа обладает всего тремя поступательными степенями свободы, соответственно чему его Т. должна составлять  R [то есть около 12,5 дж/Кмоль× К), или 3 кал/(моль×град)], что хорошо согласуется с опытом. Молекула двухатомного газа обладает тремя поступательными, двумя вращательными и одной колебательной степенями свободы, и закон равнораспределения приводит к значению C_v = R; между тем опыт показывает, что Т. двухатомного газа (при обычных температурах) составляет всего  R. Это расхождение теории с экспериментом связано с тем, что при вычислении Т. необходимо учитывать квантовые эффекты, то есть пользоваться статистикой, основанной на квантовой механике. Согласно квантовой механике, всякая система частиц, совершающих колебания или вращения (в том числе молекула газа), может обладать лишь определёнными дискретными значениями энергии. Если энергия теплового движения в системе недостаточна для возбуждения колебаний определённой частоты, то эти колебания не вносят своего вклада в Т. системы (соответствующая степень свободы оказывается «замороженной» — к ней неприменим закон равнораспределения). Температура Т, при достижении которой закон равнораспределения оказывается применимым к вращательной или колебательной степени свободы, определяется квантово-механическим соотношением T >> hv/k (v — частота колебаний, h — Планка постоянная, k — Больцмана постоянная). Интервалы между вращательными уровнями энергии двухатомной молекулы (деленные на k) составляют всего несколько градусов и лишь для такой лёгкой молекулы, как молекула водорода, достигают сотни градусов. Поэтому при обычных температурах вращательная часть Т. двухатомных (а также многоатомных) газов подчиняется закону равнораспределения. Интервалы же между колебательными уровнями энергии достигают нескольких тысяч градусов и поэтому при обычных температурах закон равнораспределения совершенно неприменим к колебательной части Т. Вычисление Т. по квантовой статистике приводит к тому, что колебательная Т. быстро убывает при понижении температуры, стремясь к нулю. Этим объясняется то обстоятельство, что уже при обычных температурах колебательная часть Т. практически отсутствует и Т. двухатомного газа равна  R вместо  R. 

 При достаточно низких  температурах Т. вообще должна  вычисляться с помощью квантовой  статистики. Как оказывается, Т.  убывает с понижением температуры, стремясь к нулю при Т ® 0 в согласии с так называемом принципом Нернста (третьим началом термодинамики). 

 В твёрдых (кристаллических)  телах тепловое движение атомов представляет собой малые колебания вблизи определённых положений равновесия (узлов кристаллической решётки). Каждый атом обладает, таким образом, тремя колебательными степенями свободы и, согласно закону равнораспределения, мольная Т. твёрдого тела (Т. кристаллической решётки) должна быть равной 3 nR, где n — число атомов в молекуле. В действительности, однако, это значение — лишь предел, к которому стремятся Т. твёрдого тела при высоких температурах. Он достигается уже при обычных температурах у многих элементов, в том числе металлов (n = 1, так называемый Дюлонга и Пти закон) и у некоторых простых соединений [NaCI, MnS (n = 2), PbCl₂ (n = 3) и др.]; у сложных соединений этот предел фактически никогда не достигается, т. к. ещё раньше наступает плавление вещества или его разложение. 

 Квантовая теория Т. твёрдых  тел была развита А. Эйнштейном (1907) и П. Дебаем (1912). Она основана на квантовании колебательного движения атомов в кристалле. При низких температурах Т. твёрдого тела оказывается пропорциональной кубу абсолютной температуры (так называемый закон Дебая). Критерием, позволяющим различать высокие и низкие температуры, является сравнение с характерным для каждого данного вещества параметром — так называемой характеристической, или дебаевской, температурой Q_D. Эта величина определяется спектром колебаний атомов в теле и, тем самым, существенно зависит от его кристаллической структуры. Обычно Q_D — величина порядка нескольких сот К, но может достигать (например, у алмаза) и тысяч К (см. Дебая температура). 

 У металлов определённый  вклад в Т. дают также и  электроны проводимости. Эта часть  Т. может быть вычислена с  помощью квантовой статистики  Ферми, которой подчиняются электроны. Электронная Т. металла пропорциональна первой степени абсолютной температуры. Она представляет собой, однако, сравнительно малую величину, её вклад в Т. становится существенным лишь при температурах, близких к абсолютному нулю (порядка нескольких градусов), когда обычная Т., связанная с колебаниями атомов кристаллической решётки, представляет собой ещё меньшую величину.

₂O - самое распространённое в природе химическое соединение.

Запасы воды на Земле: 
в морях и океанах - 1,4 млрд. км³ 
в ледниках - 30 млн. км³ 
в реках и озёрах - 2 млн. км³ 
в атмосфере - 14 тыс. км³ 
в живых организмах - 65%