Какие свойства воды обеспечивают ее круговорот в природе

Вода — самая удивительная и загадочная из всех жидкостей, существующих на Земле.

Учёные на протяжении многих столетий продолжают проводить исследования, находя новые интересные факты. Каждый человек знает, что без воды жизнь невозможна.

Вода участвует в формировании климата, для многих живых организмов является средой обитания. Её важность сложно недооценить. Не случайно, нашу планету называют голубой, именно вода покрывает 71 % поверхности земного шара.

В статье мы собрали самую важную и интересную информацию про воду: гипотезы её появления на нашей планете, особенности строения молекулы, агрегатные состояния, уникальные и необычные свойства.

Химическая формула

Вода́ (оксид водорода) — это бинарное неорганическое соединение, химическая формула H2O. Представляет прозрачную, бесцветную жидкость, которая не имеет вкуса и запаха, текуча, принимает форму сосуда. Рассмотрим строение молекулы воды на изображении № 2.

По форме молекула напоминает равнобедренный треугольник. Состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, которые соединены между собой ковалентной связью. Никакие другие элементы таблицы Менделеева при соединении не образуют жидкости.

Как появилась вода?

Происхождение воды на Земле является предметом научных споров. По этому поводу учёные не пришли к единому мнению. Существует 2 основные гипотезы:

1. Земное происхождение. Вода образовалась на Земле во время её формирования.
2. Космическое происхождение. Вода появилась вследствие падающих метеоритов, астероидов, которые содержали воду.

Роль

Без воздуха человек может прожить несколько секунд, без еды несколько месяцев, без воды – максимум несколько суток. Снижение содержания воды в организме всего лишь на 2% может вызвать сильную слабость. При нехватке 8% уже может возникнуть серьезное недомогание, а при 12% – смерть.

Каждая клетка живого организма состоит из воды и нуждается в её регулярном пополнении. Без неё не проживут ни люди, ни растения, ни животные.

Кроме того, вода участвует в круговороте воды в природе, для многих живых организмов является средой обитания. Рассмотрим информацию подробнее.

Наука о воде

Изучением природных вод, явлений и процессов занимается наука – Гидрология.

Первые упоминания о гидрологии появились на заре истории человечества, около 6000 лет назад.

Начало гидрологических наблюдений в России относится к XV–XVI вв.: в записях русских летописцев сохранились сведения о свойствах воды, наводнениях, паводках, замерзании.

Круговорот воды в природе

Вода образует водную оболочку нашей планеты – гидросферу.

Её делят на Мировой океан, континентальные поверхностные воды и ледники, а также подземные водоёмы. Переходы H2O из одних частей гидросферы в другие составляют сложный круговорот воды на Земле

Круговорот воды в природе — это непрерывное движение воды в гидросфере Земли. В процессе этого обмена водная масса меняет агрегатное состояние: из жидкой или твердой превращается в газообразную и обратно.

Рассмотрим более подробно на примере.

С поверхности океанов, морей, рек и суши вода в виде пара поднимается вверх. Высоко над землей он охлаждается и образует множество водяных капелек и льдинок. Из них образуются облака. В виде осадков вода возвращается на Землю.

Агрегатные состояния

Из всех веществ, существующих на Земле, только вода может иметь три принципиально разных агрегатных состояния:

1. Жидкое (вода). В нормальных условиях вода является жидкостью. Образует мировой океан, реки, ручьи и т.д.
2. Твердое (лёд). При температуре от нуля и ниже вода превращается в лёд. Мы часто встречаем его в повседневной жизни. В холодное время года он сковывает реки и лужи, выпадает в виде осадков: снежинок, града, инея, образует ледяные облака. Встречается в виде ледников и айсбергов.
3. Газообразное (водяной пар) — это бесцветный газ, не имеет вкуса и запаха. Испаряется с поверхности океанов, рек, болот, почвы, растений и поступает в воздух или образуется путём кипения жидкой воды или сублимации из льда. Сублимация — переход вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя стадию плавления (перехода в жидкое состояние).

Благодаря трём агрегатным состояниям происходит круговорот воды в природе и жизнь на Земле.

Строение в различных агрегатных состояниях

Жидкая вода, лёд и водяной пар имеют один и тот же состав, но разные состояния.

Рассмотрим строение молекулы на изображении № 3.

В ходе многочисленных научных исследований было доказано, что в воде возникают особые структуры, которые стали называть «кластерами» — группа атомов или молекул, которые представляют собой единую структуру, но внутри имеют свои индивидуальные особенности.

При температуре близкой к точке замерзания, молекулы жидкой воды собираются в небольшие группы, практически так, как в кристаллах. При температуре близкой к точке кипения они располагаются более свободно.

Интересные факты

Ученые постоянно исследуют воду, находя интересные факты.

1. Лёд не тонет в воде. Дело в том, что плотность льда меньше чем воды в жидком состоянии. Поэтому морские обитатели продолжают свою жизнедеятельность. Другие вещества увеличивают свою плотность при замерзании.
2. Большинство загрязнений вымораживаются при образовании льда.
3. Более 2/3 запасов пресной воды на Земле хранится в ледниках.
4. Вёдра для воды изготавливают в форме конуса для того, чтобы их не разорвало при случайном замерзании воды.
5. Теплоёмкость и некоторые другие физические свойства воды тоже зависят от температуры не одинаково. Другие виды жидкостей не имеют таких особенностей, чтобы какой-то один параметр менялся по-разному на разных порогах температуры.
6. Жидкая вода регулирует температуру Земли, водяной пар регулирует влажность воздуха.
7. Снег способен отражать лучи света на 75%, а вода лишь на 5%. Именно поэтому снежные ночи такие светлые.
8. В Антарктиде есть озеро с водой, в 11 раз солёнее морской. В нем настолько соленая вода, что не замерзает даже при — 50 С.
9. Горячая вода имеет способность замерзать быстрее, чем холодная. Этот интересный факт можно проверить самостоятельно.
10. Лёд есть на полюсах Луны, а также на полюсах Марса и Меркурия.
11. В Антарктике находится самый холодный лёд, а вот самым теплым льдом считается Альпийский, так как его температура составляет 0 градусов по Цельсию.
12. Температура кипения воды не всегда составляет 100 градусов по Цельсию. Показатель зависит от атмосферного давления. Например, на Эльбрусе — самой высокой вершине Европы (5642 м), — вода закипит при 80,8 °С.
13. Примерно на каждые 100 метров вглубь к центру Земли температура кипения увеличивается на 3°C.
14. Озеро Байкал — самое большое пресное озеро в мире.
15. Для производства 1 тонны стали требуется 300 тонн воды.

Какое значение в жизни человека имеет вода

Вода играет важную роль в жизни человека, издавна люди селились вблизи водоёмом. Где есть вода, обязательно существует жизнь. Вода применяется:

• для поддержании жизни (приготовления пищи, обеспечения организма водой);
• для бытовых нужд (гигиены, уборки и т. д);
• в сельском хозяйстве и животноводстве;
• промышленности (используется при производстве продуктов питания, чугуна, стали, резины и т. д);
• медицине;
• химии (в качестве реагента для химических реакций, опытов, исследований);
• рыболовстве;
• для транспортировки людей и грузов;
• служит источником энергии (электростанции).

Сколько жидкости в теле человека

Эмбрион человека состоит из жидкости не менее, чем на 97%. Когда ребенок рождается, вода составляет около 80% его тела. В первые несколько суток после рождения этот показатель существенно снижается.

В дальнейшем содержание воды в организме человека постоянно уменьшается. В пожилом возрасте в теле человека доля воды не превышает 50-60%. Каждая клетка живого организма состоит из воды.

Как определить, сколько воды в теле человека?

Массу тела необходимо разделить на 3 и умножить на 2.

Стоит отметить, что расчет считается приблизительным. Так как количество воды зависит от возраста, пола, физической активности, состояния здоровья.

Процентное содержание в органах

Вода в теле человека находится в разных субстанциях и никогда не смешивается в единое целое.

Жидкости больше в тех клетках, в которых обмен веществ протекает более интенсивно. Рассмотрим таблицу № 1.

Таблица № 1. Процент содержания в органах человека

Основные функции

Вода необходима каждому живому существу. Каждый живой организм состоит из клеток. Ключевую роль выполняет вода. Она составляет около 70 процентов от её массы. Рассмотрим кратко основные функции воды в клетках:

• Растворитель. Большинство химических реакций протекают только в водной среде.
• Транспортная функция. Помогает переносить питательные вещества из одной части в другую.
• Функция регенерации. С помощью воды удаляются ненужные продукты жизнедеятельности.
• Регулирует терморегуляцию (защищает организм от перегрева и обеспечивает равномерное распределение тепла по организму)
• Все обменные процессы в организме регулируются водой.

Сколько нужно пить воды в день

Рекомендуется употреблять чистую воду без примесей 30-40 мл на 1 кг веса.

Средние показатели:

• Для женщины: 1, 5-2 литра ежедневно.
• Для мужчины: 2,5-5 литра ежедневно.

Количество рекомендуемой нормы зависит от физической активности, климата и веса.

Роль чистой питьевой воды

Врачи, диетологи и другие специалисты часто совершают ошибку, когда слишком много внимания уделяют разным продуктам питания и забывают про воду. Любые вещества, даже самые питательные и полезные, могут оказаться совершенно неэффективными, если нет растворителя, способного доставить их в нужные части тела. На Земле есть только один простой, надежный и распространенный растворитель – вода.

Вода участвует абсолютно во всех обменных процессах. И чтобы они протекали нормально, необходимо пить достаточное количество чистой воды. Именно воды, не чая, не напитков. Они никогда не заменят ее, потому содержание разных примесей, консервантов и прочих веществ существенно меняют структуру, нормальное молекулярное состояние воды.

Изначально природой заложено употреблять чистую воду. Когда в организм вносится некая смесь, то пищеварительной системе приходится прикладывать много усилий, растрачивать много энергии, чтобы отделить все лишнее и получить собственно воду. Кроме этого, высокое содержание сахара неизбежно провоцирует нарушение нормального обмена веществ.

Питьевая вода должна быть чистая, свежая, качественная, «живая». Т.е. это должна быть натуральная природная вода, которая при попадании в организм легко проникает во все клетки, служит эффективным растворителем. Она быстро доставляет все питательные вещества к тканям и органам.

Признаки обезвоживания

Если содержание воды резко меняется в одну или другую сторону, то это сразу сказывается на общем состоянии здоровья. Чрезмерное количество воды организм переносит намного легче, чем ее нехватку. Нехватка воды проявляется следующим образом:

• Жажда – первый сигнал нехватки жидкости в организме.
• У человека возникают твердые каловые массы и запоры.
• Появляется усталость и слабость.
• Возникают головные боли и головокружения.
• Кожа становится сухой.
• Состояние может сопровождаться сильным упадком настроения (вплоть до тяжелой депрессии).

При длительном сохранении такого состояния могут возникнуть проблемы:

• с артериальным давлением;
• нарушением пищеварения;
• заболеваниями органов ЖКТ:
• может появиться диабет, ожирение (или наоборот – истощение, дистрофия);
• появляются зрительные и слуховые галлюцинации (при потери воды 10%);
• сильное обезвоживание может привести к смерти.

Роль в жизни растений и животных: интересные факты

Вода играет важную роль не только в жизни человека, но и всех живых организмов. Для многих растений и животных она является средой обитания, источником пищи и кислорода. Тело живых организмов может содержать до 99 процентов воды.

Интересные факты:

1. учёные считают, что мировой океан изучен только на 2-7%;
2. на 1 кг тела коровы приходится 600 грамм воды;
3. в теле рыбы 70-80 процентов;
4. в медузе больше 95 процентов;
5. растения на 50-90 процентов состоят из жидкости;
6. вода участвует в фотосинтезе растений;
7. бегемот употребляет около 250 литров воды в сутки;
8. древесное растение Эвкалипт в сутки поглощает из почвы и испаряет 320 л влаги;
9. верблюд может выпить более 100 литров воды менее чем за 15 минут;
10. скалистая белка может жить без воды до 100 дней.

Виды

Проходя гидрологический цикл, вода может дополняться химическими элементами: ионами,  растворенными газами, микроэлементами и т.д.

Воду квалифицируют по следующим признакам:

• по наличию и составу изотопов в молекуле;
• по степени растворения частиц солей и других примесей;
• по источнику;
• по взаимодействию с другими элементами и компонентами;
• по влиянию, оказанное человеком;
• по индивидуальным параметрам.

Рассмотрим некоторые виды на рисунке № 5.

Запасы пресной воды

Несмотря на то, что Земля более, чем на 70% покрыта водой, лишь 1% является пресной (её солёность не превышает 0,5 ‰).
Более 2/3 запасов пресной воды на Земле хранится в ледниках. Крупнейшим водоёмом пресной воды считается озеро Байкал в России.

Показатели качества

Есть крылатая фраза профессора В.В. Гончарука: «Уровень интеллектуального развития народа определяется качеством воды, которую он пьет». В той воде, которая течет из кранов современных городских квартир, содержится много вредных примесей, которые негативно сказываются на умственных способностях человека. Такую воду стали называть словом «техногенная». В ней содержатся металлы, песок, глина, хлор и много чего еще.

Современные нормы очистки водопроводной питьевой воды предполагают использование хлорсодержащих реагентов, которые избавляют воду от инфекций. В дополнение специалисты рекомендуют использовать дополнительные методы очистки. Например, фильтры.

Большой популярностью в развитых странах пользуется бутилированная питьевая вода. Она является экологически чистым продуктом. Реализуется в гигиенически чистой ёмкости и соответствует всем установленным требованиям чистоты.

Заключение

Вода – удивительное вещество, обладающее химическими и физическими свойствами. Она формирует климат на планете, для многих живых организмов является средой обитания, необходима для фотосинтеза растений и жизнедеятельности всех живых организмов.

Вода – бесценный дар, без которого жизнь на Земле была бы невозможна.