Унікальні фізичні та хімічні властивості води

Чи справді така проста, як здається?

Важко не погодитись, що без води життя на нашій планеті було б неможливим. Вода сприяє регулюванню температури тіла людини, так само як і великі масиви води беруть участь у регуляції температури навколишнього середовища. Вода допомагає переносити корисні речовини організмом. Ба більше, навіть незначне зневоднення може вплинути на наш настрій та здатність зосередитись.

Отож, властивості води роблять її незамінною у багатьох процесах, та само, як і у повсякденному житті людей. У цій статті ми розкажемо, що криється за звичними для нас речами, заглянемо у найдрібніші шпарини куди збирається вода, та відкриємо для себе цю незамінну речовину знову.

Які фізичні та хімічні властивості води приховує молекула цієї речовини?

Вода — доволі проста речовина, як своїм хімічним складом, так і виглядом. Це прозора, безбарвна рідина без запаху та смаку. Ми можемо побачити воду всього у трьох станах — рідкому; твердому, коли замерзає та  газоподібному — коли випаровується від високих температур. 

Молекула води досить проста — складається із двох атомів водню та одного — кисню. Саме ця нерівномірність розподілу і є причиною утворення частково позитивного заряду біля атомів водню і частково негативного заряду біля атома кисню. Ці зв’язки ще називають водневими й саме вони забезпечують здатність молекул взаємодіяти між собою та зумовлюють ті незвичайні властивості, про які ми розкажемо далі.

Які є фізичні властивості води?

Здавалося, б особливості води нам усім зрозумілі та очевидні, адже з цією речовиною ми стикаємось чи не кожного дня. Та навіть найбільш очевидна властивість, як-от — прозорість води, — створює умови, які в результаті дозволяють функціонувати цілим екосистемам.

Тож які унікальні фізичні властивості води, допомагають підтримувати життя величезної кількості організмів та тварин, беруть участь у природних процесах та безпосередньо впливають не лише на людей, але і на середовище у якому ми живемо?

• Висока тепломісткість
  • Завдяки цьому вода може поглинати й утримувати велику кількість тепла, при цьому надто не підвищуючи власної температури. Саме тому вода і великі водні масиви є ідеальним помічником для регулювання температури як живих організмів, так і навколишнього середовища відповідно.
• Високий поверхневий натяг
  • Ви колись думали, чому із води утворюються краплі? Це відбувається саме завдяки цій властивості води утримувати форму. Ця особливість допомагає рослинам транспортувати поживні речовини до верхівки, всупереч гравітації, а маленьким водним комахам — пересуватись поверхнею води, не занурюючись.
• Процес замерзання
  • Перелічуючи фізичні властивості води, важко не згадати про найбільш очевидну — здатність замерзати при низькій температурі. Але навіть у цьому звичайному процесі вода має власну родзинку (про яку важливо не забувати, пробуючи заморозити рідину в морозилці). І ця особливість пояснює також, чому лід, що утворюється на поверхні водойм, або той, який ми додаємо до напоїв влітку — плаває на поверхні, а не тоне. Адже під час замерзання вода розширюється, тож лід уже має меншу густину, а відповідно — є легшим. 
• Прозорість води
  • Саме ця очевидна властивість води дозволяє життю розвиватись та буяти навіть на дні океану чи річкового озера. Адже лише так жителі водних екосистем можуть отримувати необхідне для життя сонячне світло.

Ці унікальні фізичні властивості води, роблять її невіддільною частиною багатьох важливих процесів та систем. Настільки звична та майже непомітна для нас, вода сприяє розвитку, очищенню та ще багатьом необхідним процесам. Розуміння цих процесів пояснює важливість води, як ресурсу, проте не розкриває її повністю. Щоб зрозуміти, наскільки незамінною є вода у нашому середовищі існування, варто глянути глибше, у структуру та її взаємодію з іншими речовинами.

Хімічні властивості води та як вони працюють

Ми вже знаємо, що вода є частиною безлічі живих організмів, і самої людини також. Користь води в організмі може пояснюватись багатьома причинами, однак якщо розглядати це питання з погляду хімії — усіх їх можна пояснити та окреслити. Тісно пов’язані між собою також хімічні та фізичні властивості води.

Полярність і розчинність

Однією з основних хімічних особливостей води є її полярність, що дозволяє воді розчиняти безліч речовин. Полярність виникає в молекул, розподіл атомів між якими — нерівномірний.

Цей розподіл робить воду чудовим розчинником. Багато хімічних реакцій, що відбуваються в природному середовищі та клітинах живих організмів, завдячують саме цій характеристиці води.

Амфотерні властивості

Ці властивості позначають її здатність по-різному реагувати залежно від речовини з якою така реакція відбувається. По суті, фізичні і хімічні властивості води дозволяють їй підлаштовуватись. Наприклад, вода може реагувати як слабка кислота, коли в реакції вже використано сильну основу, і по іншому — як слабка основа, коли в реакції застосовується сильна кислота.

Гідроліз

Вода — незамінна частина безлічі процесів гідролізу. Її здатність розщепляти складні речовини на простіші, які краще засвоюються організмом, важлива для багатьох біохімічних процесів, що відбуваються у живих організмах.

Гідроліз є критично важливим для перетравлення їжі в організмах, оскільки чимало біомолекул, таких як білки, вуглеводи та жири, розщеплюються на окремі частини з участю води.

Водневі зв’язки

Ми вже згадували водневі зв’язки та як завдяки цій властивості води формуються краплі. Окрім того, водневі зв’язки допомагають також утримувати правильну тривимірну форму молекул білків та нуклеїнових кислот, зокрема. Ця здатність є життєво важливою для їхньої функціональності. 

Як бачимо, ці фізичні та хімічні властивості води відіграють ключову роль у багатьох процесах на Землі, і саме тому вода є необхідною умовою існування життя.

Висока здатність розчиняти речовини

Воду часто називають універсальним розчинником, через її здатність розчиняти велику кількість речовин. Ця властивість обумовлена полярністю молекули води, яка дозволяє їй взаємодіяти з іонами та полярними молекулами. 

Для декількох хімічних та біологічних процесів, властивість води розчиняти речовини є критично важливою.

Наприклад, в процесах метаболізму вода допомагає у транспорті поживних речовин та виведенні токсинів. Мінерали, вітаміни та інші поживні речовини вода розчиняє, роблячи їх доступними для клітин.

Окрім того, вода є розчинником для різноманітних реагентів в процесах обміну речовин. Це дає можливість хімічним реакціям відбуватися із необхідною швидкістю. 

І, як ми уже згадували раніше, фізичні і хімічні властивості води дозволяють цій речовині стабілізувати температурний режим організму. 

Таким чином вода допомагає правильній життєдіяльності різноманітних систем живих організмів та природних процесів.

Як саме вода розчиняє речовини?

Цей процес дуже поширений та незмінно важливий у багатьох аспектах життєдіяльності на планеті. Тож як саме відбувається цей процес та які властивості води він відкриває?

Завдяки електростатичній взаємодії між молекулами води, відбувається процес розчинення речовин, із якими вступає у реакцію вода. Це стосується багатьох речовин, наприклад: солей, цукрів чи кислот. Полярні молекули води оточують заряджені частинки або молекули та взаємодіють з ними за допомогою частково негативних кінців біля атома кисню і частково позитивних кінців біля атомів водню. 

Таким чином молекули води зменшують сили, що утримують частки розчинюваної речовини, та відокремлюють їх, утворюючи розчин. Ця здатність пояснює наскільки незамінна вода для безлічі хімічних реакцій біологічних систем.

Важливість властивостей води для життя

Фізичні та хімічні властивості води роблять її життєво важливою для існування всього живого на Землі. Вода регулює процеси в клітинах, наприклад, метаболізм та температурний режим. Без води було б неможливим існування безлічі екосистем, для яких вона забезпечує транспортування корисних речовин і підтримку кліматичної стабільності.

У житті людини вода також грає надзвичайно важливу роль, допомагаючи у виконанні безлічі життєвих функцій. 

Вода є одним з основних компонентів процесу гідратації клітин, необхідного для їх життєдіяльності. У переважній більшості хімічних реакцій, які використовують клітини для метаболічних процесів, саме вода є основним середовищем реакцій. Крім того, фізичні та хімічні властивості води допомагають контролювати температуру тіла через процеси потіння та випаровування. Ці процеси дуже важливі для підтримання здоров’я людини, адже впливають на наше самопочуття, продуктивність, стан шкіри тощо. Варто лише згадати наскільки незамінною є пляшка води у сумці чи рюкзаку в спекотні дні. Та як ваше самопочуття змінюється, коли ви відчуваєте і коли втамовуєте спрагу. Це лише один приклад того, як вода впливає на наш організм. 

Вода, як ресурс, незамінна так само у побуті та промисловості, сільському господарстві. Унікальні фізичні властивості води є надзвичайно важливими для багатьох виробничих процесів, іригації та охолодження. Усі ці аспекти роблять воду основним ресурсом, від якого залежать природні процеси, добробут та комфорт людини та здоров’я тварин та загалом усіх живих організмів.

Висновки: вода, як основа життя

Підсумовуючи, цілком можна ствердити, що властивості води роблять її однією з найбільш фундаментальних і життєво важливих речовин на Землі. 

Вода незамінна у підтримці життєво важливих функцій, адже:

• Забезпечує гідратацію;
• Переносить поживні речовини;
• Регулює температуру;
• Бере участь у процесах та реакціях метаболізму.

І це далеко не повний перелік! 

Ці властивості роблять воду основою для збереження біохімічних процесів, клітинних структур, та екосистем загалом. 

Незамінним компонентом залишається вода так само у промисловому та побутовому контексті. Адже саме хімічні та фізичні властивості води допомагають із дотриманням чистоти, є частиною виробничих процесів, та процесу вирощування культур в аграрній справі.

Кількісний ресурс та якісні показники води безпосередньо впливають на соціально-економічний розвиток і здоров’я людства. Вже не кажучи про те, наскільки екологічно важливим фактором є вода. Вона сприяє підтриманню звичного нам клімату і різноманіття живих організмів, які залежать від кліматичних умов, в яких проживають. 

Це одна з основних причин важливості раціонального використання та охорони природних ресурсів для людства.

Усі ці характеристики та властивості води означають лише одне — вода, як незамінний ресурс, потребує реалізації стратегій збереження і постійного управління. Це обов’язкова умова для процвітання життя на нашій планеті та добробуту людства.