Самое необыкновенное вещество в мире - [10]
Изумительная красота и бесконечное разнообра- зие форм снежинок вдохновили многих ученых на долголетние исследования этой удивительной загад- ки природы.
Были получены десятки тысяч фотографий сне- жинок в самых разнообразных условиях: и высоко в облаках, и у земли, и на Крайнем Севере, и на юге — всюду, где только может идти снег.
Кроме огромного множества самых разнообраз- ных форм гексагональной симметрии, кроме шести- гранников среди снежинок встречаются и пластиноч- ки, и столбики, и игольчатые формы. Очень много различных форм снежинок обнаружили в природе ученые. Если быть очень точным, то, наверное, при- дется признать, что совершенно одинаковых снежи- нок не существует. В бесконечном многообразии каждая из них чем-нибудь да отличается по строе- нию, по форме, по размеру.
Нет сомнения, что это зависит от бесконечной изменчивости условий образования и роста снежинок в атмосфере. С нежной красотой снежинки связано еще много неразгаданного в природе.
Как же все-таки построены молекулы воды в воде?К сожалению, этот очень важный вопрос изучен еще
40
недостаточно. Строение молекул в жидкой воде очень сложно. Когда лед плавится, его сетчатая структура частично сохраняется в образующейся во- де. Молекулы в талой воде состоят из многих простых молекул — из агрегатов, сохраняющих свойства льда. При повышении температуры часть их распа- дается, их размеры становятся меньше.
Взаимное притяжение ведет к тому, что средний размер сложной молекулы воды в жидкой воде зна- чительно превышает размеры одной молекулы воды. Такое необычайное молекулярное строение воды обусловливает ее необычайные физико-химические свойства.
Какова должна быть плотность воды? Правда, очень странный вопрос? Вспомните, как была уста- новлена единица массы — один грамм. Это масса одного кубического сантиметра воды. Значит, не может быть никакого сомнения в том, что плотность воды должна быть только такой, какая она есть. Можно ли в этом сомневаться? Можно. Теоретики подсчитали, что если бы вода не сохраняла рыхлую льдоподобную структуру в жидком состоянии и ее молекулы были бы упакованы плотно, то и плотность воды была бы гораздо выше. При 25°С она была бы равна не 1,0, а 1,8 г/см>3.
При какой температуре вода должна кипеть? Этот вопрос тоже, конечно, странен. Ведь вода кипит при ста градусах. Это знает каждый. Больше того, всем известно, что именно температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении и выбрана в качестве одной из опорных точек температурной шкалы, условно обозначенной 100°С.
Однако вопрос поставлен иначе: при какой темпе- ратуре вода должна кипеть? Ведь температуры ки- пения различных веществ не случайны. Они зависят
41
от положения элементов, входящих в состав их моле- кул, в периодической системе Менделеева.
Если сравнивать между собой одинаковые по составу химические соединения различных элемен- тов, принадлежащих к одной и той же группе табли- цы Менделеева, то легко заметить, что чем меньше атомный номер элемента, чем меньше его атомный вес, тем ниже температура кипения его соединений. Вода по химическому составу может быть названа гидридом кислорода. Н>2Те, H>2Se и H>2S — химиче- ские аналоги воды. Если проследить за температура- ми их кипения и сопоставлять, как изменяются тем- пературы кипения гидридов в других группах перио- дической системы, то можно довольно точно опреде- лить температуру кипения любого гидрида, так же как и любого другого соединения. Сам Менделеев та- ким способом смог предсказать свойства химических соединений еще не открытых элементов.
Если же определить температуру кипения гидри- да кислорода по положению его в периодической таблице, то окажется, что вода должна кипеть при —80°С. Следовательно, вода кипит приблизи- тельно на сто восемьдесят градусов выше, чем должна кипеть. Температура кипения воды — это наиболее обычное ее свойство — оказывается необычайным.
Попробуйте теперь представить себе, что наша вода потеряла вдруг способность образовывать сложные, ассоциированные молекулы. Тогда она, вероятно, должна была бы кипеть при той же темпе- ратуре, какая ей положена в соответствии с периоди- ческим законом Менделеева.
Что бы тогда стало на нашей Земле? Океаны внезапно закипели бы. На Земле не осталось бы ни одной капли, и на небе никогда не смогло бы появиться ни одного облачка... Ведь в атмосфере земного шара температура нигде не падает ниже —80—90°С.
43
Свойства любого химического соединения зависят от природы образующих его элементов и, следовательно, от их положения в таблице
Менделеева. На этих графиках приведены зависимости температур кипения и плавления водородных соединений IV и VI групп периодической системы.
Вода является
поразительным
исключением.
Благодаря очень малому радиусу протона силы взаимодействия между ее молекулами столь велики, что разделить их очень трудно, поэтому вода кипит и плавится при аномально высоких температурах. Кроме воды
в значительно меньшей степени аномальными
При какой температуре вода замерзает? Не прав- да ли, вопрос не менее странен, чем предыдущие? Ну кто же не знает, что вода замерзает при
