Самое необыкновенное вещество в мире - [9]

Среди необозримого множества веществ вода с ее физико-химическими свойствами занимает совер- шенно особое, исключительное место.

Почти все физико-химические свойства воды — исключение в природе. Она действительно самое удивительное вещество на свете.

Вода удивительна не только многообразием изотопных форм молекулы и не только надеждами, которые связаны с ней как с неиссякаемым источни- ком энергии будущего, но и своими самыми обыч- ными свойствами.

А есть ли у воды родственники? Если считать родственными воде соединения, состоящие, как и вода, только из водорода и кислорода, то родствен- ники у воды есть.

Правда, их очень немного — всего два. Одно из этих соединений давно известно всем. Это самая обыкновенная перекись водорода. Другое найдено совсем недавно.

Теоретики, рассчитывающие структуры молекул, нашли термодинамическим путем, что при достаточ- но низких температурах кроме молекул Н—О—Н и Н—О—О—Н могут быть устойчивы еще молекулы Н—О—О—О—Н.

Других молекул водород и кислород образовать больше не могут, потому что молекулы с еще боль- шим содержанием кислорода Н—О—О—О—О—Н должны быть нестабильными даже при очень низ- ких температурах.

Другая группа ученых, не приняв во внимание предсказания теории, пыталась на опыте доказать

34

I

.

j

¹

невозможность существования молекул Н,0₃. Они хотели опровергнуть результаты всех предшествую- щих попыток получить это соединение; и... сами открыли трехокись водорода. Молекула этого нового соединения водорода с кислородом построена в виде зигзагообразной цепочки:

Оно устойчиво только при температурах намного ниже 0°С. При более высокой температуре разлага- ется на воду и кислород. Получается в результате реакция между водородом и кислородом в тлеющем электрическом разряде при низких температурах.

Таким образом, открытие трехокиси водорода еще раз подтвердило, что теоретические расчеты вполне заслуживают доверия.

Больше родственников у воды как будто бы нет.

Как построена молекула воды? Как построена одна молекула воды, теперь известно очень точно. Она построена вот так:

35

Хорошо изучено и измерено взаимное расположе- ние ядер атомов водорода и кислорода и расстояние между ними. Оказалось, что молекула воды нели- нейна. Вместе с электронными оболочками атомов молекулу воды, если на нее взглянуть «сбоку», можно было бы изобразить вот так:

а если взглянуть «сверху» — со стороны атома кисло- рода, то так:

т. е. геометрически взаимное расположение зарядов в молекуле можно изобразить как простой тетраэдр.

36

Все молекулы воды с любым изотопным составом построены совершенно одинаково.

Сколько молекул воды и океане? Одна. И этот ответ не совсем шутка. Конечно, каждый может, посмотрев в справочник и узнав, сколько в Мировом океане воды, легко сосчитать, сколько всего в нем содер- жится молекул Н₂0. Но такой ответ будет не вполне верен. Вода — вещество особенное. Благодаря свое- образному строению отдельные молекулы взаимо- действуют между собой. Возникает особая химичес- кая связь вследствие того, что каждый из атомов водорода одной молекулы оттягивает к себе электро- ны атомов кислорода в соседних молекулах. За счет такой водородной связи каждая молекула воды ока- зывается довольно прочно связанной с четырьмя другими соседними молекулами, подобно тому как это изображено на схеме. Правда, эта схема чересчур упрощена — она плоская, иначе не изобразишь на рисунке. Представим себе несколько более верную картину. Для этого нужно учесть, что плоскость, в которой расположены водородные связи (они обо- значены пунктиром), в молекуле воды направлена перпендикулярно к плоскости расположения водо- родных атомов (см. рисунок на с. 38).

Все отдельные молекулы Н₂0 в воде оказываются связанными в единую сплошную пространственную сетку — в одну гигантскую молекулу. Поэтому впол- не оправдано утверждение некоторых ученых физи- ко-химиков, что весь океан — это одна молекула. Но не следует понимать это утверждение слишком буквально. Хотя все молекулы воды в воде и связы- ваются между собой водородными связями, они в то же время находятся в очень сложном подвиж- ном равновесии, сохраняя индивидуальные свойст- ва и единичных молекул и образуя сложные агре- гаты.

37

Подобное представление приложимо не только к во- де: кусок алмаза тоже одна молекула.

Как построена молекула льда? Никаких особых молекул льда нет. Молекулы воды благодаря своему замечательному строению соединены в куске льда друг с другом так, что каждая из них связана и окру- жена четырьмя другими молекулами. Это приводит к возникновению очень рыхлой структуры льда, в которой остается очень много свободного объема. Правильное кристаллическое строение льда выража- ется в изумительном изяществе снежинок и в красоте морозных узоров на замерзших оконных стеклах.

38

Правильное кристаллическое строе- ние льда выражается в изумитель- ном изяществе снежинок.

Л что такое снежинки? Сростки ледяных кристал- ликов, образовавшиеся при конденсации водяного пара в верхних слоях атмосферы, где очень низкая температура.

Почему же они такие красивые? В кристалли- ческой решетке льда есть плоскости, в которых ато- мы кислорода расположены так, что образуют правильные шестиугольники, как это видно на ри- сунке. Наверное, с этим и связана чаще всего встре- чающаяся шестилучевая форма изящных звездочек- снежинок.