Как люди изучали воду

Всё о воде

Октябрь 2021

Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
« Март
1	2	3
4	5	6	7	8	9	10
11	12	13	14	15	16	17
18	19	20	21	22	23	24
25	26	27	28	29	30	31

История исследования воды

С давнего времени высшие умы человечества задавали себе вопрос: в чём суть воды, какое значение она в человеческой жизни? Первое научное открытие в данной области, которое до нас дошло, называется «Учение о четырёх стихиях».

Оно было написано в четвёртом веке до н. э. древнегреческим философом Аристотелем. В состав четырёх стихий входят земля, огонь, вода и воздух. Причём вода служит источником холода и влаги. В последующее время вода все также приковывала к себе внимание лучших ученых умов своего времени. До восемнадцатого века н. э. это вещество считалось отдельным химическим элементом.

И лишь пока учёный Франции Антуан Лавуазье (известный отечественным школьникам прежде всего тем, что одновременно с нашим выдающимся ученым М.В. Ломоносовым открыл закон сохранения и превращения энергии, о том, кому отдать первенство дискуссии ведутся и по сей день)в 1783 году не повторил эксперименты английского учёного Кавендиша. Опыты заключались в рассоединении воды при помощи электрического тока. Лишь француз смог выявить то, что вода может распадаться на водород и кислород. Поэтому он сделал вывод, что вода является окисью водорода. Данный факт ложится в основу последующих опытов воды.

Но до определения химического состава воды, над её физическими свойствами раздумывали многие великие учёные. Так, Галилео Галилей впервые начал размышлять о том, почему лёд в момент паводков не тонет и плывёт по рекам? Ведь в принципе, твёрдое вещество должно иметь высокую плотность и тяжеловесность, по сравнению с жидким веществом. К тому же, каким образом рыбы могут жить под водой в зимнее время? Они вмерзаются в слои льда? Оказалось, что причиной является способность воды к увеличению плотность только до -3,98 ?С. Ниже этого значения вода теряет свою плотность. По этой причине под слоями льда, которые покрывают в зимнее время водоёмы, вода сохраняет положительную температуру, из-за чего там живут рыбы и другие млекопитающие. Этот фактор знают рыболовы. Закон четырёх градусов доказал и обосновал в 1772 году физик из Франции Делюк.

Всё, что затрагивает термометры, люди, ассоциируют в своём сознании с фамилиями учёных «Кельвин» и «Цельсий». Однако всем интересно будет узнать то, что мысль принять точки плавления и кипения воды в качестве опорных в шкале термометра, сначала посетили немецкого учёного Гюйгенса. Это произошло уже в 1615 г.

Начало девятнадцатого века было ознаменовано изобретением парового транспорта, который помогал приводить в движение первые из железнодорожных составов. Физики из Франции П. Дюлонг и Д. Араго провели изучение взаимосвязи между давлением насыщенного водного пара и температурой воды. Дмитрий Менделеев, популярный создатель периодической таблицы химических элементов, в течение 1891-1897 годов вывел формулу, в которой плотность воды зависит от её температуры. И уже в 1932 г. Учёные из Америки Г. Юрии и Э. Уошберн сделали открытие «тяжёлой воды». Это изотопный вид воды, где лёгкий атом водорода сменяется на тяжёлый «дейтерий». Данная разновидность воды в природе не наблюдается, однако эти научные исследования помогают открыть новые перспективы в промышленности современного мира, в том числе и разработках уникальных нано технологий.

Казалось бы, в наше время учеными открыто уже практически все, и школьникам, осваивающим азы премудрости, некуда больше стремиться. Но это далеко не так, ведь знания человечества подобны шару, и чем больше люди узнают нового, тем больше становится граница соприкосновения их знаний с неизвестным. Вот почему, выполняя домашние задания, например, по учебнику русского языка 5 класса Ладыженской, сегодняшние пятиклассники закладывают фундаментальную базу для того, чтобы вырасти в настоящих исследователей в будущем.

Источник

Интересные размышления ученых

И.Л. Андреев
Доктор философских наук, профессор
Ю.А. Рахманин
Доктор медицинских наук, профессор

Вступление

Великие научные открытия и технологические достижения рубежа XX и XXI веков – успехи компьютерной информати-
ки и продвижение в расшифровке генома человека – стали проры-
вом и в научном изучении воды как атмосферного, физического, биохими-
ческого, энергетического, физиологического и меди-
цинского феномена. В ее целебных свойствах ученые увидели контуры естественного аналога нынешних фармакологических препаратов, а в загрязненности – опасность для всего живого на нашей планете.
Об актуальных проблемах использования питьевой воды беседует главный научный сотрудник Института философии Российской академии наук, профессор, доктор философских наук Игорь Леонидович АНДРЕЕВ и директор НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды имени А.Н. Сысина Российской академии медицинских наук, профессор, доктор медицинских наук, академик РАМН и вице-президент РАЕН Юрий Анатольевич РАХМАНИН.

Вода- основа жизни на земле.

Андреев: Древнегреческий философ Фалес провозгласил воду началом всех начал. Две тысячи лет спустя Леонардо да Винчи назвал воду одухотворенной жизнью, ведь все живое на Земле «вышло» из воды и содержит ее в себе как основной природный компонент. Еще через два века Людвиг Фейербах пришел к выводу, что, глядя на водную поверхность, человек стал осознавать самого себя. В.И. Вернадский первым в мире сумел осмыслить всеохватную роль воды в истории нашей планеты: «Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Нет земного вещества – минерала, горной породы, живого тела, которое бы ее не заключало. Все земное ею проникнуто и охвачено. Вода без Жизни в биосфере неизвестна». И вместе с тем, вода остается одним из самых таинственных, неразгаданных феноменов нашей жизни.

Рахманин: Вода, без всяких преувеличений, — природная основа жизни. Все живое на Земле, включая нас с Вами, в эволюционном смысле вышло из воды и состоит в основном из нее же. Вода – ключевой компонент земной природы и в то же время наименее изученный, до сих пор хранящий в себе громадное множество тайн и нереализованных возможностей, к которым наука только подступает.
Именно вода сделала и делает нашу планету живой, ведь первые микроорганизмы зародились в воде, когда еще не было атмосферного кислорода. К тому же вода – это единственная жидкость, которая способна к самоочищению. Например, комплекс поймы и акватории водохранилища не только обеспечивает самоочищение воды, но и благодаря этому уникальному свойству освежает нашу атмосферу. Если бы на планете не было воды как универсального растворителя, которому подвластен даже кремний, нам бы давно уже нечем было дышать.

Интересные факты о воде

А.: Вода действительно мудрее авторитетных экологов. В Германии мне рассказали любопытную историю. Несколько лет назад в Рейне, на берегах которого разместилось множество промышленных предприятий, вода была так загрязнена химическими отходами, что в ней, образно говоря, можно было проявить фотопленку.
Специалисты подсчитали, что для очистки реки, при условии принятия драконовских законодательных мер, потребуется порядка ста лет. Каково же было их удивление, когда уже через три года в Рейне завелась рыба, да не какая-нибудь, а чуткий к чистоте среды лосось.

Р.: Вода – не только природный фундамент жизни на нашей планете, но и истинная спасительница всего живого. Она обладает уникальным свойством универсального растворителя, перед которым не могут устоять даже самые плотные природные минералы, обладает способностью ко всему «прилипать» и очищать любые предметы.
А главное – способностью к самоочищению, напоминая этим не вещество, а существо. Вода во многих случаях ведет себя подобно живому существу, недаром древние люди язычески обожествляли воду и поклонялись ей как праматери всего живого на Земле. Я их понимаю и с ними в этом солидарен. Просто мы не научились своевременно «считывать» и расшифровывать сигналы воды, адресованные нам, мало знаем о механизмах и технологиях активации ее функций…

А.: Интересно, что африканцы и сегодня отождествляют водную стихию, таинственную и во многом непредсказуемую, с женским началом и материнством, как огонь – с мужским характером и отцовством. Тайные ритуальные общества африканских женщин считают воду хранительницей своих секретов и проводят собрания в процессе совместных купаний.
Любопытно, что там на спортивных праздниках в соревнованиях по плаванию участвуют исключительно девушки и молодые женщины. Знакомые мужчины (я побывал в 1962-2004 гг. в общей сложности в 15 странах Африки) никакого интереса к воде обычно не проявляли, даже если жили на берегу океана, сторонились ее и плавать, как правило, не умели.

Источник

Что такое вода: агрегатные состояния, роль на Земле

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.

Что такое вода, химические названия

Вода — это бинарное неорганическое соединение, химическая формула H₂O.

При нормальных условиях представляет собой прозрачную, бесцветную жидкость, которая не имеет вкуса и запаха, текуча (принимает форму сосуда).

Молекула воды 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. Рассмотрим строение молекулы H₂O на изображении.

Вода имеет несколько химических названий:

• оксид водорода;
• гидроксид водорода;
• монооксид дигидрогена;
• дигидромонооксид;
• гидроксильная кислота.

Агрегатные состояния

Из всех веществ, существующих на Земле, только вода может иметь три принципиально разных агрегатных состояния: жидкое, газообразное и твердое. Благодаря трём агрегатным состояниям происходит круговорот воды в природе и жизнь на Земле. Рассмотрим подробнее каждое агрегатное состояние.

1. Жидкое (вода). В нормальных условиях вода является жидкостью. Образует мировой океан, реки, ручьи и т.д.
2. 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).
3. Твердое (лёд). При температуре от нуля и ниже вода превращается в лёд. 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.

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.

Многочисленные исследования ученых подтверждают, что по структуре вода и лед близки друг к другу. Структура льда – это решетчатый каркас. Структура воды зависит от содержания разных веществ, которые в ней растворяются, а также от нерастворимых соединений и некоторых других факторов.

В воде возникают 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.

Свойства

Вода — уникальный природный компонент, который обладает рядом свойств. Рассмотрим основные:

• не имеет цвета, запаха и вкуса;
• распространенный растворитель;
• обладает высоким поверхностным натяжением, уступая в этом только ртути;
• имеет большую теплоту испарения (используется для терморегуляции);
• чистая вода — хороший изолятор;
• обладает большой теплоёмкостью (увеличение тепловой энергии вызывает лишь сравнительно небольшое повышение ее температуры);
• плотность в разных диапазонах температур меняется неодинаково.

Существуют необычные свойства. Например, в твердом виде вода легче, чем в жидком. Лёд не тонет в воде. В твёрдом состоянии частички воды располагаются по порядку, между ними остается много свободного пространства. Когда лёд тает, активность частичек повышается, свободное пространство заполняется. Жидкая форма становится более тяжелой, нежели твердая.

Такая уникальная способность даёт возможность любому водоёму не замерзать по всей глубине. Даже при самом сильном морозе температура воды у дна не опускается ниже +4 ᵒС. Все живые существа (рыбы и другие) могут спокойно пережить самую суровую зиму подо льдом.

Когда лёд тает, плотность увеличивается, и становится максимальной при температуре +4 ᵒС. В диапазоне от +4 ᵒС до +40 ᵒС плотность снижается, потом снова увеличивается. При понижении температуры ниже +4 ᵒС плотность уменьшается, т.е. при замерзании вода расширяется.

Горячая вода замерзает быстрее, чем холодная. Это связано с большей скоростью испарения и излучения тепла.

Теплоемкость и некоторые другие физические свойства воды тоже зависят от температуры неодинаково. Другие виды жидкостей не имеют таких особенностей – чтобы какой-то один параметр менялся по-разному на разных порогах температуры.

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 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.

Происхождение воды на планете

Возникновение воды на нашей планете является предметом научных споров. Существует 2 основные гипотезы:

1. Космическое происхождение. Часть учёных считают, что вода появилась вследствие падающих метеоритов, астероидов, которые содержали воду.
2. Земное происхождение. Другие учёные считают, что вода образовалась на Земле во время формирования, а не занесена с космоса.

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.

Значение на Земле

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 жидкости и нуждается в регулярном пополнении. Без воды не проживут ни люди, ни растения, ни животные.

Вода формирует климат, участвует в круговороте воды в природе, для многих живых организмов является средой обитания.

Применение

Все люди на планете прекрасно знают, что жизнь без воды невозможна. Любое начало жизни изначально зарождается в воде.

Человек применяет воду:

• 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;
• для спорта;
• в земледелии;
• для пожаротушения;
• 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%.

Как определить, сколько воды в теле человека?

Массу тела необходимо разделить на 3 и умножить на 2.

Стоит отметить, что расчет считается приблизительным (может отличаться на 5-10%) Так как количество воды зависит от возраста, пола, физической активности, состояния здоровья.

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.

• Растворитель. Большинство химических реакций протекают только в водной среде.
• Транспортная функция. Переносит 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.

Польза 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. 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 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.

Сколько нужно пить воды в день

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

для женщины: 1,5 – 2 литра ежедневно;

для мужчины: 2,5 – 5 литров ежедневно.

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

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

Органы	Процент содержания
Мозг	90
Лёгкие	86
Печень	86
Кровь	83
Яйцеклетки	90
Кости	72
Кожа	72
Сердце	75
Желудок	75
Селезёнка	77
Почки	83
Мышцы	75

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. Рассмотрим основные симптомы проявления нехватки воды в организме человека.

1. Жажда – первый сигнал нехватки жидкости в организме.
2. У человека возникают твердые каловые массы и запоры.
3. Появляется усталость и слабость.
4. Возникают головные боли и головокружения.
5. Кожа становится сухой.
6. 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.

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 воздействию человека;
• по индивидуальным параметрам.

Рассмотрим некоторые виды на рисунке.

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

В воде, которая течет из кранов современных городских квартир, могут содержаться вредные примеси. 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 рекомендуется 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.

25 интересных фактов

Ученые постоянно исследуют оксид водорода, 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 жизнедеятельность. Другие вещества увеличивают 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 зависят от температуры не одинаково.
6. Жидкая вода регулирует температуру Земли, водяной пар — влажность воздуха.
7. Снег способен отражать лучи света на 75%, а вода только на 5%, 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 факт легко проверить самостоятельно.
10. Лёд встречается 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.
16. Учёные считают, что мировой океан изучен только на 2-7%.
17. На 1 кг тела коровы приходится 600 грамм жидкости.
18. В теле рыбы 70-80 процентов.
19. В медузе больше 95 процентов.
20. Растения на 50-90 процентов состоят из жидкости.
21. Вода участвует в фотосинтезе растений.
22. Бегемот употребляет около 250 литров воды в сутки.
23. Древесное растение Эвкалипт в сутки поглощает из почвы и испаряет 320 л влаги.
24. Верблюд способен выпить больше 100 литров воды менее, чем за 15 минут.
25. Скалистая белка может жить без воды до 100 дней.

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.

Источник