1.4. Особые свойства воды
Известно, что в понятие «вода» следует включать вещества, состоящие не только из молекул Н2О16. Различные комбинации изотопов водорода и кислорода обусловливают существование 36 разновидностей воды. В природной воде 99,7 % молекул Н2О16, на долю остальных разновидностей молекул воды приходится лишь 0,3 %. Это не означает, что влияние других разновидностей молекул на свойства воды пропорционально их доле в общем объеме воды.
Вода - аномальное вещество. Прежде всего, при различных температурах и давлениях вода может находиться в одном из трех агрегатных состояний: твердом (лед), жидком и газообразном (пар).
При уменьшении температуры от 4 до 0 °С объем воды не уменьшается (как у всех других веществ, кроме висмута), а увеличивается. Плотность воды, имеющая максимальное значение при 4 °С, при этом уменьшается. При замерзании объем воды увеличивается примерно на 10 %. Температура замерзания воды с увеличением давления (до 19,6 МПа) понижается, а затем повышается.
Известно, что конвекция в водоемах (с пресной водой) прекращается при 4 °С. При этой температуре в нижних слоях находится вода с большей плотностью, чем в верхних слоях.
Морская вода замерзает при температуре минус 1,9 °С. Вода в капиллярах в почве иногда может замерзать и при температуре +4,4 °С.
Вода обладает чрезвычайно большой теплоемкостью, например в 10 раз большей, чем железо, в 33 раза большей, чем ртуть, в 3,3 раза большей, чем спирт и глицерин, и т. д. При этом обычно теплоемкость других жидкостей с увеличением температуры увеличивается. Вода характеризуется минимальным значением теплоемкости при 35 °С, а с ростом температуры теплоемкость вновь растет. Появление этого минимума объясняется разрушением ассоциаций (групп) молекул воды примерно при этой температуре.
Вода обладает очень высокой теплотой испарения и скрытой теплотой плавления. Например, теплота испарения воды в 8 раз, а скрытая теплота плавления в 27 раз больше, чем спирта. При атмосферном давлении для перехода воды в пар из окружающей среды требуется в 6,75 раза больше теплоты, чем при плавлении льда при том же давлении.
При конденсации влаги (образовании тумана) выделяется значительное количество теплоты. Это используется в установках, создающих искусственный туман; такие установки помимо орошения могут использоваться для предохранения растений от заморозков.
Электропроводность сухого льда и снега гораздо меньше электропроводности воды, причем электропроводность воды сильно зависит от наличия примесей, а на электропроводность льда они влияют очень мало. Электропроводность воды, естественно, зависит от количества растворенных в ней солей. Поэтому электропроводность морской воды на 2-3 порядка больше, чем электропроводность пресной речной воды, а по сравнению с химически чистой водой при 18 С - примерно в 12000 раз.
Вода является сильным растворителем. Эта способность воды характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью, которая довольно высока и при 0°С равна около 87, а с ростом температуры уменьшается до 55,7 при 100 °С Таким образом, по сравнению с воздухом и водяным паром, диэлектрическая проницаемость которых равна 1, эта характеристика воды гораздо больше (для льда она равна 3,2),
В связи с наличием в воде растворенного воздуха, богатого кислородом, и ряда агрессивных компонентов вода воздействует на материалы, из которых возведены сооружения. При этом может происходить коррозия. Растворенные в воде соли и взвешенные в ней твердые частицы могут привести к «зарастанию» стенок, например трубопровода, вследствие чего пропускная способность таких труб может существенно уменьшиться.
Влияние магнитного поля на свойства воды. Магнитная обработка воды применяется для борьбы с накипеобразованием и для предотвращения коррозии в котлах и опреснительных установках, а также для ускорения осаждения взвесей при очистке води. В результате проведенных опытов получены данные об увеличении скорости фильтрации воды, прошедшей обработку в магнитном поле, об ускорении сроков схватывания бетонов, в состав которых входит такая вода. Однако механизм влияния магнитного поля на свойства воды пока изучен недостаточно.