ЗАГАДКИ ВОДЫ

Плотность жидкостей, как известно, уменьшается при нагревании; вязкость возрастает при увеличении внешнего давления. Однако вода ведет себя иначе. При нагревании от 0 до 4⁰С плотность водя возрастает; ее вязкость с повышением давления уменьшается.

Каждая молекула воды может присоединить к себе  только 4 соседних молекулы, центры которых в результате присоединения будут образовывать тетраэдр.

                Загадки воды разъяснились после того, как была исследована ее атомная структура. Оказалось, что молекулы воды взаимодействуют друг с другом направленным образом (подобно, например, взаимодействию атомов углерода с атомами водорода в молекуле метана). Каждая молекула воды может присоединить к себе только четыре соседние молекулы, центры которых в результате присоединения будут образовывать тетраэдр. 

Такое взаимное расположение молекул воды соответствует довольно рыхлой, ажурной молекулярной структуре, где каждая молекула имеет всего лишь четыре ближайших соседа. Для сравнения укажем, что при плотной упаковке шаров число ближайших соседей каждого шара равно двенадцати.

       Заметим, что в отличие от кристаллов молекулярную структуру воды следует понимать как существование ближнего порядка. Вблизи каждой молекулы пространственное расположение соседних молекул является упорядоченным; по мере удаления от выбранной молекулы этот порядок постепенно искажается.

       Ажурная молекулярная структура воды хорошо объясняет особенности ее физических свойств. Уплотнение воды при повышении температуры (в пределах от 0 до 4⁰С) связано с тем, что при нагревании все чаще происходят разрывы межмолекулярных связей, в результате чего взаимное расположение молекул все более начинает походить на плотную упаковку шаров. Уменьшение плотности воды при нагревании выше 4⁰С объясняется тем, что эффект ломки ажурной молекулярной структуры начинает подавляться эффектом теплового увеличения расстояний между атомами кислорода и водорода внутри молекул воды. Тем самым получает объяснение тот хорошо известный факт, что при 4⁰С вода имеет наибольшую плотность.

       Существование ажурной молекулярной структуры воды (при температурах, близких к 0⁰С) объясняет и другую особенность воды – уменьшение ее вязкости с увеличением внешнего давления. При повышении давления, как и при нагревании, происходят разрывы межмолекулярных связей, что и приводит к уменьшению вязкости.