Физико-химические свойства воды

    Природную воду можно классифицировать по следующим признакам: температуре, химическому составу растворенных компонентов, местонахождению, целевому использованию, происхождению, динамике циркуляции, фазовому состоянию, нахождению в той или иной геосфере и по многим другим свойствам и признакам [11].

Вода обладает исключительно высокой теплоемкостью по сравнению с другими жидкими и твердыми телами. Другая аномалия воды - это необычайно высокие скрытая теплота испарения и скрытая теплота плавления, т. е. то количество тепла, которое необходимо, чтобы превратить жидкость в пар и лед в жидкость (иными словами, количество поглощаемой или высвобождаемой теплоты).

Такой же скачок мы наблюдаем при переходе воды в пар. Без повышения температуры кипящей воды, которая неизменно (при давлении 1 атм.) будет равна 100° С, сама вода должна поглотить из окружающей среды почти в 7 раз больше тепла, чем при таянии льда.

Еще одно свойство воды - это изменение ее плотности в зависимости от изменения температуры. На интервале от +4° С и выше вода увеличивает свой объем и уменьшает плотность, как и другие вещества, но, начиная с +4° С и ниже, вплоть до точки замерзания воды, плотность ее вновь начинает падать, а объем расширяться, и в момент замерзания происходит скачок, объем воды расширяется на 1/11 от объема жидкой воды.

    Из обыкновенной воды можно получить аномальную воду при конденсации паров только на кварце. Чистая аномальная вода представляет собой аморфно-стекловидную некристаллизующуюся массу с консистенцией вазелина. Эта модифицированная вода имеет высокую устойчивость и вне капилляров ведет себя так же, как и в них. Она не замерзает, оставаясь жидкой даже при - 50° С. Новый вид воды не смешивается с обычной, а образует с ней эмульсию. Модифицированная вода не кристаллизуется, она, подобно стеклу, представляет собой аморфную массу.

Ф. А. Летниковым и Т. В. Кащевой [11] была открыта у воды "память", или, "закалка". Бралась очень тщательно очищенная перегонками вода и подвергалась нагреванию до 200, 300, 400 и 500° С при давлении 1, 88, 390 и 800 атм. Температура и давление изменяют свойства воды, это было известно давно. Однако некоторые новые свойства сохраняются у воды и после снятия высоких температур и давлений. Например, у воды в 4 раза повышалась способность к растворению некоторых солей. 

Влияние растворимых примесей

Вода всегда содержит примеси. Даже предельно чистая вода, тщательно сохраняемая, быстро их приобретает, растворяя, казалось бы, нерастворимые стенки сосудов. Загрязнена и дистиллированная вода, не говоря уже о природной или технической.

Примеси, находящиеся в воде, сильно и разнообразно влияют на ее структуру и следовательно физико-химические свойства. Примеси в воде делятся на две большие группы: электролиты, присутствующие в воде в виде ионов, и неэлектролиты, находящиеся в ней в молекулярной форме.

Влияние ионов на структуру воды связано с их гидратацией. Различают ближнюю гидратацию (воздействие иона с ближними к нему молекулами воды) и дальнюю гидратацию, поляризацию более отдаленных молекул воды. Основной вклад в теорию гидратации ионов сделан О. Я. Самойловым, развившим молекулярно кинетическое представление о гидратации ионов [12]. Характеристикой ближней гидратации является отношение времени пребывания молекулы воды в ближайшем окружении ко времени нахождения ее в положении равновесии с другими молекулами в невозмущенной структуре воды. На основании данных о растворимости солей и теплотax гидратации ионов установлено, что на связь одной молекулы с катионом в зависимости от его заряда (+ 1, +2 или +3) приходится соответственно 42, 126 пли 420 кДж/моль (10, 30 или 100 ккал/моль). В последнем случае гидратированный катион похож на химическое соединение. Вблизи одновалентных ионов время оседлого пребывания молекул воды имеет порядок 10^-8 сек [12].

По изменениям энтропии гидратации установлено, что при появлении иона в воде энтропия системы не уменьшается, а наоборот увеличивается вследствие искажения структуры воды (поскольку гидратированный ион не вписывается в структуру воды - сетку водородных связей).

О. Я. Самойловым введены также понятия положительной и отрицательной гидратации [12]. В первом случае ослабляется трансляционное движение молекул воды вблизи иона, они становятся менее подвижными, чем в чистой воде. При отрицательной гидратации, наоборот, возрастает подвижность молекул воды вблизи иона. Это происходит в присутствии ионов большого размера с малыми зарядами (К+, Cs+ -и др.). Различный характер гидратации ионов четко отмечается методами ядерного магнитного резонанса, инфракрасной спектроскопии и др.

Характер гидратации ионов влияет на основные свойства водных растворов - их сжимаемость и плотность, коэффициент диффузии растворенных веществ, давление пара, электропроводность, температуры кипения и замерзания, растворяющую способность, ИК- спектры и химические сдвиги. В исследованиях процессов, связанных с магнитной обработкой, рассматривают ее влияние на скорость ультразвука и ширину линий протонномагнитного резонанса. Степень гидратации ионов является одним из основных факторов, определяющих их подвижность и химическую активность. Поэтому важно установить, влияет ли магнитная обработка водных растворов на гидратацию ионов, поскольку с этим может быть связан механизм ее действия [12].