If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Курс: Биологична библиотека > Раздел 36

Урок 1: Интензивен курс : Биология

Вода - страхотна течност

Ханк ни учи защо водата е едно от най-интересните и важни вещества във Вселената. Създадено от EcoGeek.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Все още няма публикации.
Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.

Видео транскрипция

Здрасти. Тук в щаба на Интензивния курс обичаме да започваме всеки ден със здравословна доза вода във всичките ѝ три форми. Това е единственото вещество на нашата планета Земя, което съществува естествено в твърда, течна и газообразна форма. За да отпразнуваме магическата връзка между двата водородни и един кислороден атом, ще отпразнуваме удивителните животоподдържащи свойства на водата, но ще го направим малко по-облечени. А, така е по-добре! Предния път завършихме видеото от Интензивния курс по биология, говорейки за живот и за важния факт, че животът, който познаваме, е зависим от присъствието на водата наоколо. Учените и астрономите винаги се оглеждат във вселената, за да разберат дали има живот някъде другаде, защото това е един от най-важните въпроси, които имаме сега. Те са винаги ентусиазирани, когато открият вода някъде, особено течна вода. Това е една от причините аз и много други хора да бяхме така въодушевени, когато миналия декември седемгодишният марсоход Опортюнити откри 20-инчова гипсова вена на повърхността на Марс, почти сигурно отложила се за дълъг период от време от вода в течно състояние. Това вероятно е било преди милиарди години. Така че ще е трудно да се каже дали водата там е захранила някаква форма на живот. Може би можем да го разберем някой ден и това би било много вълнуващо. Защо ли? Защо мислим, че водата е необходима за живот? Защо вода на други планети ни прави толкова ентусиазирани? Нека започнем с проучване на някои от невероятните свойства на водата. За тази цел ще трябва да започнем с това. Най-популярната молекула на света или поне най-запомнената молекула. Всички я знаем. Добрата стара H20. Два водорода, един кислород. Водородите поделят електрон с кислорода в т. нар. ковалентна връзка. Можеш да видиш, нарисувал съм водната молекула по определен начин. Това всъщност е начинът, по който тя съществува. Тя е с форма V. Защото този голям кислороден атом е малко по-алчен за електрони. Той има леко отрицателен заряд. Докато в тази област тук са водородните атоми, които имат леко положителен заряд. Благодарене на тази полярност всички молекули са привлечени една от друга – толкова, че те всъщност се залепват една за друга. Те се наричат водородни връзки. Говорихме за тях последния път. Но основното, което се случва е, че положителният полюс около водородните атоми се свързва с отрицателния полюс около кислородните атоми на различните водни молекули. Това е слаба връзка, но виж: те се свързват. Сериозно, не мога да преувелича важността на тази водородна връзка. Когато учителят ти те попита: "Какво е важно за водата?", започни с водородните връзки и го напиши с главни букви и може би добави малко блестящи неща. Едно от яките свойства, които произлизат от тези водородни връзки, е високата кохезия на водата. Което води до високо напрежение на повърхността. Кохезията е привличането между две подобни неща като привличането между една молекула вода и друга молекула вода. Водата има най-високата кохезия от неметалните течности. Можеш да видиш това, ако сложиш малко вода върху восъчна хартия или тефлон, или нещо, което кара водата да стои на капки. Някои листа на растения правят същото доста добре. Супер готино е. Понеже водата се задържа слабо за восъчната хартия или растението, но силно към себе си, водните молекули държат тези капки в конфигурация, която заема най-малко пространство. Това е високо повърхностно напрежение, което позволява на някои насекоми и даже един гущер и също един Иисус да могат да ходят по вода. Кохезивната сила на водата има своите предели, разбира се. Има други вещества, към които водата доста обича да се залепя. Например стъклото. Това се нарича адхезия. Водата се разлива тук, вместо да се събира на капки, защото адхезивните сили между водата и стъклото са по-силни от кохезивните сили на индивидуалните водни молекули във водната капка. Адхезията е привличане между различни вещества, в този случай водните молекули и молекулите на стъклото. Тези свойства водят до едно от моите любими неща за водата: това, че може да противостои на гравитацията. Това яко нещо, което току-що се случи, се нарича капилярно действие. Това може да се обясни лесно с това, което знаем за кохезията и адхезията. Благодарение на адхезията водните молекули са привлечени от молекулите в стените на сламката. Докато водните молекули се прикрепят към сламката, други молекули са привлечени от кохезията, следвайки тези другарски водни молекули. Благодаря ти, кохезия. Повърхностното напрежение кара водата да се катери по сламката. Тя ще продължи да се катери, докато накрая гравитацията, теглеща надолу тежестта на водата в сламката надделее над повърхностното напрежение. Понеже водата е полярна молекула, тя също е добра в разтварянето. Наричаме я добър разтворител. Задраскай това. Водата не е добър разтворител. Тя е изумителен разтворител. Има повече вещества, които могат да бъдат разтворени във вода, отколкото в която и да е друга течност. Да, това включва и най-силната киселина, която сме създали. Тези вещества, които се разтварят във вода (захар и сол са част от тези, които са ти познати), се наричат хидрофилни. Те са хидрофилни, защото са полярни. Тяхната полярност е по-силна от кохезивните сили на водата. Когато сложиш едно от тези полярни вещества във вода, то е достатъчно силно да скъса всички кохезивни сили, всички тези малки водородни връзки. Вместо водородите да се долепят един за друг, водните молекули ще се свържат с тези полярни вещества. Трапезната сол е йонна и в този момент полюсите на водните молекули взаимодействат с нея и я разделят на йони. Какво се случва, когато има молекула, която не може да пребори кохезивните връзки на водата? Не може да навлезе навътре. Какво е основното, което се случва, когато това вещество не може да преодолее кохезивните сили на водата, не може да влезе във водата? Това е, когато имаме т.нар. хидрофобно вещество или нещо, което се страхува от водата. На тези молекули няма заредени полюси. Те са неполярни и не се разтварят във вода, защото са отблъснати от водата от водните кохезивни сили. Можем да наречем водата универсален разтворител, но това не означава, че тя разтваря всичко. Имало е доста ексцентрични учени, но всички тези приказки за водата ме накараха да си помисля за може би най-ексцентричния от тях – мъж с името Хенри Кавендиш. Той комуникирал с прислужниците си само с бележки и добавил стълбище на гърба на къщата си, за да избегне контакт с иконома. Някои вярват, че той може да е страдал от форма на аутизъм, но всеки би признал, че е бил научен гений. Той е запомнен като първия човек, разпознал водородният газ като отделно вещество и определил състава на водата. През 18-ти век повечето хора мислели, че водата е елемент, но Кавендиш наблюдавал как водородът, който той нарекъл запалим въздух, реагира с кислород, за да се получи вода. По това време кислородът е носел страшното име дефлогистиран въздух. Кавендиш не е разбирал точно какво е открил, отчасти защото не е вярвал в химическите съединения. Обяснил е експериментите си с водорода от гледище на подобен на огън елемент, наречен флогистон. Независимо от това, неговите опити са новаторски. Като това да определи специфичната гравитация – сравнителната плътност на водорода и други газове по отношение на въздуха. Особено впечатляващо е, като вземеш предвид, грубите инструменти, с които е работил. Това например е използвал за направата на водородния газ. Установил е не само точния състав на атмосферата, но също е открил плътността на Земята. Не е зле за човек, който е бил толкова болезнено срамежлив, че единственият негов портрет е скица без негово знание. За всички тези десетилетия на експерименти Кавендиш успява да публикува 20 доклада. През годините след смъртта му изследователите разбират, че всъщност е открил предварително законите на Рихтер, на Ом, на Кулон и няколко други. Това са много закони. Ако беше получил признание за всички, щяхме да си имаме работа с 8-и закон на Кавендиш, 4-ти закон на Кавендиш. Затова аз поне съм доволен, че не е получил признание. Сега ще направим нещо невероятно. Няма да повярваш какво ще стане. Добре, готови! То плава. Да, знам, че това не те изненадва, но би трябвало, защото всичко друго, когато е твърдо, е много по-плътно, отколкото, когато е течно. Точно както газовете имат по-малка плътност от течностите. Тази проста характеристика на водата – това че твърдата ѝ форма плава, е една от причините животът на нашата планета да е възможен. Защо водата в твърдо състояние е с по-малка плътност от тази в течно, докато всичко друго е наобратно? Ами можеш да благодариш на водородните връзки още веднъж. При около 32 градуса по Фаренхайт или 0 градуса по Целзий, ако си учен или си от тази част на света, където нещата са логични, водните молекули започват да се втвърдяват и водородните връзки в тези водни молекули формират кристални структури, които разпределят молекулите на по-еднакво разстояние. Което прави замръзналата вода с по-малка плътност от нейната течна форма. И в повечето случаи плаващ лед е много добро нещо. Ако ледът е по-плътен от водата, ще замръзне и потъне, после ще замръзне и потъне, и замръзне и потъне. Така че повярвай ми, не искаш да живееш в свят, където ледът потъва. Не само че ще доведе до хаос във водните екосистеми, които са мястото, където животът се е зародил. Също така Северният полюс би потънал и тогава всичката вода по Земята ще се надигне и няма да имаме никаква суша. Това би било досадно. Има едно невероятно свойство на водата, което забравям. Защо е толкова топло тук? Топлинен капацитет! Да, водата има много висок топлинен капацитет и вероятно това не ти говори нищо. В общи линии означава, че водата е много добра в задържането на топлина. Затова обичаме да слагаме бутилки с гореща вода в леглото и да се гушкаме в тях, когато сме самотни. Освен изкуственото загряване на леглото ти, е много важно, че е трудно да се загреят или изстудят драстично океаните. Те са като големи топлоотвеждащи "вентилатори", които регулират температурата и климата на нашата планета. Заради това е много по-приятно например в Лос Анджелис, където океанът запазва постоянна температура, отколкото, да речем, в Небраска. В по-малък мащаб можем да видим високия топлинен капацитет на водата много лесно, като сложим чайник без вода на печката и видим колко зле ще завърши. Но когато сложиш малко вода в него отнема цяла вечност да заври! Ако не си забелязал/а все още, когато водата се изпарява от кожата ти, това те охлажда. Това е принципът зад изпотяването, което е изключително ефективно, макар и понякога нещо засрамващо в живота ни. Това е пример за друго невероятно яко нещо за водата. Когато тялото ми се загрее и се поти, топлината възбужда някои от водните молекули върху кожата ми до степен, при която те късат тези водородни връзки и се изпаряват. Докато те бягат, поемат тази топлинна енергия и ме охлаждат. Супер. Това изобщо не беше физическо усилие. Не знам защо се потя толкова. Може би е от пръскалката, с която продължавам да се пръскам. Или просто защото това да се опитвам да науча хората на някакви неща е толкова стресиращо начинание.