О воде и других электролитах

(часть 1)

Главное в аквариуме — это вода. Вода выполняет множество функций. Это среда обитания водных животных, растений, микроорганизмов; растворитель и источник питательных веществ для них. Вода участвует в обмене веществ, происходящем в живых организмах и во многих других процессах.

Вода — одно из наиболее распространенных веществ на Земле. Все водные ресурсы нашей Планеты образуют так называемую гидросферу, в состав которой входят океаны, моря, реки, озера, болота, ледники, снега, подземные воды. На долю гидросферы приходится более 75% площади поверхности Земли (заметим, что пресноводные реки и озера занимают приблизительно 1,7%). По оценкам специалистов масса всей воды на Земле составляет 1,5- 10¹⁹ тонн. Если всю эту воду равномерно распределить по поверхности нашей планеты, то образуется океан глубиной 3 км.

Вода — вещество, обладающее очень интересными свойствами и имеющее достаточно сложную структуру. Некоторые свойства воды настолько необычны, что в литературе обычно говорится об аномалиях этого вещества, обусловленных его строением.

Вода может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом (лед), жидком и газообразном (водяной пар). Вода замерзает, превращаясь в лед, при температуре 0°C. При температуре 100°C и нормальном давлении (1 атм.) вода кипит и переходит в пар. С этими крайними пределами состояния воды аквариумисты не встречаются. Обычно температура воды в домашнем водоеме +20° — + 28°С. При содержании холодноводных рыб температуру можно опускать до +8° -  + 16°C, а при разведении или лечении рыб — поднимать до + 30° — + 35°С.

Рыбы не любят резких колебаний температуры воды: если их переводят из одного температурного режима в другой, то желательно, чтобы повышение температуры было не более, чем на 2°C в сутки, а понижение — на 1^оС.

Важное физическое свойство любого вещества — это его плотность. Обычно эту величину обозначают символом ρ, а единицами измерения являются кг/л (кг/дм³), г/мл (г/см³), г/л. Плотность воды зависит от ее температуры. Так, при 0°C она равна 0,99984 г/мл, при 20°C — 0,99820 г/мл, а при 100°C — 0,95835 г/мл. При температурах, близких к аквариумным условиям, в различных расчетах обычно округляют значение плотности воды до 1 г/мл.

Химическое строение воды достаточно простое: молекула состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, ее химическую формулу обычно записывают так: H₂O. Однако, вода имеет целый ряд особенностей, аномалий физических свойств, которые делают это простое вещество очень сложным.

Одна из важнейших особенностей воды (и в то же время,— одна из ее аномалий) заключается в том, что

вода при обычных условиях Земли является жидкостью. Многие близкие по химическому строению вещества (например, сероводород H₂S) при этих условиях являются газами. Объяснить это свойство воды можно, если учесть строение ее частиц, показанное на рис. 1. Во-первых, молекула H₂O имеет угловое строение. Во-вторых, молекула воды полярна, т. е. имеющиеся в ней заряженные частицы (электроны) распределены неравномерно; вблизи атома кислорода преобладает отрицательный заряд (избыток электронов), а вблизи атомов водорода — положительный заряд (недостаток электронов). На рис. 1 полярный характер молекулы воды показан знаками «+» и «—». Разноименно заряженные части различных молекул воды притягиваются, возникают так называемые водородные связи, что показано на рис. 2 (водородные связи обозначены пунктиром). В результате такого взаимодействия образуются ассоциаты из молекул воды, формулу которых можно представить в виде (H₂O)_n, где п равно 1, 2, 3... При температуре 0°C значение n обычно равно 3, а при 4°C — 2. Ассоциаты полностью распадаются, лишь, когда вода переходит в пар. Прочные связи между молекулами обусловливают пребывание воды в жидком состоянии при обычных условиях, а также некоторые другие свойства этого вещества.

Рис.1. Строение молекулы воды