Среди необычных свойств воды трудно обойти вниманием еще одно — ее исключительно высокое поверхностное натяжение 0,073 Н/м (при 20 С). Из всех жидкостей более высокое поверхностное натяжение имеет только ртуть.
Оно проявляется в том, что вода постоянно стремится стянуть, сократить свою поверхность, хотя она всегда принимает форму емкости, в которой находится в данный момент. Вода лишь кажется бесформенной, растекаясь по любой поверхности. Сила поверхностного натяжения заставляет молекулы ее наружного слоя сцепляться, создавая упругую внешнюю пленку. Свойства пленки также определяются замкнутыми и разомкнутыми водородными связями, ассоциатами различной структуры и разной степени упорядоченности.
Благодаря пленке некоторые предметы, будучи тяжелее воды, не погружаются в воду (например, осторожно положенная плашмя стальная иголка). Многие насекомые (водомерки, ногохвостки и др.) не только передвигаются по поверхности воды, но взлетают с нее и садятся, как на твердую опору. Более того, живые существа приспособились использовать даже внутреннюю сторону водной поверхности. Личинки комаров повисают на ней с помощью несмачиваемых щетинок, а маленькие улитки — прудовики и катушки — ползают по ней в поисках добычи.
Высокое поверхностное натяжение позволяет воде принимать шарообразную форму при свободном падении или в состоянии невесомости: такая геометрическая форма имеет минимальную для данного объема поверхность.
Струя химически чистой воды сечением 1 см2 по прочности на разрыв не уступает стали того же сечения. Водную струю как бы цементирует сила поверхностного натяжения. Поведение воды в капиллярах подчиняется и более сложным физическим закономерностям. Сент-Дьердьи отмечал, что в узких капиллярах возникают структурно упорядоченные слои воды вблизи твердой поверхности. Структурирование распространяется в глубь жидкой фазы на толщину слоя порядка десятков и сотен молекул (ранее предполагали, что упорядоченность ограничивается лишь мономолекулярным слоем воды, примыкающим к поверхности). Особенности структурирования воды в капиллярных системах позволяют с определенным основанием говорить о капиллярном состоянии воды. В природных условиях это состояние можно наблюдать у так называемой поровой воды. В виде тончайшей пленки она устилает поверхность полостей, пор, трещин пород и минералов земной коры. Развитые межмолекулярные контакты с поверхностью твердых тел, особенности структурной упорядоченности, вероятно, и являются причиной того, что поровая вода замерзает при более низкой температуре, чем обычная — свободная — вода. Исследования показали, что при замерзании связанной воды проявляются не только изменения ее свойств, — иными становятся и свойства тех горных пород, с которыми она непосредственно соприкасается.
Детальное изучение поровой воды поможет ответить на многие вопросы, имеющие важное практическое значение, позволит уточнить условия и закономерности формирования подземных вод в толще кристаллических массивов, прогнозировать набухание грунтов на дорожных магистралях, в шахтах, на мелиоративных объектах и т.д. Полученные в лабораториях результаты исследования поровой воды могут быть полезными и при постижении тайн атмосферы. Высоко над землей мельчайшие капельки воды способны, подобно тонким слоям капиллярных вод, переохлаждаться на десятки градусов, оставаясь в жидком состоянии.
Глава из книги "Вода знакомая и загадочная"
Авторы: Леонид Адольфович Кульский, Воля Васильевна Даль, Людмила Григорьевна Ленчина