Глазами Монжа-Бертолле

Замерзание воды — это изменение ажурной сетки из водородных мостиков. Рыхлая структура становится механически более прочной. Но молекулы в ней упакованы менее плотно. Потому-то айсберги и плавают по морям. Нагревание «встряхивает» жесткую структуру льда. В пустоты между узлами кристаллической решетки льда попадает все больше молекул воды. «Кружево» становится мягче, зато плотнее, а «дырки» в нем — меньше. Когда же вода испаряется, «кружево» расползается.

Образованию водородного мостика способствует опять-таки донорно-акцепторное взаимодействие. Обычно атом водорода предоставляет электронам второго «хозяина» свою свободную «жилплощадь».

Благодаря водородной связи многие молекулы соединяются в димеры и полимеры. Газообразный фтористый водород образует кольца, отдаленно напоминающие бензол (H₆F₆). Поперечные мостики между нейтральными молекулами могут появиться и в спиртах, и в органических кислотах, и в белках, жирах, углеводах. Стоит ли продолжать? И без того ясно: взаимоотношения между нейтральными молекулами зачастую сопряжены с чисто химическими связями.

Где-то тут, наверное, пройдет и тот заветный Рубикон, который отделяет живое от неживого.

Межмолекулярные взаимоотношения… Не здесь ли надо искать ключ к знаменитой загадке неаддитивности: почему свойства клетки — не просто сумма свойств составляющих ее молекул? Ведь клеточные структуры существуют не сами по себе. Их окружает водная среда. Они общаются и друг с другом.

Вы никогда не задумывались над вопросом: почему склеивание, паяние или сварка способны скрепить самые несхожие материалы? Почему капля, прежде чем сорваться с зонтика, некоторое время висит на краю вашей матерчатой крыши, а с перьев водоплавающей птицы стекает, как с гуся вода? Почему масляные краски не отваливаются от холста?

И здесь не обошлось без вмешательства межмолекулярных сил!

Прочность материалов обусловлена также сцеплением молекул. Треснула ли бетонная стена, разорвался ли капроновый чулок, лопнул ли мыльный пузырь — значит, не выдюжили силы межмолекулярного взаимодействия. Они огромны, эти силы. Нить из лавсана сечением в один квадратный миллиметр выдерживает человека. А стеклянное волокно позволяет доводить нагрузку до 300 килограммов на каждый квадратный миллиметр!

А внутримолекулярное взаимодействие? Сильнее оно или слабее? Ну, разумеется, сильнее: иначе мир был бы ввергнут в пучину хаоса. Представляете, что бы получилось, если бы мы поставили чайник на огонь, а у нас вместо струйки пара повалил кислород и водород? Отрывающиеся от поверхности молекулы воды раздирали бы на части друг друга, рвались бы химические связи. Нельзя было бы ни купаться, ни просто умываться без опасения, что вместе с капельками, приставшими к коже, мы стряхнем осколки органических молекул, из которых состоит наше тело.

Да, внутримолекулярные силы в десятки раз превышают межмолекулярные. Теплота, которая требуется для разделения всех молекул в наперстке воды, составляет около одной килокалории. А для разделения того же количества H₂O на атомы O и H надо не менее семи. Причем здесь не учтены тепловые затраты на нагревание до температуры разложения!

Каким же образом тепло разрушает валентные связи? И тепло ли?

Во время Международного геофизического года у нас вышел в свет сборник переводов «Планета Земля». Один из авторов — американский геофизик Дж. П. Койпер строил в своей статье догадки: что-то будет с нашей планетой через миллиарды лет?

Сейчас три четверти земной поверхности покрыты водой. Для космического наблюдателя то, что мы называем «планетой Земля», выглядит скорее как «планета Вода». Но у «планеты Вода» есть реальные шансы превратиться в настоящую, без всяких оговорок, «планету Земля»!

Представьте себе гигантские океанические бассейны, утратившие миллиарды тонн воды; небо без единого облачка над бесплодными континентами; иссякшие родники и высохшие русла рек, словно шрамы, пересекающие скорбный лик Земли; огромные облака всепроникающей пыли, окутывающей планету удушливым покрывалом; наконец, знойное днем и леденящее ночью дыхание ветра. Печальная обитель смерти и опустошения, мало похожая на нашу зеленую и нарядную планету…

Может ли так быть на самом деле? Судите сами.

Оказывается, причиной катастрофы может стать расщепление молекул воды. Да, именно такой процесс протекает в верхних слоях земной атмосферы.

Ультрафиолетовые лучи Солнца. Невесомые, незримые, электромагнитные волны! А действуют на молекулы, как удар молотка. И, словно искры от удара, по сторонам сыплются осколки. Идет фотолиз воды: H₂O = H + OH. Более тяжелый гидроксил остается в атмосфере. А водород ускользает в космос. Так печально кончают свое существование водяные пары, поднявшиеся в заоблачные выси из рек и морей. Земной океан мелеет.