Уникальные свойства воды, очень важные для живых организмов, проявляются в своеобразном, почти исключительном поведении воды вблизи точки замерзания

Уникальные свойства воды, очень важные для живых организмов, проявляются в своеобразном, почти исключительном поведении воды вблизи точки замерзания.

1. Максимальная плотность при to = + 4oC.
Общеизвестно, что с понижением температуры плотность большинства веществ возрастает, а объем, занимаемый единицей массы, соответственно уменьшается. Та же закономерность присуща и воде, если ее постепенно охлаждать... но до температуры  (точнее, + 3,98oC). Дальнейшее охлаждение в интервале + 4o... 0оC  вызывает ее расширение.

В результате в водоемах зимой более охлажденная вода, как менее плотная, поднимается вверх, а в придонном слое сохраняется температура + 4oC. Это обеспечивает возможность нормального перенесения холодного сезона для водных организмов, в первую очередь - пойкилотермных животных.

2. Лед имеет меньшую плотность, чем вода.
Большинство веществ в твердом состоянии имеют большую плотность, чем в жидком, а следовательно, тонут, как, например, твердый бензол в жидком. Вода же, замерзая, расширяется (как висмут и серебро, еще два исключения). (Рассмотрите это на графике выше.) Причина такой аномалии в том, что в кристаллической структуре льда молекулы как бы "держат" друг друга на расстоянии вытянутой руки. Объемная модель справа наглядно демонстрирует основной структурный элемент кристаллической решетки льда. В жидком же состоянии молекулы воды скорее напоминают пассажиров городского транспорта в "час пик".

Сравните структуру льда (слева) и воды (справа). Обратите внимание на различие в плотности (количестве молекул в единице объема) и шестилучевую симметрию, присущую кристаллу льда. Есть ли какая-то упорядоченность, закономерность в расположении молекул воды в жидком состоянии?

Внимательное знакомство с молекулярной структурой кристалла льда позволяет ответить и на интересовавший с детства вопрос: почему снежинки шестилучевые?
Значение для водных организмов меньшей плотности льда очевидно: если бы лед был тяжелее воды, он опускался бы на дно, и водоем промерзал бы полностью. Т. к. лед плавает на поверхности (а охлажденная вода с to = + 4o ... 0оC также не опускается вниз из-за меньшей плотности) в воде сохраняются благоприятные (или хотя бы терпимые) условия для живых организмов.