Общеизвестно, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Однако атомы, составляющие ее, расположены весьма своеобразно. Оба атома водорода, окружающие атом кислорода, находятся под углом 105° относительно друг друга. Это делает молекулу воды биполярной. Так происходит потому, что электроны атомов водорода, взаимодействующие с атомом кислорода, придают той стороне молекулы воды, на которой находятся водородные атомы, положительный заряд, тогда как та сторона, на которой лежит атом кислорода, заряжается отрицательно.
Вследствие биполярности молекулы воды объединяются в крупные группы — противоположные заряды разных сторон молекул создают взаимное притяжение. Между соседними молекулами воды возникает сильная связь, называемая водородной связью. Чтобы разорвать эту связь, необходима весьма большая энергия. Именно поэтому вода имеет большую теплоемкость.
Вследствие биполярности молекул вода имеет более высокую температуру кипения, чем можно было бы ожидать. Если бы не было водородной связи, температура кипения составляла бы —80° С. Тогда в обычных условиях вода не могла бы находиться в жидком состоянии. На самом же деле эта очень устойчивая жидкость принадлежит к числу немногих веществ на нашей планете, которые в самых обычных условиях могут находиться в твердом, жидком и газообразном состоянии. Так, в некоторых облаках возможны одновременно все три фазы воды.
Вода также почти идеальный, один из самых универсальных растворителей. За достаточно продолжительное время в ней растворяется больше веществ, чем в каком бы то ни было другом растворителе. Сток воды по поверхности суши ежегодно выносит в моря до 50 миллионов тонн различных веществ.
Такая особенность воды, как расширение при замерзании, отличает ее от большинства других веществ, которые в этих условиях сжимаются. Вода же сжимается при понижении ее температуры тол'.ко до 4°С. При этой температуре молекулы воды «упакованы» плотнее, всего. При дальнейшем понижении температуры воды ее молекулы не могут более уплотняться, расстояние' между ними начинает увеличиваться и вода расширяется. Поэтому плотность льда меньше плотности воды: дистиллированной — приблизительно на 1/9, соленой морской — на 1/7. Более легкий лед плавает по поверхности воды. Можно себе представить, что случилось бы, если бы дело обстояло противоположным образом, т. е. если бы вода в водоемах начинала замерзать от дна. С наступлением зимы озера и другие водоемы постепенно полностью переходили бы в твердое состояние и все живое в них — по крайней мере большинство организмов, живущих в воде,— погибало бы. Мы же знаем, что очень многие живые организмы могут жить под льдом и легко выживают до следующего летнего сезона. Если бы каждую зиму вся вода на Земле замерзала, то вряд ли на ней могла бы зародиться жизнь.
Морская вода значительно отличается от 1 химически чистой воды, что связано со свойствами множества растворенных в ней примесей. Известно не менее 49 химических элементов, содержащихся в морской воде. Приблизительно 35% общего веса морской воды приходится на различные растворенные в ней минералы. Масса веществ, растворенных в морской воде, называется ее соленостью ( в действительности соленость несколько, меньше количества растворенных минералов, однако различие между ними столь мало, что нет надобности здесь на этом останавливаться).
Соленость воды зависит от географических условий, но можно все же сказать, что в среднем она составляет примерно 35 частей растворенного вещества на каждые 1000 частей чистой воды. Этот результат записывается в таком виде: 350/00. Самые распространенные вещества, содержащиеся в морской воде в ионизированном состоянии,— хлориды натрия (NaCl) и калия (КСl), а также сульфат магния (MgS04).
Под влиянием ряда факторов соленость морской воды различна на разных широтах. Например, в тех районах, где впадающие в океан реки приносят сравнительно чистую воду, в частности, в полярных областях, где к тому же и скорость испарения невелика, морская вода быстро разбавляется и соленость ее может снижаться до 33 промилей. В тропических же широтах, где рек меньше, а испарение велико, соленость возрастает до промилей.
Температура поверхности моря на земном шаре колеблется в пределах от —1,6 до 30°С. Значение —1,6°С может на первый взгляд показаться странным, но оно вполне реально и объясняется тем, что растворенные минералы понижают температуру замерзания морской воды. Морская вода не замерзает, пока ее температура не достигнет приблизительно —2°С.
Плотность морской воды также отличается от плотности дистиллированной воды. Масса морской воды в единице объема составляет примерно 1,2 г/куб см, тогда как у дистиллированной воды она равна 1 г/куб см. Плотность морской воды непосредственно зависит от ее солености и косвенно — от ее температуры.
Интенсивное испарение и увеличивающаяся при этом соленость повышают плотность воды сильнее, чем это делает понижение ее температуры. Различие плотности соседних водных масс—одна из главных причин возникновения морских течений. Более плотная, а особенно еще и более холодная вода стремится опускаться на дно водоема.
Температура воды влияет также на ее способность поглощать некоторые газы атмосферы. При высокой температуре из воды выделяются такие газы, как кислород, и поэтому содержание кислорода в теплой воде уменьшается.
