«Отчего зимою день короткий, а ночь длинная, а летом наоборот? День зимою оттого короткий, что подобно всем прочим предметам видимым и невидимым от холода сжимается и оттого, что солнце рано заходит, а ночь от возжения светильников и фонарей расширяется, ибо согревается». Так писал в 1880 г. А. П. Чехов, высмеивая догматическую логику обывателя. Тот когда-то твердо выучил, что тела при охлаждении сокращают свои размеры, а при нагревании — увеличивают. Такое явление называется нормальным тепловым расширением. Но есть ряд веществ, у которых все наоборот, и принято говорить, что таким веществам присуще аномальное тепловое расширение (этого чеховский персонаж и не подозревает).
Первой в этом ряду стоит вода: при охлаждении ниже +4 °С вода расширяется. Вода также расширяется при затвердевании, и лед легче воды. Зимой в водоемах, прудах, озерах, реках под слоем льда сохраняется вплоть до очень больших морозов незатвер — девшая вода с температурой +4 °С, и в этой воде зимуют рыбы. Если бы у воды не было такой аномалии, водоемы вымерзли бы до дна, и вся рыба погибла.
Вода обладает многими другими аномалиями. Так, вязкость воды уменьшается с ростом давления (у всех других жидкостей вязкость возрастает). Скорость звука в воде возрастает с ростом температуры (у всех других жидкостей она уменьшается). Теплота испарения, теплопроводность и диэлектрическая проницаемость воды больше, чем у всех других жидкостей. По поверхностному натяжению вода занимает второе место после ртути, по теплоте плавления — второе место после аммиака. Теплоемкость воды втрое больше, чем у других распространенных веществ. При повышении температуры от 0 до 70—75 °С сжимаемость воды уменьшается (см. ниже рис. 3), тогда как у всех других жидкостей сжимаемость возрастает. По этому показателю вода станбвится похожей на обычные жидкости лишь вблизи температуры кипения.
По периодической таблице Д. И. Менделеева можно предсказать все свойства любого вещества. Но вода и тут является исключением. Она кипит на 180° выше, чем следовало бы ожидать, и затвердевает на 100° выше, чем бы ей «полагалось».
Вода обладает свойствами катализатора. Без следов воды некоторые химические реакции протекали бы по-иному. Так, будучи обезвожена, серная кислота не реагирует со щелочными металлами, а те — с хлором, СО не горит в кислороде, а гремучий газ — не взрывает.
Без следов воды многие вещества изменяют свои основные физические параметры, например температуру кипения. Обезвоженный бензол кипит на 25° выше обычной для себя температуры, этиловый спирт — на 60°, ртуть — на 100 °С.
Перечисленные аномалии требуют объяснения с каких-то единых позиций, но этого еще никому не удалось сделать.
Еще более загадочны биологические свойства воды: ведь именно вода обусловливает существование жизни. Без пищи человек может прожить два месяца, без воды не проживет и пяти дней. Но вода — этот источник жизни — может оказаться и носителем смертельной опасности. В непроточной, грязной воде интенсивно размножаются микроорганизмы, причем отнюдь не только полезные. В прошлом из-за такой воды возникали эпидемии холеры, брюшного тифа и т. п. Ведь еще в начале нынешнего века в столице Российской империи Петербурге более половины воды для бытовых нужд города брали прямо из Невы без какой — либо очистки. Воду из Волги также без очистки употребляли в Самаре, Твери, Ярославле и других городах
В наше время, когда в реки — большие и малые — сбрасываются сточные воды бесчисленных промышленных предприятий, пить воду непосредственно из рек нельзя. Системы очистки сточных вод, действующие практически на всех заводах и фабриках, иногда выходят из строя, случаются «выбросы» вредных веществ, приводящие, например, к гибели рыб или к чрезмерному росту водорослей. В городах существуют водоочистительные станции. После сложной физико-химико-биологической очистки в этих системах речная вода вполне может быть использована в бытовых целях. Правда, бывают случаи, когда водоочистительные станции не в состоянии обеспечить полную безвредность питьевой воды.
