A víz szokatlan anyag, amely részletes tanulmányozást érdemel. I. V. Petrjanov szovjet akadémikus könyvet írt erről a csodálatos anyagról, A világ legszokatlanabb anyaga címmel. Mely anomáliák a víz fizikai tulajdonságaiban különösen érdekesek? Együtt keressük a választ erre a kérdésre.
Érdekes tények
Ritkán gondolunk a „víz” szó jelentésére. Bolygónkon a teljes területének több mint 70%-át folyók és tavak, tengerek és óceánok, jéghegyek, gleccserek, mocsarak, hegycsúcsok hó, valamint örök fagy foglalja el. A hatalmas mennyiségű víz ellenére csak 1%-a iható.
Biológiai jelentősége
Az emberi test 70-80%-a víz. Ez az anyag biztosítja az összes létfontosságú folyamat áramlását, különösen ennek köszönhetően eltávolítják a toxinokat, helyreállítják a sejteket. A víz fő funkciója egy élő sejtbenszerkezeti és energetikai, mennyiségi tartalmának csökkenésével az emberi szervezetben „összezsugorodik”.
Nincs olyan rendszer egy élő szervezetben, amely H2O nélkül működhetne. A víz anomáliái ellenére ez egy szabvány a hőmennyiség, a tömeg, a hőmérséklet és a tengerszint feletti magasság meghatározására.
Alapfogalmak
H2O - hidrogén-oxid, amely 11,19 tömeg% hidrogént és 88,81 tömeg% oxigént tartalmaz. Színtelen folyadék, amelynek sem szaga, sem íze nincs. A víz az ipari folyamatok lényeges összetevője.
Ezt az anyagot először a 18. század végén állította elő G. Cavendish. A tudós elektromos ívvel robbantotta fel az oxigén és hidrogén keverékét. G. Galileo először 1612-ben elemezte a jég és a víz sűrűségének különbségét.
1830-ban P. Dulong és D. Arago francia tudósok megalkottak egy gőzgépet. Ez a felfedezés lehetővé tette a telítési gőznyomás és a hőmérséklet kapcsolatának tanulmányozását. 1910-ben P. Bridgman amerikai tudós és a német G. Tamman több polimorf módosulatot fedezett fel a nagy nyomású jégben.
1932-ben G. Urey és E. Washburn amerikai tudósok nehézvizet fedeztek fel. Ennek az anyagnak a fizikai tulajdonságaiban anomáliákat fedeztek fel a berendezések és a kutatási módszerek fejlesztése miatt.
Néhány ellentmondás a fizikai tulajdonságokban
A tiszta víz tiszta, színtelen folyadék. Sűrűsége folyadékká alakulva abbóla szilárd anyag növekszik, ez a víz tulajdonságainak anomáliáját jelzi. 0-ról 40 fokra való felmelegítése a sűrűség növekedéséhez vezet. A nagy hőkapacitást a víz anomáliájaként kell megjegyezni. A kristályosodási hőmérséklet 0 Celsius fok, a forráspont pedig 100 fok.
Ennek a szervetlen vegyületnek a molekulája szögletes szerkezetű. A magjai egy egyenlő szárú háromszöget alkotnak, amelynek alapja két proton, csúcsa pedig egy oxigénatom.
Sűrűségi anomáliák
A tudósoknak körülbelül negyven jellemzőt sikerült azonosítaniuk a H2O-ra. A víz anomáliái alapos mérlegelést és tanulmányozást érdemelnek. A tudósok megpróbálják megmagyarázni az egyes tényezők okait, tudományos magyarázatot adni rájuk.
A víz sűrűségének anomáliája abban rejlik, hogy ennek az anyagnak a maximális sűrűsége +3,98°C-nál kezdődik. Ezt követő hűtéssel, folyadékból szilárd halmazállapotba kerülve a sűrűség csökkenése figyelhető meg.
Más vegyületek esetében a folyadékok sűrűsége a hőmérséklet csökkenésével csökken, mivel a hőmérséklet emelkedése hozzájárul a molekulák kinetikus energiájának növekedéséhez (növekszik a mozgási sebességük), ami az anyag morzsolódásának növekedéséhez vezet.
A víz ilyen anomáliáit figyelembe véve meg kell jegyezni, hogy a hőmérséklet növekedésével a sebessége is nő, de a sűrűsége csak magasabb hőmérsékleten csökken.
A jég sűrűségének csökkentése után a víz felszínén lesz. Ez a jelenség azzal magyarázható, hogy a kristályban lévő molekulák szabályos szerkezetűek, aminek térbeli periodicitása van.
Ha a közönséges vegyületek molekulái szorosan kristályokba vannak csomagolva, akkor az anyag megolvadása után a szabályosság eltűnik. Hasonló jelenség csak akkor figyelhető meg, ha a molekulák jelentős távolságra helyezkednek el. A fémek olvasztása során a sűrűségcsökkenés elhanyagolható, 2-4%-ra becsülhető. A víz sűrűsége 10 százalékkal haladja meg a jégét. Tehát ez a víz anomáliájának megnyilvánulása. A kémia ezt a jelenséget dipólusszerkezettel, valamint kovalens poláris kötéssel magyarázza.
Tömörítési rendellenességek
Továbbra is beszéljünk a víz tulajdonságairól. Szokatlan hőmérsékleti viselkedés jellemzi. Összenyomhatósága, vagyis a térfogat csökkenése a nyomás növekedésével, jól példázható a víz fizikai tulajdonságaiban jelentkező anomáliára. Milyen konkrét jellemzőket kell itt megjegyezni? Más folyadékok sokkal könnyebben összenyomhatók nyomás alatt, és a víz csak magas hőmérsékleten vesz fel ilyen tulajdonságokat.
A hőkapacitás hőmérsékleti viselkedése
Ez az anomália az egyik legerősebb a víz esetében. A hőkapacitás azt mutatja meg, hogy mennyi hő szükséges a hőmérséklet 1 fokkal történő emeléséhez. Sok anyag esetében az olvadás után a folyadék hőkapacitása legfeljebb 10 százalékkal nő. A jég olvadása utáni víz esetében pedig ez a fizikai mennyiség megduplázódik. Egyik anyag semnem jegyeztek fel ilyen hőkapacitás-növekedést.
Jégben a fűtésre biztosított energiát leginkább a molekulák mozgási sebességének növelésére fordítják (kinetikus energia). Az olvadás utáni hőkapacitás jelentős növekedése azt jelzi, hogy a vízben más energiaigényes folyamatok is végbemennek, amelyek hőbevitelt igényelnek. Ezek az okai a megnövekedett hőkapacitásnak. Ez a jelenség a teljes hőmérséklet-tartományra jellemző, amelyben a víz folyékony halmazállapotú.
Amint gőzzé válik, az anomália eltűnik. Jelenleg sok tudós foglalkozik a túlhűtött víz tulajdonságainak elemzésével. Abban rejlik, hogy a 0°C-os kristályosodási pont alatt folyékony marad.
Teljesen lehetséges a víz túlhűtése vékony kapillárisokban, valamint nem poláris közegben, apró cseppek formájában. Felmerül a természetes kérdés, hogy ilyen helyzetben mi figyelhető meg a sűrűségi anomáliával. A víz túlhűtésével a víz sűrűsége jelentősen csökken, a hőmérséklet csökkenésével pedig a jég sűrűségéhez igazodik.
A megjelenés okai
Amikor azt kérdezik: "Nevezd meg a vízügyi anomáliákat és írd le okaikat", akkor ezeket a szerkezet átalakításával kell összefüggésbe hozni. A részecskék elrendezését bármely anyag szerkezetében a részecskék (atomok, ionok, molekulák) kölcsönös elrendezésének jellemzői határozzák meg. A vízmolekulák között hidrogén erők hatnak, amelyek eltávolítják ezt a folyadékot a forráspont és az olvadáspont közötti függésből,jellemző más anyagokra, amelyek folyékony halmazállapotúak.
Egy adott szervetlen vegyület molekulái között jelennek meg az elektronsűrűség-eloszlás sajátosságai miatt. A hidrogénatomok bizonyos pozitív töltéssel, míg az oxigénatomok negatív töltéssel rendelkeznek. Ennek eredményeként a vízmolekula szabályos tetraéder alakú. Hasonló szerkezetet a 109,5°-os kötési szög jellemez. A legkedvezőbb elrendezés az oxigén és a hidrogén azonos vonalban történő elhelyezése, különböző töltésűek, ezért a hidrogénkötést elektrosztatikus jelleg jellemzi.
Tehát a víz szokatlan (rendellenes) tulajdonságai a molekula speciális elektronszerkezetének a következményei.
A víz emléke
Van az a vélemény, hogy a víznek memóriája van, képes felhalmozni és energiát átadni, virtuális információkkal táplálva a testet. Hosszú ideig Masaru Emoto japán tudós foglalkozott ezzel a problémával. Dr. Emoto a Messages from Water című könyvben tette közzé kutatásának eredményeit. A tudósok olyan kísérleteket végeztek, amelyek során először egy csepp vizet 5 fokosra fagyasztott, majd mikroszkóp alatt elemezték a kristályok szerkezetét. Az eredmények rögzítéséhez mikroszkópot használt, amelybe egy kamerát építettek.
A kísérlet részeként Masau Emoto különféle módon befolyásolta a vizet, majd újra lefagyasztotta, és fényképeket készített. Sikerült megtalálnia a kapcsolatot a jégkristályok alakja és a zene között,amit a víz hallgatott. Meglepő módon a tudós klasszikus és népzene segítségével rögzítette a legharmonikusabb hópelyheket.
A modern zene használata Masau szerint "szennyezi" a vizet, ezért szabálytalan alakú rögzített kristályok voltak. Érdekes tény, hogy egy japán tudós azonosította a kristályok alakja és az emberi energia közötti kapcsolatot.
A víz a legcsodálatosabb anyag, amely nagy mennyiségben megtalálható bolygónkon. Nehéz elképzelni egy modern ember olyan tevékenységi körét, amelyben ne venne részt aktívan. Ennek az anyagnak a sokoldalúságát a víz tetraéderes szerkezete által okozott anomáliák határozzák meg.
