Vesi on epätavallinen aine, joka ansaitsee yksityiskohtaisen tutkimuksen. Neuvostoliiton akateemikko I. V. Petryanov kirjoitti tästä hämmästyttävästä aineesta kirjan, Maailman epätavallisin aine. Mitkä veden fysikaalisten ominaisuuksien poikkeavuudet ovat erityisen kiinnostavia? Etsimme yhdessä vastausta tähän kysymykseen.
Mielenkiintoisia faktoja
Ajattelemme harvoin sanan "vesi" merkitystä. Planeetallamme yli 70% kokonaispinta-alasta on joet ja järvet, meret ja v altameret, jäävuoret, jäätiköt, suot, vuorten huipuilla oleva lumi sekä ikirouta. Huolimatta v altavasta vesimäärästä, vain 1 % on juomakelpoista.
Biologinen merkitys
Ihmiskehossa on 70-80 % vettä. Tämä aine varmistaa kaikkien elintärkeiden prosessien virtauksen, erityisesti sen ansiosta siitä poistetaan myrkyt, solut palautuvat. Veden päätehtävä elävässä solussaon rakenteellista ja energiaa, kun sen määrällinen pitoisuus ihmiskehossa vähenee, se "kutistuu".
Elävässä organismissa ei ole sellaista järjestelmää, joka voisi toimia ilman H2O:ta. Veden poikkeavuuksista huolimatta se on standardi lämmön määrän, massan, lämpötilan ja korkeuden määrittämisessä.
Peruskäsitteet
H2O - vetyoksidi, joka sisältää 11,19 % vetyä, 88,81 % happea massasta. Se on väritön neste, jolla ei ole hajua eikä makua. Vesi on olennainen osa teollisia prosesseja.
G. Cavendish syntetisoi tämän aineen ensimmäistä kertaa 1700-luvun lopulla. Tiedemies räjäytti hapen ja vedyn seoksen sähkökaarella. G. Galileo analysoi ensimmäisen kerran jään ja veden tiheyden eroa vuonna 1612.
Vuonna 1830 ranskalaiset tiedemiehet P. Dulong ja D. Arago loivat höyrykoneen. Tämä löytö mahdollisti kyllästymishöyrynpaineen ja lämpötilan välisen suhteen tutkimisen. Vuonna 1910 amerikkalainen tiedemies P. Bridgman ja saksalainen G. Tamman löysivät useita polymorfisia muunnelmia jäästä korkeassa paineessa.
Vuonna 1932 amerikkalaiset tutkijat G. Urey ja E. Washburn löysivät raskaan veden. Tämän aineen fysikaalisissa ominaisuuksissa havaittiin poikkeavuuksia laitteiden ja tutkimusmenetelmien parantamisen vuoksi.
Joitakin ristiriitoja fysikaalisissa ominaisuuksissa
Puhdas vesi on kirkasta, väritöntä nestettä. Sen tiheys muuttuessaan nesteeksikiinteä aine lisääntyy, tämä osoittaa poikkeavuuden veden ominaisuuksissa. Sen kuumentaminen 0 - 40 asteeseen johtaa tiheyden lisääntymiseen. Korkea lämpökapasiteetti tulee huomioida veden poikkeavuutena. Kiteytyslämpötila on 0 celsiusastetta ja kiehumispiste 100 astetta.
Tämän epäorgaanisen yhdisteen molekyylillä on kulmikas rakenne. Sen ytimet muodostavat tasakylkisen kolmion, jonka pohjassa on kaksi protonia ja huipussa happiatomi.
Tiheyspoikkeamat
Tutkijat ovat pystyneet tunnistamaan noin neljäkymmentä H2O:lle ominaista ominaisuutta. Vesipoikkeamat ansaitsevat huolellisen harkinnan ja tutkimuksen. Tiedemiehet yrittävät selittää jokaisen tekijän syitä, antaa sille tieteellisen selityksen.
Veden tiheyden poikkeama johtuu siitä, että tämän aineen maksimitiheysarvo alkaa +3, 98°C:sta. Myöhemmin jäähdytettäessä, siirryttäessä nesteestä kiinteään tilaan, havaitaan tiheyden lasku.
Muiden yhdisteiden os alta nesteiden tiheys pienenee lämpötilan laskeessa, koska lämpötilan nousu lisää molekyylien kineettistä energiaa (niiden liikenopeus kasvaa), mikä johtaa aineen lisääntyneeseen murenemiseen.
Kun otetaan huomioon tällaiset veden poikkeavuudet, on huomattava, että sillä on myös taipumus lisätä nopeutta lämpötilan noustessa, mutta tiheys pienenee vain korkeissa lämpötiloissa.
Jän tiheyden vähentämisen jälkeen se on veden pinnalla. Tämä ilmiö voidaan selittää sillä, että kiteen molekyyleillä on säännöllinen rakenne, jolla on spatiaalinen jaksollisuus.
Jos tavallisissa yhdisteissä on molekyylejä tiiviisti pakattuna kiteisiin, aineen sulamisen jälkeen säännöllisyys katoaa. Samanlainen ilmiö havaitaan vain, kun molekyylit sijaitsevat huomattavien etäisyyksien päässä. Tiheyden pieneneminen metallien sulamisen aikana on mitätön arvo, arviolta 2-4 %. Veden tiheys on 10 prosenttia suurempi kuin jään tiheys. Näin ollen tämä on osoitus vesipoikkeamasta. Kemia selittää tämän ilmiön dipolirakenteella sekä kovalenttisella polaarisella sidoksella.
Pakkauspoikkeamat
Jatketaan puhumista veden ominaisuuksista. Sille on ominaista epätavallinen lämpötilakäyttäytyminen. Sen kokoonpuristuvuus, eli tilavuuden pieneneminen paineen kasvaessa, voidaan hyvin pitää esimerkkinä veden fysikaalisten ominaisuuksien poikkeavuudesta. Mitä erityispiirteitä tässä tulisi huomioida? Muut nesteet ovat paljon helpompia puristaa paineen alaisena, ja vesi saa tällaiset ominaisuudet vain korkeissa lämpötiloissa.
Lämpökapasiteetin lämpötilakäyttäytyminen
Tämä poikkeama on yksi vahvimmista veden suhteen. Lämpökapasiteetti kertoo kuinka paljon lämpöä tarvitaan nostamaan lämpötilaa 1 asteen. Monilla aineilla sulamisen jälkeen nesteen lämpökapasiteetti kasvaa enintään 10 prosenttia. Ja vedessä jään sulamisen jälkeen tämä fyysinen määrä kaksinkertaistuu. Ei mikään aineistatällaista lämpökapasiteetin lisäystä ei havaittu.
Jäässä lämmitykseen syötettävä energia kuluu enimmäkseen molekyylien liikenopeuden lisäämiseen (kineettinen energia). Merkittävä lämpökapasiteetin nousu sulamisen jälkeen viittaa siihen, että vedessä tapahtuu muita energiaintensiivisiä prosesseja, jotka vaativat lämmönsyöttöä. Ne ovat syynä lisääntyneeseen lämpökapasiteettiin. Tämä ilmiö on tyypillinen koko lämpötila-alueelle, jolla vesi on aggregoituneena nestemäisessä tilassa.
Heti kun se muuttuu höyryksi, poikkeama katoaa. Tällä hetkellä monet tutkijat analysoivat alijäähdytetyn veden ominaisuuksia. Se piilee sen kyvyssä pysyä nesteenä alle 0°C:n kiteytymispisteen.
Vettä on täysin mahdollista superjäähdyttää ohuissa kapillaareissa sekä ei-polaarisessa väliaineessa pieninä pisareina. Herää luonnollinen kysymys, mitä tiheyspoikkeamalla havaitaan tällaisessa tilanteessa. Kun vesi alijäähtyy, veden tiheys pienenee merkittävästi, ja se pyrkii jään tiheyteen lämpötilan laskiessa.
Syyt esiintymiselle
Kun kysytään: "Nimeä vesipoikkeamat ja kuvaile niiden syyt", on tarpeen yhdistää ne rakenteen uudelleenjärjestelyyn. Hiukkasten järjestely minkä tahansa aineen rakenteessa määräytyy siinä olevien hiukkasten (atomien, ionien, molekyylien) keskinäisen järjestelyn ominaisuuksien perusteella. Vesimolekyylien välillä vaikuttavat vetyvoimat, jotka poistavat tämän nesteen kiehumis- ja sulamispisteiden välisestä riippuvuudesta,ominaisuus muille nestemäisessä aggregoituneessa tilassa oleville aineille.
Ne esiintyvät tietyn epäorgaanisen yhdisteen molekyylien välissä elektronitiheysjakauman ominaisuuksien vuoksi. Vetyatomeilla on tietty positiivinen varaus, kun taas happiatomeilla on negatiivinen varaus. Tämän seurauksena vesimolekyylillä on säännöllisen tetraedrin muoto. Samank altaiselle rakenteelle on tunnusomaista 109,5°:n sidoskulma. Edullisin järjestely on hapen ja vedyn sijoittaminen samaan linjaan eri varauksilla, joten vetysidokselle on ominaista sähköstaattinen luonne.
Joten, veden epätavalliset (poikkeavat) ominaisuudet ovat seurausta sen molekyylin erityisestä elektronirakenteesta.
Veden muisti
On olemassa mielipide, että vedellä on muisti, se voi kerätä ja siirtää energiaa ruokkien kehoa virtuaalisella tiedolla. Japanilainen tiedemies Masaru Emoto käsitteli tätä ongelmaa pitkään. Tri. Emoto julkaisi tutkimuksensa tulokset kirjassa Messages from Water. Tutkijat suorittivat kokeita, joissa hän ensin jäädytti pisaran vettä 5 asteeseen ja analysoi sitten kiteiden rakenteen mikroskoopilla. Tulosten tallentamiseen hän käytti mikroskooppia, johon oli rakennettu kamera.
Kokeen osana Masau Emoto vaikutti veteen eri tavoin, jäädytti sen sitten uudelleen ja otti valokuvia. Hän onnistui saamaan yhteyden jääkiteiden muodon ja musiikin välillä,jota vesi kuunteli. Yllättäen tiedemies tallensi harmonisimmat lumihiutaleet käyttämällä klassista ja kansanmusiikkia.
Modernin musiikin käyttö Masaun mukaan "saastuttaa" vettä, joten ne olivat epäsäännöllisen muotoisia kiinteitä kiteitä. Mielenkiintoinen tosiasia on, että japanilainen tiedemies tunnistaa kiteiden muodon ja ihmisenergian välisen suhteen.
Vesi on hämmästyttävin aine, jota planeetallamme löytyy suuria määriä. On vaikea kuvitella mitään nykyajan ihmisen toiminta-alaa, johon hän ei osallistuisi aktiivisesti. Tämän aineen monipuolisuuden määräävät veden tetraedrisen rakenteen aiheuttamat poikkeavuudet.
