Woda to niezwykła substancja, która zasługuje na szczegółowe badania. Radziecki akademik I. V. Petryanov napisał książkę o tej niesamowitej substancji, Najbardziej niezwykłej substancji na świecie. Jakie anomalie właściwości fizycznych wody są szczególnie interesujące? Wspólnie poszukamy odpowiedzi na to pytanie.
Ciekawe fakty
Rzadko myślimy o znaczeniu słowa „woda”. Na naszej planecie ponad 70% całkowitej powierzchni zajmują rzeki i jeziora, morza i oceany, góry lodowe, lodowce, bagna, śnieg na szczytach gór, a także wieczna zmarzlina. Pomimo tak dużej ilości wody, tylko 1% nadaje się do picia.
Biologiczne znaczenie
Ciało ludzkie składa się w 70-80% z wody. Substancja ta zapewnia przepływ wszystkich procesów życiowych, w szczególności dzięki niej usuwane są z niej toksyny, przywracane są komórki. Główna funkcja wody w żywej komórcejest strukturalna i energetyczna, przy spadku jej ilościowej zawartości w organizmie człowieka „kurczy się”.
W żywym organizmie nie ma takiego systemu, który mógłby funkcjonować bez H2O. Mimo anomalii wody jest standardem określania ilości ciepła, masy, temperatury, wysokości.
Podstawowe koncepcje
H2O - tlenek wodoru, który zawiera 11,19% wodoru, 88,81% tlenu masowo. Jest to bezbarwny płyn, który nie ma ani zapachu, ani smaku. Woda jest niezbędnym składnikiem procesów przemysłowych.
Po raz pierwszy substancja ta została zsyntetyzowana pod koniec XVIII wieku przez G. Cavendisha. Naukowiec eksplodował za pomocą łuku elektrycznego mieszaninę tlenu i wodoru. G. Galileo po raz pierwszy przeanalizował różnicę w gęstości lodu i wody w 1612.
W 1830 roku francuscy naukowcy P. Dulong i D. Arago stworzyli maszynę parową. Odkrycie to umożliwiło zbadanie związku między prężnością pary nasyconej a temperaturą. W 1910 roku amerykański naukowiec P. Bridgman i Niemiec G. Tamman odkryli kilka polimorficznych modyfikacji w lodzie pod wysokim ciśnieniem.
W 1932 roku amerykańscy naukowcy G. Urey i E. Washburn odkryli ciężką wodę. Odkryto anomalie we właściwościach fizycznych tej substancji dzięki udoskonaleniu sprzętu i metod badawczych.
Niektóre sprzeczności we właściwościach fizycznych
Czysta woda jest przejrzystą, bezbarwną cieczą. Jego gęstość po przekształceniu w ciecz zzwiększa się ilość ciał stałych, co objawia się anomalią we właściwościach wody. Ogrzewanie go od 0 do 40 stopni prowadzi do wzrostu gęstości. Wysoką pojemność cieplną należy uznać za anomalię wody. Temperatura krystalizacji wynosi 0 stopni Celsjusza, a temperatura wrzenia 100 stopni.
Cząsteczka tego nieorganicznego związku ma strukturę kanciastą. Jej jądra tworzą trójkąt równoramienny z dwoma protonami u podstawy i atomem tlenu na szczycie.
Anomalie gęstości
Naukowcy byli w stanie zidentyfikować około czterdziestu cech charakterystycznych dla H2O. Anomalie wodne zasługują na dokładne rozważenie i zbadanie. Naukowcy starają się wyjaśnić przyczyny każdego czynnika, aby dać mu naukowe wyjaśnienie.
Anomalia gęstości wody polega na tym, że ta substancja ma swoją maksymalną wartość gęstości od +3 98°C. Przy kolejnym chłodzeniu, przechodzeniu ze stanu ciekłego do stanu stałego, obserwuje się spadek gęstości.
Dla innych związków gęstość cieczy spada wraz ze spadkiem temperatury, ponieważ wzrost temperatury przyczynia się do wzrostu energii kinetycznej cząsteczek (wzrasta ich prędkość ruchu), co prowadzi do zwiększenia kruchości substancji.
Biorąc pod uwagę takie anomalie wody, należy zauważyć, że ma ona również tendencję do zwiększania prędkości wraz ze wzrostem temperatury, ale gęstość spada tylko w podwyższonych temperaturach.
Po zmniejszeniu gęstości lód znajdzie się na powierzchni wody. Zjawisko to można wytłumaczyć faktem, że cząsteczki w krysztale mają regularną strukturę, która charakteryzuje się okresowością przestrzenną.
Jeśli zwykłe związki mają cząsteczki ciasno upakowane w kryształy, to po stopieniu się substancji prawidłowość zanika. Podobne zjawisko obserwuje się tylko wtedy, gdy cząsteczki znajdują się w znacznych odległościach. Spadek gęstości podczas topienia metali jest wartością pomijalną, szacowaną na 2-4%. Gęstość wody przekracza gęstość lodu o 10 procent. Jest to zatem przejaw anomalii wodnej. Chemia wyjaśnia to zjawisko strukturą dipolową, a także kowalencyjnym wiązaniem polarnym.
Anomalie ściśliwości
Kontynuujmy rozmowę o właściwościach wody. Charakteryzuje się nietypowym zachowaniem temperaturowym. Jej ściśliwość, czyli zmniejszenie objętości wraz ze wzrostem ciśnienia, można uznać za przykład anomalii we właściwościach fizycznych wody. Na jakie konkretnie cechy należy zwrócić uwagę? Inne ciecze znacznie łatwiej kompresują się pod ciśnieniem, a woda nabiera takich właściwości dopiero w wysokich temperaturach.
Zachowanie temperaturowe pojemności cieplnej
Ta anomalia jest jedną z najsilniejszych dla wody. Pojemność cieplna informuje, ile ciepła jest potrzebne do podniesienia temperatury o 1 stopień. W przypadku wielu substancji pojemność cieplna cieczy po stopieniu wzrasta nie więcej niż o 10 procent. A w przypadku wody po stopieniu lodu ta fizyczna ilość podwaja się. Żadna z substancjinie odnotowano takiego wzrostu pojemności cieplnej.
W lodzie energia dostarczana do nagrzewania jest zużywana głównie na zwiększenie prędkości ruchu cząsteczek (energia kinetyczna). Znaczący wzrost pojemności cieplnej po stopieniu wskazuje, że w wodzie zachodzą inne energochłonne procesy, które wymagają doprowadzenia ciepła. Są przyczyną zwiększonej pojemności cieplnej. Zjawisko to jest typowe dla całego zakresu temperatur, w którym woda ma ciekły stan skupienia.
Gdy tylko zamieni się w parę, anomalia zniknie. Obecnie wielu naukowców zajmuje się analizą właściwości przechłodzonej wody. Polega na zdolności do pozostawania w stanie ciekłym poniżej temperatury krystalizacji 0°C.
Całkiem możliwe jest przechłodzenie wody w cienkich naczyniach włosowatych, jak również w środowisku niepolarnym jako maleńkie kropelki. Powstaje naturalne pytanie, co w takiej sytuacji obserwuje się z anomalią gęstości. Gdy woda staje się przechłodzona, jej gęstość znacznie spada, a wraz ze spadkiem temperatury ma tendencję do zwiększania gęstości lodu.
Przyczyny pojawienia się
Kiedy zostaniesz zapytany: "Nazwij anomalie wody i opisz ich przyczyny", konieczne jest powiązanie ich z przebudową struktury. Układ cząstek w strukturze dowolnej substancji jest określony przez cechy wzajemnego ułożenia w niej cząstek (atomów, jonów, cząsteczek). Siły wodorowe działają między cząsteczkami wody, które usuwają tę ciecz z zależności między temperaturą wrzenia i topnienia,charakterystyczne dla innych substancji znajdujących się w stanie ciekłym skupienia.
Powstają one między cząsteczkami danego związku nieorganicznego ze względu na specyfikę rozkładu gęstości elektronowej. Atomy wodoru mają pewien ładunek dodatni, a atomy tlenu ujemny. W efekcie cząsteczka wody ma kształt regularnego czworościanu. Podobną strukturę charakteryzuje kąt wiązania 109,5°. Najkorzystniejszym układem jest umieszczenie tlenu i wodoru w tej samej linii o różnych ładunkach, dlatego wiązanie wodorowe ma charakter elektrostatyczny.
Tak więc niezwykłe (anomalne) właściwości wody są konsekwencją specjalnej struktury elektronowej jej cząsteczki.
Pamięć wody
Istnieje opinia, że woda ma pamięć, może gromadzić i przenosić energię, zasilając organizm wirtualną informacją. Przez długi czas tym problemem zajmował się japoński naukowiec Masaru Emoto. Dr Emoto opublikował wyniki swoich badań w książce Messages from Water. Naukowcy przeprowadzili eksperymenty, w których najpierw zamroził kroplę wody o 5 stopniach, a następnie przeanalizował strukturę kryształów pod mikroskopem. Do zarejestrowania wyników posłużył się mikroskopem, w którym zbudowano kamerę.
W ramach eksperymentu Masau Emoto oddziaływał na wodę na różne sposoby, a następnie ponownie ją zamrażał i robił zdjęcia. Udało mu się uzyskać związek między kształtem kryształków lodu a muzyką,którego słuchała woda. Co zaskakujące, naukowiec nagrał najbardziej harmonijne płatki śniegu przy użyciu muzyki klasycznej i ludowej.
Wykorzystywanie współczesnej muzyki, według Masau, „zanieczyszcza” wodę, więc zostały unieruchomione kryształy o nieregularnym kształcie. Ciekawostką jest zidentyfikowanie przez japońskiego naukowca związku między kształtem kryształów a energią człowieka.
Woda to najbardziej niesamowita substancja występująca w dużych ilościach na naszej planecie. Trudno wyobrazić sobie jakąkolwiek sferę działalności współczesnego człowieka, w której nie brałaby czynnego udziału. O wszechstronności tej substancji decydują anomalie spowodowane czworościenną strukturą wody.
