Vann er et uvanlig stoff som fortjener en detaljert undersøkelse. Den sovjetiske akademikeren I. V. Petryanov skrev en bok om dette fantastiske stoffet, The Most Unusual Substance in the World. Hvilke anomalier i de fysiske egenskapene til vann er av spesiell interesse? Sammen skal vi se etter svaret på dette spørsmålet.
Interessante fakta
Vi tenker sjelden over betydningen av ordet "vann". På planeten vår er mer enn 70% av det totale arealet okkupert av elver og innsjøer, hav og hav, isfjell, isbreer, sumper, snø på fjelltopper, samt permafrost. Til tross for en så enorm mengde vann er det bare 1 % som kan drikkes.
Biologisk betydning
Menneskekroppen består av 70–80 % vann. Dette stoffet sikrer flyten av alle vitale prosesser, spesielt takket være det fjernes giftstoffer fra det, celler gjenopprettes. Hovedfunksjonen til vann i en levende celleer strukturell og energisk, med en nedgang i dets kvantitative innhold i menneskekroppen, "krymper den".
Det finnes ikke noe slikt system i en levende organisme som kan fungere uten H2O. Til tross for anomaliene til vann, er det en standard for å bestemme mengden varme, masse, temperatur, høyde.
Grunnleggende konsepter
H2O - hydrogenoksid, som inneholder 11,19% hydrogen, 88,81% oksygen i masse. Det er en fargeløs væske som verken har lukt eller smak. Vann er en viktig komponent i industrielle prosesser.
For første gang ble dette stoffet syntetisert på slutten av 1700-tallet av G. Cavendish. Forskeren eksploderte en blanding av oksygen og hydrogen med en elektrisk lysbue. G. Galileo analyserte først forskjellen i tettheten av is og vann i 1612.
I 1830 ble en dampmaskin laget av de franske vitenskapsmennene P. Dulong og D. Arago. Denne oppdagelsen gjorde det mulig å studere forholdet mellom metningsdamptrykk og temperatur. I 1910 oppdaget den amerikanske vitenskapsmannen P. Bridgman og tyskeren G. Tamman flere polymorfe modifikasjoner i is ved høyt trykk.
I 1932 oppdaget amerikanske vitenskapsmenn G. Urey og E. Washburn tungtvann. Anomalier i de fysiske egenskapene til dette stoffet ble oppdaget på grunn av forbedring av utstyr og forskningsmetoder.
Noen motsetninger i fysiske egenskaper
Rent vann er en klar, fargeløs væske. Dens tetthet når omdannet til en væske frafast materiale øker, dette manifesterer en anomali i egenskapene til vann. Oppvarming fra 0 til 40 grader fører til en økning i tetthet. Høy varmekapasitet bør bemerkes som en anomali av vann. Krystallisasjonstemperaturen er 0 grader Celsius og kokepunktet er 100 grader.
Molekylet til denne uorganiske forbindelsen har en vinkelstruktur. Kjernene danner en likebenet trekant med to protoner ved bunnen og et oksygenatom i toppen.
Tetthetsavvik
Forskere har vært i stand til å identifisere rundt førti egenskaper som er karakteristiske for H2O. Vannavvik fortjener nøye vurdering og studier. Forskere prøver å forklare årsakene til hver faktor, for å gi den en vitenskapelig forklaring.
Anomalien i tettheten til vann ligger i det faktum at dette stoffet har sin maksimale tetthetsverdi som starter ved +3, 98°C. Med påfølgende avkjøling, overføring fra flytende til fast tilstand, observeres en reduksjon i tetthet.
For andre forbindelser avtar tettheten i væsker med synkende temperatur, siden en økning i temperatur bidrar til en økning i den kinetiske energien til molekyler (deres bevegelseshastighet øker), noe som fører til økt sprøhet av stoffet.
Tatt i betraktning slike uregelmessigheter i vann, bør det bemerkes at det også har en tendens til å øke i hastighet med økende temperatur, men tettheten avtar bare ved høye temperaturer.
Etter å ha redusert tettheten av is, vil den være på overflaten av vannet. Dette fenomenet kan forklares med at molekylene i krystallen har en regulær struktur, som har en romlig periodisitet.
Hvis vanlige forbindelser har molekyler tett pakket i krystaller, forsvinner regulariteten etter at stoffet smelter. Et lignende fenomen observeres bare når molekylene er lokalisert i betydelige avstander. Nedgangen i tetthet under smelting av metaller er en ubetydelig verdi, anslått til 2-4 %. Vannets tetthet overstiger isens tetthet med 10 prosent. Dermed er dette en manifestasjon av vannanomalien. Kjemi forklarer dette fenomenet med en dipolstruktur, samt en kovalent polar binding.
Kompressibilitetsavvik
La oss fortsette å snakke om egenskapene til vann. Det er preget av uvanlig temperaturoppførsel. Dens komprimerbarhet, det vil si reduksjonen i volum, når trykket øker, kan godt betraktes som et eksempel på en anomali i de fysiske egenskapene til vann. Hvilke spesifikke funksjoner bør noteres her? Andre væsker er mye lettere å komprimere under trykk, og vann får slike egenskaper bare ved høye temperaturer.
Temperatureoppførsel for varmekapasitet
Denne anomalien er en av de sterkeste for vann. Varmekapasiteten forteller deg hvor mye varme som trengs for å heve temperaturen med 1 grad. For mange stoffer, etter smelting, øker væskens varmekapasitet med ikke mer enn 10 prosent. Og for vann etter smelting av is, dobles denne fysiske mengden. Ingen av stoffeneingen slik økning i varmekapasitet ble registrert.
I is blir energien som tilføres den for oppvarming, mest brukt på å øke bevegelseshastigheten til molekyler (kinetisk energi). En betydelig økning i varmekapasiteten etter smelting indikerer at andre energikrevende prosesser skjer i vann, som krever varmetilførsel. De er årsaken til den økte varmekapasiteten. Dette fenomenet er typisk for hele temperaturområdet der vann har en flytende aggregeringstilstand.
Så snart det blir til damp, forsvinner anomalien. For tiden er mange forskere engasjert i analysen av egenskapene til superkjølt vann. Det ligger i dens evne til å forbli flytende under krystalliseringspunktet på 0°C.
Det er fullt mulig å superkjøle vann i tynne kapillærer, så vel som i et ikke-polart medium som små dråper. Et naturlig spørsmål oppstår om hva som observeres med tetthetsanomalien i en slik situasjon. Når vannet blir underkjølt, reduseres tettheten av vannet betydelig, det tenderer til tettheten til isen når temperaturen synker.
Reasons for utseende
Når du blir spurt: "Nevn vannavvikene og beskriv årsakene deres", er det nødvendig å knytte dem til restruktureringen av strukturen. Arrangementet av partikler i strukturen til ethvert stoff bestemmes av egenskapene til det gjensidige arrangementet av partikler (atomer, ioner, molekyler) i den. Hydrogenkrefter virker mellom vannmolekyler, som fjerner denne væsken fra avhengigheten mellom kokepunkt og smeltepunkt,karakteristisk for andre stoffer som er i flytende aggregeringstilstand.
De vises mellom molekylene til en gitt uorganisk forbindelse på grunn av særegenhetene ved elektrontetthetsfordelingen. Hydrogenatomer har en viss positiv ladning, mens oksygenatomer har en negativ. Som et resultat har vannmolekylet formen av et vanlig tetraeder. En lignende struktur er preget av en bindingsvinkel på 109,5°. Det mest gunstige arrangementet er plassering av oksygen og hydrogen i samme linje, med forskjellige ladninger, derfor er hydrogenbindingen preget av en elektrostatisk natur.
Så, de uvanlige (anomale) egenskapene til vann er en konsekvens av den spesielle elektroniske strukturen til molekylet.
Memory of water
Det er en oppfatning at vann har et minne, kan akkumulere og overføre energi, og mater kroppen med virtuell informasjon. I lang tid har den japanske forskeren Masaru Emoto håndtert dette problemet. Dr. Emoto publiserte resultatene av sin forskning i boken Messages from Water. Forskerne utførte eksperimenter der han først frøs en dråpe vann ved 5 grader, og deretter analyserte strukturen til krystallene under et mikroskop. For å registrere resultatene brukte han et mikroskop der et kamera ble bygget.
Som en del av eksperimentet påvirket Masau Emoto vann på forskjellige måter, og fryste det ned igjen og tok bilder. Han klarte å finne forholdet mellom formen på iskrystaller og musikk,som vannet lyttet til. Overraskende nok spilte forskeren inn de mest harmoniske snøfnuggene ved å bruke klassisk musikk og folkemusikk.
Bruken av moderne musikk, ifølge Masau, "forurenser" vannet, så de var faste krystaller med uregelmessig form. Et interessant faktum er identifiseringen av en japansk vitenskapsmann av forholdet mellom formen til krystaller og menneskelig energi.
Vann er det mest fantastiske stoffet som finnes i store mengder på planeten vår. Det er vanskelig å forestille seg noen aktivitetssfære til en moderne person der hun ikke ville ta en aktiv del. Allsidigheten til dette stoffet bestemmes av anomalier forårsaket av den tetraedriske strukturen til vann.
