Το νερό είναι μια ασυνήθιστη ουσία που αξίζει λεπτομερούς μελέτης. Ο Σοβιετικός ακαδημαϊκός I. V. Petryanov έγραψε ένα βιβλίο για αυτήν την καταπληκτική ουσία, Η πιο ασυνήθιστη ουσία στον κόσμο. Ποιες ανωμαλίες στις φυσικές ιδιότητες του νερού παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον; Μαζί θα αναζητήσουμε την απάντηση σε αυτό το ερώτημα.
Ενδιαφέροντα γεγονότα
Σπάνια σκεφτόμαστε τη σημασία της λέξης «νερό». Στον πλανήτη μας, περισσότερο από το 70% της συνολικής έκτασης καταλαμβάνεται από ποτάμια και λίμνες, θάλασσες και ωκεανούς, παγόβουνα, παγετώνες, βάλτους, χιόνια σε κορυφές βουνών, καθώς και μόνιμο παγετό. Παρά την τεράστια ποσότητα νερού, μόνο το 1% είναι πόσιμο.
Βιολογική σημασία
Το ανθρώπινο σώμα αποτελείται κατά 70-80% από νερό. Αυτή η ουσία εξασφαλίζει τη ροή όλων των ζωτικών διεργασιών, ειδικότερα, χάρη σε αυτήν, οι τοξίνες απομακρύνονται από αυτήν, τα κύτταρα αποκαθίστανται. Η κύρια λειτουργία του νερού σε ένα ζωντανό κύτταροείναι δομικό και ενεργειακό, με μείωση της ποσοτικής του περιεκτικότητας στον ανθρώπινο οργανισμό, «μικραίνει».
Δεν υπάρχει τέτοιο σύστημα σε έναν ζωντανό οργανισμό που να μπορεί να λειτουργήσει χωρίς H2O. Παρά τις ανωμαλίες του νερού, είναι ένα πρότυπο για τον προσδιορισμό της ποσότητας θερμότητας, μάζας, θερμοκρασίας, υψομέτρου.
Βασικές έννοιες
H2O - οξείδιο του υδρογόνου, το οποίο περιέχει 11,19% υδρογόνο, 88,81% οξυγόνο κατά μάζα. Είναι ένα άχρωμο υγρό που δεν έχει ούτε οσμή ούτε γεύση. Το νερό είναι βασικό συστατικό των βιομηχανικών διεργασιών.
Για πρώτη φορά αυτή η ουσία συντέθηκε στα τέλη του 18ου αιώνα από τον G. Cavendish. Ο επιστήμονας εξερράγη ένα μείγμα οξυγόνου και υδρογόνου με ένα ηλεκτρικό τόξο. Ο Γ. Γαλιλαίος ανέλυσε για πρώτη φορά τη διαφορά στην πυκνότητα του πάγου και του νερού το 1612.
Το 1830, δημιουργήθηκε μια ατμομηχανή από τους Γάλλους επιστήμονες P. Dulong και D. Arago. Αυτή η ανακάλυψη κατέστησε δυνατή τη μελέτη της σχέσης μεταξύ της πίεσης των ατμών κορεσμού και της θερμοκρασίας. Το 1910, ο Αμερικανός επιστήμονας P. Bridgman και ο Γερμανός G. Tamman ανακάλυψαν πολλές πολυμορφικές τροποποιήσεις στον πάγο σε υψηλή πίεση.
Το 1932, οι Αμερικανοί επιστήμονες G. Urey και E. Washburn ανακάλυψαν βαρύ νερό. Ανωμαλίες στις φυσικές ιδιότητες αυτής της ουσίας ανακαλύφθηκαν λόγω της βελτίωσης του εξοπλισμού και των μεθόδων έρευνας.
Μερικές αντιφάσεις στις φυσικές ιδιότητες
Το καθαρό νερό είναι ένα διαυγές, άχρωμο υγρό. Η πυκνότητά του όταν μετατρέπεται σε υγρό απόη στερεά ύλη αυξάνεται, αυτό εκδηλώνει μια ανωμαλία στις ιδιότητες του νερού. Η θέρμανση του από 0 έως 40 βαθμούς οδηγεί σε αύξηση της πυκνότητας. Η υψηλή θερμική ικανότητα θα πρέπει να σημειωθεί ως ανωμαλία του νερού. Η θερμοκρασία κρυστάλλωσης είναι 0 βαθμοί Κελσίου και το σημείο βρασμού είναι 100 βαθμοί.
Το μόριο αυτής της ανόργανης ένωσης έχει γωνιακή δομή. Οι πυρήνες του σχηματίζουν ένα ισοσκελές τρίγωνο με δύο πρωτόνια στη βάση του και ένα άτομο οξυγόνου στην κορυφή του.
Ανωμαλίες πυκνότητας
Οι επιστήμονες κατάφεραν να αναγνωρίσουν περίπου σαράντα χαρακτηριστικά γνωρίσματα του H2O. Οι ανωμαλίες του νερού αξίζουν προσεκτική εξέταση και μελέτη. Οι επιστήμονες προσπαθούν να εξηγήσουν τις αιτίες κάθε παράγοντα, να του δώσουν μια επιστημονική εξήγηση.
Η ανωμαλία της πυκνότητας του νερού έγκειται στο γεγονός ότι η μέγιστη τιμή της πυκνότητας αυτής της ουσίας ξεκινά από +3, 98°C. Με επακόλουθη ψύξη, μετάβαση από υγρή σε στερεή κατάσταση, παρατηρείται μείωση της πυκνότητας.
Για άλλες ενώσεις, η πυκνότητα στα υγρά μειώνεται με τη μείωση της θερμοκρασίας, καθώς η αύξηση της θερμοκρασίας συμβάλλει στην αύξηση της κινητικής ενέργειας των μορίων (αυξάνεται η ταχύτητα κίνησής τους), η οποία οδηγεί σε αυξημένη ευθρυπτότητα της ουσίας.
Λαμβάνοντας υπόψη τέτοιες ανωμαλίες του νερού, θα πρέπει να σημειωθεί ότι τείνει επίσης να αυξάνεται σε ταχύτητα με την αύξηση της θερμοκρασίας, αλλά η πυκνότητα μειώνεται μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες.
Μετά τη μείωση της πυκνότητας του πάγου, θα βρίσκεται στην επιφάνεια του νερού. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι τα μόρια στον κρύσταλλο έχουν κανονική δομή, η οποία έχει χωρική περιοδικότητα.
Αν οι συνηθισμένες ενώσεις έχουν μόρια σφιχτά συσκευασμένα σε κρυστάλλους, τότε αφού λιώσει η ουσία, η κανονικότητα εξαφανίζεται. Παρόμοιο φαινόμενο παρατηρείται μόνο όταν τα μόρια βρίσκονται σε σημαντικές αποστάσεις. Η μείωση της πυκνότητας κατά την τήξη των μετάλλων είναι αμελητέα τιμή, που υπολογίζεται σε 2-4%. Η πυκνότητα του νερού υπερβαίνει αυτή του πάγου κατά 10 τοις εκατό. Έτσι, αυτό είναι μια εκδήλωση της ανωμαλίας του νερού. Η χημεία εξηγεί αυτό το φαινόμενο με μια διπολική δομή, καθώς και έναν ομοιοπολικό πολικό δεσμό.
Ανωμαλίες συμπιεστότητας
Ας συνεχίσουμε να μιλάμε για τα χαρακτηριστικά του νερού. Χαρακτηρίζεται από ασυνήθιστη συμπεριφορά θερμοκρασίας. Η συμπιεστότητά του, δηλαδή η μείωση του όγκου, καθώς αυξάνεται η πίεση, μπορεί κάλλιστα να θεωρηθεί παράδειγμα ανωμαλίας στις φυσικές ιδιότητες του νερού. Ποια συγκεκριμένα χαρακτηριστικά πρέπει να σημειωθούν εδώ; Άλλα υγρά συμπιέζονται πολύ πιο εύκολα υπό πίεση και το νερό αποκτά τέτοια χαρακτηριστικά μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες.
Θερμοκρασιακή συμπεριφορά θερμοχωρητικότητας
Αυτή η ανωμαλία είναι μία από τις ισχυρότερες για το νερό. Η θερμοχωρητικότητα σας λέει πόση θερμότητα χρειάζεται για να αυξηθεί η θερμοκρασία κατά 1 βαθμό. Για πολλές ουσίες, μετά την τήξη, η θερμοχωρητικότητα του υγρού αυξάνεται όχι περισσότερο από 10 τοις εκατό. Και για το νερό μετά το λιώσιμο του πάγου, αυτή η φυσική ποσότητα διπλασιάζεται. Καμία από τις ουσίεςδεν καταγράφηκε τέτοια αύξηση στη θερμοχωρητικότητα.
Στον πάγο, η ενέργεια που του παρέχεται για θέρμανση δαπανάται κυρίως στην αύξηση της ταχύτητας κίνησης των μορίων (κινητική ενέργεια). Μια σημαντική αύξηση της θερμικής ικανότητας μετά την τήξη υποδηλώνει ότι στο νερό συμβαίνουν άλλες ενεργοβόρες διεργασίες, οι οποίες απαιτούν εισροή θερμότητας. Είναι ο λόγος για την αυξημένη θερμοχωρητικότητα. Αυτό το φαινόμενο είναι χαρακτηριστικό για ολόκληρο το εύρος θερμοκρασίας στο οποίο το νερό έχει υγρή κατάσταση συσσωμάτωσης.
Μόλις μετατραπεί σε ατμό, η ανωμαλία εξαφανίζεται. Επί του παρόντος, πολλοί επιστήμονες ασχολούνται με την ανάλυση των ιδιοτήτων του υπερψυγμένου νερού. Βρίσκεται στην ικανότητά του να παραμένει υγρό κάτω από το σημείο κρυστάλλωσης των 0°C.
Είναι πολύ πιθανό να υπερψυχθεί το νερό σε λεπτά τριχοειδή αγγεία, καθώς και σε μη πολικό μέσο ως μικροσκοπικά σταγονίδια. Ένα φυσικό ερώτημα τίθεται ως προς το τι παρατηρείται με την ανωμαλία της πυκνότητας σε μια τέτοια κατάσταση. Καθώς το νερό υπερψύχεται, η πυκνότητα του νερού μειώνεται σημαντικά, τείνει προς την πυκνότητα του πάγου καθώς μειώνεται η θερμοκρασία.
Λόγοι εμφάνισης
Όταν ρωτήθηκε: "Ονομάστε τις ανωμαλίες του νερού και περιγράψτε τις αιτίες τους", είναι απαραίτητο να τις συσχετίσετε με την αναδιάρθρωση της δομής. Η διάταξη των σωματιδίων στη δομή οποιασδήποτε ουσίας καθορίζεται από τα χαρακτηριστικά της αμοιβαίας διάταξης των σωματιδίων (άτομα, ιόντα, μόρια) σε αυτήν. Οι δυνάμεις υδρογόνου δρουν μεταξύ των μορίων του νερού, οι οποίες απομακρύνουν αυτό το υγρό από την εξάρτηση μεταξύ των σημείων βρασμού και τήξης,χαρακτηριστικό άλλων ουσιών που βρίσκονται σε υγρή κατάσταση συσσωμάτωσης.
Εμφανίζονται μεταξύ των μορίων μιας δεδομένης ανόργανης ένωσης λόγω των ιδιαιτεροτήτων της κατανομής της πυκνότητας ηλεκτρονίων. Τα άτομα υδρογόνου έχουν ορισμένο θετικό φορτίο, ενώ τα άτομα οξυγόνου έχουν αρνητικό. Ως αποτέλεσμα, το μόριο του νερού έχει το σχήμα ενός κανονικού τετραέδρου. Μια παρόμοια δομή χαρακτηρίζεται από γωνία δεσμού 109,5°. Η πιο ευνοϊκή διάταξη είναι η τοποθέτηση οξυγόνου και υδρογόνου στην ίδια γραμμή, έχοντας διαφορετικά φορτία, επομένως, ο δεσμός υδρογόνου χαρακτηρίζεται από ηλεκτροστατική φύση.
Έτσι, οι ασυνήθιστες (ανώμαλες) ιδιότητες του νερού είναι συνέπεια της ειδικής ηλεκτρονικής δομής του μορίου του.
Μνήμη νερού
Υπάρχει η άποψη ότι το νερό έχει μνήμη, μπορεί να συσσωρεύσει και να μεταφέρει ενέργεια, τροφοδοτώντας το σώμα με εικονικές πληροφορίες. Για πολύ καιρό, ο Ιάπωνας επιστήμονας Masaru Emoto ασχολήθηκε με αυτό το πρόβλημα. Ο Δρ Emoto δημοσίευσε τα αποτελέσματα της έρευνάς του στο βιβλίο Messages from Water. Οι επιστήμονες διεξήγαγαν πειράματα στα οποία πρώτα πάγωσε μια σταγόνα νερού στους 5 βαθμούς και στη συνέχεια ανέλυσε τη δομή των κρυστάλλων κάτω από ένα μικροσκόπιο. Για να καταγράψει τα αποτελέσματα, χρησιμοποίησε ένα μικροσκόπιο στο οποίο κατασκευάστηκε μια κάμερα.
Σαν μέρος του πειράματος, ο Masau Emoto επηρέασε το νερό με διάφορους τρόπους, στη συνέχεια το ξαναπάγωσε και τράβηξε φωτογραφίες. Κατάφερε να αποκτήσει τη σχέση μεταξύ του σχήματος των κρυστάλλων πάγου και της μουσικής,που άκουγε το νερό. Παραδόξως, ο επιστήμονας κατέγραψε τις πιο αρμονικές νιφάδες χιονιού χρησιμοποιώντας κλασική και λαϊκή μουσική.
Η χρήση της μοντέρνας μουσικής, σύμφωνα με τον Masau, «μολύνει» το νερό, έτσι ήταν σταθεροί κρύσταλλοι ακανόνιστου σχήματος. Ένα ενδιαφέρον γεγονός είναι η αναγνώριση από έναν Ιάπωνα επιστήμονα της σχέσης μεταξύ του σχήματος των κρυστάλλων και της ανθρώπινης ενέργειας.
Το νερό είναι η πιο εκπληκτική ουσία που βρίσκεται σε μεγάλες ποσότητες στον πλανήτη μας. Είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς οποιαδήποτε σφαίρα δραστηριότητας ενός σύγχρονου ανθρώπου στην οποία δεν θα έπαιρνε ενεργό μέρος. Η ευελιξία αυτής της ουσίας καθορίζεται από ανωμαλίες που προκαλούνται από την τετραεδρική δομή του νερού.
