Водата е необичайно вещество, което заслужава подробно проучване. Съветският академик И. В. Петрянов написа книга за това удивително вещество „Най-необичайното вещество в света“. Кои аномалии във физичните свойства на водата представляват особен интерес? Заедно ще търсим отговора на този въпрос.
Интересни факти
Рядко се замисляме за значението на думата "вода". На нашата планета повече от 70% от общата площ е заета от реки и езера, морета и океани, айсберги, ледници, блата, сняг по планинските върхове, както и вечна замръзване. Въпреки толкова огромно количество вода, само 1% е годен за пиене.
Биологично значение
Човешкото тяло е 70-80% вода. Това вещество осигурява протичането на всички жизненоважни процеси, по-специално благодарение на него токсините се отстраняват от него, клетките се възстановяват. Основната функция на водата в жива клеткае структурен и енергиен, с намаляване на количественото му съдържание в човешкото тяло, той се „свива“.
В жив организъм няма такава система, която да функционира без H2O. Въпреки аномалиите на водата, тя е стандарт за определяне на количеството топлина, маса, температура, надморска височина.
Основни понятия
H2O - водороден оксид, който съдържа 11,19% водород, 88,81% кислород по маса. Това е безцветна течност, която няма нито мирис, нито вкус. Водата е основен компонент на промишлените процеси.
За първи път това вещество е синтезирано в края на 18-ти век от Г. Кавендиш. Ученият експлодира смес от кислород и водород с електрическа дъга. Г. Галилей за първи път анализира разликата в плътността на леда и водата през 1612 г.
През 1830 г. е създадена парна машина от френските учени П. Дулонг и Д. Араго. Това откритие направи възможно изследването на връзката между налягането на наситените пари и температурата. През 1910 г. американският учен П. Бриджман и германецът Г. Тамман откриват няколко полиморфни модификации в лед при високо налягане.
През 1932 г. американските учени Г. Юри и Е. Уошбърн откриват тежка вода. Аномалии във физическите свойства на това вещество бяха открити поради подобряването на оборудването и методите на изследване.
Някои противоречия във физическите свойства
Чиста вода е бистра, безцветна течност. Плътността му, когато се трансформира в течност оттвърдото вещество се увеличава, това проявява аномалия в свойствата на водата. Нагряването му от 0 до 40 градуса води до увеличаване на плътността. Високият топлинен капацитет трябва да се отбележи като аномалия на водата. Температурата на кристализация е 0 градуса по Целзий, а точката на кипене е 100 градуса.
Молекулата на това неорганично съединение има ъглова структура. Неговите ядра образуват равнобедрен триъгълник с два протона в основата и кислороден атом на върха.
Аномалии на плътността
Учените са успели да идентифицират около четиридесет характеристики, характерни за H2O. Водните аномалии заслужават внимателно разглеждане и изследване. Учените се опитват да обяснят причините за всеки фактор, да му дадат научно обяснение.
Аномалията на плътността на водата се крие във факта, че това вещество има максимална стойност на плътност от +3, 98°C. При последващо охлаждане, преминаване от течно в твърдо състояние, се наблюдава намаляване на плътността.
За други съединения плътността в течностите намалява с понижаване на температурата, тъй като повишаването на температурата допринася за увеличаване на кинетичната енергия на молекулите (скоростта им на движение се увеличава), което води до повишена ронливост на веществото.
Като се имат предвид подобни аномалии на водата, трябва да се отбележи, че тя също има тенденция да се увеличава по скорост с повишаване на температурата, но плътността намалява само при повишени температури.
След намаляване на плътността на леда, той ще бъде на повърхността на водата. Това явление може да се обясни с факта, че молекулите в кристала имат правилна структура, която има пространствена периодичност.
Ако обикновените съединения имат молекули, плътно опаковани в кристали, тогава след като веществото се стопи, закономерността изчезва. Подобно явление се наблюдава само когато молекулите са разположени на значителни разстояния. Намаляването на плътността по време на топенето на метали е незначителна стойност, оценена на 2-4%. Плътността на водата надвишава тази на леда с 10 процента. По този начин това е проява на водната аномалия. Химията обяснява това явление с диполна структура, както и с ковалентна полярна връзка.
Аномалии на компресия
Нека продължим да говорим за характеристиките на водата. Характеризира се с необичайно температурно поведение. Неговата свиваемост, тоест намаляването на обема с увеличаване на налягането, може да се счита за пример за аномалия във физичните свойства на водата. Какви специфични характеристики трябва да се отбележат тук? Други течности са много по-лесни за компресиране под налягане, а водата придобива такива характеристики само при високи температури.
Температурно поведение на топлинния капацитет
Тази аномалия е една от най-силните за водата. Топлинният капацитет ви казва колко топлина е необходима за повишаване на температурата с 1 градус. За много вещества след топене топлинният капацитет на течността се увеличава с не повече от 10 процента. А за водата след топенето на леда това физическо количество се удвоява. Нито едно от веществатане е регистрирано такова увеличение на топлинния капацитет.
В леда енергията, която му се подава за нагряване, се изразходва най-вече за увеличаване на скоростта на движение на молекулите (кинетична енергия). Значителното увеличение на топлинния капацитет след топене показва, че във водата протичат други енергоемки процеси, които изискват влагане на топлина. Те са причината за повишения топлинен капацитет. Това явление е типично за целия температурен диапазон, в който водата има течно агрегатно състояние.
Веднага щом се превърне в пара, аномалията изчезва. В момента много учени се занимават с анализ на свойствата на преохладената вода. Той се крие в способността му да остава течен под точката на кристализация от 0°C.
Напълно възможно е да се преохлади водата в тънки капиляри, както и в неполярна среда като малки капчици. Възниква естествен въпрос какво се наблюдава при аномалията на плътността в такава ситуация. Тъй като водата се преохлади, плътността на водата намалява значително, тя се стреми към плътността на леда с понижаване на температурата.
Причини за появата
Когато бъдете попитани: „Назовете водните аномалии и опишете техните причини“, е необходимо да ги свържете с преструктурирането на структурата. Подреждането на частиците в структурата на всяко вещество се определя от особеностите на взаимното подреждане на частиците (атоми, йони, молекули) в него. Водородните сили действат между водните молекули, които премахват тази течност от зависимостта между точките на кипене и топене,характерно за други вещества, които са в течно агрегатно състояние.
Те се появяват между молекулите на дадено неорганично съединение поради особеностите на разпределението на електронната плътност. Водородните атоми имат определен положителен заряд, докато кислородните атоми имат отрицателен заряд. В резултат на това водната молекула има формата на правилен тетраедър. Подобна структура се характеризира с ъгъл на свързване от 109,5°. Най-благоприятното подреждане е поставянето на кислород и водород в една и съща линия, с различни заряди, следователно, водородната връзка се характеризира с електростатичен характер.
И така, необичайните (аномални) свойства на водата са следствие от специалната електронна структура на нейната молекула.
Спомен за водата
Има мнение, че водата има памет, може да натрупва и пренася енергия, захранвайки тялото с виртуална информация. Дълго време с този проблем се занимава японският учен Масару Емото. Д-р Емото публикува резултатите от изследването си в книгата Messages from Water. Учените проведоха експерименти, при които той първо замрази капка вода при 5 градуса, а след това анализира структурата на кристалите под микроскоп. За да запише резултатите, той използва микроскоп, в който е вградена камера.
Като част от експеримента Масау Емото въздейства на водата по различни начини, след което я замразява отново и прави снимки. Той успя да установи връзката между формата на ледените кристали и музиката,които водата слушаше. Изненадващо ученият записва най-хармоничните снежинки, използвайки класическа и народна музика.
Използването на съвременна музика, според Масау, "замърсява" водата, така че те са били фиксирани кристали с неправилна форма. Интересен факт е идентифицирането от японски учен на връзката между формата на кристалите и човешката енергия.
Водата е най-удивителното вещество, което се среща в големи количества на нашата планета. Трудно е да си представим някаква сфера на дейност на съвременен човек, в която тя не би взела активно участие. Универсалността на това вещество се определя от аномалии, причинени от тетраедричната структура на водата.
