Vand er et usædvanligt stof, der fortjener en detaljeret undersøgelse. Den sovjetiske akademiker I. V. Petryanov skrev en bog om dette fantastiske stof, Det mest usædvanlige stof i verden. Hvilke anomalier i vands fysiske egenskaber er af særlig interesse? Sammen vil vi lede efter svaret på dette spørgsmål.
Interessante fakta
Vi tænker sjældent over betydningen af ordet "vand". På vores planet er mere end 70% af det samlede areal besat af floder og søer, have og oceaner, isbjerge, gletsjere, sumpe, sne på bjergtoppe samt permafrost. På trods af sådan en enorm mængde vand er kun 1 % drikkeligt.
Biologisk betydning
Den menneskelige krop består af 70-80 % vand. Dette stof sikrer strømmen af alle vitale processer, især takket være det fjernes toksiner fra det, celler genoprettes. Vandets hovedfunktion i en levende celleer strukturel og energisk, med et fald i dets kvantitative indhold i den menneskelige krop, "krymper den".
Der er ikke noget sådant system i en levende organisme, der kunne fungere uden H2O. På trods af vandets anomalier er det en standard til at bestemme mængden af varme, masse, temperatur, højde.
Grundlæggende begreber
H2O - hydrogenoxid, som indeholder 11,19% hydrogen, 88,81% oxygen i massen. Det er en farveløs væske, der hverken har lugt eller smag. Vand er en væsentlig komponent i industrielle processer.
For første gang blev dette stof syntetiseret i slutningen af det 18. århundrede af G. Cavendish. Forskeren eksploderede en blanding af ilt og brint med en elektrisk lysbue. G. Galileo analyserede først forskellen i tætheden af is og vand i 1612.
I 1830 blev en dampmaskine skabt af de franske videnskabsmænd P. Dulong og D. Arago. Denne opdagelse gjorde det muligt at studere sammenhængen mellem mætningsdamptryk og temperatur. I 1910 opdagede den amerikanske videnskabsmand P. Bridgman og tyskeren G. Tamman adskillige polymorfe modifikationer i is ved højt tryk.
I 1932 opdagede de amerikanske videnskabsmænd G. Urey og E. Washburn tungt vand. Anomalier i dette stofs fysiske egenskaber blev opdaget på grund af forbedring af udstyr og forskningsmetoder.
Nogle modsigelser i fysiske egenskaber
Rent vand er en klar, farveløs væske. Dens tæthed, når den omdannes til en væske frafast stof stiger, dette manifesterer en anomali i vandets egenskaber. Opvarmning af det fra 0 til 40 grader fører til en stigning i tætheden. Høj varmekapacitet skal bemærkes som en anomali af vand. Krystallisationstemperaturen er 0 grader Celsius, og kogepunktet er 100 grader.
Molekylet i denne uorganiske forbindelse har en vinkelstruktur. Dens kerner danner en ligebenet trekant med to protoner ved sin base og et oxygenatom ved sin spids.
Densitetsanomalier
Forskere har været i stand til at identificere omkring fyrre egenskaber, der er karakteristiske for H2O. Vandanomalier fortjener nøje overvejelse og undersøgelse. Forskere forsøger at forklare årsagerne til hver faktor for at give den en videnskabelig forklaring.
Anomalien i vands tæthed ligger i, at dette stof har sin maksimale densitetsværdi starter ved +3, 98°C. Ved efterfølgende afkøling, overførsel fra en flydende til en fast tilstand, observeres et fald i densiteten.
For andre forbindelser falder massefylden i væsker med faldende temperatur, da en temperaturstigning bidrager til en stigning i molekylernes kinetiske energi (deres bevægelseshastighed øges), hvilket fører til øget sprødhed af stoffet.
I betragtning af sådanne uregelmæssigheder i vand skal det bemærkes, at det også har en tendens til at stige i hastighed med stigende temperatur, men tætheden falder kun ved forhøjede temperaturer.
Efter at have reduceret tætheden af is, vil den være på overfladen af vandet. Dette fænomen kan forklares ved, at molekylerne i krystallen har en regulær struktur, som har en rumlig periodicitet.
Hvis almindelige forbindelser har molekyler tæt pakket i krystaller, så forsvinder regelmæssigheden efter stoffet smelter. Et lignende fænomen observeres kun, når molekylerne er placeret i betydelige afstande. Faldet i massefylde under smeltning af metaller er en ubetydelig værdi, estimeret til 2-4%. Vandtætheden overstiger isens tæthed med 10 procent. Dette er således en manifestation af vandanomalien. Kemi forklarer dette fænomen med en dipolstruktur såvel som en kovalent polær binding.
Kompressibilitetsanomalier
Lad os fortsætte med at tale om vandets egenskaber. Det er kendetegnet ved usædvanlig temperaturadfærd. Dets komprimerbarhed, det vil sige faldet i volumen, når trykket stiger, kan meget vel betragtes som et eksempel på en anomali i vands fysiske egenskaber. Hvilke specifikke funktioner skal bemærkes her? Andre væsker er meget nemmere at komprimere under tryk, og vand får kun sådanne egenskaber ved høje temperaturer.
Temperatureadfærd af varmekapacitet
Denne anomali er en af de stærkeste for vand. Varmekapacitet fortæller dig, hvor meget varme der skal til for at hæve temperaturen med 1 grad. For mange stoffer, efter smeltning, øges væskens varmekapacitet med højst 10 procent. Og for vand efter isens smeltning fordobles denne fysiske mængde. Ingen af stofferneingen sådan stigning i varmekapacitet blev registreret.
I is bliver den energi, der tilføres den til opvarmning, mest brugt på at øge molekylernes bevægelseshastighed (kinetisk energi). En markant stigning i varmekapaciteten efter smeltning indikerer, at der sker andre energikrævende processer i vand, som kræver varmetilførsel. De er årsagen til den øgede varmekapacitet. Dette fænomen er typisk for hele det temperaturområde, hvor vand har en flydende aggregeringstilstand.
Så snart det bliver til damp, forsvinder anomalien. I øjeblikket er mange forskere engageret i analyse af egenskaberne ved superkølet vand. Det ligger i dens evne til at forblive flydende under krystallisationspunktet på 0°C.
Det er ganske muligt at superkøle vand i tynde kapillærer, såvel som i et ikke-polært medium som små dråber. Et naturligt spørgsmål opstår om, hvad der observeres med tæthedsanomalien i en sådan situation. Efterhånden som vandet bliver underafkølet, falder vandets tæthed betydeligt, det har tendens til tætheden af is, når temperaturen falder.
Årsager til udseende
Når du bliver spurgt: "Navngiv vandanomalierne og beskriv deres årsager", er det nødvendigt at forbinde dem med omstruktureringen af strukturen. Arrangementet af partikler i strukturen af ethvert stof bestemmes af funktionerne i det gensidige arrangement af partikler (atomer, ioner, molekyler) i det. Hydrogenkræfter virker mellem vandmolekyler, som fjerner denne væske fra afhængigheden mellem koge- og smeltepunkter,karakteristisk for andre stoffer, der er i flydende aggregeringstilstand.
De optræder mellem molekylerne i en given uorganisk forbindelse på grund af de særlige kendetegn ved elektrondensitetsfordelingen. Brintatomer har en vis positiv ladning, mens iltatomer har en negativ. Som et resultat har vandmolekylet form af et regulært tetraeder. En lignende struktur er kendetegnet ved en bindingsvinkel på 109,5°. Det mest gunstige arrangement er placeringen af ilt og brint i samme linje med forskellige ladninger, derfor er hydrogenbindingen karakteriseret ved en elektrostatisk natur.
Så vands usædvanlige (anomale) egenskaber er en konsekvens af dets molekyles særlige elektroniske struktur.
Hukommelse af vand
Der er en opfattelse af, at vand har en hukommelse, kan akkumulere og overføre energi og fodre kroppen med virtuel information. I lang tid beskæftigede den japanske videnskabsmand Masaru Emoto dette problem. Dr. Emoto offentliggjorde resultaterne af sin forskning i bogen Messages from Water. Forskerne udførte eksperimenter, hvor han først frøs en dråbe vand ved 5 grader og derefter analyserede strukturen af krystallerne under et mikroskop. Til at registrere resultaterne brugte han et mikroskop, hvori et kamera var bygget.
Som en del af eksperimentet påvirkede Masau Emoto vand på forskellige måder, hvorefter det blev frosset igen og taget billeder. Han formåede at finde forholdet mellem formen af iskrystaller og musik,som vandet lyttede til. Overraskende nok optog videnskabsmanden de mest harmoniske snefnug ved hjælp af klassisk musik og folkemusik.
Brugen af moderne musik, ifølge Masau, "forurener" vandet, så de var faste krystaller med uregelmæssig form. Et interessant faktum er en japansk videnskabsmands identifikation af forholdet mellem formen af krystaller og menneskelig energi.
Vand er det mest fantastiske stof, der findes i store mængder på vores planet. Det er svært at forestille sig nogen aktivitetssfære for en moderne person, hvor hun ikke ville deltage aktivt. Dette stofs alsidighed bestemmes af anomalier forårsaget af vandets tetraedriske struktur.
