Water is een ongebruikelijke stof die gedetailleerde studie verdient. De Sovjet-academicus I. V. Petryanov schreef een boek over deze verbazingwekkende stof, The Most Unusual Substance in the World. Welke afwijkingen in de fysische eigenschappen van water zijn van bijzonder belang? Samen gaan we op zoek naar het antwoord op deze vraag.
Interessante feiten
We denken zelden na over de betekenis van het woord 'water'. Op onze planeet wordt meer dan 70% van het totale gebied ingenomen door rivieren en meren, zeeën en oceanen, ijsbergen, gletsjers, moerassen, sneeuw op bergtoppen, evenals permafrost. Ondanks zo'n enorme hoeveelheid water is slechts 1% drinkbaar.
Biologische betekenis
Het menselijk lichaam bestaat voor 70-80% uit water. Deze stof zorgt voor de doorstroming van alle vitale processen, in het bijzonder worden hierdoor gifstoffen verwijderd, cellen hersteld. De belangrijkste functie van water in een levende celis structureel en energie, met een afname van de kwantitatieve inhoud in het menselijk lichaam, het "krimpt".
Er is geen dergelijk systeem in een levend organisme dat zou kunnen functioneren zonder H2O. Ondanks de anomalieën van water, is het een standaard voor het bepalen van de hoeveelheid warmte, massa, temperatuur, hoogte.
Basisconcepten
H2O - waterstofoxide, dat 11,19% waterstof en 88,81% zuurstof per massa bevat. Het is een kleurloze vloeistof die geur noch smaak heeft. Water is een essentieel onderdeel van industriële processen.
Voor het eerst werd deze stof aan het einde van de 18e eeuw gesynthetiseerd door G. Cavendish. De wetenschapper liet een mengsel van zuurstof en waterstof exploderen met een elektrische boog. G. Galileo analyseerde voor het eerst het verschil in de dichtheid van ijs en water in 1612.
In 1830 werd een stoommachine gemaakt door de Franse wetenschappers P. Dulong en D. Arago. Deze ontdekking maakte het mogelijk om de relatie tussen verzadigingsdampdruk en temperatuur te bestuderen. In 1910 ontdekten de Amerikaanse wetenschapper P. Bridgman en de Duitser G. Tamman verschillende polymorfe modificaties in ijs onder hoge druk.
In 1932 ontdekten de Amerikaanse wetenschappers G. Urey en E. Washburn zwaar water. Anomalieën in de fysieke eigenschappen van deze stof werden ontdekt door de verbetering van apparatuur en onderzoeksmethoden.
Enkele tegenstrijdigheden in fysische eigenschappen
Puur water is een heldere, kleurloze vloeistof. Zijn dichtheid wanneer omgezet in een vloeistof vanvaste stof toeneemt, manifesteert dit een anomalie in de eigenschappen van water. Verwarmen van 0 tot 40 graden leidt tot een toename van de dichtheid. Hoge warmtecapaciteit moet worden opgemerkt als een anomalie van water. De kristallisatietemperatuur is 0 graden Celsius en het kookpunt is 100 graden.
Het molecuul van deze anorganische verbinding heeft een hoekige structuur. De kernen vormen een gelijkbenige driehoek met twee protonen aan de basis en een zuurstofatoom aan de top.
Densiteitsafwijkingen
Wetenschappers hebben ongeveer veertig kenmerken kunnen identificeren die kenmerkend zijn voor H2O. Waterafwijkingen verdienen aandacht en studie. Wetenschappers proberen de oorzaken van elke factor te verklaren, om er een wetenschappelijke verklaring voor te geven.
De anomalie van de dichtheid van water ligt in het feit dat de maximale dichtheid van deze stof begint bij +3, 98°C. Bij daaropvolgende afkoeling, overdracht van een vloeistof naar een vaste toestand, wordt een afname van de dichtheid waargenomen.
Voor andere verbindingen neemt de dichtheid in vloeistoffen af met afnemende temperatuur, omdat een toename van de temperatuur bijdraagt aan een toename van de kinetische energie van moleculen (hun bewegingssnelheid neemt toe), wat leidt tot een grotere brosheid van de stof.
Rekening houdend met dergelijke afwijkingen van water, moet worden opgemerkt dat het ook de neiging heeft om in snelheid toe te nemen met toenemende temperatuur, maar de dichtheid neemt alleen af bij verhoogde temperaturen.
Na het verminderen van de dichtheid van ijs, zal het zich op het wateroppervlak bevinden. Dit fenomeen kan worden verklaard door het feit dat de moleculen in het kristal een regelmatige structuur hebben, die een ruimtelijke periodiciteit heeft.
Als gewone verbindingen moleculen hebben die stevig in kristallen zijn verpakt, verdwijnt de regelmaat nadat de stof is gesmolten. Een soortgelijk fenomeen wordt alleen waargenomen wanneer de moleculen zich op aanzienlijke afstanden bevinden. De afname in dichtheid tijdens het smelten van metalen is een verwaarloosbare waarde, geschat op 2-4%. De dichtheid van water is 10 procent groter dan die van ijs. Dit is dus een manifestatie van de waterafwijking. Chemie verklaart dit fenomeen met een dipoolstructuur, evenals een covalente polaire binding.
Samendrukbaarheidsanomalieën
Laten we verder praten over de kenmerken van water. Het wordt gekenmerkt door ongewoon temperatuurgedrag. De samendrukbaarheid, dat wil zeggen de afname van het volume, naarmate de druk toeneemt, kan heel goed worden beschouwd als een voorbeeld van een anomalie in de fysische eigenschappen van water. Welke specifieke kenmerken moeten hier worden vermeld? Andere vloeistoffen zijn veel gemakkelijker te comprimeren onder druk, en water krijgt dergelijke eigenschappen alleen bij hoge temperaturen.
Temperatuurgedrag van warmtecapaciteit
Deze anomalie is een van de sterkste voor water. Warmtecapaciteit geeft aan hoeveel warmte nodig is om de temperatuur met 1 graad te verhogen. Voor veel stoffen neemt de warmtecapaciteit van de vloeistof na het smelten met niet meer dan 10 procent toe. En voor water na het smelten van ijs verdubbelt deze fysieke hoeveelheid. Geen van de stoffeneen dergelijke toename van de warmtecapaciteit werd niet geregistreerd.
In ijs wordt de energie die eraan wordt geleverd voor verwarming voornamelijk besteed aan het verhogen van de bewegingssnelheid van moleculen (kinetische energie). Een significante toename van de warmtecapaciteit na het smelten geeft aan dat er in water andere energie-intensieve processen plaatsvinden die warmte-inbreng vereisen. Zij zijn de reden voor de verhoogde warmtecapaciteit. Dit fenomeen is typerend voor het gehele temperatuurbereik waarin water een vloeibare aggregatietoestand heeft.
Zodra het in stoom verandert, verdwijnt de anomalie. Momenteel zijn veel wetenschappers bezig met de analyse van de eigenschappen van onderkoeld water. Het ligt in zijn vermogen om vloeibaar te blijven onder het kristallisatiepunt van 0°C.
Het is heel goed mogelijk om water in dunne haarvaten te onderkoelen, evenals in een niet-polair medium als kleine druppeltjes. Een natuurlijke vraag rijst wat er wordt waargenomen met de dichtheidsafwijking in een dergelijke situatie. Naarmate water onderkoeld raakt, neemt de dichtheid van water aanzienlijk af, het neigt naar de dichtheid van ijs naarmate de temperatuur da alt.
Redenen voor uiterlijk
Wanneer gevraagd wordt: "Benoem de waterafwijkingen en beschrijf hun oorzaken", is het noodzakelijk om ze te associëren met de herstructurering van de structuur. De rangschikking van deeltjes in de structuur van elke stof wordt bepaald door de kenmerken van de onderlinge rangschikking van deeltjes (atomen, ionen, moleculen) erin. Waterstofkrachten werken tussen watermoleculen, die deze vloeistof verwijderen uit de afhankelijkheid tussen kook- en smeltpunten,kenmerk van andere stoffen die zich in een vloeibare staat van aggregatie bevinden.
Ze verschijnen tussen de moleculen van een bepaalde anorganische verbinding vanwege de eigenaardigheden van de elektronendichtheidsverdeling. Waterstofatomen hebben een bepaalde positieve lading, terwijl zuurstofatomen een negatieve lading hebben. Hierdoor heeft het watermolecuul de vorm van een regelmatige tetraëder. Een vergelijkbare structuur wordt gekenmerkt door een bindingshoek van 109,5°. De gunstigste opstelling is de plaatsing van zuurstof en waterstof in dezelfde lijn, met verschillende ladingen, daarom wordt de waterstofbinding gekenmerkt door een elektrostatisch karakter.
De ongewone (abnormale) eigenschappen van water zijn dus een gevolg van de speciale elektronische structuur van zijn molecuul.
Geheugen van water
Er is een mening dat water een geheugen heeft, energie kan ophopen en overbrengen, en het lichaam voedt met virtuele informatie. Lange tijd hield de Japanse wetenschapper Masaru Emoto zich met dit probleem bezig. Dr. Emoto publiceerde de resultaten van zijn onderzoek in het boek Messages from Water. De wetenschappers voerden experimenten uit waarbij hij eerst een druppel water bevroor bij 5 graden, en vervolgens de structuur van de kristallen analyseerde onder een microscoop. Om de resultaten vast te leggen, gebruikte hij een microscoop waarin een camera was ingebouwd.
Als onderdeel van het experiment beïnvloedde Masau Emoto het water op verschillende manieren, bevroor het vervolgens opnieuw en nam foto's. Hij slaagde erin om de relatie tussen de vorm van ijskristallen en muziek te krijgen,waar het water naar luisterde. Verrassend genoeg nam de wetenschapper de meest harmonieuze sneeuwvlokken op met klassieke en volksmuziek.
Het gebruik van moderne muziek, volgens Masau, "vervuilt" het water, dus het waren vaste kristallen met een onregelmatige vorm. Een interessant feit is de identificatie door een Japanse wetenschapper van de relatie tussen de vorm van kristallen en menselijke energie.
Water is de meest verbazingwekkende stof die in grote hoeveelheden op onze planeet wordt gevonden. Het is moeilijk om een activiteitsgebied van een moderne persoon voor te stellen waaraan ze niet actief zou deelnemen. De veelzijdigheid van deze stof wordt bepaald door afwijkingen veroorzaakt door de tetraëdrische structuur van water.
