Voda je neobična tvar koja zaslužuje detaljno proučavanje. Sovjetski akademik I. V. Petryanov napisao je knjigu o ovoj nevjerojatnoj tvari, Najneobičnija tvar na svijetu. Koje su anomalije u fizikalnim svojstvima vode od posebnog interesa? Zajedno ćemo tražiti odgovor na ovo pitanje.
Zanimljive činjenice
Rijetko razmišljamo o značenju riječi "voda". Na našem planetu više od 70% ukupne površine zauzimaju rijeke i jezera, mora i oceani, sante leda, ledenjaci, močvare, snijeg na planinskim vrhovima, kao i vječni led. Unatoč tako ogromnoj količini vode, samo 1% je pitko.
Biološki značaj
Ljudsko tijelo je 70-80% vode. Ova tvar osigurava tijek svih vitalnih procesa, a posebno se zahvaljujući njoj iz nje uklanjaju toksini, obnavljaju se stanice. Glavna funkcija vode u živoj stanicije strukturna i energetska, sa smanjenjem njegovog kvantitativnog sadržaja u ljudskom tijelu, "smanjuje se".
Ne postoji takav sustav u živom organizmu koji bi mogao funkcionirati bez H2O. Unatoč anomalijama vode, ona je standard za određivanje količine topline, mase, temperature, nadmorske visine.
Osnovni koncepti
H2O - vodikov oksid, koji sadrži 11,19% vodika, 88,81% kisika po masi. To je bezbojna tekućina koja nema ni miris ni okus. Voda je bitna komponenta industrijskih procesa.
Prvi put je ovu tvar sintetizirao G. Cavendish krajem 18. stoljeća. Znanstvenik je električnim lukom eksplodirao mješavinu kisika i vodika. G. Galileo prvi je analizirao razliku u gustoći leda i vode 1612.
1830. godine francuski znanstvenici P. Dulong i D. Arago stvorili su parni stroj. Ovo otkriće omogućilo je proučavanje odnosa između tlaka zasićene pare i temperature. Godine 1910. američki znanstvenik P. Bridgman i njemački G. Tamman otkrili su nekoliko polimorfnih modifikacija u ledu pod visokim tlakom.
Godine 1932. američki znanstvenici G. Urey i E. Washburn otkrili su tešku vodu. Anomalije u fizičkim svojstvima ove tvari otkrivene su zbog poboljšanja opreme i metoda istraživanja.
Neke kontradikcije u fizičkim svojstvima
Čista voda je bistra, bezbojna tekućina. Njegova gustoća kada se pretvori u tekućinu izčvrsta tvar se povećava, to očituje anomaliju u svojstvima vode. Zagrijavanje od 0 do 40 stupnjeva dovodi do povećanja gustoće. Visoki toplinski kapacitet treba istaknuti kao anomaliju vode. Temperatura kristalizacije je 0 stupnjeva Celzija, a vrelište je 100 stupnjeva.
Molekula ovog anorganskog spoja ima kutnu strukturu. Njegove jezgre tvore jednakokraki trokut s dva protona u bazi i atomom kisika na vrhu.
Anomalije gustoće
Znanstvenici su uspjeli identificirati četrdesetak značajki karakterističnih za H2O. Vodene anomalije zaslužuju pomno razmatranje i proučavanje. Znanstvenici pokušavaju objasniti uzroke svakog čimbenika, dati mu znanstveno objašnjenje.
Anomalija gustoće vode leži u činjenici da ova tvar ima svoju maksimalnu vrijednost gustoće od +3,98°C. S naknadnim hlađenjem, prelaskom iz tekućeg u kruto stanje, uočava se smanjenje gustoće.
Za ostale spojeve, gustoća u tekućinama opada s padom temperature, budući da povećanje temperature pridonosi povećanju kinetičke energije molekula (povećava se njihova brzina kretanja), što dovodi do povećane lomljivosti tvari.
S obzirom na takve anomalije vode, treba napomenuti da i ona ima tendenciju povećanja brzine s povećanjem temperature, ali gustoća se smanjuje samo na povišenim temperaturama.
Nakon smanjenja gustoće leda, bit će na površini vode. Ovaj fenomen se može objasniti činjenicom da molekule u kristalu imaju pravilnu strukturu, koja ima prostornu periodičnost.
Ako obični spojevi imaju molekule čvrsto zbijene u kristalima, onda nakon što se tvar otopi, pravilnost nestaje. Sličan fenomen se opaža samo kada se molekule nalaze na znatnim udaljenostima. Smanjenje gustoće tijekom taljenja metala je zanemariva vrijednost, procjenjuje se na 2-4%. Gustoća vode veća je od leda za 10 posto. Dakle, ovo je manifestacija anomalije vode. Kemija objašnjava ovaj fenomen dipolnom strukturom, kao i kovalentnom polarnom vezom.
Anomalije kompresibilnosti
Nastavimo razgovarati o značajkama vode. Karakterizira ga neobično temperaturno ponašanje. Njegova kompresibilnost, odnosno smanjenje volumena, kako se tlak povećava, može se smatrati primjerom anomalije u fizikalnim svojstvima vode. Koje specifičnosti ovdje treba napomenuti? Ostale tekućine je puno lakše komprimirati pod pritiskom, a voda poprima takve karakteristike samo pri visokim temperaturama.
Temperaturno ponašanje toplinskog kapaciteta
Ova anomalija je jedna od najjačih za vodu. Toplinski kapacitet govori koliko je topline potrebno da se temperatura podigne za 1 stupanj. Za mnoge tvari, nakon taljenja, toplinski kapacitet tekućine raste za najviše 10 posto. A za vodu nakon topljenja leda ova se fizička veličina udvostručuje. Nijedna od tvaritakvo povećanje toplinskog kapaciteta nije zabilježeno.
U ledu se energija koja mu se dovodi za zagrijavanje troši najviše na povećanje brzine kretanja molekula (kinetička energija). Značajno povećanje toplinskog kapaciteta nakon taljenja ukazuje na to da se u vodi javljaju i drugi energetski intenzivni procesi koji zahtijevaju unos topline. Oni su razlog povećanog toplinskog kapaciteta. Ovaj fenomen je tipičan za cijeli temperaturni raspon u kojem voda ima tekuće agregacijsko stanje.
Čim se pretvori u paru, anomalija nestaje. Trenutno se mnogi znanstvenici bave analizom svojstava prehlađene vode. Leži u njegovoj sposobnosti da ostane tekući ispod točke kristalizacije od 0°C.
Sasvim je moguće prehlađenje vode u tankim kapilarama, kao iu nepolarnom mediju kao sitne kapljice. Postavlja se prirodno pitanje što se u takvoj situaciji opaža s anomalijom gustoće. Kako voda postaje prehlađena, gustoća vode značajno opada, teži gustoći leda kako se temperatura smanjuje.
Razlozi za pojavljivanje
Na pitanje: "Imenujte vodene anomalije i opišite njihove uzroke", potrebno ih je povezati s restrukturiranjem strukture. Raspored čestica u strukturi bilo koje tvari određen je značajkama međusobnog rasporeda čestica (atoma, iona, molekula) u njoj. Između molekula vode djeluju sile vodika, koje uklanjaju ovu tekućinu iz ovisnosti između vrelišta i tališta,karakteristično za druge tvari koje su u tekućem agregacijskom stanju.
Pojavljuju se između molekula danog anorganskog spoja zbog osobitosti raspodjele elektronske gustoće. Atomi vodika imaju određeni pozitivan naboj, dok atomi kisika imaju negativan. Kao rezultat toga, molekula vode ima oblik pravilnog tetraedra. Sličnu strukturu karakterizira kut veze od 109,5°. Najpovoljniji je raspored kisika i vodika u istoj liniji, različitog naboja, stoga vodikovu vezu karakterizira elektrostatička priroda.
Dakle, neobična (anomalna) svojstva vode posljedica su posebne elektronske strukture njezine molekule.
Sjećanje na vodu
Postoji mišljenje da voda ima memoriju, može akumulirati i prenositi energiju, hraneći tijelo virtualnim informacijama. Dugo se tim problemom bavio japanski znanstvenik Masaru Emoto. Dr. Emoto je rezultate svog istraživanja objavio u knjizi Poruke iz vode. Znanstvenici su proveli pokuse u kojima je najprije zamrznuo kap vode na 5 stupnjeva, a zatim analizirao strukturu kristala pod mikroskopom. Za snimanje rezultata upotrijebio je mikroskop u koji je ugrađena kamera.
U sklopu eksperimenta, Masau Emoto je na različite načine utjecao na vodu, zatim ju je ponovno zamrznuo i fotografirao. Uspio je dobiti odnos između oblika ledenih kristala i glazbe,koje je voda slušala. Začudo, znanstvenik je snimio najskladnije snježne pahulje koristeći klasičnu i narodnu glazbu.
Upotreba moderne glazbe, prema Masauu, "zagađuje" vodu, pa su u njih učvršćeni kristali nepravilnog oblika. Zanimljiva je činjenica da je japanski znanstvenik identificirao odnos između oblika kristala i ljudske energije.
Voda je najnevjerojatnija tvar koja se nalazi u velikim količinama na našem planetu. Teško je zamisliti bilo koju sferu aktivnosti moderne osobe u kojoj ne bi aktivno sudjelovala. Svestranost ove tvari određena je anomalijama uzrokovanim tetraedarskom strukturom vode.
