Voda je neobvyklá látka, která si zaslouží podrobné studium. Sovětský akademik I. V. Petrjanov napsal o této úžasné látce knihu Nejneobvyklejší látka na světě. Jaké anomálie ve fyzikálních vlastnostech vody jsou zvláště zajímavé? Společně budeme hledat odpověď na tuto otázku.
Zajímavá fakta
Zřídka přemýšlíme o významu slova „voda“. Na naší planetě zabírají více než 70 % celkové plochy řeky a jezera, moře a oceány, ledovce, ledovce, bažiny, sníh na vrcholcích hor a také permafrost. I přes tak obrovské množství vody je pouze 1 % pitné.
Biologický význam
Lidské tělo tvoří 70–80 % vody. Tato látka zajišťuje tok všech životně důležitých procesů, zejména díky ní se z ní odstraňují toxiny, obnovují se buňky. Hlavní funkce vody v živé buňceje strukturální a energetický, s poklesem jeho kvantitativního obsahu v lidském těle se „zmenšuje“.
V živém organismu neexistuje žádný takový systém, který by mohl fungovat bez H2O. Přes anomálie vody je to standard pro určování množství tepla, hmotnosti, teploty, nadmořské výšky.
Základní pojmy
H2O - oxid vodíku, který obsahuje 11,19 % hmotnostních vodíku, 88,81 % kyslíku. Je to bezbarvá kapalina, která nemá vůni ani chuť. Voda je nezbytnou součástí průmyslových procesů.
Poprvé tuto látku syntetizoval na konci 18. století G. Cavendish. Vědec explodoval směs kyslíku a vodíku elektrickým obloukem. G. Galileo poprvé analyzoval rozdíl v hustotě ledu a vody v roce 1612.
V roce 1830 vytvořili francouzští vědci P. Dulong a D. Arago parní stroj. Tento objev umožnil studovat vztah mezi tlakem nasycených par a teplotou. V roce 1910 objevili americký vědec P. Bridgman a Němec G. Tamman několik polymorfních modifikací v ledu při vysokém tlaku.
V roce 1932 objevili američtí vědci G. Urey a E. Washburn těžkou vodu. Anomálie ve fyzikálních vlastnostech této látky byly objeveny díky zdokonalení zařízení a výzkumných metod.
Některé rozpory ve fyzikálních vlastnostech
Čistá voda je čirá, bezbarvá kapalina. Jeho hustota při přeměně na kapalinu zpřibývá pevných látek, projevuje se to anomálií ve vlastnostech vody. Zahřívání z 0 na 40 stupňů vede ke zvýšení hustoty. Jako anomálii vody je třeba poznamenat vysokou tepelnou kapacitu. Teplota krystalizace je 0 stupňů Celsia a bod varu je 100 stupňů.
Molekula této anorganické sloučeniny má hranatou strukturu. Jeho jádra tvoří rovnoramenný trojúhelník se dvěma protony na jeho základně a atomem kyslíku na jeho vrcholu.
Anomálie hustoty
Vědcům se podařilo identifikovat asi čtyřicet vlastností charakteristických pro H2O. Vodní anomálie si zaslouží pečlivé zvážení a studium. Vědci se snaží vysvětlit příčiny každého faktoru, podat mu vědecké vysvětlení.
Anomálie hustoty vody spočívá v tom, že tato látka má maximální hodnotu hustoty od +3, 98°C. Při následném ochlazení, přechodu z kapalného do pevného skupenství, je pozorován pokles hustoty.
U ostatních sloučenin hustota v kapalinách klesá s klesající teplotou, protože zvýšení teploty přispívá ke zvýšení kinetické energie molekul (zvyšuje se rychlost jejich pohybu), což vede ke zvýšené drobivosti látky.
Pokud vezmeme v úvahu takové anomálie vody, je třeba poznamenat, že také má tendenci zvyšovat rychlost s rostoucí teplotou, ale hustota klesá pouze při zvýšených teplotách.
Po snížení hustoty ledu bude na povrchu vody. Tento jev lze vysvětlit tím, že molekuly v krystalu mají pravidelnou strukturu, která má prostorovou periodicitu.
Pokud mají běžné sloučeniny molekuly pevně zabalené v krystalech, pak po roztavení látky pravidelnost zmizí. Podobný jev je pozorován pouze tehdy, když jsou molekuly umístěny ve značných vzdálenostech. Pokles hustoty při tavení kovů je zanedbatelná hodnota, odhadem 2-4%. Hustota vody převyšuje hustotu ledu o 10 procent. Jde tedy o projev vodní anomálie. Chemie vysvětluje tento jev dipólovou strukturou a také kovalentní polární vazbou.
Anomálie stlačitelnosti
Pojďme dále mluvit o vlastnostech vody. Vyznačuje se neobvyklým teplotním chováním. Její stlačitelnost, to znamená úbytek objemu, jak se zvyšuje tlak, lze dobře považovat za příklad anomálie ve fyzikálních vlastnostech vody. Jaké specifické vlastnosti je zde třeba uvést? Jiné kapaliny se pod tlakem stlačují mnohem snadněji a voda takové vlastnosti nabývá pouze při vysokých teplotách.
Teplotní chování tepelné kapacity
Tato anomálie je pro vodu jednou z nejsilnějších. Tepelná kapacita říká, kolik tepla je potřeba ke zvýšení teploty o 1 stupeň. U mnoha látek se po roztavení tepelná kapacita kapaliny nezvýší o více než 10 procent. A u vody po tání ledu se tato fyzikální veličina zdvojnásobí. Žádná z látekžádné takové zvýšení tepelné kapacity nebylo zaznamenáno.
V ledu se energie, která se mu dodává k ohřevu, vynakládá převážně na zvýšení rychlosti pohybu molekul (kinetická energie). Výrazné zvýšení tepelné kapacity po roztavení naznačuje, že ve vodě probíhají další energeticky náročné procesy, které vyžadují přívod tepla. Jsou důvodem zvýšené tepelné kapacity. Tento jev je typický pro celý teplotní rozsah, ve kterém má voda kapalné skupenství agregace.
Jakmile se změní na páru, anomálie zmizí. V současné době se mnoho vědců zabývá analýzou vlastností podchlazené vody. Spočívá v jeho schopnosti zůstat kapalné pod bodem krystalizace 0°C.
Je docela dobře možné podchlazovat vodu v tenkých kapilárách, stejně jako v nepolárním prostředí jako drobné kapičky. Přirozená otázka vyvstává, co je v takové situaci pozorováno s anomálií hustoty. Jak se voda podchlazuje, hustota vody výrazně klesá, s klesající teplotou má tendenci k hustotě ledu.
Důvody vzhledu
Na otázku: „Pojmenujte vodní anomálie a popište jejich příčiny“, je nutné je spojit s restrukturalizací struktury. Uspořádání částic ve struktuře jakékoli látky je určeno znaky vzájemného uspořádání částic (atomů, iontů, molekul) v ní. Mezi molekulami vody působí vodíkové síly, které odstraňují tuto kapalinu ze závislosti mezi teplotou varu a teplotou tání,charakteristické pro jiné látky, které jsou v kapalném stavu agregace.
Objevují se mezi molekulami dané anorganické sloučeniny kvůli zvláštnostem distribuce elektronové hustoty. Atomy vodíku mají určitý kladný náboj, zatímco atomy kyslíku záporný. Díky tomu má molekula vody tvar pravidelného čtyřstěnu. Podobná struktura se vyznačuje vazebným úhlem 109,5°. Nejvýhodnějším uspořádáním je umístění kyslíku a vodíku ve stejné linii, která má různé náboje, proto je vodíková vazba charakterizována elektrostatickou povahou.
Neobvyklé (anomální) vlastnosti vody jsou tedy důsledkem speciální elektronické struktury její molekuly.
Vzpomínka na vodu
Existuje názor, že voda má paměť, může akumulovat a přenášet energii a zásobovat tělo virtuálními informacemi. Dlouho se tímto problémem zabýval japonský vědec Masaru Emoto. Doktor Emoto publikoval výsledky svého výzkumu v knize Messages from Water. Vědci provedli experimenty, ve kterých nejprve zmrazil kapku vody na 5 stupňů a poté analyzoval strukturu krystalů pod mikroskopem. K zaznamenání výsledků použil mikroskop, ve kterém byla zabudována kamera.
V rámci experimentu Masau Emoto různými způsoby ovlivnil vodu, poté ji znovu zmrazil a pořídil fotografie. Podařilo se mu získat vztah mezi tvarem ledových krystalů a hudbou,kterou voda poslouchala. Vědec překvapivě zaznamenal nejharmoničtější sněhové vločky pomocí klasické a lidové hudby.
Použití moderní hudby podle Masaua „znečišťuje“vodu, takže šlo o pevné krystaly nepravidelného tvaru. Zajímavým faktem je identifikace vztahu mezi tvarem krystalů a lidskou energií japonským vědcem.
Voda je nejúžasnější látka, která se na naší planetě vyskytuje ve velkém množství. Je těžké si představit jakoukoli sféru činnosti moderního člověka, ve které by se aktivně neúčastnila. Všestrannost této látky je dána anomáliemi způsobenými čtyřstěnnou strukturou vody.
