Voda je nezvyčajná látka, ktorá si zaslúži podrobné štúdium. Sovietsky akademik I. V. Petrjanov napísal o tejto úžasnej látke knihu Najnezvyčajnejšia látka na svete. Aké anomálie fyzikálnych vlastností vody sú obzvlášť zaujímavé? Spoločne budeme hľadať odpoveď na túto otázku.
Zaujímavé fakty
Zriedka sa zamýšľame nad významom slova „voda“. Na našej planéte viac ako 70% celkovej plochy zaberajú rieky a jazerá, moria a oceány, ľadovce, ľadovce, močiare, sneh na vrcholkoch hôr, ako aj permafrost. Napriek takémuto obrovskému množstvu vody je pitné iba 1 %.
Biologický význam
Ľudské telo tvorí 70 – 80 % voda. Táto látka zabezpečuje tok všetkých životne dôležitých procesov, najmä vďaka nej sa z nej odstraňujú toxíny, obnovujú sa bunky. Hlavná funkcia vody v živej bunkeje štrukturálny a energetický, s poklesom jeho kvantitatívneho obsahu v ľudskom tele sa „zmenšuje“.
V živom organizme neexistuje taký systém, ktorý by fungoval bez H2O. Napriek anomáliám vody je to štandard na určenie množstva tepla, hmotnosti, teploty, nadmorskej výšky.
Základné pojmy
H2O - oxid vodíka, ktorý obsahuje 11,19% vodíka, 88,81% hmotnostných kyslíka. Je to bezfarebná kvapalina, ktorá nemá vôňu ani chuť. Voda je nevyhnutnou súčasťou priemyselných procesov.
Po prvýkrát túto látku syntetizoval na konci 18. storočia G. Cavendish. Vedec vybuchol zmes kyslíka a vodíka elektrickým oblúkom. G. Galileo prvýkrát analyzoval rozdiel v hustote ľadu a vody v roku 1612.
V roku 1830 francúzski vedci P. Dulong a D. Arago vytvorili parný stroj. Tento objav umožnil študovať vzťah medzi tlakom nasýtených pár a teplotou. V roku 1910 objavili americký vedec P. Bridgman a Nemec G. Tamman niekoľko polymorfných modifikácií v ľade pri vysokom tlaku.
V roku 1932 objavili americkí vedci G. Urey a E. Washburn ťažkú vodu. Anomálie fyzikálnych vlastností tejto látky boli objavené vďaka zdokonaleniu zariadení a výskumných metód.
Niektoré rozpory vo fyzikálnych vlastnostiach
Čistá voda je číra, bezfarebná kvapalina. Jeho hustota pri premene na kvapalinu zpribúda pevných látok, prejavuje sa to anomáliou vlastností vody. Zahriatie z 0 na 40 stupňov vedie k zvýšeniu hustoty. Ako anomáliu vody treba poznamenať vysokú tepelnú kapacitu. Teplota kryštalizácie je 0 stupňov Celzia a bod varu je 100 stupňov.
Molekula tejto anorganickej zlúčeniny má hranatú štruktúru. Jeho jadrá tvoria rovnoramenný trojuholník s dvoma protónmi na jeho základni a atómom kyslíka na jeho vrchole.
Anomálie hustoty
Vedcom sa podarilo identifikovať asi štyridsať vlastností charakteristických pre H2O. Vodné anomálie si zaslúžia dôkladné zváženie a štúdium. Vedci sa snažia vysvetliť príčiny každého faktora, poskytnúť mu vedecké vysvetlenie.
Anomália hustoty vody spočíva v tom, že táto látka má maximálnu hodnotu hustoty od +3, 98°C. Pri následnom ochladzovaní, prechode z kvapalného do pevného skupenstva, sa pozoruje pokles hustoty.
Pri iných zlúčeninách hustota v kvapalinách klesá s klesajúcou teplotou, pretože zvýšenie teploty prispieva k zvýšeniu kinetickej energie molekúl (zvyšuje sa rýchlosť ich pohybu), čo vedie k zvýšenej drobivosti látky.
Ak vezmeme do úvahy takéto anomálie vody, treba poznamenať, že so zvyšujúcou sa teplotou má tiež tendenciu zvyšovať rýchlosť, ale hustota klesá iba pri zvýšených teplotách.
Po znížení hustoty ľadu bude na povrchu vody. Tento jav možno vysvetliť tým, že molekuly v kryštáli majú pravidelnú štruktúru, ktorá má priestorovú periodicitu.
Ak majú bežné zlúčeniny molekuly pevne zabalené v kryštáloch, potom, keď sa látka roztopí, pravidelnosť zmizne. Podobný jav sa pozoruje iba vtedy, keď sú molekuly umiestnené v značnej vzdialenosti. Pokles hustoty pri tavení kovov je zanedbateľná hodnota, odhadovaná na 2-4%. Hustota vody prevyšuje hustotu ľadu o 10 percent. Ide teda o prejav anomálie vody. Chémia vysvetľuje tento jav dipólovou štruktúrou, ako aj kovalentnou polárnou väzbou.
Anomálie stlačiteľnosti
Poďme ďalej hovoriť o vlastnostiach vody. Vyznačuje sa nezvyčajným teplotným správaním. Jej stlačiteľnosť, to znamená zmenšovanie objemu so zvyšovaním tlaku, možno považovať za príklad anomálie fyzikálnych vlastností vody. Aké špecifické vlastnosti tu treba uviesť? Iné kvapaliny sa oveľa ľahšie stláčajú pod tlakom a voda nadobúda takéto vlastnosti iba pri vysokých teplotách.
Teplotné správanie tepelnej kapacity
Táto anomália je jednou z najsilnejších pre vodu. Tepelná kapacita udáva, koľko tepla je potrebné na zvýšenie teploty o 1 stupeň. Pri mnohých látkach sa tepelná kapacita kvapaliny po roztavení zvýši najviac o 10 percent. A pre vodu po roztopení ľadu sa táto fyzikálna veličina zdvojnásobí. Žiadna z látokžiadne takéto zvýšenie tepelnej kapacity nebolo zaznamenané.
V ľade sa energia, ktorá sa mu dodáva na ohrev, vynakladá najmä na zvýšenie rýchlosti pohybu molekúl (kinetická energia). Výrazné zvýšenie tepelnej kapacity po roztavení naznačuje, že vo vode prebiehajú ďalšie energeticky náročné procesy, ktoré vyžadujú prívod tepla. Sú dôvodom zvýšenej tepelnej kapacity. Tento jav je typický pre celý teplotný rozsah, v ktorom má voda kvapalný stav agregácie.
Len čo sa zmení na paru, anomália zmizne. V súčasnosti sa mnoho vedcov zaoberá analýzou vlastností podchladenej vody. Spočíva v jeho schopnosti zostať tekutý pod bodom kryštalizácie 0°C.
Je celkom možné podchladiť vodu v tenkých kapilárach, ako aj v nepolárnom médiu ako drobné kvapôčky. Prirodzene vzniká otázka, čo sa v takejto situácii pozoruje s anomáliou hustoty. Keď sa voda podchladí, hustota vody výrazne klesá, s poklesom teploty má tendenciu k hustote ľadu.
Dôvody vzhľadu
Pri otázke: „Pomenujte anomálie vody a popíšte ich príčiny“, je potrebné spojiť ich s reštrukturalizáciou štruktúry. Usporiadanie častíc v štruktúre akejkoľvek látky je určené znakmi vzájomného usporiadania častíc (atómov, iónov, molekúl) v nej. Medzi molekulami vody pôsobia sily vodíka, ktoré odstraňujú túto kvapalinu zo závislosti medzi bodmi varu a topenia,charakteristické pre iné látky, ktoré sú v kvapalnom stave agregácie.
Vyskytujú sa medzi molekulami danej anorganickej zlúčeniny kvôli zvláštnostiam distribúcie elektrónovej hustoty. Atómy vodíka majú určitý kladný náboj, zatiaľ čo atómy kyslíka majú záporný náboj. V dôsledku toho má molekula vody tvar pravidelného štvorstenu. Podobná štruktúra sa vyznačuje väzbovým uhlom 109,5°. Najpriaznivejším usporiadaním je umiestnenie kyslíka a vodíka v rovnakej línii, ktorá má rôzne náboje, preto je vodíková väzba charakterizovaná elektrostatickým charakterom.
Neobvyklé (anomálne) vlastnosti vody sú teda dôsledkom špeciálnej elektronickej štruktúry jej molekuly.
Pamäť vody
Existuje názor, že voda má pamäť, môže akumulovať a prenášať energiu, čím zásobuje telo virtuálnymi informáciami. Dlho sa týmto problémom zaoberal japonský vedec Masaru Emoto. Doktor Emoto publikoval výsledky svojho výskumu v knihe Posolstvá z vody. Vedci vykonali experimenty, v ktorých najprv zmrazil kvapku vody pri 5 stupňoch a potom analyzoval štruktúru kryštálov pod mikroskopom. Na zaznamenanie výsledkov použil mikroskop, v ktorom bola zabudovaná kamera.
V rámci experimentu Masau Emoto ovplyvňoval vodu rôznymi spôsobmi, potom ju znova zmrazil a urobil fotografie. Podarilo sa mu získať vzťah medzi tvarom ľadových kryštálov a hudbou,ktorú voda poslúchala. Vedec prekvapivo zaznamenal najharmonickejšie snehové vločky pomocou klasickej a ľudovej hudby.
Používanie modernej hudby podľa Masaua „znečisťuje“vodu, takže išlo o pevné kryštály nepravidelného tvaru. Zaujímavým faktom je identifikácia vzťahu medzi tvarom kryštálov a ľudskou energiou japonským vedcom.
Voda je najúžasnejšia látka, ktorá sa na našej planéte nachádza vo veľkých množstvách. Je ťažké si predstaviť akúkoľvek oblasť činnosti moderného človeka, v ktorej by sa aktívne nezúčastňovala. Všestrannosť tejto látky je určená anomáliami spôsobenými štvorstennou štruktúrou vody.
