Apa este o substanță neobișnuită care merită un studiu detaliat. Academicianul sovietic I. V. Petryanov a scris o carte despre această substanță uimitoare, Cea mai neobișnuită substanță din lume. Ce anomalii ale proprietăților fizice ale apei prezintă un interes deosebit? Împreună vom căuta răspunsul la această întrebare.
Fapte interesante
Rareori ne gândim la sensul cuvântului „apă”. Pe planeta noastră, peste 70% din suprafața totală este ocupată de râuri și lacuri, mări și oceane, aisberguri, ghețari, mlaștini, zăpadă pe vârfurile munților, precum și permafrost. În ciuda cantității atât de uriașe de apă, doar 1% este potabil.
Semnificație biologică
Corpul uman este 70-80% apă. Această substanță asigură fluxul tuturor proceselor vitale, în special, datorită ei, toxinele sunt îndepărtate din ea, celulele sunt restaurate. Funcția principală a apei într-o celulă vieeste structurală și energetică, cu o scădere a conținutului său cantitativ în corpul uman, se „strânge”.
Nu există un astfel de sistem într-un organism viu care ar putea funcționa fără H2O. În ciuda anomaliilor apei, este un standard pentru determinarea cantității de căldură, masă, temperatură, altitudine.
Concepte de bază
H2O - oxid de hidrogen, care conține 11,19% hidrogen, 88,81% oxigen în masă. Este un lichid incolor care nu are nici miros, nici gust. Apa este o componentă esențială a proceselor industriale.
Pentru prima dată această substanță a fost sintetizată la sfârșitul secolului al XVIII-lea de către G. Cavendish. Omul de știință a explodat un amestec de oxigen și hidrogen cu un arc electric. G. Galileo a analizat pentru prima dată diferența dintre densitatea gheții și a apei în 1612.
În 1830, o mașină cu abur a fost creată de oamenii de știință francezi P. Dulong și D. Arago. Această descoperire a făcut posibilă studierea relației dintre presiunea vaporilor de saturație și temperatură. În 1910, omul de știință american P. Bridgman și germanul G. Tamman au descoperit câteva modificări polimorfe în gheață la presiune ridicată.
În 1932, oamenii de știință americani G. Urey și E. Washburn au descoperit apă grea. Au fost descoperite anomalii ale proprietăților fizice ale acestei substanțe datorită îmbunătățirii echipamentelor și metodelor de cercetare.
Câteva contradicții în proprietățile fizice
Apa pură este un lichid limpede, incolor. Densitatea sa atunci când este transformată într-un lichid dinmateria solidă crește, aceasta manifestă o anomalie în proprietățile apei. Încălzirea lui de la 0 la 40 de grade duce la o creștere a densității. Capacitatea ridicată de căldură trebuie remarcată ca o anomalie a apei. Temperatura de cristalizare este de 0 grade Celsius, iar punctul de fierbere este de 100 de grade.
Molecula acestui compus anorganic are o structură unghiulară. Nucleele sale formează un triunghi isoscel cu doi protoni la bază și un atom de oxigen la vârf.
Anomalii de densitate
Oamenii de știință au reușit să identifice aproximativ patruzeci de trăsături caracteristice H2O. Anomaliile apei merită o atenție și un studiu atent. Oamenii de știință încearcă să explice cauzele fiecărui factor, să-i dea o explicație științifică.
Anomalia densității apei constă în faptul că această substanță are valoarea sa maximă a densității începe de la +3, 98°C. Odată cu răcirea ulterioară, transferul de la o stare lichidă la o stare solidă, se observă o scădere a densității.
Pentru alți compuși, densitatea în lichide scade odată cu scăderea temperaturii, deoarece o creștere a temperaturii contribuie la creșterea energiei cinetice a moleculelor (viteza lor de mișcare crește), ceea ce duce la creșterea friabilității substanței.
Avand in vedere astfel de anomalii ale apei, trebuie remarcat faptul ca aceasta tinde sa creasca si viteza cu cresterea temperaturii, dar densitatea scade doar la temperaturi ridicate.
După reducerea densității gheții, aceasta va fi la suprafața apei. Acest fenomen poate fi explicat prin faptul că moleculele din cristal au o structură regulată, care are o periodicitate spațială.
Dacă compușii obișnuiți au molecule strâns împachetate în cristale, atunci după ce substanța se topește, regularitatea dispare. Un fenomen similar se observă numai atunci când moleculele sunt situate la distanțe considerabile. Scăderea densității în timpul topirii metalelor este o valoare neglijabilă, estimată la 2-4%. Densitatea apei o depășește cu 10 la sută pe cea a gheții. Astfel, aceasta este o manifestare a anomaliei apei. Chimia explică acest fenomen cu o structură de dipol, precum și cu o legătură polară covalentă.
Anomalii de compresibilitate
Să vorbim în continuare despre caracteristicile apei. Se caracterizează printr-un comportament neobișnuit la temperatură. Compresibilitatea sa, adică scăderea volumului, pe măsură ce presiunea crește, poate fi considerată un exemplu de anomalie în proprietățile fizice ale apei. Ce caracteristici specifice trebuie remarcate aici? Alte lichide sunt mult mai ușor de comprimat sub presiune, iar apa capătă astfel de caracteristici doar la temperaturi ridicate.
Comportamentul temperaturii capacitatii termice
Această anomalie este una dintre cele mai puternice pentru apă. Capacitatea de căldură vă spune de câtă căldură este necesară pentru a crește temperatura cu 1 grad. Pentru multe substanțe, după topire, capacitatea de căldură a lichidului crește cu cel mult 10 la sută. Iar pentru apă după topirea gheții, această cantitate fizică se dublează. Niciuna dintre substantenu a fost înregistrată o astfel de creștere a capacității termice.
În gheață, energia care îi este furnizată pentru încălzire este cheltuită mai ales pentru creșterea vitezei de mișcare a moleculelor (energie cinetică). O creștere semnificativă a capacității de căldură după topire indică faptul că în apă au loc alte procese consumatoare de energie, care necesită aport de căldură. Ele sunt motivul pentru capacitatea de căldură crescută. Acest fenomen este tipic pentru întregul interval de temperatură în care apa are o stare lichidă de agregare.
De îndată ce se transformă în abur, anomalia dispare. În prezent, mulți oameni de știință sunt implicați în analiza proprietăților apei suprarăcite. Constă în capacitatea sa de a rămâne lichid sub punctul de cristalizare de 0°C.
Este foarte posibil să suprarăciți apa în capilare subțiri, precum și într-un mediu nepolar sub formă de picături mici. Apare o întrebare firească cu privire la ce se observă cu anomalia de densitate într-o astfel de situație. Pe măsură ce apa devine suprarăcită, densitatea apei scade semnificativ, ea tinde spre densitatea gheții pe măsură ce temperatura scade.
Motive pentru apariție
La întrebarea: „Numiți anomaliile de apă și descrieți cauzele lor”, este necesar să le asociați cu restructurarea structurii. Dispunerea particulelor în structura oricărei substanțe este determinată de caracteristicile aranjamentului reciproc al particulelor (atomi, ioni, molecule) în ea. Forțele hidrogenului acționează între moleculele de apă, care elimină acest lichid din dependența dintre punctele de fierbere și de topire,caracteristic altor substanțe care se află în stare lichidă de agregare.
Apar între moleculele unui anumit compus anorganic datorită particularităților distribuției densității electronilor. Atomii de hidrogen au o anumită sarcină pozitivă, în timp ce atomii de oxigen au una negativă. Drept urmare, molecula de apă are forma unui tetraedru obișnuit. O structură similară este caracterizată printr-un unghi de legătură de 109,5°. Aranjarea cea mai favorabilă este plasarea oxigenului și a hidrogenului pe aceeași linie, având sarcini diferite, prin urmare, legătura de hidrogen este caracterizată de natură electrostatică.
Deci, proprietățile neobișnuite (anomale) ale apei sunt o consecință a structurii electronice speciale a moleculei sale.
Memorie de apă
Există opinia că apa are memorie, poate acumula și transfera energie, hrănind organismul cu informații virtuale. Multă vreme, omul de știință japonez Masaru Emoto s-a ocupat de această problemă. Dr. Emoto a publicat rezultatele cercetării sale în cartea Mesaje din apă. Oamenii de știință au efectuat experimente în care a înghețat mai întâi o picătură de apă la 5 grade, apoi a analizat structura cristalelor la microscop. Pentru a înregistra rezultatele, a folosit un microscop în care a fost construită o cameră.
Ca parte a experimentului, Masau Emoto a afectat apa în diferite moduri, apoi a recongelat-o și a făcut fotografii. A reușit să obțină relația dintre forma cristalelor de gheață și muzică,pe care apa le asculta. În mod surprinzător, omul de știință a înregistrat cei mai armonioși fulgi de nea folosind muzică clasică și populară.
Folosirea muzicii moderne, conform lui Masau, „poluează” apa, deci erau cristale fixe de formă neregulată. Un fapt interesant este identificarea de către un om de știință japonez a relației dintre forma cristalelor și energia umană.
Apa este cea mai uimitoare substanță care se găsește în cantități mari pe planeta noastră. Este dificil să ne imaginăm vreo sferă de activitate a unei persoane moderne în care ea nu ar participa activ. Versatilitatea acestei substanțe este determinată de anomaliile cauzate de structura tetraedrică a apei.
