Kako izgledajo led molekule. Kristalni led in voda
Kandidat tehnične vede V. Beyanin, vodilni raziskovalec, Inštitut RNC Kurchatov, E. Romanova, Študent Madi (GTU).
Razmerje zlatih razmerjih raziskovalcev najdemo v morfološki strukturi rastlin, ptic, živali, ljudi. Vzorci zlatih razmerij najdemo v organizaciji nežive narave. V tem členu, na podlagi analize molekule vode v različnih agregatnih državah, je bila izražena hipoteza, da njegova struktura v stanju taline voda praktično ustreza zlatemu razmerju trikotnika.
Znanost in življenje //lustracija
Toplotna zmogljivost vode doseže minimalno vrednost pri temperaturi okoli 37 približnoOd.
Znanost in življenje //lustracija
Bolan. 1. Gostota vode z zmanjšanjem temperature najprej poveča, doseže največ 4 približnoC in se začne zmanjševati.
Znanost in življenje //lustracija
V času taljenja se volumen svinca takoj poveča od 1 do 1,003, volumen vode s skokom pa se zmanjša od 1,1 do 1,0.
Znanost in življenje //lustracija
Voda nima nenormalno visoko vrelišča in zmrzovalne temperature v primerjavi z drugimi iyhatic vodikovih spojinami.
Znanost in življenje //lustracija
V tekočih vodah molekule h 2O se lahko združijo v kompleksne formacije - grozde, kot struktura, ki spominja na led.
Znanost in življenje //lustracija
Skicinska podoba vodne molekule na ravnini.
Odločitveni segment v skrajnem in srednjem razmerju, ali zlati delež. Segment je razdeljen na dva dela, tako da CB: AC \u003d AC: AB.
"Zlati trikotnik". Razmerje strank OA: AB \u003d OB: ab ≈ 0,618,
Znanost in življenje //lustracija
Znanost in življenje //lustracija
Znanost in življenje //lustracija
Tabela 1.
Tabela 2.
Voda je dobila čarobno moč, da postane sok življenja na zemlji.
Leonardo da Vinci
Voda je ena najbolj edinstvenih in skrivnostnih snovi na zemlji. Narava te snovi še ni razumljena. Navzven, voda se zdi precej preprosta, v zvezi s katerim se je dolgo časa štela za nedeljiv element. Le leta 1766, G. Kavdish (Anglija) in nato leta 1783 A. Lavoisier (Francija) je pokazala, da voda ni preprost kemijski element, ampak spojina vodika in kisika v določenem razmerju. Po tem je bila odprtje kemičnega elementa, označenega kot N, imenovan "vodik" (vodik - iz grščine. Hydro geni), ki se lahko razlagajo kot "generiranje vode".
Nadaljnje študije so to pokazale kemična formula H 2 O skrije snov z edinstveno strukturo in nič manj edinstvenih lastnosti. Raziskovalci, ki so poskušali razkriti skrivnosti vode za dvesto stoletja, pogosto obiskali ulico. Da, in zdaj znanstveniki razumejo, da je voda ostaja težka objekt za raziskave, njegove lastnosti še vedno niso vedno do konca.
Skrivnostna magija vode. Zakaj je tekoča voda nenavadne lastnosti? Tradicionalni odziv je lahko naslednji: Zaradi lastnosti kisikovih in vodikovih atomov zaradi njihove strukturne lokacije v molekuli, zaradi določenega obnašanja elektronov v molekuli, in podobno.
Torej, kakšne so skrivnostne, nenavadne lastnosti običajne tekoče vode? Najprej, v tem, da so skoraj vse lastnosti vode anomalo, in mnogi od njih ne spoštujejo logike teh zakonov fizike, ki nadzorujejo druge snovi. Na kratko omeniti tiste, ki povzročajo obstoj življenja na Zemlji.
Sprva o treh značilnostih toplotnih lastnosti vode.
Prva značilnost: voda je edina snov na tleh (razen živega srebra), za katero zasvojenost specifična toplota Temperatura ima najmanj.
Zaradi dejstva, da ima posebna toplotna zmogljivost vode vsaj okoli 37 o C, je normalna temperatura človeškega telesa, ki jo sestavljajo dve tretjini vode, v območju temperature 36-38 o C ( notranji organi imajo višjo temperaturo kot zunanje).
Druga značilnost: Kapaciteta toplote vode je nenormalno visoka. Za ogrevanje njegovega števila ene stopnje je potrebno porabiti več energije kot pri ogrevanju drugih tekočin, vsaj dvakrat v zvezi s preprostimi snovmi. Od tega teče edinstveno vodo sposobnost, da se toplo. Velika večina drugih snovi nima takega premoženja. Ta izjemna značilnost narave prispeva k dejstvu, da ima oseba normalna telesna temperatura, ki se vzdržuje na isti ravni in vroče popoldne, in hladno noč.
Tako ima voda prevladujočo vlogo v procesu ureditve izmenjave humane toplote in mu omogoča, da ohrani udobno stanje na minimalni stroške energije. Pri normalni telesni temperaturi je oseba v najugodnejši energetski državi.
Temperatura drugih toplokrvnih sesalcev (32-39 ° C) je dobro povezana s temperaturo najmanj specifične zmogljivosti za ogrevanje vode.
Tretja značilnost: Voda ima visoko specifično toploto taljenja, to je, da je voda zelo težko zamrzniti, led pa se topi. Zahvaljujoč temu je podnebje na Zemlji na splošno dovolj stabilno in mehko.
Vse tri značilnosti toplotnih lastnosti vode omogočajo, da oseba obstaja na optimalen način v ugodnem okolju.
Obstajajo značilnosti in obnašanje volumna vode. Gostota večine snovi - tekočin, kristalov in plinov - med ogrevanjem se zmanjšuje in se povečuje med hlajenjem, do procesa kristalizacije ali kondenzacije. Gostota vode med hlajenjem od 100 do 4 ° C (natančneje do 3,98 o c) se poveča, kot pri veliki večini tekočin. Vendar pa je doseganje največje vrednosti pri temperaturi 4 o C, se zdi gostota z nadaljnjim hlajenjem vode, ki se začne zmanjševati. Z drugimi besedami, največja gostota vode opazimo pri temperaturi 4 o C (ena od edinstvenih vodnih anomalij) in ne pri temperaturi zamrzovanja 0 o C.
Zamrznitev vode spremlja skakalka (!) Zmanjšala gostoto za več kot 8%, medtem ko je v večini drugih snovi proces kristalizacije spremlja povečanje gostote. V zvezi s tem led (trdna voda) vzame večjo količino od tekoče vode in ohranja na njeni površini.
Tako nenavadna vedenje gostote vode je izjemno pomembno za ohranjanje življenja na Zemlji.
Pokrivanje vode od zgoraj, led igra v naravi vlogo neke vrste plavajoče odejo, zaščito rek in rezervoarjev pred nadaljnjim zmrzovanjem in ohranjanjem življenja podvodni svet. Če se je gostota vode med zamrzovanjem povečala, bi bil led težji od vode in se je začel potoniti, kar bi privedlo do smrti vseh živih bitij v rekah, jezerih in oceanih, ki bi se v celoti zamrznili, v celoti v bloke Led, dežela pa je postala puščava ledu, ki je neizogibna, ki bi jo vodila do smrti celote v živo.
Opažali smo nekaj več funkcij vode.
Zunaj je voda premična in goriva, lahko pa se zaključi v vsakem plovilu. Vendar pa prodirajo kamenje kamnin in širi med zamrzovanjem, voda razdeli kamenje katere koli trdote, ki postopoma spadajo v vse manjše delce. Zato se začne vračanje petrificiranih pasem v življenjskem ciklu: na poljih, zmrzovanje površinskih plasti zemljišč s svojimi organskimi komponentami pomaga nastanek plodne zemlje.
Proces vključevanja trdnih snovi v velikem ciklu prosto živečega življenja se pospešuje s čudovito lastnino njih jih raztopijo. Voda z raztopljenimi sestavinami trdnih snovi postane električni element in dobavitelj elementov v sledovih, ki so potrebni za življenje rastlin, živali in ljudi.
Voda je močnejša od drugih tekočin, ki kaže lastnosti univerzalnega topila. Če daje dovolj časa, lahko raztopi skoraj vsako trdno snov. Prav zaradi edinstvene raztopljene sposobnosti vode na vsakogar še ni uspelo pridobiti kemično čiste vode - vedno vsebuje raztopljeno plovilo material. Voda je nujno potrebna za vse ključne sisteme podpore človeškega življenja. Vsebuje ga v človeški krvi (79%) in prispeva k prenosu cirkulacijskega sistema v razpuščenem stanju tisočletja, ki so potrebni za življenje snovi. Voda je vsebovana v limf (96%), ki bo porazdelila hranila iz črevesja vzdolž tkanin živega organizma (glej tabelo 1).
Navedene lastnosti in posebna vloga vode pri zagotavljanju življenja na Zemlji ne morejo pustiti nobenega intenzivnega uma, čeprav verjame v srečno priložnost. "Začetek vsega je voda," - pošteno je opazil Falez iz Milete v HI Century BC.
Tekoči čudež. Ustavimo prenos čudnih, toda vitalne lastnosti vode, ki jih je mogoče zaposliti iz ducata, in preklopimo pozornost na skrivnosti nenavadne strukture njegove molekule. Je analiza strukture molekule vode, ki omogoča razumevanje izjeme v živo in neživo naravo. Torej pot do resnice prehaja skozi strukturo ene vodne molekule.
Najprej ugotavljamo, da je vodna molekula najmanjša med podobnimi molekulami Trichat (v zvezi s homologi, to je vodikove spojine tipa H 2 S, H2 SE, H 2, z lastnostmi, ki tradicionalno primerjajo lastnosti od vode). Takšne molekule pod normalnimi pogoji tvorijo pline in vodne molekule - tekočina. Zakaj?
Kaotična skupnost plinastih molekul vode med kondenzacijo, to je, ko se oblikuje tekoča faza, tekoča snov predstavlja neverjetno kompleksnost. Prvič, to je posledica dejstva, da imajo vodne molekule edinstveno premoženje, ki se združi v grozde (skupine) (H20) x.. Pod grozdom običajno razumejo skupino atomov ali molekul, ki se združijo s fizičnim interakcijo v en sam ansambel, vendar individualno vedenje, ki se ohranja v njem. Možnosti neposrednega opazovanja grozdov so omejene, zato eksperimentatorji nadomestijo instrumentalne pomanjkljivosti intuicije in teoretičnih konstrukcij.
Za sobna temperatura Stopnja združenja X. Za vodo, v skladu s sodobnimi podatki, od 3 do 6. To pomeni, da vodna formula ni samo H 2 O, in srednja vrednost med H 6 O 3 in H 12 O6. Z drugimi besedami, voda je kompleksna tekočina, "sestavljena iz" iz ponavljajočih se skupin, ki vsebujejo tri do šest posameznih molekul. Posledično ima voda anomalne vrednosti zamrzovanja in vrele temperature v primerjavi z homologi. Če je bila voda podrejena splošnim pravilom, naj bi zamrznila pri temperaturi -100 o C in kričala pri temperaturi približno +10 o C.
Če je voda med izhlapevanjem ostala v obliki H 6 O 3, H 8 O 4 ali H 12 O 6, bi bila vodna para veliko težja od zraka, v katerem prevladujejo dušik in kisik. Molekule. V tem primeru bi bila površina celotnega zemljišča pokrita z večno plast megle. Skoraj nemogoče je predstavljati življenje na takšnem planetu.
Ljudje so zelo srečni: vodni grozdi med izhlapevanjem razpadejo, voda pa se obrne v skoraj preprostem plinu s kemično formulo H 2 O (zaznana v v zadnjem času V paru, manjše število dimerjev H 4 O 2 vreme ne). Gostota plinaste vode je manjša od gostote zraka, zato je voda sposobna nasičiti z molekulami zemeljske atmosfere, ki ustvarja udobne vremenske razmere za ljudi.
Na Zemlji ni drugih snovi, ki so obdarjene z zmožnostjo, da je tekočina pri temperaturah človeškega obstoja in hkrati oblikovati plin ne le lažje od zraka, temveč se lahko vrne tudi na njegovo površino v obliki padavin.
Slastna geometrija. Torej, kaj je najmanjša med trohaty molekule? Vodna molekula ima simetrično obliko v obliki črke V, saj sta dva majhna vodikova atoma na eni strani relativno velikega kisikovega atoma. To močno razlikuje vodna molekula iz linearnih molekul, na primer H 2 VE, v katerem se vsi atomi nahaja v verigi. To je čudna ureditev atomov v vodni molekuli in omogoča, da imajo številne nenavadne lastnosti.
Če skrbno upoštevate geometrijske parametre vodne molekule, se v njem odkrije določena harmonija. Da bi jo videli, bomo zgradili enako predsednika trikotnika N-ON s protonami v bazi in kisika na vrhu. Tak trikotnik shematično kopira strukturo vodne molekule, katerih projekcija je pogojno upodobljena na ravnini.
Dolžine strani tega trikotnika in kot valence med obema vezi O-H se spremenita, ko se skupno stanje vode spremeni. Dajem tem parametrom (glej tabelo 2).
Mi komentiramo podatke, ki označujejo različne vodne države.
Parametri vodne molekule v stanju hlapov se pridobivajo na podlagi obdelave absorpcijskih spektrov. Rezultati so bili večkrat določeni, vendar v bistvu pravilno ocenili dolžine povezav in valenčni kot v vodni molekuli v stanju pare.
Kristalna struktura ledu normalen pritisk Precej svoboden z bizarnimi palicami med vodnimi molekulami. Shematski kristalni rešetki konvencionalnega ledu lahko zgradimo iz kisikovih atomov, od katerih je vsaka vključena v sosednje atome v štirih vodikovih vezi, ki so usmerjene približno na vrhove pravilnega tetraedra.
Spomnimo se, da se vodik imenuje povezava med atomi v eni molekuli ali med sosednjimi molekulami, ki se izvaja skozi atom vodika. Vodikovine vezi igra izjemno pomembno vlogo v strukturi ne le vode, temveč tudi večina bioloških molekul - ogljikovih hidratov, beljakovin, nukleinskih kislin itd.
Če je kristalinični led dobro naročen s kisikom, ni mogoče reči o vodiku: na lokaciji ionov vodika (protonov) opazimo močno motnjo. Njihov položaj ni jasno opredeljen, zato se led lahko obravnavamo z motnjami vodika.
Led ima veliko neverjetnih funkcij, iz katerih smo opazili dva.
Prvič, vedno je kemično čista. V strukturi ledu je praktično nobenih nečistoč: med zamrzovanjem, so razseljeni v tekočino. Zato je snežinka vedno bela, led na površini umazanih pudlov je praktično pregleden. Na splošno, vsak rastoči kristal skuša ustvariti idealno kristalno mrežo in premestitev tujih snovi. Toda na planetni lestvici, je čudovit pojav zamrzovanja in taljenja vode igra vlogo ogromnega čiščenja procesa - voda na Zemlji se nenehno očisti.
Drugič, led in še posebej sneg ima zelo visoko odbojnost. Zaradi tega sončno sevanje ne povzroča opaznega ogrevanja polarnih regij, zato je naš planet dostavljen iz sezonskih poplav in povečanje svetovnega oceana.
Eksperimentalna določitev parametrov ene vodne molekule v tekoči fazi še vedno izpolnjuje neustavljive težave, saj je tekoča voda mešanica strukturnih elementov, to je različne grozde, ki se nahajajo v dinamičnem ravnovesju. Še vedno ni popolne jasnosti v zvezi z njihovimi interakcijami, in je nemogoče razdeliti tako zmes na posamezne komponente: "Enostavna" tekočina H 2 O ni v naglici, da razkrije svoje notranje skrivnosti.
Vrnitev na risbo, na kateri splošne značilnosti Predstavljena je struktura vodne molekule. Ima simetrijo, ki igra pomembno vlogo pri poskusih celovite razlage fizičnega sveta, in asimetrije, ki daje to molekulo možnost gibanja in povezavo z zlatim deležem. Zato vas na kratko spomnite, da se v matematiki imenujemo zlati delež.
Zlato razmer . Ta koncept se pojavi pri reševanju geometrijskega problema o iskanju segmenta Au. Takšna točka OdDa bi se izvajala z razmerjem St.:Ac. = Ac.:Au..
Rešitev te naloge vodi St.:Ac. \u003d (-1 + √5) / 2, ki se imenuje zlati delež, in ustrezna geometrijska delitev segmenta Au. Točka Od Pokličite zlati prerez. Če vzamete celoten segment na enoto, potem Ac.\u003d 0,618033 ... in St. = 0,381966....
Čas je pokazal, da je delež zlata uteleša popolne in harmonične odnose dveh vrednosti. V geometrijski razlagi vodi do sorazmernega in privlačnega odnosa med dvema neenakomerna segmenta.
Raziskovalci v zlatu delež od antičnih časov do tega dne so vedno občudovali in še naprej občudujejo svoje lastnosti, ki se kažejo v strukturi različnih elementov fizičnega in biološkega sveta. Zlati delež najdemo povsod, kjer opazimo načela harmonije.
Kaj združuje zlati delež z vodo molekulo? Če želite odgovoriti na to vprašanje, razmislite o dvodimenzionalni podobi zlatega deleža v obliki trikotnika.
V zlatu trikotni odnos OA.: Av \u003d OV.:Au. Približno 0,618, kot α \u003d 108,0 o. Za led je dolžina razmerja o-N povezave K N-N je 0,100: 0.163 \u003d 0,613 in kot α \u003d 109,5 O, za paro - 0.631 in 104,5 o. Ne prepoznajte v zlatih trikotnik Prototip strukture molekule vode je preprosto nemogoča! Presenetljivo je, da je tako malo plačana možnost takšne razlage njegove strukture.
In res, dajanje v trikotnik Aah. V točki Zvezek in V Atomi vodikovega in na atom kisika, smo v prvem približevanju tekoče vodne molekule, namenjene na podlagi razmerju zlata. Takšna eleganca molekul očara in občudovanja. Torej vloga vodne molekule v naravi in \u200b\u200bživljenju ni mogoče pravilno ceniti, ne da bi upoštevala njegovo lepoto.
Izjemna harmonija. Poskrbimo, da je tekoča vodna molekula edina poskusna zadeva, ki ima sorazmernost, značilnost zlatega deleža.
V trokatomičnih homolognih molekulah blizu kemična sestava Na vodovodno molekulo (H 2 S, H2 SE in H2, je kot valence približno 90 o. Na primer, molekula H 2 S ima naslednje geometrijske parametre:
komunikacijska dolžina S-H, NM ......................... 0,1345
dolžina komunikacija NN., nm ........................... 0,1938
valenlenski kot N-S-N, toča .............. 92.2
Dolžina odnosa s-N povezave K N-N je enak 0,694, kar je daleč od zlatega deleža. Kvantične-kemijske izračune kažejo, da če je bila voda podobna snovi, povezanim z njo, bi moral biti kot valence njegove molekule približno enak kot H 2 S, ali več največ 5 o.
Toda voda, ko se izkaže, ne mara podobnosti, je vedno junak drugega romana. Če je bil valentenci vode približno 90-95 o, bi moral biti zlati delež pozabljen in voda bi bila v eni skupnosti z drugimi vodikovimi spojinami.
Toda voda je edinstvena, njegova molekula je skoraj umaknjena estetske lastnosti, zato je treba njegove lastnosti včasih razlagati, ki presegajo okvir tradicionalne znanstvene paradigme. In potem bodo nekatere uganke vode bodo lahko pojasnili s tako "neznanskega" koncepta kot harmonija.
Zgornje argumente lahko trdimo: Eksperimentalne meritve geometrijskih parametrov vodne molekule imajo določeno napako, zato se razmerje med razmerjem zlata ne sme izvajati strogo. Toda tudi če je še vedno večja napaka pri eksperimentalnih meritvah, bo vodna molekula še vedno ostala edina krvna snov, ki je praktično "zlate" harmonične razsežnosti.
V zvezi s tem bomo pozorni na skrivnost taljenja vode, ki ima v razširjenem mnenju drugačen fiziološki vpliv na skupno vodo.
Neverjetne zgodbe vode. Rojen se pri taljenju ledu in ohranja temperaturo 0 O CA, dokler se vsi led topi. Posebnost intermekularnih interakcij, značilnih za strukturo ledu, se vzdržuje v odmrznjeni vodi, saj se pri taljenju kristala uniči le 15% vseh vodikovih vezi. Zato je neločljivo povezana z ledom, povezava vsake vodne molekule s štirimi sosednjimi ("blizu naročnosti") v veliki meri ni kršena, čeprav jo opazimo z napravo za ojačevalce kisika.
Tako se taljenje voda razlikuje od običajnega obilja multi-molekularnih grozdov, v katerih se za nekaj časa ohranijo ohlapne ledene strukture. Po taljenju celotnega ledu se temperatura vode poveča in vodikove vezi v notranjosti grozdov prenehajo vzdržati povečanje toplotnih nihanj atomov. Velikost grozdov se razlikuje, zato se lastnosti taline vode začnejo spreminjati: dielektrična konstanta prihaja na njeno ravnotežno stanje po 15-20 minutah, viskoznost - po 3-6 dneh. Biološka aktivnost talilne vode pade, po enem podatkih, približno 12-16 ur, v drugih - na dan.
Torej, fizikalno-kemijske lastnosti taline vode spontano spreminjajo skozi čas, približuje lastnosti navadne vode: postopoma, kot je bilo, "pozabi", da je celo pred kratkim led.
Ice in pare sta različna agregatna stanja vode, zato je logična, da predpostavimo, da v tekoči vmesni fazi, je valenčni kot ločene vodne molekule leži v območju med vrednostmi v trdni fazi in par. V ledenem kristalu je varended kot vodne molekule blizu 109,5 o. Pri taljenju ledu, intermolekularne vodikove vezi, oslabljene, razdalja nn. Seveda se zmanjša, se kot valence zmanjšuje. Ko se tekoča voda segreje, je struktura grozda neutrjena, ta kot pa se še naprej zmanjšuje. V stanju pare je valenčni kot vodne molekule že 104,5 OH.
Torej, za konvencionalno tekočo vodo, je lahko kot valence ima nekaj srednje vrednosti med 109,5 in 104,5 o, to je približno 107,0 oh. Ker pa je taljenje vode v njeni notranji konstrukciji blizu ledu, mora biti valenčni kot njegove molekule bližje 109,5 O, najverjetneje približno 108,0 oh.
Zgoraj je mogoče oblikovati v obliki hipoteze: zaradi dejstva, da je taljenje vode veliko bolj strukturirano kot navadna vodaNjena molekula z veliko verjetnostjo ima strukturo, ki je čim bližje harmoničnemu trikotniku zlatega deleža z kot valence blizu 108 o, in z razmerjem povezav približno 0,618-0,619.
Ni eksperimentalne potrditve te hipoteze, saj ni druge teorije njene utemeljitve. Na teh straneh je samo ugibanje, ki se lahko naravno spori.
Skrivnostno. Oseba od nekdaj je znana po neverjetnih lastnostih taline vode. Že dolgo je opazil, da je v bližini talilnih vzmeti vegetacija alpskih travnikov je vedno bolj veličastna, na robu taljenega ledu na arktičnih morjih pa je življenje hitro cvetje. Zalivanje z odmrzovanjem vode poveča donos pridelkov, pospešuje kalitev semen. Pri prehranjevanju vode se dvigne v živinoreji, ki se nenehno povečuje, se pospeši razvoj piščancev. Znano je s tem, kar pohlep živali pije spomladi taljenja vode, in ptice dobesedno kopajo v prvih luknjah znižanega snega.
Talilna voda, za razliko od običajnega, je v njegovi strukturi zelo podobna tekočini, ki jo vsebuje celice rastlinskih in živih organizmov. Zato je "ledena" struktura taline vode bolj primerna za osebo, v kateri so molekule združene v odprte skupine. To je edinstvena lastnost taline voda prispeva k njeni pljučni absorpciji s strani telesa, je biološko aktiven. Zato so zelenjava in sadje koristna - dostavljena sta telesu vode s podobno strukturo.
Pri pitju vode je organizem opremljen z najbolj usklajenimi vsemi snovmi na tleh. Izboljša presnovo in povečuje krvni obtok, zmanjšuje količino holesterola v krvi in \u200b\u200bpomirja bolečino v srcu, povečuje prilagodljive zmožnosti telesa in prispeva k podaljšanju življenja. SIP najčistejših tonov taline, ki je boljši pasterizirani sok, ima naboj energije, veselja in enostavnost.
Eden od avtorjev tega dela nenehno pije Thawa s plavajočimi ledu in meni, da je zato, zakaj tri leta nikoli ne ujamejo. Talay voda osveži in ohranja kožo, ki ustavi potrebujejo kreme in losjone.
Teoretična študija lastnosti taline vode je še vedno na ravni hipotez. Splošno sprejeto mnenje o razlogih, ki povzročajo nenavadne učinke v njegovo uporabo. Obstajajo nekatere težave z dokazno stranjo biološke aktivnosti taline vode. Študije v tej smeri so včasih vroče razprave. Kompleksnost problema, pomanjkanje jasnosti - vse to ne bi smelo prestrašiti, ampak privabiti in spodbujati nastanek novih idej, hipotez, teorij. Takšna je pogosto trdnjava pot razvoja znanosti.
Poudarjamo: dana hipoteza ne trdi, da dešifrira uganke taline vode. Omogoča vam samo, da presežete okvir tradicionalnega razmišljanja in pogledamo medsebojno ljubezen do življenja in vode z nenavadne strani - od strani harmonije in lepote, na delu posebnih lastnosti taline vode, ki dodajo svojo elegantno molekulo, katere druge molekule nimajo.
Literatura.
Auerbach F. Sedem vodnih anomalij. - St. Petersburg., 1919.
Gabud S. P. Sorodna voda. Dejstva in hipoteza. - Novosibirsk: Znanost, 1982.
Zatsepina G. N. Fizikalne lastnosti in struktura vode. - M.: Moskovska državna univerza, 1998.
Sinyukov V.V. Voda je znana in neznana. - M.: Znanje, 1987.
Belyanin V. S., Romanova E. Zlati delež. Nov videz // Znanost in življenje, 2003, št. 6.
Voda: Struktura, stanje, svalpatijo. Dosežki v zadnjih letih. - M.: Znanost, 2003.
Podpisi na ilustracije
Bolan. 1. Gostota ledu je skoraj 10% manj kot voda, specifična volumna pa je toliko več. Zato jih ledu plava in voda, zmrzovanje v razpokah kamenja, jih razdeli.
Lastnosti vode
Zakaj je voda voda?
Med nejasnim nizom snovi, voda s svojimi fizikalno-kemijskimi lastnostmi zaseda popolnoma posebno, izjemno mesto. In razumeti je treba dobesedno.
Skoraj vse fizikalno-kemijske lastnosti vode - izjema v naravi. Res je najbolj neverjetna snov na svetu. Voda presenetljivo ne le z raznolikostjo izotopskih oblik molekule in ne le upanje, ki so povezane z njo, kot z neizčrpnim virom energije prihodnosti. Poleg tega je neverjetna in njene najbolj navadne lastnosti.
Kako je zgrajena vodna molekula?
Ko je zgrajena ena vodna molekula, je zdaj zelo natančno znana. Zgrajen je tako.
Medsebojno lokacijo jedra vodika in kisikovih atomov in kisika ter razdalje med njimi je dobro preučevana. Izkazalo se je, da je vodna molekula nelinearna. Skupaj z elektronskimi lupinami atomov, vodne molekule, če pogledate na "stran" na njem, bi bilo mogoče prikazati takole:
i.e., geometrično medsebojno povezane stroške v molekule je mogoče prikazati kot preprost tetraeder. Vse vodne molekule z vsemi izotopski sestava so popolnoma enako zgrajene.
Koliko vodnih molekul v oceanu?
Ena. In ta odgovor ni prav šala. Seveda, vsakdo lahko gleda v imenik in učenje, koliko na svetovnem oceanu vode, je enostavno prešteti, koliko vsebuje H2O molekule. Toda ta odgovor ne bo precej zvest. Voda - posebna snov. Zaradi posebne strukture posamezne molekule medsebojno delujejo. Obstaja poseben kemijska komunikacija Zaradi dejstva, da vsak vodikov atomi ene molekule potegne elektrone kisikovih atomov v sosednjih molekulah. Zaradi take vodikove vezi se vsaka vodna molekula izkaže, da je zelo trdno povezana s štirimi drugimi sosednjimi molekulami, kot je prikazano na diagramu. Res je, da je ta shema poenostavljena - je ravno, sicer ne morete prikazati slike. Predstavljajte si nekoliko bolj zvesto sliko. V ta namen je treba upoštevati, da je letala, v kateri se nahaja vodikove vezi (označena s pikčasto črto), v vodni molekuli, je usmerjena pravokotno na ravnino lokacije vodikovega atoma.
Vse posamezne molekule H2O v vodi so povezane z enim same trdnim prostorskim omrežjem - v eno velikansko molekulo. Zato je povsem upravičeno z odobritvijo nekaterih znanstvenikov fizikachemistov, da je celoten ocean ena molekula. Vendar tega stala ne bi smela razumeti preveč dobesedno. Čeprav so vse vodne molekule v vodi povezane med seboj z vodikove vezi, so v istem bremenju, so v zelo zapletenem premiku ravnovesje, hkrati pa ohranjajo posamezne lastnosti in enoposteljne molekule in oblikovanje kompleksnih agregatov. Podobna zastopanost se uporablja ne samo za vodo: kos diamanta je tudi ena molekula.
Kako je zgrajena molekula ledu?
Ni posebnih molekul ledu. Vodne molekule zaradi svoje izjemne strukture so med seboj povezane v kos ledu, tako da je vsaka od njih povezana in obdana s štirimi drugimi molekulami. To vodi do zelo ohlapne ledene strukture, v kateri ostaja veliko prostega volumna. Prav kristalna struktura. Led je izražen v neverjetni milosti snežinke in v lepotah zmrzljivih vzorcev na zamrznjenih oknovih kozarcih.
Kako so zgrajene vodne molekule v vodi?
Na žalost je bilo to zelo pomembno vprašanje preučevano še ni dovolj. Struktura molekul v tekoči vodi je zelo težka. Ko se led topi, je njegova struktura mrežnega očesa delno ohranjena v dobljeni vodi. Molekule v talilni vodi je sestavljena iz številnih preprostih molekul - od agregatov, ki ohranjajo lastnosti ledu. Z naraščajočo temperaturo, del njih razpade, njihove dimenzije postajajo manj.
Medsebojno privlačnost vodi v dejstvo, da povprečna velikost kompleksne vodne molekule v tekoči vodi bistveno presega velikost ene vodne molekule. Takšna izjemna molekularna struktura vode povzroči njene izjemne fizikalno-kemijske lastnosti.
Kaj bi morala biti gostota vode?
Res, zelo čudno vprašanje? Ne pozabite, kako je bila enota nameščena - ena gram. To je masa enega kubičnega centimetra vode. Torej, ni dvoma, da bi morala biti gostota vode le, kot je. Ali je to mogoče dvomiti? Lahko. Teoretika je bila izračunana, da če voda ni ohranila ohlapne, bi bila ledena struktura v tekočem stanju in njegove molekule, ki bi bila tesno pakirana, bi bila gostota vode precej višja. Pri 25 ° C ne bi bilo enako 1,0, vendar 1,8 g / cm3.
Na kakšni temperaturi je treba voda kuhana?
To vprašanje je tudi seveda čudno. Konec koncev, voda zavre s sto stopinj. To ve vse. Poleg tega vsi vedo, da je to ravno vrelišče vode pri običajnem atmosferskem tlaku in je izbran kot ena od referenčnih točk temperaturne lestvice, in pogojno označena 100 ° C.
Vendar pa se vprašanje dostavlja drugače: na kakšni temperaturi naj bi voda kuhala? Navsezadnje, vrele temperature različne snovi Ni naključno. Odvisni so od položaja elementov, ki so del njihovih molekul v periodičnem sistemu MendelEV.
Če primerjamo iste kemijske spojine različnih elementov, ki spadajo v isto skupino mize MendelEV, je enostavno opaziti, da je manjša atomska številka elementa, manjša njegova atomska teža, spodnja vrelišče točke njenih povezav. Voda za kemično sestavo se lahko imenuje kisik hidrid. H2TE, H2SE in H2S - kemični analogi vode. Če sledite temperaturam njihovega vrelišča in primerjajte, kako se temperature vrelišča v drugih skupinah spremenijo periodični sistemVsekakor lahko določite vrelišče kakršnega koli hidrida, kot tudi katero koli drugo povezavo. Sam sam lahko napoveduje lastnosti kemijskih priključkov, ki še niso odprti elementi.
Če določite vrelišče hidrid kisika s položajem v periodična tabelaNato se izkaže, da mora voda kuhati pri -80 ° C. Zato voda vre za približno sto osemdeset stopinj zgoraj , kaj je treba kuhati. Velikost vode je najpogostejša lastnost - izkaže, da je izjemno in neverjetno.
Lastnosti katere koli kemične spojine so odvisne od narave elementov, ki jih oblikujejo, in zato na svojem položaju v periodičnem sistemu kemijskih elementov MendelEV. Ti grafi predstavljajo odvisnost temperatur vrenega in talikov vodikovih spojin IV in VI periodičnega sistema. Voda je neverjetna izjema. Zaradi zelo majhnega polmera protona je interakcijska sila med njegovimi molekulami tako velika, da jih je zelo težko razdeliti, zato voda zavre in se topi z nenormalno visokimi temperaturami.
Graf A. Normalna odvisnost vrelišča hidrididov elementov skupine IV iz njihovega položaja v tabeli MendelEV.
Graf B. Med hidridi elementov skupine VI voda ima nenormalne lastnosti: voda bi morala zavreti z minus 80 - minus 90 ° C, in zavre z plus plus 100 ° C.
Urnik B. Normalna odvisnost temperature taljenja hidridnih elementov skupine IV iz položaja v tabeli MendelEV.
Graf G. Med hidridi elementov skupine VI voda krši naročilo: to bi se moralo taliti na minus 100 ° C, ledene ledenice pa se stopijo pri 0 ° C.
Na kateri temperaturni voda zamrzne?
Ali ni res, vprašanje ni nič manj nenavadno kot prejšnje? No, kdo ne ve, da voda zamrzne na nič stopinj? To je druga referenčna točka termometra. To je najpogostejša lastnost vode. Toda v tem primeru lahko vprašate: na kakšni temperaturi mora voda zamrzniti v skladu s svojo kemijsko naravo? Izkazalo se je, da bi se kisik hidrid, ki temelji na HDS določbah v tabeli MENDELEEV, bi se moral strditi s sto stopinj pod ničlo.
Koliko vodne vode obstaja?
To vprašanje ni tako enostavno odgovoriti. Seveda, preveč - običajna tekoča voda običajno. Toda voda v tekočem stanju ima takšne izjemne lastnosti, ki jih morate razmišljati: ali se zdi, da je tako preprosto, da se zdi, da ne povzroča
nedvomno odgovor? Voda je edina snov na svetu, ki je po taljenju najprej stisnjena, in potem, ko se temperatura poveča, se začne širiti. Pri približno 4 ° C je voda najvišja gostota. Ta redka anomalija v lastnostih vode je razložena z dejstvom, da je v resnici tekoča voda kompleksna rešitev povsem izjemne kompozicije: to je raztopina vode v vodi.
Pri polaganju ledu so najprej oblikovane velike kompleksne vodne molekule. Ohranijo ostanke ohlapne kristalne ledene strukture in raztopijo v običajni vodi z nizko molekulsko maso. Zato je na prvi gostota vode nizka, vendar s povečanjem temperature, se ti veliki molekule uničijo, zato gostota vode narašča, dokler ne bo prevladala običajna toplotna širitev, v kateri pade gostota vode. Če je to res, potem obstaja več vodnih držav, samo nihče ne ve, kako jih razdeliti. In medtem ko ni znano, ali bo to mogoče storiti. Takšna izredna lastnost vode je zelo pomembna za življenje. V rezervoarjih, pred zimskim začetkom, se postopoma ohlajena voda zniža, dokler temperatura celotnega rezervoarja ne doseže 4 ° C. Z nadaljnjim hlajenjem, hladnejša voda ostane na vrhu in vse mešanje ustavi. Posledično je ustvarjen izreden položaj: tanka plast hladne vode postane "toplo odejo" za vse prebivalce podvodnega sveta. Pri 4 ° C, se počutijo očitno ni slabo.
Kaj bi morala biti lažja - voda ali led?
Kdo tega ne ve ... ker led plava na vodi. Giant ledene gore plavajo v oceanu. Jezera pozimi so prekrita s plavajočim trdnim slojem ledu. Seveda je led lažji od vode.
Toda zakaj "Seveda"? Je to tako jasno? Nasprotno, volumen vseh trdnih snovi med selitvijo, in se utapljajo v svoji talilni talini. Toda led plava v vodi. Ta lastnost vode je anomalija v naravi, izjemo in s popolnoma izjemno izjemo.
Pozitivne naboje v vodni molekuli so povezane z vodikovimi atomi. Negativni stroški so valenčni elektroni kisika. Njihova medsebojna lokacija v vodni molekuli je mogoče prikazati kot preprost tetraeder.
Poskusimo si predstavljati, kako bi svet pogledal, če bi voda imela normalne lastnosti in led, kot bi bilo treba domnevati na vsako normalno snov, gosto tekočo vodo. Pozimi, bolj gost led, ki se trudi na vrhu vode, nenehno spušča na dno rezervoarja. Poletni led, zaščiten z debelo hladne vode, se ne more taliti. Postopoma, vse jezera, ribniki, reke, potoki bi bili zamrznjeni in obračali v ogromne ledene nasilneži. Končno bi zamrznili morje in za njimi in oceani. Naša lepa cvetoče zeleni svet bi postala trdna ledu puščava, ki je prekrita s tanko plastjo taline vode.
Koliko ledu je tam?
V naravi na naši deželi - ena: navaden led. Led je kamen z izjemnimi lastnostmi. To je trdno, vendar teče kot tekočina, in obstajajo ogromne ledene reke, ki počasi tečejo iz visokih gora. Ice spremenljivo - nenehno izgine in se ponovno oblikuje. Led je nenavadno trpežen in trpežen - na ducate tisočletja ga hranijo same po sebi brez sprememb v telesu mamuta, ki so po nesreči umrli v ledeniških razpokah. V njihovih laboratorijih je oseba uspela odpreti drugo, vsaj šest različnih, nič manj neverjetnega ledu. V naravi jih je nemogoče najti. Lahko obstajajo le pri zelo visokih tlakih. Običajni led se ohranja na tlak 208 MPa (megapascals), hkrati pa se topi pri 22 ° C. Če je tlak višji od 208 MPa, je gost led - led-w. To je težja voda in se potaplja. Pri nižji temperaturi in večjem tlaku - do 300 MPa - je oblikovana še bolj gosto led-str. Tlak nad 500 MPa obrne led v Ice-V. Ta led se lahko segreje skoraj na 0 ° C, in se ne topi, čeprav je pod velikim pritiskom. Pri tlaku približno 2 gp (gigapascas) se pojavi ICE-VI. To je dobesedno vroče led - to je preneseno brez taljenja, temperatura 80 ° C. ICE-VII, ki jo najdemo na tlaku WGPA, se lahko imenuje vroče led. To je najbolj gosto in ognjevarno slavni led. To se topi le na 190 ° nad ničlo.
Ice-VII ima nenavadno visoko trdoto. Ta led je lahko celo vzrok nenadne katastrofe. V ležajih, v katerih se vrtijo gredi zmogljivih močnih udarcev, se velik tlak razvija. Če vsaj malo vode pade v mazivo, bo zamrznila, kljub dejstvu, da je temperatura ležajev zelo visoka. Oblikovani delci ledu-VII, ki imajo veliko trdoto, bodo začeli uničiti gred in ležaj in hitro jih bodo prinesli.
Mogoče led in v vesolju?
Kot da je, in hkrati zelo čudno. Toda odprli so svoje znanstvenike na Zemlji, čeprav taki led ne more obstajati na našem planetu. Gostota vseh sedanjih ledenih znanih ledu je celo pri zelo visokih tlakih, le zelo rahlo presega 1 g / cm3. Gostota šesterokotne in kubične modifikacije ledu pri zelo nizkih tlakih in temperaturah, ki je celo blizu absolutne nič, nekaj manj kot ena. Njihova gostota je 0,94 g / cm3.
Vendar se je izkazalo, da je v vakuumu, z nepomembnimi tlaki in pri temperaturah pod -170 ° C, pod pogoji, kjer se pojavi nastajanje ledu, ko je kondenzacija od pare na hladno trdno površino, popolnoma neverjetno led. Njena gostota ... 2,3 g / cm3. Vsi kristalinični led so še vedno znani, in ta novi led, očitno amorfno, je značilna nenavadna relativna lokacija posameznih vodnih molekul; Ni dokončne kristalne strukture. Iz tega razloga se včasih imenuje stekleni led. Znanstveniki so prepričani, da se mora ta neverjetni led pojaviti v kozmičnih razmerah in igrajo veliko vlogo pri fiziki planetov in kometa. Odkritje takšne super gostote ledu je bilo nepričakovano za fizike.
Kaj potrebujete za Melm?
Zelo toplota. Veliko več kot pri taljem takšnega števila drugih snovi. Izjemno velik specifičen taljenje -80 CAL (335 J) na gram ledu - prilagajanje anomalne lastnosti vode. Ko zamrznitev vode, se količina toplote ponovno sprosti.
Ko pride zima, se led oblikuje, snežni padci in voda daje nazaj toplo, ogreva zemljo in zrak. So se soočili z mrazom in mehčajo prehod na ostro zimo. Zahvaljujoč tej čudoviti vodni lastnini na našem planetu, je jesen in pomlad.
Koliko toplote je potrebno za ogrevanje vode?
Veliko. Več kot toplote enakih količin katere koli druge snovi. Za ogrevanje grama vode za eno stopnjo, je potrebna ena kalorija (4,2 j). To je več kot dvakrat večja toplotna zmogljivost katere koli kemične spojine.
Voda je snov, izjemna v najpomembnejših lastnostih za nas. Seveda je ta vodna sposobnost zelo pomembna ne le pri kuhanju kosila v kuhinji. Voda je odličen distributer toplote na tleh. Segrejemo s soncem pod ekvatorjem, tolera toploto na svetovnem oceanu z ogromnimi topi morski tokovi V oddaljenih polarnih območjih, kjer je življenje mogoče le zahvaljujoč tej neverjetni vodnih značilnostih.
Zakaj je vodna sol v morju?
To je morda ena najpomembnejših posledic ene od najbolj neverjetnih lastnosti vode. V svoji molekuli se centri pozitivnih in negativnih stroškov močno premaknejo med seboj. Zato ima voda izjemno visok, anomalni pomen dielektrične konstante. Za vodo e \u003d 80, in za zrak in vakuum e \u003d 1. To pomeni, da se dve različni stroške v vodi medsebojno privlačijo drug na drugega s silo, 80-krat manj kot v zraku. Konec koncev, po pravu Coulon:
Vse enake intermekularne obveznice v vseh telesih, ki določajo moč telesa, so posledica interakcije med pozitivnimi stroški atomskih jeder in negativnih elektronov. Na površini telesa potopljene v vodo, sile, ki delujejo med molekulami ali atomi, slabijo pod vplivom vode skoraj stokrat. Če preostala moč obveznic med molekulami ne zadošča za uvajanje delovanja toplotnega gibanja, molekul ali atomi telesa se začnejo razbiti od njegove površine in gredo v vodo. Ohišje se začne raztapljanje, razpadanje na ločenih molekulih, kot je sladkor v kozarcu čaja, ali na napolnjenih delcih - ioni kot kuhalna sol.
To je posledica nenormalno visoke dielektrične konstantne vode - eno od najmočnejših topil. Ona je lahko celo raztapljanje kamnine zemeljska površina. To je počasno in neizogibno uničevanje celo graniti, izpiranje od njih enostavno topne komponente.
Brooks, reke in reke se porušijo z nečistočami, raztopljenimi z vodo v ocean. Voda iz oceana ponovno izhlapi in se spet vrne na zemljo, da nadaljuje svoje večno delo. In raztopljene soli ostanejo na morju in oceani.
Ne mislite, da voda raztopi in poruši v morju samo tisto, kar je enostavno topno, in da v morski vodi vsebuje samo običajno sol, ki stoji na večerji. Ne, morska voda vsebuje skoraj vse elemente, ki obstajajo v naravi. Ima magnezijeve, kalcijeve in žvepla, broma in jod ter fluor. V manjših količinah, železo, bakra, nikelj, kositer, urana, kobalta, celo srebro in zlata, najdemo v njem. Več kot šestdeset elementov je našlo kemike v morski vodi. Verjetno bodo vsi ostali našli. Večina v morju kuhali soli. Zato je voda v morju nasoljena.
Ali je mogoče zagnati na površini vode?
Lahko. Za to se prepričajte, poglejte poletje na površini katerega koli ribnika ali jezera. Na vodi, ne samo sprehode, ampak teče veliko živih in najhitrejših ljudi. Če menite, da je območje nog nog v teh žuželk zelo majhno, ni težko razumeti, da je kljub njihove majhne teže, da je površina vode preneha, ne da bi se zlomila, precej pritiska.
Ali lahko vodi voda?
Ja mogoče. To se vedno dogaja in povsod. Voda se dviguje v tleh, ki je naklonjena celotni debelini zemlje iz ravni podzemne vode. Voda se dvigne na kapilarne posode drevesa in pomaga rastlini dostaviti raztopljene hranilne snovi do velike višine - od globokih skritih korenin v tleh do listov in plodov. Voda se premakne v pore papirja za zavijanje, ko morate posušiti Klyaks, ali v tkivu brisače, ko obrišete obraz. V zelo tankih cevi - v kapilarjih - voda se lahko dvigne na višino do več metrov.
Kaj je to razloženo?
Še ena čudovita značilnost vode je njena izjemno velika površinska napetost. Vodne molekule na svoji površini doživljajo sile intermolekularnega atrakcije le na eni strani, v vodi pa je ta interakcija nenormalno velika. Zato je vsaka molekula na njeni površini vlečena v tekočino. Kot rezultat, sila, zategovanje površine tekočine, je še posebej velika v vodi: njegova površinska napetost je 72 mn / m (miliguton na meter).
Ali se lahko voda spomniš?
Takšno vprašanje se oglasi, morate priznati, zelo nenavadno, vendar je zelo resno in je zelo pomembno. Gre za velik fizikalno-kemijski problem, ki ga v svojem najpomembnejšem delu še ni preučeval. To vprašanje je postavljeno le v znanost, vendar se še ni našla odgovora nanj.
Vprašanje je: vpliva na prejšnjo zgodovino vode na njene fizikalno-kemijske lastnosti in je to mogoče, raziskati lastnosti vode, naučiti se, kaj se je zgodilo z njo prej, - da bi voda "spomnite" in nam povejte o tem. Da, morda, kot se zdi neverjetno. Najlažji način je mogoče razumeti na preprost, vendar zelo zanimiv in izjemen primer - na spomin na led.
Led je voda. Ko voda izhlapi - izotopska sestava vode in pare sprememb. Enostavna voda izhlapi, čeprav v neznatni stopnji, vendar hitreje težke.
Pri izhlapevanju naravne vode se sestava razlikuje od izotopske vsebine, ne samo deuterij, ampak tudi hudo kisik. Te spremembe v izotopski sestavi pare so zelo dobro raziskane, njihova odvisnost od temperature pa je tudi preiskana.
V zadnjem času so znanstveniki postali čudovito izkušnjo. Na Arktiki, v debelejšem velikem ledeniku na severu Grenlandije, je bila položena vrtina in je bilo odstranjeno ogromno ledeno jedro in skoraj pol kilometra. Jasno je bilo, da se letne plasti rastočega ledu jasno razlikujejo. Na celotni dolžini jedra, so bile te plasti podvržemo izotopski analizi, in glede na relativno vsebnost težkih izotopov vode in kisika - devterij in 18 O, tvorba tvorbe letne lesne plasti na vsakem mestu jedra je bila določena. Datum oblikovanja letne plasti je bil določen z neposrednim vzorcem. Tako je bila podnebna razmer na Zemlji obnovljena v tisočletju. Voda Vse to je uspelo zapomniti in zapisati v globokih slojih Grenlandskega ledenika.
Zaradi izotopskih analiz, so ledene plasti zgradili znanstveniki Krivulja podnebnih sprememb na Zemlji. Izkazalo se je, da je povprečna temperatura predmet stoletja starih nihanj. V XV stoletju je bilo zelo hladno, na koncu XVII. Stoletja. In na začetku XIX. Najbolj vroča leta je bila 1550 in 1930.
Potem, kaj je skrivnost "spomina" vode?
Dejstvo je, da se je v zadnjih letih veliko neverjetnih in popolnoma nerazumljivih dejstev postopoma nabralo v znanosti. Nekateri od njih so trdno nameščeni, drugi pa zahtevajo kvantitativno zanesljivo potrditev, in še vedno čakajo na njihovo razlago.
Na primer, nihče ne ve, kaj se dogaja z vodo, ki teče skozi močno magnetno polje. Teoretični fiziki so povsem prepričani, da se ne more zgoditi in se ne zgodi z njo, krepitev njihovega prepričanja, precej zanesljivih teoretičnih izračunov, iz katerih sledi, da se mora po prenehanju magnetnega polja takoj vrniti v prejšnje stanje in ostanejo kot. In izkušnje kažejo, da se spreminja in postane druga.
Je razlika? Sodnik zase. Od navadne vode v kotel v pare, raztopljene soli, izstopajo, depozita gosto in trdno, kot kamen, plast na stenah kotel cevi, in iz stagnetske vode (tako da so zdaj začeli, da se imenuje v tehniki) v obliki ohlapne usedline v vodi. Zdi se, da je razlika majhna. Vendar je odvisno od stališča. Po mnenju delavcev toplotnih elektrarn je ta razlika izključno dragocena, saj stagnicirana voda zagotavlja normalno in neprekinjeno delovanje ogromnih elektrarn: stene pare kotlov so zaraščene, nad prenosom toplote, več proizvodnje električne energije. V številnih toplotnih postajah je bila magnetna priprava vode že dolgo nameščena in kako in zakaj deluje, niti inženirji niti znanstveniki ne vedo. Poleg tega je izkušnja opazila, da po magnetni obdelavi vode pospešuje procese kristalizacije, raztapljanja, adsorpcije, spreminjanje sprememb ... Res, v vseh primerih so učinki majhni in jih je težko razmnoževati.
Učinek magnetnega polja na vodo (nujno hitro dražbo) traja majhne delnice drugega, in "se spomni" voda o tem, da je deset ur. Zakaj ni znano. V tej zadevi je praksa daleč pred znanostjo. Navsezadnje je še neznano, na katerega je magnetna obdelava veljavna - na vodi ali nečistoče, ki jih vsebuje. Očistite vodo se ne zgodi.
"Pomnilnik" vode ni omejen le na posledice magnetnih učinkov. V znanosti obstajajo in postopoma kopičijo številna dejstva in pripombe, ki kažejo, da se zdi, da je voda "spomniti" in da je nekoč zamrznjena.
Talilna voda, pred kratkim pridobljena s taljenjem kos ledu, kot da se razlikuje od te vode, iz katere je nastal ta kos ledu. V talilni vodi hitreje in bolje kalijo semena, kalčki razvijajo hitreje; Poleg tega bi bilo mogoče hitreje rastejo in razviti piščance, ki dobijo vodo. Poleg neverjetnih lastnosti taline vode, ki jih ugasnejo biologi, dobro znane fizikalno-kemijske razlike, kot so taljenje vode razlikujejo v viskoznosti, z vrednostjo dielektrične konstante. Viskoznost taljeve vode je običajno vrednost za vodo šele po 3-6 dneh po taljenju. Zakaj je tako (če je), nihče ne pozna orodja.
Večina raziskovalcev imenuje to področje pojavov "strukturnega spomina" vode, saj verjame, da so vse te čudne manifestacije učinka prejšnje zgodovine vode na njegove lastnosti pojasnjene s spremembo fine strukture svoje molekularne države. Mogoče je tako, toda ... Poklicati - to ne pomeni razložiti. Še vedno je pomemben problem v znanosti: zakaj in kako se voda "spomni", kaj je bilo z njo.
Kje je voda prihajala od na Zemlji?
Vedno v vseh smereh vesolje prežemajo potoke kozmičnih žarkov - tokovo delcev z ogromno energijo. Večina jih je protonov - nukleni atomi vodika. V svojem gibanju v vesolju je naš planet nenehno izpostavljen "protonski lupini". Piercing Zgornje plasti zemeljske atmosfere, protonov zajemanje elektronov, se pretvorijo v vodikov atome in takoj reagirajo s kisikom, tvorijo vodo. Izračun kaže, da se v stratosferi rodi skoraj sto pol ton "kozmične" vode. Pri visoki višini pri nizki temperaturi je elastičnost vodne pare zelo majhna in vodne molekule, postopoma kopičijo, kondenzirane na delci kozmičnega prahu, ki tvorijo skrivnostne srebrne oblake. Znanstveniki predlagajo, da so sestavljeni iz najmanjših ledenih kristalov, ki izhajajo iz take "kozmične" vode. Štetje je pokazalo, da je voda, ki se je na ta način pojavila na Zemlji v celotni zgodovini, dovolj, da se je rodila vse oceane našega planeta. Torej, voda je prišla na zemljo iz vesolja? Ampak ...
Geochemisti ne menijo, da je voda nebeški gost. Prepričani so, da ima zemeljsko poreklo. Pasme, temelj zemeljskega plašča, ki leži med osrednjo jedro zemeljske in zemeljske skorje, pod vplivom kopičenja toplote radioaktivnega razpada izotopov, stopinja na mestih. Od teh, hlapnih delov so razlikovali: dušik, klor, ogljikove spojine, žvepla, najbolj prepoznavne vodne pare.
Kakšen znesek bi lahko odvrgel med izbruhi vse vulkane za ves obstoj našega planeta?
Znanstveniki so to izračunali. Izkazalo se je, da bi taka izbruhana "geološka" voda prav tako imela dovolj, da izpolni vse oceane.
V osrednjih delih našega planeta, ki tvorijo njeno jedro, voda, verjetno ne. Malo verjetno je, da tam lahko obstaja. Nekateri znanstveniki verjamejo, da je treba nadaljnje, če sta prisotni kisik in vodik, potem morajo skupaj z drugimi elementi, oblikovati novo za znanost, neznane kovinske oblike spojin, ki imajo visoko gostoto trajnostne s tistimi velikimi pritiski in temperaturami, ki vladajo v središču Globe.
Drugi raziskovalci so prepričani, da jedro sveta je sestavljeno iz železa. Kaj ni tako daleč od nas, imamo pod nogami, na globinah, ki presegajo 3 tisoč km, dokler ni kdo drug znan, vendar tam verjetno ni vode.
Večina vode v globinah Zemlje se nahaja v svojih plašč, ki se nahajajo pod zemeljsko skorjo in se raztezajo glede globine do 3 tisoč km. Geologi verjamejo, da je vsaj 13 milijard kubičnih metrov v plašču. km vode.
Večina zgornji sloj Zemljina ovojnica - Zemljina skorja vsebuje približno 1,5 milijarde kubičnih metrov. km vode. Skoraj vsa voda v teh slojih je v pridruženem stanju - je del kamnin in mineralov, ki tvorijo hidrate. V tej vodi se ne trudite in ga ne boste pili.
Hydrosfera - vodna lupina sveta tvorita še 1,5 milijarde kubičnih metrov. km vode. Skoraj ves ta znesek je vsebovan v Svetovnem oceanu. Potrebno je približno 70% celotne zemeljske površine, njeno območje je več kot 360 milijonov kvadratnih metrov. km. Iz prostora, naš planet pogleda na vse kot globus, ampak kot vodna krogla.
Povprečna globina oceana je približno 4 km. Če primerjate to "globino brez dna" z velikostjo samega sveta, katerega povprečni premer je Ravenkm, nato pa nasprotno, da bo moral priznati, da živimo na mokri planet, je le rahlo navlažena z vodo , in potem ne po vsej površini. Voda v oceanih in morjih - je nemogoče piti.
Na kopnem vode precej malo: približno 90 milijonov kubičnih metrov. km. Od teh, več kot 60 milijonov kubičnih metrov. Km je pod zemljo, skoraj vse te soljene vode. Približno 25 milijonov kubičnih metrov. KM Trdna voda leži v gorskih in ledeniških okrožjih, na Arktiki, na Grenlandiji, na Antarktiki. Te vode za vodo na svetu so zaščitene.
V vseh jezerih, močvirje, ki jih je ustvaril človek rezervoarjev in v tleh, je še 500 tisoč kubičnih metrov. km vode.
Voda je prisotna v ozračju. V zraku vedno, tudi v najbolj brezvodnih puščavah, kjer ni padca vode in nikoli ne dežja, in obstaja veliko vodne pare. Poleg tega, oblaki vedno plavajo po nebu, oblaki gredo, da sneži, izlivajo deževje, meglene so združene nad tlemi. Vse te vodne rezerve v ozračju se izračunajo zagotovo: vse, združene, predstavljajo le 14 tisoč kubičnih metrov. km.
Ideja starodavnih filozofov, ki jih vse v naravi oblikuje s štirimi elementi (elementi): zemljišča, zrak, požar in vodo, so obstajale do srednjega veka. Leta 1781 so poročali o prejemu vode, ko je prižgal vodik, vendar ni v celoti cenil pomen njegovega odkritja. Kasneje (1783)A. Lavuaazier dokazal, da voda ni v vsakem elementu, ampak spojina vodika in kisika. Y. Berteryus in P. Dyudung (1819), kot tudi J. Dyum in Zh.stas (1842), nameščena masna sestava vode, mimo vodika skozi bakreni oksid, vzeti v strogo določenem količini, in tehtanje oblikovane bakra in vodo. Na podlagi teh podatkov so določili razmerje H: O za vodo. Poleg tega je Zhiverhey-Lousak izmeril obseg izmerjenega plinastega vodika in kisika, ki je bil v interakciji dana voda: popravil se je kot 2: 1, ki, kot vemo, spoznajo formulo 2 O. Prevalence.. Voda pokriva 3/4 površine zemlje. Človeško telo je sestavljeno iz vode okoli 70%, jajce pa 74%, nekatera zelenjava pa je skoraj ena voda. Torej, v lubenici je 92%, v zrelih paradižnikih - 95%.Voda v naravnih rezervoarjih ni nikoli homogena v kompoziciji: prehaja skozi skale, prihaja z zemljo in zrakom, zato vsebuje raztopljene pline in mineralne snovi. Čista je destilirana voda.
Morska voda. Struktura morska voda se razlikuje v različnih regijah in je odvisna od priliva sladkovodne, izparevalne hitrosti, količino padavin, taljenje ledenih gora itd.Poglej tudi Ocean.Mineralna voda. Mineralna voda Oblikovana je pri iskanju navadne vode skozi skale, ki vsebujejo železo, litijevo, žveplove spojine in druge elemente.Mehka in toga voda. Toga voda vsebuje v velikih količinah kalcijevih in magnezijevih soli. V vodi se raztopijo pri vožnji v skalah, ki jih sestavlja mavec (zaSO 4. ), apnenec (Sasso 3 ) ali dolomit (karbonatiMg. in ca). V mehki vodi teh soli malo. Če voda vsebuje kalcijev sulfat, pravijo, da ima konstantno (nepravilno) togost. Lahko se zmehča z dodatkom natrijevega karbonata; To bo pripeljalo do padavin kalcija v obliki karbonata, natrijev sulfat pa bo ostal v raztopini. Natrijeve soli se ne odzivajo z milom, in bo manjša poraba kot v prisotnosti kalcija in magnezijevih soli.Voda, ki ima začasno (karbonatno) togost vsebuje kalcij in magnezijeve bikarbonate; Lahko se zmehča na več načinov: 1) segrevanje, ki vodi do razgradnje bikarbonatov na netopnih karbonatih; 2) z dodajanjem apnene vode (kalcijev hidroksid), zaradi česar bikarbonate spremenijo v netopne karbonate; 3) s pomočjo izmenjalnih reakcij.
Molekularna struktura.. Analiza podatkov, pridobljenih iz absorpcijskega spektra, je pokazala, da trije atomi v vodni molekuli tvorijo trikotnika z dvema vodikovimi atomi na dnu in kisik na vrhu:Nealencijski kot je 104,31° , Dolžina komunikacije O-H je 0,99Å (1 Å \u003d 10 -8 cm), in razdalja N-N je 1.515 Å . Vodikovi atomi so tako globoko "izvedeni" v atom kisika, da se molekula izkaže, da je skoraj sferična; Polmer - 1.38Å . Voda Fizične lastnosti. Zaradi močne privlačnosti med vodo molekulami, visokim talilnim temperaturam (0° C) in vrejo (100 ° Od). Debela plast vode ima modro barvo, ki se določi ne le s fizikalnimi lastnostmi, ampak tudi prisotnost suspendiranih delcev nečistoč. Voda gorskih rek je zelenkasta zaradi tehtanih delcev kalcijevega karbonata, ki ga vsebuje. Čista voda je slab vodnik električne energije, njena električna prevodnost je 1,5H 10 -8 OHM -1 H cm -1 pri 0 ° C. Vodna stisljivost je zelo majhna: 43H 10 -6 cm 3 na Megabarju na 20° C. Gostota vode je največ 4° Od; To je razloženo z lastnostmi vodikovih vezi svojih molekul.Tlačne pare. Če zapustite vodo v odprtem posodi, se bo postopoma izhlapela - vse njegove molekule bodo šle v zrak. Hkrati, voda v tesno zaprtem plovilu izhlapi le delno, t.e. Pri določenem tlaku vodne pare med vodo in zrakom, ki je nad njim, je ustanovljen z ravnotežjem. Tlak hlapov v ravnovesju je odvisen od temperature in se imenuje nasičen parni tlak (ali njegova elastičnost). Ko se tlak za nasičen par primerja z zunanjim tlakom, voda zavre. Pod normalnim tlakom 760 mm Hg.st. Voda zavre na 100° C, in na nadmorski višini 2900 m nadmorske višine. Atmosferski tlak pade na 525 mm Hg. in vrelišče se izkaže za 90° Od.Izhlapevanje se pojavi tudi s površine snega in ledu, zaradi česar se suši v spodnjem perilu zmrzali.
Viskoznost vode s povečanjem temperature se hitro zmanjša in pri 100
° C je 8-krat manj kot pri 0° S. Kemijske lastnosti. Katalitsko dejanje. Zelo veliko kemijske reakcije Nadaljujejo le v prisotnosti vode. Torej, kisika oksidacija se ne pojavi pri suhih plinih, kovine se ne reagirajo s klorom itd.Hidrati. Mnoge spojine vedno vsebujejo določeno število vodnih molekul in se imenujejo hidrati. Narava obveznic, ki so nastale hkrati, je lahko drugačna. Na primer, v bakrenem sulfat pentahidratih ali bakreni ceniCUSO 4 H 5H 2 O , Štiri vodne molekule, ki tvorijo koordinacijo s sulfatom ion, se je zrušila ob 125° Od; Peta vodna molekula je tako trdno, ki je izginila le pri temperaturi 250° C. Še en stabilen hidrat - žveplova kislina; Obstaja v dveh hidratnih oblikah,Torej 3 H H 2 O in SO 2 (OH) 2 Obstajajo ravnovesje, med katerimi je bila ustanovljena bilanca. Tudi v vodnih raztopinah so pogosto hidrirani. Torej, N. + Vedno je v obliki ionskega hidroksonija 3 O + ali N 5 O 2 + ; Litij-ion - v oblikiLi (h 2 0) 6 + itd. Elementi kot taki so redko v hidrirani obliki. Izjema je broma in klor, ki tvorita hidratiBR 2 H 10 H 2 O in CL 2 H 6H 2 O. Nekateri običajni hidrati vsebujejo kristalizacijsko vodo, kot je barijev kloridBacl 2 h 2h 2 o , Angleška sol (magnezijev sulfat)MGSO 4 H 7H 2 O Pijalna soda (natrijev karbonat)Na 2 CO 3 H 10 H 2 O, glauberova sol (natrijev sulfat)Na 2 SO 4 H 10 H 2 O. Soli lahko tvorijo več hidratov; Torej, bakreni sulfat obstaja v oblikiCUSO 4 H 5H 2 O, CUSO 4 H 3H 2 O in CUSO 4 H H 2 O . Če je tlak nasičenega para hidrata večji od atmosferskega tlaka, bo sol izgubila vodo. Ta proces se imenujeteče (Prepere). Postopek, v katerem se absorbira vodo, se imenujesplit. . Hidroliza. Hidroliza je dvojna reakcija razgradnje, v kateri je voda eden od reagentov; Fosforjev triklorid.PCL 3. Z lahkoto reagiramo z vodo:PCL 3 + 3H 2 O \u003d P (OH) 3 + 3HCl Na enak način so maščobe hidrolizirane z tvorbo maščobnih kislin in glicerola.Solvati. Voda je polarna spojina, zato se z veseljem združuje elektrostatično interakcijo z delci (ioni ali molekulami) snovi, raztopljene v njem. Molekularne skupine, ki so nastale kot posledica solvatov, se imenujejo solvati. Plast vodnih molekul, povezanih z osrednjim delcem solvata s silami privlačnosti, je SOLVATE Shell. Prvič je bil koncept valovita uveden leta 1891 I.A. Kablukov.Težka voda. Leta 1931 je Juri pokazal, da je med izhlapevanjem tekočega vodika, njegove zadnje frakcije so težji od navadnega vodika zaradi vsebnosti dvakratnega hudega izotopa v njih. Ta izotop se imenuje deuterij in je označen s simbolom.D. . V njegovih lastnostih, voda, ki vsebuje namesto navadnega vodika, se njen močan izotop bistveno razlikuje od navadne vode.V naravi za vsakih 5000 množičnih delov
2 Oh računi za en delD 2 O. . To razmerje je enako za reko, dež, močvirje vodo, podzemne vode ali kristalizacijske vode. Težka voda se uporablja kot nalepka pri preučevanju fizioloških procesov. Torej, v urinu osebe, razmerje med H inD. Tudi enaka 5000: 1. Če pacientu daš piti vodo z veliko vsebinoD 2 O. , nato dosledno merjenje deleža te vode v urinu, lahko določite hitrost odstranjevanja vode iz telesa. Izkazalo se je, da približno polovica pitne vode ostane v telesu tudi po 15 dneh. Težka voda, ali raje, Deuterij je pomemben udeleženec reakcij sinteze jedrske energije.Tretji izotop vodika - tritij, označen s simbolom T., v nasprotju s prvimi dvema, je radioaktiven in se nahaja v naravi le v majhnih količinah. V sladkovodnih jezerih je razmerje med IT in navadnim vodikom 1:10
18 , v površinskih vodah - 1:10 19 , v globokih vodah, manjka.Poglej tudi Vodik. Ledu Ice, faza trdne vode, se uporablja predvsem kot hladivo. Lahko je ravnovesje s tekočimi in plinastimi fazami ali samo z plinasto fazo. Debela plast ledu ima modrikasto barvo, ki je povezana s posebnosti refrakcije svetlobe. Ice stisljivost je zelo nizka.Led pod normalnim tlakom obstaja samo pri temperaturi 0
° C ali nižje in ima manjšo gostoto kot hladno vodo. Zato ledene gore plavajo v vodi. Hkrati, od razmerja gostote ledu in vode pri 0° Z nenehno se led vedno štrli iz vode do določenega dela, in sicer 1/5 njegovega obsega.Poglej tudi Ledene gore. Par. Par - plinasta vodna faza. V nasprotju s splošno sprejetem mnenjem je neviden. Ta "pari", ki izbruhnejo iz vrelečega kotlička, je pravzaprav veliko najmanjše kapljice vode. Par ima lastnosti, zelo pomembna za ohranjanje življenja na Zemlji. Znana je, na primer, da pod delovanjem sončne toplotne vode s površine morja in oceanov izhlapi. Nastali vodni hlapi se dvignejo v atmosfero in kondenzirali, nato pa padejo na tla v obliki dežja in snega. Brez takšnega cikla vode bi se naš planet spremenil v puščavo.Par ima veliko aplikacij. Z enim poznamo drugim, so slišali samo za druge. Med najbolj znanimi napravami in mehanizmi, ki delajo z uporabo pare, so likalniki, parne lokomotive, parnice, parni kotli. Steam vrti turbine generatorjev na termalnih elektrarnah.
Poglej tudi Steva kotla; Termalna motorja; Toplota; Termodinamika. Literatura. Eisenberg D., Kauzman V.Struktura in lastnosti vode . L., 1975.Zatsepina g.n. Fizikalne lastnosti in struktura vode . M., 1987.
K.H.N. O.V. Mosin.
Molekularna vodna fizika v treh agregatnih državah
Voda, vodikovi oksid, H 2 0, najpreprostejši odporni pod normalnimi pogoji, kemična spojina vodika s kisikom (11,19% vodika in 88,81% kisika z maso). Voda je brezbarvna tekočina brez vonja in okusa (v debelih slojih ima modro barvo), ki spada v najpomembnejšo vlogo v geološki zgodovini Zemlje in pojavljanju življenja, pri oblikovanju fizičnega in kemičnega okolja, podnebja in vreme na našem planetu. Voda je obvezna komponenta skoraj vseh tehnoloških procesov - tako kmetijska in industrijska proizvodnja.
Voda je del vseh živih organizmov, na splošno pa vsebujejo le dvakrat toliko vode kot v vseh rekah zemlje. V živih organizmih, količina vode, z izjemo semen in spor, niha med 60 in 99,7 mas.%. Po mnenju francoskega biologa E. Dubua Reimon, je živa organizem L "Eau Anicée (Forshelny Water). Vse vode Zemlje nenehno delujejo med seboj, kot tudi z ozračjem, litosfero in biosfero.
Zemljina žoga vsebuje približno 16 milijard km3 vode, kar je 0,25% mase našega celotnega planeta. Iz te količine, delež hidrosfere Zemlje (oceani, morje, jezera, reke, ledeniki in podzemne vode) predstavlja 1,386 milijarde km3. Sveže površinske vode (jezera in reke) predstavljajo le 0,2 milijona km3, pare atmosferske vode - 13 tisoč km3.
Skupna masa snega in ledu porazdeljena na površini zemlje doseže približno 2,5-3,0 x 1016 ton, ki je le 0,0004% mase našega celotnega planeta. Vendar pa je takšna količina dovolj za pokrivanje celotne površine. Globus 53 metrov plasti, in če je vsa ta masa nenadoma stopila, obračala v vodo, raven svetovnega oceana se bo povečala v primerjavi s tokom približno 64 metrov.
Voda zemlje prežema, ki se začne od največjih višin stratosfere, do velikih globin zemeljske skorje, ki doseže plašč in tvorijo neprekinjeno lupino planeta - hidrosfera, ki obsega vso vodo v tekočini, trdno, plinasto, kemično in biološko povezano stanje.
Hydrosphere - vodna plašč Zemlja, vključno z oceani, morje, jezeri, rezervoarji, reke, podtalnico, vlago v tleh, je približno 1,4-1,5 milijarde km 3, delež suši vode pa ima le okoli 90 milijonov km 3. Od teh, podzemna voda je 60, ledeniki 29, 0,75 jezera, vlažnost tal 0.075, reke 0,0012 milijona km 3.
Hydrosfera je predvajala in igrala temeljno vlogo v geološki zgodovini zemlje, pri oblikovanju fizičnega in kemičnega okolja, podnebja in vremena, v pojavu življenja na našem planetu. Razvila se je skupaj in v tesnem sodelovanju z litosfero, ozračjem in nato divjimi živalmi.
V ozračju Voda je v obliki pare, megle in oblakov, dež kapljic in snežni kristali (le približno 13-15 tisoč km 3). Približno 10% površine suši se nenehno ukvarja z ledeniki. Na severu in severovzhodu ZSSR, na Aljaski in severu Kanade, je skupna površina približno 16 milijonov km 2 vedno ohranjena s podvrženo plast ledu (le okoli 0,5 milijona km 3.
V zemlja Kore. - Litosphere. Vsebuje jih različne ocene, od 1 do 1,3 milijarde km3 vode, ki je blizu njene vsebine v hidrosferi. V zemeljski skorji so pomembne količine vode v pridruženem stanju, ki vstopajo v nekatere minerale in rock (mavca, hidrirane oblike silikateja, hidrosilicate itd.). Velike količine Vode (13-15 milijard km 3) so koncentrirane v globlje globine kopenskega plašča. Donos vode, ki je bil razlikovan od plašča v procesu segrevanja Zemlje v zgodnjih fazah njegove tvorbe, in dal, v skladu s sodobnimi pogledi, začetek hidrosfere. Letni tok vode iz plašča in magmatskih žarišč je približno 1 km 3.
Obstajajo dokazi, da ima voda, vsaj delno, "kozmično" izvor: protoni, ki pridejo do zgornjega ozračja iz sonca, zajemanje elektronov, zavijemo v vodikov atome, ki se povezujejo s kisikovimi atomi, dajejo H 2 O.
Voda najdemo v naravnih razmerah v treh državah: trdna v obliki ledu in snega, tekočine - v obliki same vode, plinastega - kot vodne pare. Te države vode se imenujejo agregatne države ali v skladu s tem trdnimi, tekočimi in hlapinimi fazami. Prehod vode iz ene faze v drugo je posledica spremembe njegove temperature in tlaka. Na sl. Slika 1 prikazuje diagram agregatnih stanj vode, odvisno od temperature T in tlaka P. s sl. Videti je razvidno, da je v regiji I voda le v trdni obliki, v regiji II - samo v tekočini, v regiji III - samo v obliki vodne pare. Vzdolž krivulje AC, je v stanju ravnovesja med trdnimi in tekočimi fazami (taljenje ledu in kristalizacijo vode); Vzdolž krivulje AB - v stanju ravnovesja med tekočimi in plinastimi fazami (izhlapevanje vode in kondenzacija pare); Vzdolž krivulje oglasa - v ravnotežju med trdnimi in plinastimi fazami (sublimacija vodne pare in sublimacijo ledu).
Sl. 1. Diagram agregatnih stanj vode v regiji trojne točke A. I - led. II - Voda. III - Vodna para.
Ravnotežje faz na sl. 1 vzdolž krivulj AB, AC in AD je treba razumeti kot dinamično ravnovesje, tj. Po teh krivuljah, število novo oblikovanih molekul ene faze, ki je strogo enako številu na novo ustvarjenih molekule druge faze. Če na primer postopoma hladna voda pri vsakem tlaku, nato v meji se bomo našli na krivulji AC, kjer bo voda opazila pri ustrezni temperaturi in tlaku. Če postopoma segrevate led na različnih tlakih, se bomo našli na isti ravnotežni krivulji, vendar s strani ledu. Podobno bomo imeli vodo in vodno paro, odvisno od tega, na kateri strani se bomo približali krivulji AB.
Vse tri krivulje agregatnega stanja - AC (krivulja talilne točke ledu od tlaka), AV (krivulja vrelišča vode iz tlaka), AD (krivulja odvisnosti od tlaka pare trdne barve Faza iz temperature) - seka na eni točki A, ki nosi naziv trojne točke. V skladu s sodobnimi študijami so vrednosti pritiska plačilnih hlapov in temperatur na tej točki enake: P \u003d 610,6 PA (ali 6.1 GP \u003d 4,58 mm Hg. Umetnost.), T \u003d 0,01 ° C (ali T \u003d 273.16 K ). Poleg trojne točke, AV Curve prehaja po drugi dve značilni točki - točka, ki ustreza vrenju vode pri normalnem zračnem tlaku s koordinatami p \u003d 1,013 · 10 5 PA in T \u003d 100 ° C, in točka s koordinatami P \u003d 2,211 · 10 7 PA in T kr \u003d 374,2 ° C, ki ustreza kritični temperaturi - temperaturi, le pod katerimi vodni pari lahko prevedemo v tekoče stanje s stiskanjem.
Krivulje AU, AV, AD, ki se nanaša na prehodne procese snovi iz ene faze na drugo, so opisane s klapavizno enačbo Klapairon Clausius:
kjer je T absolutna temperatura, ki ustreza vsaki krivulji, izhlapevanje, taljenje, sublimacijo itd.; L je specifična toplota, izhlapevanje, taljenje, sublimacijo; V 2 - V 1 je razlika posebnih količin, pri prehodu iz vode v led, iz vodne pare do vode, od vodne pare do ledu.
Takojšnje izkušnje kažejo, da se Sushijeve naravne vode pod normalnim atmosferskim tlakom prenesejo (krivulja AF) na nekatere negativne vrednosti temperature, ki niso kristalizirajo. Torej, voda ima lastnost, da je hipother, t. Vzemite temperaturo pod tališče ledu. Ustvarjalno stanje vode je stanje metastabilne (nestabilne), v katerem se prehod tekoče faze, ki izvira na kateri koli točki, nenehno nadaljuje, dokler se ne izloči superkonžiranje ali dokler se ne spremeni v trdno celkovodno tekočino. Sposobnost vode, da vzamemo temperaturo pod tališčem ledu, je bila odkrita prvič Fahrenheit nazaj leta 1724.
Tako se lahko ledeni kristali pojavijo samo v superložirani vodi. Prehod superloletene vode v trdno stanje - led se pojavi le, če obstajajo centri (jedra) kristalizacije v njem, ki je lahko suspendirane delce natos v vodi, ledeni kristali ali sneg, ki vstopajo v vodo iz ozračja, ledene kristale V ogrevani vodi kot posledica njegovega burnega progresivnega gibanja, delcev drugih snovi, ki so prisotne v vodi debelejše.
Sl. 2. Fazni vodni diagram. IH, II - IX - Ice Oblike; 1 - 8 - Triple točke.
Superkonziranje vode je termodinamično stanje, na katerem se temperatura vode izkaže, da je nižja od njegove kristalizacije. To stanje se pojavi zaradi znižanja temperature vode ali povečanjem temperature kristalizacije. Temperaturo vode se lahko zniža s odstranjevanjem toplote, ki je najpogosteje najdena v naravi, ali jo zmešamo z slanim, kot so morje, vodo. Temperatura kristalizacije se lahko poveča z zniževanjem tlaka.
V laboratorijskih pogojih, z velikim pritiskom in intenzivnim hlajenjem, se lahko destilirana voda perkoline na temperaturo red - 30 in kapljice - 50 ° C. Stopnja njegove kristalizacije je odvisna od globine nadklaze vode.
Tako je diagram agregatnih vodnih držav je trdna linija oglas na sl. 1 - Treba je obravnavati kot v zvezi z zelo nizkimi toplotnimi obremenitvami, ko je učinek časa na transformacijo faze majhen. Z visokimi toplotnimi obremenitvami se bo proces faznih transformacij pojavil v skladu z krivuljo AF.
Tališče ledu (krivulja AC) je zelo šibko odvisno od tlaka. Skoraj je krivulja AC vzporedna s horizontalno osjo: Ko se tlak spremeni s 610,6 na 1,013 · 10 5 PA, tališče se zmanjša le od 0,01 do 0 ° C. Vendar se ta temperatura zmanjša s povečanjem tlaka le na določeno vrednost, nato pa se poveča in pri zelo visokem tlaku doseže vrednost približno 450 ° C (sl. 1.2). Kot sledi s sl. 1.2, pri visokem tlaku, je lahko led pri pozitivni temperaturi. Obstaja do deset različnih oblik ledu. IH oblika ledu, za katero je značilna zmanjšanje tališča s povečanjem tlaka, ustreza konvencionalnemu ledu, ki nastane zaradi zamrznitve vode pod normalnimi pogoji. Koordinate trojnih točk različnih oblik ledu, označenega na sl. 1.2 arabske številke 1-8 so prikazane v tabeli. 1.1. Struktura in fizikalne lastnosti vseh oblik ledu se bistveno razlikujejo od IH IH.
Trdno telo (led), kot tudi tekočina, izhlapi v širokem razponu temperaturnih vrednosti in neposredno gre v plinasto stanje (sublimacijo), mimo tekoče faze, - krivulja oglasa. Povratni proces, t.j. Prehod plinaste oblike neposredno v trdno (sublimacijo) se izvede, tudi mimo tekoče faze. Sublimacija in sublimacija ledu in snega igrajo veliko vlogo v naravi.
Struktura vodne molekule
Voda je kompleksna snov, katere glavna konstrukcijska enota je molekula H 2 O, ki jo sestavljajo dva vodikova atoma in en atom kisika. Sheme možnega medsebojnega ureditve atomov H in O v molekuli H 2 O v celotnem obdobju študije so bile predlagane več ducata; Splošno sprejeta shema je trenutno prikazana na sl. 3.
Sl. 3. Struktura strukture molekule vode: geometrija molekule in elektronske orbite
Skupna kinetična energija iz trice molekule tipa H 2 O se lahko opiše z naslednjim izrazom:
kjer in hitrost ustreznega in vrtenja gibanja molekule; I x, i Y i Z - vztrajnostni momenti molekule glede na ustrezne osi vrtenja; M je masa molekule.
Iz te enačbe je razvidno, da je skupna energija trokatominske molekule tipa H 2 O sestavljena iz šestih delov, ki ustrezajo šestim stopnicam svobode: tri prozorne in tri rotacije.
Iz tečaja fizike je znano, da je za vsako od teh stopenj svobode, s toplotno ravnovesjem, obstaja enaka količina energije, ki je enaka 1/2 kt, kjer je k \u003d RM / na \u003d 1,3807 · 10 -23 J / K je Boltzmannova stalna; T-absolutna temperatura; N a \u003d 6,0220 · 10 23 MOL -1 - Število AVOGADRO; KN A \u003d R M \u003d 8,3144 J / (mol · K) je univerzalna plinska konstanta. Potem končajte kinetična energija Takšna molekula je:
Skupna kinetična energija molekul, ki jih vsebuje gramska molekula vsakega plina (pare), bo:
Skupna kinetična energija W je povezana s specifično toplotno zmogljivostjo CV pri konstantni formuli:
Izračun specifične toplotne zmogljivosti vode po tej formuli za vodno paro daje vrednost 25 J / (MOL · K). Glede na eksperimentalne podatke, za vodno paro CV \u003d 27,8 J / (MOL · K), t.j., blizu izračunane vrednosti.
Preučevanje vodne molekule z uporabo spektrografskih študij je bilo mogoče ugotoviti, da ima strukturo, kot da je večji trikotnik: na vrhu tega trikotnika je kisik atom, in na dnu IT - dva vodikove atome. Kot na vrhu je 104 ° 27, dolžina strank pa 0,096 nm. Ti parametri se nanašajo na hipotetično ravnotežno stanje molekule brez nihanja in rotacij.
Relativna molekulska masa H 2 O je odvisna od sorodnika atomska masa Njegove komponente in imajo različne pomene, saj imajo kisik in vodik izotopi.
Kisik ima šest izotopov: 14 O, 15 O, 16 O, 17 O, 18 O, 19 O, od katerih so le tri stabilne, in vodik tri: 1 h (datumi), 2 h (deuterium), 3 h ( tritij). Nekateri radioaktivni izotopi imajo kratek razpolovni čas in so prisotni v vodi v manjših količinah, drugi pa se pridobijo samo umetno in v naravi niso na voljo.
Tako je, da upoštevamo izotope kisika in vodika, je mogoče narediti več vrst H20 molekule z različnimi relativnimi molekulskimi uteži. Od teh, najpogostejše molekule 1 H 2 16 o z relativnimi molekularnimi masa 18 (navadna voda) in 2 H 2 16 O molekule z relativnimi molekularnimi masa 20. Slednje molekule tvorijo tako imenovano težko vodo. Težka voda v njegovih fizikalnih lastnostih se bistveno razlikuje od navadne vode.
Molekularna kinetična teorija snovi in \u200b\u200bvode
Struktura vode v treh agregatnih državah se še ne more šteti za dokončno ustanovljena. Obstajajo številne hipoteze, ki pojasnjujejo strukturo pare, vode in ledu.
Te hipoteze so bolj ali manj na podlagi molekularne-kinetične teorije strukture snovi, katerih temelje so še vedno položili M.V. Lomonosov. Po drugi strani, molekularna kinetična teorija izhaja iz načel klasična mehanikaV katerih molekule (atomi) se štejejo za kroglice prave oblike, električno nevtralne, idealno elastično. Takšne molekule so preprosto izpostavljene mehanskim trkom in ne doživljajo nobenih električnih interakcijskih sil. Iz teh razlogov lahko uporaba molekularne kinetične teorije pojasni samo strukturo snovi v prvem približevanju.
Plin - v našem primeru vodne pare, - glede na molekularno-kinetično teorijo, je zbirka molekul. Razdalja med njimi je večkrat več kot velikosti molekul. Plinske molekule so v stalnem nerednem gibanju, ki izvajajo pot med stenami posod, v katerih se je plin sklenjen, in obrnjen drug na drugi strani. Kolizija molekul poteka brez izgube mehanske energije; Štejejo se kot vpliv popolnoma elastičnih kroglic. Blows molekul o steni, ki omejujejo plovilo, povzročajo tlak plina na te stene. Hitrost molekul se poveča s povečanjem temperature in se zmanjša s kapljico.
Ko se temperatura plina zmanjša iz več visoke vrednosti, se približuje vrelišče tekočine (za vodo 100 ° C pri normalnem tlaku), se hitrost molekul zmanjša, in ko se moč privlačnosti med njimi postane več sil Elastične odbojke, ko se udarci in zato plinom kondenzira v tekočino.
V primeru umetnega utekočinjanja mora biti nižji od tako imenovanega kritičnega tlaka, ki ustreza kritičnemu tlaku (str. 1.1). Pri temperaturah nad kritičnim plinom (pari) ni mogoče prevesti pritiska v tekočino.
Vrednost RT CR / (P CR V CR) za vse pline, vključno z vodno paro, mora biti 8/3 \u003d 2.667 (tukaj je R je konstanta za plin; T, P CR, V Cr - Kritične temperature, tlak, glasnost). Vendar pa je za vodno paro 4,46. To je pojasnjeno z dejstvom, da par ne vključuje samo enoposteljnih molekul, ampak tudi njihova združenja.
Tekočina, v nasprotju s plinom, je kombinacija molekul, ki se nahajajo kot blizu drug drugemu, ki se med njimi pojavijo sile medsebojnega privlačanja. Zato se molekule tekočin ne bodo razlikovale v različnih smereh kot plinskih molekul, temveč le nihajo blizu njihovega ravnovesja položaja. Hkrati, ker struktura tekočine ni precej gosta, v njej obstajajo prosti prostori - "luknje", zaradi katerih je po teoriji ya.i.frenkel, nekatere molekule z večjo energijo so Raztegnjena iz njihovega "sedečega" prostora in skoka na sosednjo "luknjo", ki se nahaja na razdalji, približno enaka velikosti same molekule. Tako je tekočina molekule relativno redko premaknjena iz kraja na kraj, večino časa pa je v "naseljenem" stanju, samo v postopku oscilacijskih gibanj. To zlasti pojasnjuje šibko difuzijo v tekočinah v primerjavi s svojo visoko hitrostjo v plinih. Ko se tekočina segreje, se njegove molekule povečajo, hitrost njihove nihanja pa se poveča. Pri temperaturi 100 ° C in običajnega atmosferskega tlaka, voda razgradi v posamezne molekule H2O, katere hitrost je že sposobna premagati medsebojno privlačnost molekul, voda pa se spremeni v paro.
Pri hlajeni tekočini (voda) se pojavi obratni proces. Hitrost oscilacijskega gibanja molekul se zmanjša, struktura tekočine pa postane bolj trpežna, tekočina pa gre v kristalni (trden) državni led. Obstajata dve vrsti trdnih teles: kristalni in amorfni. Glavni znak kristalnega telesa je anizotropija njihovih lastnosti v različnih smereh: toplotna ekspanzija, moč, optične in električne lastnosti, itd Amorfna telesa so izotropna, t.e., imajo enake lastnosti v vseh smereh. Led je kristalno telo.
V trdni trdi, v nasprotju s plinom in tekočino, vsak atom ali molekula niha le blizu njenega ravnovesja položaja, vendar se ne premikajo. V trdni trdi ni "lukenj", v kateri se lahko premikajo posamezne molekule. Zato v trdnih snovi ni difuzije. Atomi, ki sestavljajo molekule, tvorijo trdno kristalno mrežo, katerih nesmiselnost je posledica molekularnih sil. Ko se temperatura trdne snovi približuje talilni točki, je kristalna rešetka uničena, in gre v tekoče stanje. V nasprotju s kristalizacijo tekočin se taljenje trdnih snovi pojavi relativno počasi, brez izrazitega skoka.
Kristalizacija večine tekočin se pojavi z zmanjšanjem prostornine, taljenje trdnih snovi pa spremlja povečanje prostornine. Izjema je voda, antimon, parafin in nekatere druge snovi, ki imajo trdno fazo manj gosto od tekočine.
Struktura vode v treh agregatnih državah
Problem ocenjevanja strukture vode je še vedno eden izmed najbolj zapletenih. Razmislite o kratkem dveh splošnih hipotezi o strukturi vode, ki sta prejela največje priznanje, ena - v začetnem obdobju razvoja naukov na strukturi vode, drugi pa je trenutno.
V skladu s hipotezo, ki jo je predlagalo Wituiting (1883) in se z različnimi interpretacijami, je glavna gradbena enota vodne pare H 2 O molekula, imenovana hidrola ali monohidrol. Glavna gradbena enota vode je molekula z dvojno vodo (H 2 O) 2 -Digidol; Led je sestavljen iz trojnih molekul (H 2 O) 3 - trihidrol. Na teh predstavitvah temelji tako imenovana hidrolitska teorija vode.
Vodna para, v skladu s to teorijo, je sestavljena iz zbirke najpreprostejših molekul monohidrola in njihovih združenj, pa tudi iz manjšega števila dihidrolnih molekul.
Voda v tekoči obliki je mešanica molekul monohidrola, dihidrola in triogidola. Razmerje med številom teh molekul v vodi je drugačno in je odvisno od temperature. Po tej hipotezi, razmerje med količino vodnih molekul in pojasnjuje eno od njegovih glavnih anomalij - največja gostota vode pri 4 ° C.
Ker je vodna molekula asimetrična, centri težišča pozitivnih in negativnih stroškov ne sovpadajo. Molekule imajo dva pola - pozitivna in negativna, ustvarjanje, kot magnet, molekularna polja. Takšne molekule se imenujejo polarni, ali dipoli, količinska značilnost polarnosti pa določa električni moment dipola, izražen z izdelkom L med električnimi centri težišča pozitivnih in negativnih stroškov molekule za dajatev E absolutno Elektrostatične enote:
Za vodo je dipolni trenutek zelo visok: P \u003d 6,13 · 10 -29 CL · M. Polariteta molekul monohidrola in pojasnjuje nastanek dihidrola in trihidrola. Hkrati, saj se njene hitrosti molekul poveča s povečanjem temperature, je to mogoče pojasniti s postopnim razpadom triogidola v Dihidro in še naprej v monohidrol, pri taljenju ledu, ogrevalne in vrele vode.
Druga hipoteza strukture vode, razvitega v 20. stoletju (modeli O. Ya. Samylv, J. Popp, GN Zatsepina itd.), Temelji na ideji, da je led, voda in vodna para sestavljena iz molekul H 2 O združene skupine s pomočjo tako imenovanih vodikovih vezi (J. Barnal in R. Fauler, 1933). Te obveznice nastanejo zaradi interakcije vodikovih atomov ene molekule s kisikom atomom sosednje molekule (z močnim elektronearnim elementom). Takšna značilnost izmenjave vodika v vodni molekuli je določena z dejstvom, da se odpovedi edini elektronski program za izobraževanje kovalentna komunikacija Z kisikom, ostaja v obliki jedra, ki je skoraj prikrajšana za elektronsko lupino. Zato atom vodika ne preskuša sosednje vodne molekule iz elektronske lupine kisika, in nasprotno, jo privlači, in lahko vstopi v interakcijo. Po tej hipotezi se lahko domneva, da so sile, ki tvorijo vodikovo vezi, izključno elektrostatične. Vendar pa je v skladu z metodo molekularnih orbitalov, vodikove vezi tvorijo disperzijske sile, kovalentne vezi in elektrostatično interakcijo.
Tabela 1 prikazuje molekularno sestavo vode, ledu in vodne pare na različnih literarnih virih.
Tabela 1.1.
Molekularna sestava ledu, vode in vodne pare,%
Tako kot posledica interakcije vodikovih atomov ene vodne molekule z negativnimi naboji kisika, druga molekula tvori štiri vodikove vezi za vsako vodovodno molekulo. Hkrati se molekule običajno združijo v skupine - ASSORIATORS.: Vsaka molekula je obdana s štirimi drugimi (slika 4). Takšna gosta embalaža molekul je značilna za vodo v zamrznjenem stanju (IH IH) in vodi do odprte kristalne strukture, ki pripada hekogonalni simetriji. S to strukturo se "praznina - kanali" oblikujejo med fiksnimi molekulami, zato je gostota ledu manjša od gostote vode.
Povečanje ledene temperature na njeno taljenje in zgoraj vodi do razpoka vodikovih vezi. Z likvidno stanje vode je dovolj običajnih toplotnih gibanj molekul, da bi uničili te povezave.
Sl. 4. Shema interakcije vodnih molekul. 1 - kisik, 2 - vodik, 3 - kemična vez, 4 - vodikove vezi.
S povečanjem temperature vode na 4 ° C se ohrani naročilo molekul na kristaliničnem tipu z značilno strukturo za led do neke mere. Na voljo v tej strukturi, označeni nad praznino, so napolnjene z osvobojenimi vodnimi molekulami. Posledično se gostota tekočine poveča na maksimalno pri temperaturi 3,98 ° C. Nadaljnje povečanje temperature vodi do popačenja in raztrganja vodikovih vezi, in posledično uničenje skupin molekul, do posameznih molekul, ki je značilna za paro.
Torej, kakšne so skrivnostne, nenavadne lastnosti običajne tekoče vode? Najprej, v tem, da so skoraj vse lastnosti vode anomalo, in mnogi od njih ne spoštujejo logike teh zakonov fizike, ki nadzorujejo druge snovi.
Vodne molekule med kondenzacijo tvori tekočo snov neverjetne kompleksnosti. Prvič, to je posledica dejstva, da imajo vodne molekule edinstveno premoženje, ki se združi v grozde (skupine) (H20) x. Pod grozdom običajno razumejo skupino atomov ali molekul, ki se združijo s fizičnim interakcijo v en sam ansambel, vendar individualno vedenje, ki se ohranja v njem. Možnosti neposrednega opazovanja grozdov so omejene, zato eksperimentatorji nadomestijo instrumentalne pomanjkljivosti intuicije in teoretičnih konstrukcij.
Pri sobni temperaturi je stopnja združenja X za vodo, po sodobnih podatkih, od 3 do 6. To pomeni, da vodna formula ni preprosto H 2 O, vendar povprečje med H 6 O 3 in H 12 O6. Z drugimi besedami, voda je kompleksna tekočina, "sestavljena iz" iz ponavljajočih se skupin, ki vsebujejo tri do šest posameznih molekul. Posledično ima voda anomalne vrednosti zamrzovanja in vrele temperature v primerjavi z homologi. Če je bila voda podrejena splošnim pravilom, naj bi zamrznila pri temperaturi -100 o C in kričala pri temperaturi približno +10 o C.
Če je voda med izhlapevanjem ostala v obliki H 6 O 3, H8 O 4 ali H 12 O 6, bi bila vodna para precej težja od zraka, v katerem prevladujejo dušik in kisik. Molekule prevladujejo. V tem primeru bi bila površina celotnega zemljišča pokrita z večno plast megle. Skoraj nemogoče je predstavljati življenje na takšnem planetu.
Ljudje so zelo srečni: grozdi vode med izhlapevanjem se razčlenijo, voda pa se obrne skoraj v preprost plin s kemijsko njo s kemično formulo H 2 O (pred kratkim v določenem par ne naredi majhnega števila dimeni H 4 O 2 vreme ne ). Gostota plinaste vode je manjša od gostote zraka in zato je voda sposobna nasičiti zemeljsko ozračje s svojimi molekulami, Ustvarjanje udobnih vremenskih razmer za ljudi.
Na Zemlji ni drugih snovi, ki so obdarjene s sposobnostjo, da je tekočina pri temperaturah človeškega obstoja in hkrati oblikovati plin ne le lažjega zraka, temveč se lahko vrne na njegovo površino v obliki padavin.
K.H.N. O.V. Mosin.
Iskanje po meri
Struktura vode
K.H.N. O.V. Mosin.
Vodna molekula je majhen dipol, ki vsebuje pozitivne in negativne naboje na drogovih. Ker je masa in polnjenje kisikovega jedra večje kot pri vodikovnem jednju, se elektronski oblak zategni proti jedru kisika. Hkrati je jedro vodikov. Tako ima elektronski oblak nehomogena gostota. V bližini vodikovih jeder je pomanjkanje gostote elektronov, na nasprotni strani molekule, v bližini kisikovega jedra, je opaziti presežek gostote elektron. To je struktura in določa polarnost vodne molekule. Če so epicentri pozitivnih in negativnih stroškov povezani z ravnimi linijami pozitivnih in negativnih stroškov - pravilen tetraeder.
Struktura vodne molekule (risanje na desni)
Zaradi prisotnosti vodikovih vezi, vsaka vodna molekula tvori vodikovo vezi s 4 sosednjimi molekulami, ki tvori okvir Openwork Mesh v ledu molekulo. Vendar pa v tekočemu stanju vode - neurejena tekočina; Te vodikove vezi so spontane, kratkotrajne, hitro hitenja in se ponovno oblikujejo. Vse to vodi do heterogenosti v strukturi vode.
Vodikove vezi med vodo molekulami (spodaj levo)
Dejstvo, da je voda heterogena v njegovi sestavi, je bila ustanovljena že dolgo časa. Že dolgo je znano, da led plava na površini vode, to je gostota kristalnega ledu manjša od gostote tekočine.
Skoraj vse druge snovi so kristalno gosta tekoča faza. Poleg tega, po taljenju, se gostota vode še naprej povečuje in doseže največ na 4C. Nenarmalnost vodne stisljivosti je manj znana: pri segrevanju iz tališča, se zmanjša do 40 ° C, nato pa se nato poveča. Vodna toplotna zmogljivost je odvisna tudi od temperature ne-monotono.
Poleg tega, pri temperaturi pod 30 ° C, s povečanjem tlaka iz atmosferskega do 0,2 gpa, se viskoznost vode zmanjša, in samo-difuzijski koeficient je parameter, ki določa hitrost premikanja vodne molekule glede na medsebojno raste.
Za druge tekočine, odvisnost je reverzno, in skoraj kjerkoli se ne zgodi nekaj pomembnega parametra, da imajo neemotonico, t.e. Najprej se je povečal in po opravljeni kritični vrednosti temperature ali tlaka se je zmanjšala. Predvidevano je bilo, da v resnici voda ni enaka tekočina, ampak mešanica dveh komponent, ki se razlikujejo po lastnostih, kot so gostota in viskoznost, in zato strukturo. Takšne ideje so se začele pojavljati na koncu XIX stoletja, ko se je nabralo veliko podatkov o vodnih anomalijah.
Prva ideja, da je voda sestavljena iz dveh komponent, izraženo withiting leta 1884. Njegovo avtorstvo navaja E.F. Fritzman v monografiji "Narava vode. Težka voda", objavljena leta 1935. Leta 1891 je V.Rengten uvedla idejo dveh voda, ki se razlikujeta v gostoti. Po njej se je pojavila številna dela, v kateri se je voda obravnavala kot mešanica sodelavcev različnih sestav (hidrolije).
Ko je bila struktura ledu določena v 20-ih, se je izkazalo, da vodne molekule v kristaliničnem stanju tvorijo tridimenzionalno neprekinjeno mrežo, v kateri ima vsaka molekula štiri najbližje sosede, ki se nahajajo v vozliščih pravilnega tetraedra. Leta 1933 je J. Bernal in P. Fauler predlagal, da takšna mreža obstaja v tekoči vodi. Ker je voda gostejša ledu, so verjeli, da se molekule v njem nahajajo ne tako kot v ledu, to je, kot je silicijev atomi v mineralnih tridih, in kot silicijevi atomi v bolj gostem modifikaciji kremena kremena. Povečanje gostote vode pri segrevanju od 0 do 4C je bilo pojasnjeno s prisotnostjo pri nizki temperaturi tridimite komponente. Tako je model Bernalnega fowlerja ohranil element dve strukturi, vendar je njihov glavni dosežek ideja o neprekinjenem tetraheriričnem očesu. Potem se je pojavil slavni aforizem I.Nongmur: "Ocean-One velika molekula". Prekomerna specifikacija modela ni dodajala podpornikov enotnega teorije omrežja.
Šele leta 1951 je J. izstrelil model neprekinjenega omrežja, ki ni bil tako specifičen kot model BERNAL FAULLER. Posred je predstavljala vodo kot naključno tetraedralno mrežo, povezave med molekulami, v katerih se je zvijala in imajo različne dolžine. Model Poljubljanje pojasnjuje tesnjenje vode pri taljenju zavrnitve vezi. Ko so se pojavile prve definicije strukture ledu II in IX v 60S-70, je postalo jasno, kako lahko ukrivljenost vezi, ki lahko pripelje do tesnilne strukture. Zmanjšanje modela ni bilo mogoče razložiti ne-monotoničnosti odvisnosti lastnosti vode iz temperature in tlaka kot dobrih modelov dveh držav. Zato je veliko znanstvenikov že dolgo delilo idejo dveh držav.
Toda v drugi polovici 20. stoletja je bilo nemogoče biti tako fantastično o sestavi in \u200b\u200bstrukturi hidrolijev, kot so to storili na začetku stoletja. To je že bilo znano, kako sta uredila led in kristalohidrati, veliko pa je vedela na vodikovo vezi. Poleg nenehnih modelov (model poplav), dve skupini mešanih modelov je prišlo do: Cluster in Clathrate. V prvi skupini se je voda pojavila v obliki grozdov iz molekul, ki jih vežejo vodikove vezi, ki so plavajoče v morju molekul, v takih povezavah nesodelujočega. Modeli druge skupine veljajo za vodo kot neprekinjeno omrežje (običajno v tem kontekstu, imenovanih okvir) vodikove vezi, ki vsebujejo praznino; Vsebujejo molekule, ki ne tvorijo povezave z molekulami okvirja. Ni bilo težko izbrati takšnih lastnosti in koncentracij dveh mikrofaz modelov grozdov ali lastnosti okvirja in stopnjo izpolnjevanja iz njenih praznin modelov Clathrate, da pojasni vse lastnosti vode, vključno s slavnimi anomalijami.
Med modeli gruča, model G. Stomi in H. Scherahi se je izkazalo, da je najsvetlejša: Predlagali so jih slike, ki prikazujejo grozde vezanih molekul, ki plavajo v morju nevezanih molekul, so vnesli številne monografije.
Prvi model vrste Clathrate leta 1946 je predlagal O. Yaamylov: mreža vodikovih vezi je ohranjena v vodi, katerih votline so delno napolnjene z monomernimi molekulami. L. Poling leta 1959 je ustvaril drugo možnost, kar kaže, da je osnova strukture lahko mreža za odnose, ki so del nekaterih kristalohidratov.
V drugi polovici 60-ih let in v začetku sedemdesetih let je ugotovljena konvergenca vseh teh pogledov. Različice modelov grozdov so se pojavile, v katerih sta v obeh mikrofazah molekule povezana z vodikove vezi. Zagovorniki modelov Clathrate so začeli oblikovati nastajanja vodikovih vezi med praznimi in okvirnimi molekulami. To je, pravzaprav avtorji teh modelov menijo, da voda kot neprekinjeno omrežje vodikovih vezi. In govorimo o tem, kako heterogena ta mreža (na primer z gostoto). Predstavitve vode, kot so vodikov povezane grozde, ki plavajo v morju brez vezi vodnih molekul, je bila na koncu na začetku osemdesetih, ko je G.Stenley nanesel na vodni model perkolacije, ki opisuje fazne prehode voda.
Leta 1999, slavni ruski vodni raziskovalec s.v. Zenin je zagovarjal na Inštitutu za medicinske in biološke probleme ruske akademije znanosti, namenjenih teoriji grozdov, ki je bila pomembna stopnja spodbujanja te smeri raziskav, katere zapletenost se okrepi z dejstvom, da so na križišču treh znanosti: fiziki, kemija in biologija. Na podlagi podatkov, pridobljenih s tremi fizikalno-kemijske metode: Refraktometrija (S.V. Zenin, b.v. Taiglov, 1994), visoko učinkovita tekočinska kromatografija (S.V. Zenin et al., 1998) in Proton magnetno resonanco. (S.V. Zenin, 1993) Geometrični model glavne stabilne strukturne tvorbe vodnih molekul (strukturirano vodo) je bil zgrajen in dokazan, nato pa je bil (S.V. Zenin, 2004) dobil sliko s kontrastno fazo mikroskop teh struktur.
Zdaj je znanost dokazala, da značilnosti fizikalnih lastnosti vode in številnih kratkotrajnih vodikovih vezi med sosednjimi atomi vodika in kisika v vodni molekuli ustvarjajo ugodne priložnosti za oblikovanje posebnih struktur-sodelavcev (grozdov), ki so zaznana shranjevanje in posredovanje najbolj različnih informacij.
Strukturna enota take vode je grozd, ki ga sestavljajo Clathrates, katerih narava je posledica sil na dolge razdalje. V strukturi grozdov, informacije o interakcijah, ki se je zgodila s temi vodnimi molekulami, kodiran. V vodnih skupinah, zaradi interakcije med kovalentnimi in vodikove vezi med kisikovimi atomi in atomi vodika, se lahko protonska migracija (H +) pojavi v skladu z relejnim mehanizmom, ki vodi do delikocalizacije protona v grozdu.
Voda, sestavljena iz različnih grozdov različni tipi, tvori hierarhično strukturo prostorske tekočine, ki lahko zazna in shranjuje ogromne količine informacij.
Na sliki (V.L. Ways) so sheme več preprostih struktur grozdov prikazane kot primer.
Nekatere možne strukture vodnih grozdov
Informacijski prevozniki so lahko fizična polja Najbolj različna narava. Tako je ugotovljeno možnost interakcije z informacijami na daljavo tekoče kristalne strukture vode z objekti različnih naravo s pomočjo elektromagnetnih, akustičnih in drugih polj. Oseba je lahko prizadeta predmet.
Voda je vir ultrasmernega in šibkega spremenljivega elektromagnetnega sevanja. Najmanj kaotično elektromagnetno sevanje Ustvarja strukturirano vodo. V tem primeru se lahko pojavi indukcija ustreznega elektromagnetnega polja, ki spreminja značilnosti strukturnih informacij bioloških objektov.
V zadnjih letih so bili pridobljeni pomembni podatki o lastnostih nadhlajene vode. Zelo zanimivo je preučiti vodo pri nizkih temperaturah, saj se lahko ohrani močnejši od drugih tekočin. Vodna kristalizacija, praviloma se začne na nekaterih heterogenih ali na plovilih sten ali na plavajočih delcih trdnih nečistoč. Zato ni lahko najti temperature, na kateri bi bila superkonžirana voda zrahljana. Toda znanstveniki so to uspeli storiti, in zdaj je temperatura tako imenovanega homogenega nukleacije, ko je nastajanje ledenih kristalov hkrati vhodna količina, ki je znana za tlak do 0,3 GPA, to je, ki je zajemanje polja obstoja ledu II.
Od atmosferskega tlaka do meje, ki ločuje led I in II, ta temperatura pade od 231 do 130 k, nato pa se rahlo poveča na 190k. Pod to kritično temperaturo, tekoča voda ni mogoča načelno.
Struktura ledu (risanje na desni)
Vendar pa je ena skrivnost povezana s to temperaturo. Sredi osemdesetih letih je bila odprta nova sprememba amorfnih ledeno lot. Visoka gostota, in pomagala pri oživljanju idej o vodi kot zmes dveh držav. Ne kristalne strukture niso bile obravnavane kot prototipi, vendar so strukture amorfne ledene gostote ledu. V najbolj namerni obliki je ta koncept oblikoval E.G. Ponyatovsky in V.V. Sinitin, ki je bil leta 1999 napisal: "Voda se šteje kot redna rešitev dveh komponent, lokalne konfiguracije, v katerih ustrezajo bližnji reda amorfnih modifikacij ledu". Poleg tega študij sosednjega vrstnega reda pri superlooled vode pri visokotlačnih metodah nevtronske difrakcije, znanstveniki uspeli najti komponente, ki ustrezajo tem strukturam.
Posledica polimorfizma amorfnega ledu je bila tudi predpostavke o svežnju vode v dve neuspešni komponenti pri temperaturah pod hipotetično kritično točko z nizko temperaturo. Na žalost, glede na oceno raziskovalcev, ta temperatura pri tlaku 0,017 GPA je 230K pod temperaturo nukleacije, zato opazujte snop tekoče vode na vse druge. Torej je oživitev modela dveh držav izdala vprašanje heterogenosti mreže vodikovih vezi v tekoči vodi. Razumete lahko samo to nehomogenost računalniška simulacija..
Ko že govorimo o kristalni strukturi vode, je treba opozoriti, da je 14 spremembe ledu, Večina, ki ni mogoče najti v naravi, v kateri voda molekule in ohranja svojo individualnost, in so povezane z vodikove vezi. Po drugi strani pa obstaja veliko različic mreže vodikovih vezi v klathrate hidrati. Energija teh omrežij (visokotlačni led in klathrate hidrate) ni veliko višja od energije kubičnega in šesterokotnega ledu. Zato se lahko fragmenti takih struktur pojavijo tudi v tekoči vodi. Lahko zgradite nešteto različnih ne-periodičnih fragmentov, molekule, v katerih se štiri najbližjega soseda nahajajo približno na vrhu tetraedra, vendar njihova struktura ne ustreza struktur znanih ledenih sprememb. Kot kažejo številni izračuni, bo energija interakcije molekul v takih fragmentih blizu drug drugemu, in ni razloga, da bi rekli, da bi morala biti nekatera struktura prevladati v tekoči vodi.
Strukturne študije vode lahko preučujejo z različnimi metodami; Protoroskopija protonske magnetne resonance, infrardeče spektroskopije, rentgenske difrakcije, itd Na primer, difrakcija rentgenskih žarkov in nevtronov vhod je preučevan večkrat. Vendar pa podrobne informacije o strukturi teh poskusov ne bodo dali. Inhomogenosti, ki se razlikujejo po gostoti, bi lahko videli razprševanje rentgenskih žarkov in nevtronov pri nizkih kotih, vendar morajo biti takšne nehomogenosti velike sestavljene iz stotine vodnih molekul. Bilo bi jih mogoče videti in raziskati razprševanje svetlobe. Vendar pa je voda izjemno prozorna tekočina. Edini rezultat difrakcijskih poskusov radialne distribucijske funkcije, to je razdalje med atomi kisika, vodika in kisik-vodika. Videti je razvidno, da na lokaciji vodnih molekul ni dolgega dosega. Te funkcije vode se zbledijo veliko hitreje kot za večino drugih tekočin. Na primer, porazdelitev razdalj med kisikovimi atomi pri temperaturi v bližini sobe, samo tri maxima daje 2,8, 4,5 in 6.7. Prvi največji cilj ustreza razdalji do najbližjih sosedov, njegova vrednost pa je približno enaka dolžini vodikove vezi. Drugi maksimum je blizu povprečne dolžine tetrahedron Edge: Spomnimo se, da se vodne molekule v šesterokotni ledu nahajajo vzdolž vrhov tetraedra, opisanega okoli osrednje molekule. In tretji največji, izraženi zelo šibko, ustreza razdalji do tretjega in bolj oddaljenih sosedov vzdolž vodikove mreže. Ta največja se ne rodi, ampak o nadaljnjih vrhovih in govori. Prišlo je do podrobnejših informacij iz teh distribucij. Torej leta 1969, I.S.Anriav in I.Z. Fisher našli razdaljo do osmega soseda, medtem ko se je izkazalo, da je enako peti sosed, in na šesto 3.1. To vam omogoča, da podate podatke na oddaljeni okolici vodnih molekul.
Druga metoda proučevanja strukture - nevtronska difrakcija na vodnih kristalih se izvede prav tako tudi rentgenska difrakcija. Vendar pa zaradi dejstva, da se dolžina nevtronskega razprševanja razlikuje v različnih atomih, ni tako močna, metoda izomorfne substitucije postane nesprejemljiva. V praksi se običajno uporablja s kristalom, v katerem je molekularna struktura že približno vzpostavljena z drugimi metodami. Potem, za ta kristal se merijo intenzitete nevtronske difrakcije. Za te rezultate se izvedemo Fourierjeva transformacija, med katerimi se uporabljajo izmerjene nevtronske intenzivnosti in faze, izračunane z računovodstvom ne-generičnih atomov, tj. Atomi kisika, katerih položaj v modelu konstrukcije je znan. Nato so na nastalem atomi Fourierjeve kartice, vodikov in devterijev predstavljeni z veliko večjimi utežmi kot na zemljevidu gostote elektronov, ker Prispevek teh atomov v nevtronsko razprševanje je zelo velik. Na tem zemljevidu gostote je mogoče, na primer, da se določi položaje vodikovih atomov (negativna gostota) in devterij (pozitivna gostota).
Možna je raznolikost te metode, ki je, da se kristal, oblikovan v vodi, vzdržuje, da se hrani v težki vodi. V tem primeru vam nevtronska difrakcija ne omogoča, da ugotovite, kje se nahajajo atomi vodika, temveč tudi identificira tiste, ki se lahko izmenjujejo na devterij, kar je še posebej pomembno pri študiju izotopske (H-D) -Amen. Takšne informacije pomagajo potrditi pravilnost vzpostavitve strukture.
Druge metode omogočajo tudi dinamiko vodnih molekul. To so eksperimenti na kvazi-elastični razpršitvi nevtronsov, ultrafast ir spektroskopije, može šifro vode z NMR ali označenimi devterijev atomi. Metoda NMR spektroskopije temelji na dejstvu, da ima jedro atoma vodika magnetni trenutek, interakcijo z magnetnimi polji, trajnimi in spremenljivkami. V skladu z NMR spektrom se lahko presoja, v katerem se nahajajo ti atomi in jedra, s čimer dobimo informacije o strukturi molekule.
Zaradi eksperimentov na kvazi-elastični razpršitvi nevtronov v vodnih kristalih je bil izmerjen najpomembnejši parameter-koeficient samo-difuzije, pri različnih tlakih in temperaturah. Da bi presojali koeficient samo-difuzije nad kvazi-elastičnim razprševanjem nevtronov, je treba sprejeti predpostavko o naravi gibanja molekul. Če se premikajo v skladu z modelom Ya.I. Frenelkel (slavni domači fizikalski teoriji, avtor »kinetične teorije tekočin« - klasična knjiga, ki jo prevede številne jezike), imenovan tudi model "Luck-počakaj", Potem je čas stratificiranega življenja (čas med skoki) molekule 3,2 pikosekund. Najnovejše metode Femtosecond Laser SpectroScopy nam je omogočil oceno življenjske dobe Torn vodikovih telekomunikacij: Proton je potreben 200 FS, da bi našli partnerja. Vendar pa je vse to povprečno. Možno je preučiti podrobnosti o strukturi in naravi gibanja vodnih molekul samo s pomočjo računalniškega modeliranja, ki se včasih imenuje numerični eksperiment.
To je tisto, kar je struktura vode izgleda kot rezultati računalniške simulacije (po D.Kh.n. G.G. Malenkova). Splošna neradna struktura se lahko razdeli na dve vrsti območij (ki jih prikazujejo temne in svetle kroglice), ki se razlikujejo po svoji strukturi, na primer z obsegom večpredstavljene množice (A), stopnjo tetrahedrichness najbližjega okolja ( b), vrednost potencialne energije (B), kot tudi prisotnost štirih vodikovih vezi v vsaki molekuli (G). Vendar pa so ta območja dobesedno v trenutku, po več pikosekundah, spremenijo svojo lokacijo.
Modeliranje se izvede tako. Struktura ledu se vzame in segreje do taljenja. Potem po nekaj časa, da voda pozabi na kristalinično poreklo, se takoj odstranijo takojšnje mikrografi.
Če želite analizirati strukturo vode, so izbrani trije parametri:
- stopnja odstopanja lokalnega okolja molekule iz vozlišč pravilnega tetraedra;
-Potektna energija molekul;
- tako imenovana večbarvna krona.
Za izgradnjo tega poliedrona, vzemite rob iz te molekule do najbližjega, ga razdelimo na pol in ravnina, ki je pravokotna na rob izvedena skozi to točko. Izkazalo se je volumen na molekulo. Obseg poliedrona je gostota, tetrahedrity stopnjo popačenja vodikovih vezi, energijo stabilnosti konfiguracije molekul. Molekule s tesnimi vrednostmi vsakega od teh parametrov si prizadevajo združiti v ločene grozde. Območja, ki imajo nizko in visoko gostoto različne vrednosti Energije, vendar imajo lahko enake vrednosti. Poskusi so pokazali, da območja drugačna stavba Grozdi se pojavijo spontano in spontano razpadejo. Celotna struktura vode živi in \u200b\u200bse nenehno spreminja, čas, za katerega se te spremembe pojavijo, zelo majhna. Raziskovalci so sledili gibanju molekul in ugotovil, da nepravilne nihanja s frekvenco približno 0,5 PS in amplitude 1 angstroma. Prav tako je bilo redko počasnih skokov na Angstrome, ki so zadnje pikoseconds. Na splošno lahko za 30 PS molekule premakne 8-10 angstromov. Življenjska doba lokalnega okolja je tudi majhna. Območja, sestavljena iz molekul s tesnimi vrednostmi volumna kronženega venerja, se lahko napolnjujejo z 0,5 PS, in več pikosekund lahko živi. Toda distribucija življenjske dobe vodikovih vezi je zelo velika. Toda ta čas ne presega 40 PS, in povprečna vrednost več PS.
Na koncu je treba poudariti, da teorija gruče vode je veliko pasti. Na primer, Zenin prevzame, da je glavni strukturni element Vodo-grozd 57 molekul, ki se oblikujejo z združitvijo štirih dodekahedre. Imajo skupna področja in njihovi centri tvorijo pravi tetraeder. Dejstvo, da se vodne molekule lahko nahajajo na vrhovih petegonalnega dodekahedron, je znana že dolgo časa; Takšen dodekahedron je osnova plinskega hidratesa. Zato ni nič presenetljivo v predpostavki obstoja takšnih struktur v vodi, čeprav je bilo že povedano, da ni mogoče prevladovati nobene posebne strukture in dolgo časa obstajati. Zato je čudno, da je ta element glavna stvar in da vključuje točno 57 molekul. Iz kroglice, na primer, se lahko zbirajo toliko struktur, ki jih sestavljajo dodekahedre, ki se sosednji drug drugega in vsebujejo 200 molekul. Zenin trdi, da se proces tridimenzionalne polimerizacije vode ustavi pri 57 molekulah. Večji sodelavci po njegovem mnenju ne bi smeli biti. Če pa je bilo tako, kristali šesterokotnega ledu ni bilo mogoče oboriti iz vodne pare, ki vsebujejo veliko število molekul, povezanih z vodikove vezi. Vsekakor ni jasno, zakaj se je rast Zenina ustavila pri 57 molekulah. Da bi se izognili protislovjem, Zeninom in pakiranjem grozdov v bolj zapleteno nastajanja na roke, od skoraj tisoč molekul, virski grozdi pa se ne tvorijo druga z drugačnimi vodikove vezi. Zakaj? Katere molekule na njihovi površini se razlikujejo od tistih? Po ZENIN, vzorec hidroksilnih skupin na površini rromahedre in zagotavlja spomin na vodo. Posledično so molekule vode v teh velikih kompleksih tesno fiksne, in kompleksi sami so trdni telesi. Takšna voda ne bo tekla, in njeno temperaturo taljenja, ki je povezana z molekulsko maso, mora biti zelo visoka.
Katere lastnosti vode pojasnjuje model Zenina? Ker model temelji na tetraedralnih stavbah, se lahko do neke mere hranijo s podatki o difrakciji rentgenskih žarkov in nevtronov. Vendar pa je malo verjetno, da lahko model pojasni zmanjšanje gostote, ko je taljenje dodekahedre manj gosto od ledu. Toda najtežja stvar je v skladu z dinamičnimi lastnostmi fluidnosti, velike vrednosti samo-difuzijskega koeficienta, nizkih korelacijskih časov in dielektrične sprostitve, ki se merijo s pikoseconds.
K.H.N. O.V. Mosin.
Seznam literature:
G.g. Malenkov. Uspehi fizične kemije, 2001
S.V. ZHENIN, B.M. Polanuer, B.V. Označi. Eksperimentalni dokaz o prisotnosti vodnih frakcij. J. Homeopatska medicina in akupunktura. 1997.32.S.42-46.
S.v. Zenin, b.v. Označi. Hidrofobni model strukture sodelavcev vodnih molekul. J. Fiz. Kemikalije .994.t.68.35.S.636-641.
S.v. ZENIN študija o vodni strukturi s protonovo magnetno resonanco. Dokl.ru.1993.t.332. S30.S.328-329.
S.V. ZHENIN, B.V. TTTYAGLOV. Naravo hidrofobnega interakcije. Pojav orientacijskih polj v vodnih raztopinah. J. FIZ. Kemikalije. 1994.t.68.35.S.500-503.
S.v. Zenin, b.v. Tyaglov, B.Serguev, Z.A. Shabarova. Študija intramolekularnih interakcij v nukleotideamidih z metodo NMR. Materiali druge vse uveljavitve. Dinamično. Stereokemija. Odessa.1975.S.53.
S.v. Zenin. Strukturirano stanje vode kot osnova za obvladovanje vedenja in varnosti bivalnih sistemov. Teza. Doktor bioloških znanosti. Državni znanstveni center "Inštitut za medicinske in biološke probleme" (IMTS "ISBP"). Zaščiteno 1999. 05. 27. UDC 577.32: 57.089.001.66.207 str.
In in. Sticer. Poročilo o izvajanju raziskav