წყალი უჩვეულო ნივთიერებაა, რომელიც დეტალურ შესწავლას იმსახურებს. საბჭოთა აკადემიკოსმა ი.ვ.პეტრიანოვმა დაწერა წიგნი ამ საოცარი ნივთიერების შესახებ, ყველაზე უჩვეულო ნივთიერება მსოფლიოში. რა ანომალიებია წყლის ფიზიკურ თვისებებში განსაკუთრებით საინტერესო? ჩვენ ერთად ვეძებთ ამ კითხვაზე პასუხს.
საინტერესო ფაქტები
ჩვენ იშვიათად ვფიქრობთ სიტყვა "წყლის" მნიშვნელობაზე. ჩვენს პლანეტაზე მთლიანი ტერიტორიის 70%-ზე მეტს უკავია მდინარეები და ტბები, ზღვები და ოკეანეები, აისბერგები, მყინვარები, ჭაობები, მთის მწვერვალებზე თოვლი, ასევე მუდმივი ყინვა. მიუხედავად ასეთი დიდი რაოდენობის წყლისა, მხოლოდ 1% არის სასმელად.
ბიოლოგიური მნიშვნელობა
ადამიანის ორგანიზმის 70-80% წყალია. ეს ნივთიერება უზრუნველყოფს ყველა სასიცოცხლო პროცესის დინებას, კერძოდ, მისი წყალობით ხდება მისგან ტოქსინების მოცილება, უჯრედების აღდგენა. წყლის ძირითადი ფუნქცია ცოცხალ უჯრედშიარის სტრუქტურული და ენერგეტიკული, მისი რაოდენობრივი შემცველობის შემცირებით ადამიანის ორგანიზმში „მცირდება“.
ცოცხალ ორგანიზმში არ არსებობს ისეთი სისტემა, რომელიც ფუნქციონირებს H2O-ს გარეშე. წყლის ანომალიების მიუხედავად, ის სტანდარტია სითბოს, მასის, ტემპერატურის, სიმაღლის რაოდენობის დასადგენად.
ძირითადი ცნებები
H2O - წყალბადის ოქსიდი, რომელიც შეიცავს 11,19% წყალბადს, 88,81% ჟანგბადს მასის მიხედვით. ეს არის უფერო სითხე, რომელსაც არც სუნი აქვს და არც გემო. წყალი სამრეწველო პროცესების აუცილებელი კომპონენტია.
პირველად ეს ნივთიერება სინთეზირებულია მე-18 საუკუნის ბოლოს G. Cavendish-ის მიერ. მეცნიერმა ელექტრული რკალით ააფეთქა ჟანგბადისა და წყალბადის ნარევი. გ.გალილეომ პირველად გააანალიზა ყინულისა და წყლის სიმკვრივის განსხვავება 1612 წელს.
1830 წელს ფრანგმა მეცნიერებმა P. Dulong-მა და D. Arago-მ შექმნეს ორთქლის ძრავა. ამ აღმოჩენამ შესაძლებელი გახადა გაჯერების ორთქლის წნევასა და ტემპერატურას შორის კავშირის შესწავლა. 1910 წელს ამერიკელმა მეცნიერმა პ. ბრიჯმანმა და გერმანელმა გ. ტამანმა აღმოაჩინეს რამდენიმე პოლიმორფული მოდიფიკაცია ყინულში მაღალი წნევის დროს.
1932 წელს ამერიკელმა მეცნიერებმა G. Urey და E. Washburn აღმოაჩინეს მძიმე წყალი. ამ ნივთიერების ფიზიკურ თვისებებში ანომალიები აღმოაჩინეს აღჭურვილობისა და კვლევის მეთოდების გაუმჯობესების გამო.
ზოგიერთი წინააღმდეგობა ფიზიკურ თვისებებში
სუფთა წყალი არის გამჭვირვალე, უფერო სითხე. მისი სიმკვრივე, როდესაც გარდაიქმნება სითხეშიიზრდება მყარი მატერია, ეს ავლენს წყლის თვისებებში ანომალიას. მისი გაცხელება 0-დან 40 გრადუსამდე იწვევს სიმკვრივის მატებას. მაღალი სითბოს ტევადობა უნდა აღინიშნოს, როგორც წყლის ანომალია. კრისტალიზაციის ტემპერატურაა 0 გრადუსი ცელსიუსი და დუღილის წერტილი 100 გრადუსი.
ამ არაორგანული ნაერთის მოლეკულას აქვს კუთხოვანი სტრუქტურა. მისი ბირთვები ქმნიან ტოლფერდა სამკუთხედს ორი პროტონით მის ფუძესთან და ჟანგბადის ატომით მწვერვალზე.
სიმკვრივის ანომალიები
მეცნიერებმა შეძლეს H2O-სთვის დამახასიათებელი ორმოცი მახასიათებლის იდენტიფიცირება. წყლის ანომალიები იმსახურებს მჭიდრო განხილვას და შესწავლას. მეცნიერები ცდილობენ ახსნან თითოეული ფაქტორის მიზეზები, მისცენ მას მეცნიერული ახსნა.
წყლის სიმკვრივის ანომალია მდგომარეობს იმაში, რომ ამ ნივთიერების მაქსიმალური სიმკვრივის მნიშვნელობა იწყება +3, 98°C-დან. შემდგომი გაგრილებით, თხევადი მდგომარეობიდან მყარ მდგომარეობაში გადასვლისას, შეინიშნება სიმკვრივის დაქვეითება.
სხვა ნაერთებისთვის სითხეებში სიმკვრივე მცირდება ტემპერატურის კლებასთან ერთად, ვინაიდან ტემპერატურის მატება ხელს უწყობს მოლეკულების კინეტიკური ენერგიის ზრდას (მათი გადაადგილების სიჩქარე იზრდება), რაც იწვევს ნივთიერების გახეთქვას.
წყლის ასეთი ანომალიების გათვალისწინებით, უნდა აღინიშნოს, რომ ის ასევე მიდრეკილია სიჩქარის მატებისკენ ტემპერატურის მატებასთან ერთად, მაგრამ სიმკვრივე მცირდება მხოლოდ მომატებულ ტემპერატურაზე.
ყინულის სიმკვრივის შემცირების შემდეგ ის იქნება წყლის ზედაპირზე.ეს ფენომენი აიხსნება იმით, რომ კრისტალში მოლეკულებს აქვთ რეგულარული სტრუქტურა, რომელსაც აქვს სივრცითი პერიოდულობა.
თუ ჩვეულებრივ ნაერთებს აქვთ მოლეკულები მჭიდროდ შეფუთული კრისტალებში, მაშინ ნივთიერების დნობის შემდეგ კანონზომიერება ქრება. მსგავსი ფენომენი შეინიშნება მხოლოდ მაშინ, როდესაც მოლეკულები განლაგებულია მნიშვნელოვან მანძილზე. ლითონების დნობის დროს სიმკვრივის კლება უმნიშვნელო მნიშვნელობაა, შეფასებული 2-4%. წყლის სიმკვრივე 10 პროცენტით აღემატება ყინულს. ამრიგად, ეს არის წყლის ანომალიის გამოვლინება. ქიმია ხსნის ამ მოვლენას დიპოლური სტრუქტურით, ისევე როგორც კოვალენტური პოლარული ბმა.
შეკუმშვის ანომალიები
მოდით, განვაგრძოთ საუბარი წყლის თვისებებზე. იგი ხასიათდება უჩვეულო ტემპერატურის ქცევით. მისი შეკუმშვა, ანუ მოცულობის შემცირება, წნევის მატებასთან ერთად, შეიძლება ჩაითვალოს წყლის ფიზიკური თვისებების ანომალიის მაგალითად. რა სპეციფიკური მახასიათებლები უნდა აღინიშნოს აქ? სხვა სითხეები გაცილებით ადვილია შეკუმშვა წნევის ქვეშ და წყალი ასეთ მახასიათებლებს მხოლოდ მაღალ ტემპერატურაზე იძენს.
სითბოუნარიანობის ტემპერატურული ქცევა
ეს ანომალია ერთ-ერთი ყველაზე ძლიერია წყლისთვის. სითბოს სიმძლავრე გიჩვენებთ რამდენი სითბოა საჭირო ტემპერატურის 1 გრადუსით ასამაღლებლად. ბევრი ნივთიერებისთვის, დნობის შემდეგ, სითხის სითბოს მოცულობა იზრდება არაუმეტეს 10 პროცენტით. წყლისთვის კი ყინულის დნობის შემდეგ ეს ფიზიკური რაოდენობა გაორმაგდება. არცერთი ნივთიერებასითბოს სიმძლავრის ასეთი ზრდა არ დაფიქსირებულა.
ყინულში ენერგია, რომელიც მას მიეწოდება გასათბობად, ძირითადად იხარჯება მოლეკულების მოძრაობის სიჩქარის გაზრდაზე (კინეტიკური ენერგია). დნობის შემდეგ სითბოს სიმძლავრის მნიშვნელოვანი ზრდა მიუთითებს იმაზე, რომ წყალში სხვა ენერგო ინტენსიური პროცესები ხდება, რომლებიც საჭიროებენ სითბოს შეყვანას. ისინი გაზრდილი სითბოს სიმძლავრის მიზეზია. ეს ფენომენი დამახასიათებელია მთელი ტემპერატურის დიაპაზონისთვის, რომელშიც წყალს აქვს აგრეგაციის თხევადი მდგომარეობა.
როგორც კი ორთქლად გადაიქცევა, ანომალია ქრება. ამჟამად, ბევრი მეცნიერი დაკავებულია სუპერგაციებული წყლის თვისებების ანალიზში. ის მდგომარეობს მის უნარში, დარჩეს სითხე 0°C კრისტალიზაციის წერტილის ქვემოთ.
სავსებით შესაძლებელია წყლის სუპერგაგრილება თხელ კაპილარებში, ასევე არაპოლარულ გარემოში, როგორც პატარა წვეთები. ჩნდება ბუნებრივი კითხვა, თუ რა შეიმჩნევა სიმკვრივის ანომალიასთან ასეთ სიტუაციაში. როდესაც წყალი ზედმეტად გაცივდება, წყლის სიმკვრივე საგრძნობლად იკლებს, ის მიდრეკილია ყინულის სიმკვრივისაკენ ტემპერატურის კლებასთან ერთად.
გამოჩენის მიზეზები
როდესაც კითხვას: "დაასახელეთ წყლის ანომალიები და აღწერეთ მათი მიზეზები", აუცილებელია მათი ასოცირება სტრუქტურის რესტრუქტურიზაციასთან. ნაწილაკების განლაგება ნებისმიერი ნივთიერების სტრუქტურაში განისაზღვრება მასში ნაწილაკების (ატომები, იონები, მოლეკულები) ურთიერთგანლაგების თავისებურებებით. წყალბადის ძალები მოქმედებს წყლის მოლეკულებს შორის, რომლებიც აშორებენ ამ სითხეს დუღილისა და დნობის წერტილებს შორის დამოკიდებულებისგან.დამახასიათებელი სხვა ნივთიერებებისთვის, რომლებიც აგრეგაციის თხევად მდგომარეობაშია.
ისინი ჩნდებიან მოცემული არაორგანული ნაერთის მოლეკულებს შორის ელექტრონების სიმკვრივის განაწილების თავისებურებების გამო. წყალბადის ატომებს აქვთ გარკვეული დადებითი მუხტი, ხოლო ჟანგბადის ატომებს აქვთ უარყოფითი. შედეგად, წყლის მოლეკულას აქვს ჩვეულებრივი ტეტრაედრის ფორმა. მსგავს სტრუქტურას ახასიათებს კავშირის კუთხე 109,5°. ყველაზე ხელსაყრელი განლაგებაა ჟანგბადისა და წყალბადის ერთ ხაზზე განლაგება, განსხვავებული მუხტების მქონე, ამიტომ წყალბადის ბმა ხასიათდება ელექტროსტატიკური ხასიათით.
ასე რომ, წყლის უჩვეულო (ანომალიური) თვისებები მისი მოლეკულის სპეციალური ელექტრონული სტრუქტურის შედეგია.
წყლის მეხსიერება
არსებობს მოსაზრება, რომ წყალს აქვს მეხსიერება, შეუძლია ენერგიის დაგროვება და გადაცემა, ორგანიზმის ვირტუალური ინფორმაციით კვება. დიდი ხნის განმავლობაში იაპონელი მეცნიერი მასარუ ემოტო ამ პრობლემას ეწეოდა. დოქტორმა ემოტომ გამოაქვეყნა თავისი კვლევის შედეგები წიგნში მესიჯები წყლისგან. მეცნიერებმა ჩაატარეს ექსპერიმენტები, რომლებშიც მან ჯერ წყლის წვეთი 5 გრადუსზე გაყინა, შემდეგ კი მიკროსკოპის ქვეშ გააანალიზა კრისტალების სტრუქტურა. შედეგების ჩასაწერად მან გამოიყენა მიკროსკოპი, რომელშიც აშენდა კამერა.
ექსპერიმენტის ფარგლებში მასაუ ემოტო წყალზე სხვადასხვა გზით იმოქმედა, შემდეგ ხელახლა გაყინა და გადაიღო ფოტოები. მან მოახერხა ყინულის კრისტალების ფორმასა და მუსიკას შორის ურთიერთობა,რომელსაც წყალი უსმენდა. გასაკვირია, რომ მეცნიერმა ჩაწერა ყველაზე ჰარმონიული ფიფქები კლასიკური და ხალხური მუსიკის გამოყენებით.
თანამედროვე მუსიკის გამოყენება, მასაუს მიხედვით, "აბინძურებს" წყალს, ამიტომ ისინი დაფიქსირდა არარეგულარული ფორმის კრისტალები. საინტერესო ფაქტია იაპონელი მეცნიერის მიერ კრისტალების ფორმისა და ადამიანის ენერგიის ურთიერთობის იდენტიფიცირება.
წყალი ყველაზე საოცარი ნივთიერებაა, რომელიც დიდი რაოდენობით გვხვდება ჩვენს პლანეტაზე. ძნელი წარმოსადგენია თანამედროვე ადამიანის საქმიანობის რომელიმე სფერო, რომელშიც ის აქტიურ მონაწილეობას არ მიიღებს. ამ ნივთიერების მრავალმხრივობა განისაზღვრება წყლის ოთხკუთხა სტრუქტურით გამოწვეული ანომალიებით.
