Air ialah bahan luar biasa yang patut dikaji secara terperinci. Ahli akademik Soviet I. V. Petryanov menulis buku tentang bahan yang menakjubkan ini, Bahan Paling Luar Biasa di Dunia. Apakah anomali dalam sifat fizikal air yang menarik minat khusus? Bersama-sama kita akan mencari jawapan kepada soalan ini.
Fakta menarik
Kami jarang memikirkan maksud perkataan "air". Di planet kita, lebih daripada 70% daripada jumlah kawasan diduduki oleh sungai dan tasik, laut dan lautan, gunung ais, glasier, paya, salji di puncak gunung, serta permafrost. Walaupun jumlah air yang begitu banyak, hanya 1% yang boleh diminum.
Kepentingan biologi
Tubuh manusia adalah 70-80% air. Bahan ini memastikan aliran semua proses penting, khususnya, terima kasih kepadanya, toksin dikeluarkan daripadanya, sel-sel dipulihkan. Fungsi utama air dalam sel hidupadalah struktur dan tenaga, dengan penurunan kandungan kuantitatifnya dalam tubuh manusia, ia "mengecut".
Tiada sistem sedemikian dalam organisma hidup yang boleh berfungsi tanpa H2O. Walaupun terdapat anomali air, ia adalah piawai untuk menentukan jumlah haba, jisim, suhu, ketinggian.
Konsep asas
H2O - hidrogen oksida, yang mengandungi 11.19% hidrogen, 88.81% oksigen mengikut jisim. Ia adalah cecair tidak berwarna yang tidak mempunyai bau mahupun rasa. Air ialah komponen penting dalam proses perindustrian.
Buat pertama kali bahan ini disintesis pada akhir abad ke-18 oleh G. Cavendish. Saintis itu meletupkan campuran oksigen dan hidrogen dengan arka elektrik. G. Galileo mula-mula menganalisis perbezaan ketumpatan ais dan air pada tahun 1612.
Pada tahun 1830, enjin wap telah dicipta oleh saintis Perancis P. Dulong dan D. Arago. Penemuan ini memungkinkan untuk mengkaji hubungan antara tekanan wap tepu dan suhu. Pada tahun 1910, saintis Amerika P. Bridgman dan Jerman G. Tamman menemui beberapa pengubahsuaian polimorfik dalam ais pada tekanan tinggi.
Pada tahun 1932, saintis Amerika G. Urey dan E. Washburn menemui air yang berat. Anomali dalam sifat fizikal bahan ini ditemui kerana penambahbaikan peralatan dan kaedah penyelidikan.
Beberapa percanggahan dalam sifat fizikal
Air tulen ialah cecair jernih dan tidak berwarna. Ketumpatannya apabila diubah menjadi cecair daripadajirim pepejal meningkat, ini menunjukkan anomali dalam sifat air. Memanaskannya dari 0 hingga 40 darjah membawa kepada peningkatan ketumpatan. Kapasiti haba yang tinggi harus diperhatikan sebagai anomali air. Suhu penghabluran ialah 0 darjah Celsius dan takat didih ialah 100 darjah.
Molekul sebatian tak organik ini mempunyai struktur sudut. Nukleusnya membentuk segi tiga sama kaki dengan dua proton di tapaknya dan atom oksigen di puncaknya.
Anomali ketumpatan
Para saintis telah dapat mengenal pasti kira-kira empat puluh ciri ciri H2O. Anomali air patut dipertimbangkan dan dikaji dengan teliti. Para saintis cuba menjelaskan punca setiap faktor, untuk memberikan penjelasan saintifik.
Anomali ketumpatan air terletak pada fakta bahawa bahan ini mempunyai nilai ketumpatan maksimum bermula pada +3, 98°C. Dengan penyejukan berikutnya, pemindahan daripada cecair kepada keadaan pepejal, penurunan ketumpatan diperhatikan.
Untuk sebatian lain, ketumpatan dalam cecair berkurangan dengan penurunan suhu, kerana peningkatan suhu menyumbang kepada peningkatan tenaga kinetik molekul (kelajuan pergerakannya meningkat), yang membawa kepada peningkatan kerapuhan bahan.
Memandangkan anomali air sedemikian, perlu diperhatikan bahawa ia juga cenderung meningkat dalam halaju dengan peningkatan suhu, tetapi ketumpatan berkurangan hanya pada suhu tinggi.
Selepas mengurangkan ketumpatan ais, ia akan berada di permukaan air. Fenomena ini boleh dijelaskan oleh fakta bahawa molekul dalam hablur mempunyai struktur tetap, yang mempunyai periodicity spatial.
Jika sebatian biasa mempunyai molekul padat dalam kristal, maka selepas bahan itu cair, keteraturan itu hilang. Fenomena serupa diperhatikan hanya apabila molekul terletak pada jarak yang agak jauh. Penurunan ketumpatan semasa peleburan logam adalah nilai yang boleh diabaikan, dianggarkan pada 2-4%. Ketumpatan air melebihi ketumpatan ais sebanyak 10 peratus. Oleh itu, ini adalah manifestasi anomali air. Kimia menerangkan fenomena ini dengan struktur dipol, serta ikatan polar kovalen.
Anomali kebolehmampatan
Mari kita teruskan bercakap tentang ciri-ciri air. Ia dicirikan oleh tingkah laku suhu yang luar biasa. Kebolehmampatannya, iaitu, penurunan dalam isipadu, apabila tekanan meningkat, boleh dianggap sebagai contoh anomali dalam sifat fizikal air. Apakah ciri khusus yang perlu diperhatikan di sini? Cecair lain lebih mudah untuk dimampatkan di bawah tekanan dan air mengambil ciri sedemikian hanya pada suhu tinggi.
Tingkah laku suhu kapasiti haba
Anomali ini adalah salah satu yang paling kuat untuk air. Kapasiti haba memberitahu anda berapa banyak haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebanyak 1 darjah. Bagi kebanyakan bahan, selepas lebur, kapasiti haba cecair meningkat tidak lebih daripada 10 peratus. Dan untuk air selepas pencairan ais, kuantiti fizikal ini berganda. Tiada satu pun bahantiada peningkatan kapasiti haba seperti itu direkodkan.
Dalam ais, tenaga yang dibekalkan kepadanya untuk pemanasan dibelanjakan kebanyakannya untuk meningkatkan kelajuan pergerakan molekul (tenaga kinetik). Peningkatan ketara dalam kapasiti haba selepas lebur menunjukkan bahawa proses intensif tenaga lain berlaku di dalam air, yang memerlukan input haba. Mereka adalah sebab peningkatan kapasiti haba. Fenomena ini adalah tipikal untuk keseluruhan julat suhu di mana air mempunyai keadaan cecair terkumpul.
Sebaik sahaja ia bertukar menjadi wap, anomali hilang. Pada masa ini, ramai saintis terlibat dalam analisis sifat-sifat air supercooled. Ia terletak pada keupayaannya untuk kekal cecair di bawah takat penghabluran 0°C.
Sangat mungkin untuk menyejukkan air dalam kapilari nipis, serta dalam medium bukan kutub sebagai titisan kecil. Persoalan semula jadi timbul tentang apa yang diperhatikan dengan anomali ketumpatan dalam situasi sedemikian. Apabila air menjadi sangat sejuk, ketumpatan air berkurangan dengan ketara, ia cenderung kepada ketumpatan ais apabila suhu berkurangan.
Sebab penampilan
Apabila ditanya: "Namakan anomali air dan huraikan puncanya", adalah perlu untuk mengaitkannya dengan penstrukturan semula struktur. Susunan zarah dalam struktur mana-mana bahan ditentukan oleh ciri-ciri susunan bersama zarah (atom, ion, molekul) di dalamnya. Daya hidrogen bertindak antara molekul air, yang mengeluarkan cecair ini daripada pergantungan antara takat didih dan lebur,ciri bahan lain yang berada dalam keadaan cair terkumpul.
Ia muncul di antara molekul sebatian tak organik yang diberikan disebabkan oleh keanehan taburan ketumpatan elektron. Atom hidrogen mempunyai cas positif tertentu, manakala atom oksigen mempunyai cas negatif. Akibatnya, molekul air mempunyai bentuk tetrahedron biasa. Struktur yang serupa dicirikan oleh sudut ikatan 109.5°. Susunan yang paling sesuai ialah penempatan oksigen dan hidrogen dalam baris yang sama, mempunyai cas yang berbeza, oleh itu, ikatan hidrogen dicirikan oleh sifat elektrostatik.
Jadi, sifat luar biasa (anomali) air adalah akibat daripada struktur elektronik khas molekulnya.
Memori tentang air
Ada pendapat bahawa air mempunyai ingatan, boleh mengumpul dan memindahkan tenaga, memberi makan kepada badan dengan maklumat maya. Untuk masa yang lama, saintis Jepun Masaru Emoto menangani masalah ini. Dr Emoto menerbitkan hasil penyelidikannya dalam buku Messages from Water. Para saintis menjalankan eksperimen di mana dia mula-mula membekukan setitik air pada 5 darjah, dan kemudian menganalisis struktur kristal di bawah mikroskop. Untuk merakam keputusan, dia menggunakan mikroskop di mana kamera dibina.
Sebagai sebahagian daripada percubaan, Masau Emoto menjejaskan air dalam pelbagai cara, kemudian membekukannya semula dan mengambil gambar. Dia berjaya mendapatkan hubungan antara bentuk kristal ais dan muzik,yang air dengar. Anehnya, saintis itu merekodkan kepingan salji paling harmoni menggunakan muzik klasik dan rakyat.
Penggunaan muzik moden, menurut Masau, "mencemarkan" air, jadi ia adalah kristal tetap bentuk yang tidak teratur. Fakta menarik ialah pengenalan oleh seorang saintis Jepun tentang hubungan antara bentuk kristal dan tenaga manusia.
Air ialah bahan paling menakjubkan yang terdapat dalam kuantiti yang banyak di planet kita. Sukar untuk membayangkan mana-mana bidang aktiviti orang moden di mana dia tidak akan mengambil bahagian secara aktif. Fleksibiliti bahan ini ditentukan oleh anomali yang disebabkan oleh struktur tetrahedral air.
