7. Veeanomaaliad

Keemiliselt puhtal veel on mitmeid omadusi, mis eristavad seda teravalt teistest looduslikest kehadest ja keemilistest analoogidest (Mendelejevi perioodilise süsteemi 6. rühma elementide hüdriidid) ja teistest vedelikest. Neid eriomadusi nimetatakse veeanomaaliateks.

Vett ja eriti selle vesilahuseid uurides veendusid teadlased ikka ja jälle, et veel on ainult temale omased ebanormaalsed – anomaalsed omadused – vesi, mis andis meile Elu ja mõtlemisvõime. Me isegi ei kahtlusta, et nii tuttavad ja loomulikud vee omadused looduses, erinevates tehnoloogiates ja lõpuks ka meie igapäevaelus on ainulaadsed ja jäljendamatud.

Tihedus

Kogu biosfääri jaoks on vee äärmiselt oluline omadus selle võime külmumisel mahtu pigem suurendada, s.t. vähendada tihedust. Tõepoolest, kui mis tahes vedelik muutub tahkeks olekuks, paiknevad molekulid üksteisele lähemal ja aine ise, vähenedes mahult, muutub tihedamaks. Jah, kõigi väga erinevate vedelike jaoks, kuid mitte vee jaoks. Vesi on siin erand. Jahtudes käitub vesi esialgu nagu teised vedelikud: järk-järgult tihenedes vähendab selle mahtu. Seda nähtust võib täheldada kuni +3,98°C. Seejärel, kui temperatuur veelgi langeb 0 °C-ni, kogu vesi külmub ja paisub. Selle tulemusena muutub jää erikaal väiksemaks kui vee oma ja jää hõljub. Kui jää ei hõljuks, vaid vajuks, jääksid kõik veekogud (jõed, järved, mered) põhjani, aurustumine väheneks järsult ning kõik mageveeloomad ja -taimed sureksid. Elu Maal muutuks võimatuks. Vesi on ainus vedelik Maal, mille jää ei vaju, kuna selle maht on 1/11 vee mahust suurem.

Pind pinevus

Tänu sellele, et ümarad veepallid on väga elastsed, sajab vihma ja kaste. Mis on see hämmastav jõud, mis säilitab kastepiisad ja muudab mis tahes lombu pinnakihi elastseks ja suhteliselt vastupidavaks?

Teadaolevalt asetada alustassi valatud vee pinnale terasnõel ettevaatlikult, siis nõel ei vaju. Kuid metalli erikaal on palju suurem kui vee oma. Veemolekulid seotakse pindpinevusjõuga, mis võimaldab neil kapillaare mööda üles tõusta, ületades gravitatsioonijõu. Ilma selle vee omaduseta oleks elu ka Maal võimatu.

Soojusmahtuvus

Ükski aine maailmas ei absorbeeri ega eralda keskkonda nii palju soojust kui vesi. Vee soojusmahtuvus on 10 korda suurem terase soojusmahtuvusest ja 30 korda suurem kui elavhõbeda omast. Vesi hoiab Maal soojust.

Merede, ookeanide ja maismaa pinnalt aurustub aastas 520 000 kuupkilomeetrit vett, mis kondenseerudes eraldab külma- ja polaaraladele palju soojust.

Vesi moodustab inimkehas 70-90%. kehakaalust. Kui veel ei oleks sellist soojusmahtuvust nagu praegu, oleks sooja- ja külmavereliste organismide ainevahetus võimatu.

Vesi soojeneb kõige kergemini ja jahtub kõige kiiremini omamoodi “temperatuuriaugus”, mis vastab inimese kehatemperatuurile +37°C.

Veel on veel mitmeid vee anomaalseid omadusi:

Ükski vedelik ei ima gaase nii ahnelt kui vesi. Kuid ta annab need ka kergesti ära. Vihm lahustab kõik atmosfääri mürgised gaasid. Vesi on selle võimas looduslik filter, mis puhastab atmosfääri kõikidest kahjulikest ja mürgistest gaasidest. Veel üks hämmastav vee omadus ilmneb siis, kui see puutub kokku magnetväljaga. Magnettöötlusele allutatud vesi muudab soolade lahustuvust ja keemiliste reaktsioonide kiirust.

Kuid vee kõige hämmastavam omadus on peaaegu universaalse lahusti omadus. Ja kui mõned ained selles ei lahustu, mängis see ka elu evolutsioonis tohutut rolli: tõenäoliselt võlgneb elu oma ilmumise ja arengu veekeskkonnas primaarsete bioloogiliste membraanide hüdrofoobsetele omadustele.

Vesi teada ja tundmatu. Mälestus veest

Broomivesi on Br2 küllastunud lahus vees (3,5 massiprotsenti Br2). Broomvesi on oksüdeeriv aine, broomiv aine analüütilises keemias. Ammoniaagivesi tekib siis, kui koksiahju toorgaas puutub kokku veega...

Vesi kui reagent ja keskkond keemilises protsessis (vee anomaalsed omadused)

Vee roll kaasaegses teaduses ja tehnoloogias on väga suur. Siin on vaid mõned valdkonnad, kus saab vett kasutada. 1. Põllumajanduses taimede jootmiseks ja loomade söötmiseks 2. Keemiatööstuses hapete, aluste, orgaaniliste ainete tootmiseks. 3...

Vesi, mis annab elu

Vesi on kõige olulisem keemiline ühend, mis määrab elu võimaluse Maal. Inimese päevane joogivee tarbimine on keskmiselt umbes 2 liitrit...

Vesinik – tuleviku kütus

Järgmine probleem, kus kaaluta olek end uuesti kinnitas, oli kütuseelemendis tekkinud vee äravoolu probleem. Kui seda ei eemaldata, katab see elektroodi kilega ja raskendab gaasi juurdepääsu...

Vee info-struktuurne mälu

Veemolekul on väike dipool, mille poolustel on positiivsed ja negatiivsed laengud. Kuna hapnikutuuma mass ja laeng on suuremad kui vesiniku tuumadel, siis tõmbub elektronpilv hapnikutuuma poole...

Vee kareduse määramine kompleksomeetrilisel meetodil

Kaltsiumi laialdase esinemise tõttu leidub selle sooli peaaegu alati looduslikus vees. Looduslikest kaltsiumisooladest lahustub vees vähesel määral vaid kips, aga kui vesi sisaldab süsihappegaasi...

Aurustusseadme arvutamine ja valik

Gv määratakse kondensaatori soojusbilansi järgi: Gv=W3(hbk-svtk)/cv(tk-tn), kus hbk on auru entalpia baromeetrilises kondensaatoris; tн = 200С - jahutusvee algtemperatuur; Cv = 4...

Kahepoolse toimega aurustusseadme arvutamine ja projekteerimine

Jahutusvee voolukiirus GВ määratakse kondensaatori soojusbilansi järgi: , kus IБК on auru entalpia baromeetrilises kondensaatoris, J? kg; tн - jahutusvee algtemperatuur, 0С...

Sorptiivne vee puhastamine

Tootmises paigaldatakse see sõltuvalt tehnoloogilise protsessi nõuetest. Tootmisel kasutatud vesi...

Sorptiivne vee puhastamine

Bakteriaalse bioloogilise saastumise vältimiseks soojusvahetites ja ka torustikes on soovitatav perioodiliselt kasutada vee kloorimist 3-4 korda päevas, iga periood kestab 40-60 minutit...

Sorptiivne vee puhastamine

Üks levinumaid vee konditsioneerimise liike on selle pehmendamine. Esimene tööstuslik meetod kõvadussoolade eemaldamiseks oli sooda-lubi...

Kaltsiumsulfaat, kristallhüdraat ja veevaba sool

Hämmastav aine – vesi

Hüdroloogia on teadus, mis uurib looduslikke veekogusid, nende vastasmõju atmosfääri ja litosfääriga, samuti neis toimuvaid nähtusi ja protsesse (aurustumine, külmumine jne). Hüdroloogia õppeaineks on kõikvõimalikud hüdrosfääriveed ookeanides...

Üks vee tiheduse anomaaliate seletus on see, et selle põhjuseks on kalduvus assotsieeruda selle molekulidel, mis moodustavad erinevaid rühmi [H2O, (H2O) 2, (H2O) 3], mille erimaht

on erinevatel temperatuuridel erinev ja nende rühmade kontsentratsioonid on erinevad, seetõttu on nende kogumaht erinev.

Esimene neist tähendab, et liikumisest tulenevad tihedusanomaaliad ei tekita alumist metsatukka läbivat soojusvoogu. Ülemisel piiril määratakse tihedus ja kaldal (x 0) loetakse horisontaalse soojusvoo normaalkomponent nulliks. Kiirused ja ja ja kaldal peaksid mittevoolu ja kleepumise tingimuste tõttu kaduma. Hüdrostaatiline lähendus aga lihtsustab dünaamikat nii palju, et libisemiskindel tingimus ja; ei saa lõpule viia.

Tertsiaarseid ja sekundaarseid alkohole iseloomustab aurutiheduse anomaalia kõrgel temperatuuril (määramine vastavalt B. Tertsiaarsed alkoholid (kuni Cj2) annavad naftaleeni (218e) keemistemperatuuril ainult poole molekulmassist, kuna need lagunevad veeks. ja alküleenid, sekundaarsetel alkoholidel (kuni C9) on sama anomaalia, kuid.

Töö positiivseks märgiks tuleb pidada veetiheduse anomaaliat.

Kui, nagu Grebe väidab, aitas Sainte-Clair Deville'i töö ühelt poolt kaasa aurutiheduse täheldatud kõrvalekallete selgitamisele ja kinnitas seeläbi, kuigi kaudselt, Avogadro teooriat, siis teisest küljest

Teisest küljest olid need tööd stiimuliks keemilise afiinsuse uurimisel, kuna need aitasid kaasa teatud reaktsioonide olemuse selgitamisele.

Vee puhul annab võrrand (64) õiged tulemused kuni temperatuurini 4, kuna sellel on teadaolevalt tiheduseanomaalia. 4 juures on vee tihedus suurim, alla 4 täheldatakse kompleksset tiheduse jaotust, mida see võrrand ei arvesta.

Vastavalt (8.3.56) on parameeter X suhte (L / LH) 2 mõõt ja ebavõrdsus (8.3.19 a) tähendab lihtsalt seda, et rõhu tekitatud tiheduse anomaaliad segunevad väikesel skaalal võrreldes L.

Aluselise kihistumise korral tekitab nihketuule pinge positiivne rootor ja sellega seotud vertikaalne liikumine sisepiirkonnas positiivse tiheduse anomaalia kogu selles piirkonnas, millele lisandub pinnal soojuse suurenemisest tingitud tihedusanomaalia.

Kui polüeedrite sees olevad sidemed on palju tugevamad kui polüeedrite vahel, siis ainult need viimased on sulas korrastamata, nii et sulatis eksisteerivad hulktahuka kujulised ühikud. Mõned tiheduse anomaaliad vedelates Al-Fe sulamites näivad seda hüpoteesi toetavat.

Sellise põhiseisundi stabiilsuse probleemi sõnastus antakse atmosfääri tsoonivoolu korral. Ookeani juhtumit võib probleemi sõnastamisel igas mõttes pidada atmosfääri probleemi erijuhtumiks ja see saadakse lihtsalt standardse tihedusprofiili ps (z) asendamisel konstantse tiheduse väärtusega ja atmosfääriprofiili asendamisega. potentsiaalne temperatuurianomaalia ookeani tiheduse anomaalias, võetud miinusmärgiga.

Suurenev rõhk nihutab vee maksimaalset tihedust madalamate temperatuuride suunas. Seega 50 atm juures täheldatakse maksimaalset tihedust umbes 0 C. Üle 2000 atm veetiheduse anomaalia kaob.

Seega on laias temperatuurivahemikus energeetiliselt kõige stabiilsem vesiniku ja hapniku ühend vesi. See moodustab Maal ookeane, meresid, jääd, auru ja udu; seda leidub suurtes kogustes atmosfääris; kivimikihtides on vesi esindatud kapillaar- ja kristallhüdraadi kujul. Selline levimus ja ebatavalised omadused (anomaalia vee ja jää tiheduses, molekulide polaarsus, elektrolüütilise dissotsiatsiooni võime, hüdraatide, lahuste moodustumine jne)

muuta vesi aktiivseks keemiliseks aineks, millega seoses peetakse tavaliselt silmas paljude teiste ühendite omadusi.

Vedelikud kipuvad kuumutamisel märgatavalt paisuma. Mõnel ainel (näiteks vesi) on isobaarilise paisumisteguri väärtustes iseloomulik kõrvalekalle. Kõrgema rõhu korral nihkub maksimaalne tihedus (minimaalne erimaht) madalamate temperatuuride poole ja rõhul üle 23 MPa kaob vees tiheduseanomaalia.

See hinnang on julgustav, kuna Ba väärtus on hästi kooskõlas vaadeldud termokliinsügavusega, mis varieerub 800 m keskmistel laiuskraadidel kuni 200 m troopilistes ja polaarvööndites. Kuna sügavus 50 on oluliselt väiksem kui ookeani sügavus, tundub mõistlik pidada piirkihiks termokliini; Selle kohaselt võime alumisel piiril piirtingimuse seadmisel eeldada, et BO-st suurematel sügavustel kaldub temperatuur asümptootiliselt mingile horisontaalselt homogeensele jaotusele. Kuna z skaala on juba võrdne D-ga, on mugav viia alguspunkt pinnale ja mõõta z ookeani pinnalt. Seega peaks z - - juures tiheduseanomaalia vähenema ja kalduma seni teadmata asümptootilisele väärtusele, nagu ka Ekmani kihi alumisel piiril tekkivat vertikaalset kiirust ei saa a priori määrata.

Alaline UE tuleks määrata kohapealsete tingimuste põhjal. Hüdrostaatilises kihis on vertikaalse liikumise (La S / E) tekitatud suurte tihedusgradientide tõttu y suurusjärgus palju suurem kui vj. Samal ajal peab v täitma f x O libisemisvastase tingimuse. Vn on null ja seega ka ise. See raskus laheneb, kui meeles pidada, et sisepiirkonnas tasakaalustab tiheduse vertikaalne segunemine vertikaalse liikumise mõju ning hüdrostaatilises kihis tasakaalustab vertikaalse liikumisega tekkivat tiheduseanomaaliat ainult horisontaalse segunemise mõju. Seega peab sisemise piirkonna ja hüdrostaatilise kihi vahel olema vahepealne piirkond, milles vertikaalne ja horisontaalne difusioon on võrdselt olulised. Nagu (8.3.20) näitab, on sellel piirkonnal horisontaalne skaala Lff, nii et selle skaala järgi arvutatud A on võrdne ühtsusega.

Nagu teada, tõmbub vesi nulltemperatuurist kuumutamisel kokku, saavutades oma väikseima mahu ja vastavalt ka suurima tiheduse temperatuuril 4 C. Texase ülikooli teadlased on välja pakkunud seletuse, mis ei võta arvesse mitte ainult vastastikmõju lähedalasuvatest veemolekulidest, aga ka kaugematest. Kõigis 10 teadaolevas jäävormis ja vees toimub lähedalasuvate molekulide vastastikmõju samal viisil. Kaugemate molekulide interaktsiooniga on olukord erinev. Vedelfaasis, temperatuurivahemikus, kus esineb anomaalia tiheduses, on suurema tihedusega olek stabiilsem. Teadlaste arvutatud tiheduse-temperatuuri kõver on sarnane vee puhul täheldatuga.

Puhas vesi on läbipaistev ja värvitu. Sellel pole ei lõhna ega maitset. Veele maitse ja lõhna annavad selles lahustunud lisandid. Paljud füüsikalised omadused ja nende muutumise iseloom puhtas vees on anomaalsed. See viitab nende protsesside sulamis- ja keemistemperatuuridele, entalpiatele ja entroopiatele. Samuti on ebanormaalne temperatuurimuutus vee tiheduse muutumises. Vee maksimaalne tihedus on 4 C. Sellest kõrgemal ja madalamal temperatuuril vee tihedus väheneb. Tahkumisel toimub tiheduse edasine järsk vähenemine, mistõttu jää maht on 10% suurem kui võrdne veekogus samal temperatuuril. Kõik need kõrvalekalded on seletatavad vee struktuurimuutustega, mis on seotud molekulidevaheliste vesiniksidemete tekke ja hävimisega koos temperatuurimuutuste ja faasimuutustega. Veetiheduse anomaalial on suur tähtsus külmunud veekogudel elavate olendite elu jaoks. Temperatuuril alla 4 C ei vaju pindmised veekihid põhja, kuna muutuvad jahtudes heledamaks. Seetõttu võivad vee ülemised kihid kõveneda, samas kui reservuaaride sügavustes püsib temperatuur 4 C. Nendes tingimustes elu jätkub.

"Vesi on elu" - oleme seda ütlust teadnud lapsepõlvest saati, kuid me ei pea alati tähtsaks seda, mis meid pidevalt ümbritseb, ilma milleta me hakkama ei saa.

Kas sa tead, mis on "VESI"?

"Vesi, sul pole maitset, värvi ega lõhna, sind ei saa kirjeldada, nad naudivad sind, teadmata, mis sa oled."

Antoine de Saint-Exupery.

Esiteks toon mõned näited ajaloost, et saaksite aru, et see küsimus polegi nii lihtne!

Kroonikate järgi tabati 1472. aastal abt Charles Hastings ja ta kuulati üle valedenonsseerimise alusel teatud lugupeetud naise haigestumise eest. Vangistatud abtissile anti iga päev vaid tükike kuiva leiba ja kulp mädanenud haisvat vett. 40 päeva pärast märkas vangivalvur, et selle aja jooksul munk Charles mitte ainult ei kaotanud, vaid näis olevat ka tervist ja jõudu juurde saanud, mis ainult veenis inkvisiitoreid abti ühenduses kurjade vaimudega. Hiljem tunnistas Karl Hastings karmi piinamise all, et talle toodud mädavee kohal luges ta palvet, tänades Issandat talle saadetud katsumuste eest. Pärast seda muutus vesi maitselt pehmeks, värskeks ja selgeks.

Ajaloost on teada juhtumeid, kus vee struktuuri on mõtte mõjul muutunud. Näiteks 1881. aasta talvel sõitis laev Lara Liverpoolist San Franciscosse. Kolmandal reisipäeval algas laeval tulekahju. Laevalt lahkunute seas oli ka kapten Neil Carey. Hädasolijad hakkasid kogema janupiinasid, mis suurenesid iga tunniga. Siis, kui nad pärast valusat üle mere ekslemist turvaliselt kaldale jõudsid, kirjeldas kapten, reaalsusesse väga kaine suhtumisega mees, järgmiste sõnadega, mis nad päästis: „Unistasime magedast veest. Hakkasime ette kujutama, kuidas vesi paadi ümber muutus sinisest merest rohekaks värskeks. Võtsin oma jõu kokku ja võtsin kokku. Kui ma seda proovisin, oli see õrn."

Lühidalt veest biokeemilisest vaatenurgast

Vesi on kõige levinum aine Maal. Selle kogus ulatub 1018 tonnini ja see katab ligikaudu neli viiendikku maakera pinnast. Vesi hõivab 70% Maa pinnast. Sama palju (70%) on inimkehas. Embrüo koosneb peaaegu täielikult (95%) veest, vastsündinu kehas aga 75%. Ainult vanemas eas on vee hulk inimkehas 60%.See on ainus keemiline ühend, mis looduslikes tingimustes eksisteerib vedela, tahke (jää) ja gaasilise (veeauru) kujul. Vesi mängib tööstuses ja igapäevaelus üliolulist rolli; elu säilitamiseks on hädavajalik. Maa 1018 tonnist veest on ainult 3% magevesi, millest 80% on kasutuskõlbmatu, kuna polaarmütsid moodustab jää. Mage vesi on inimesele kättesaadav hüdroloogilises tsüklis ehk looduses toimuvas veeringes osalemise tulemusena. Igal aastal osaleb veeringes ligikaudu 500 000 km 3 vett selle aurustumise ja vihma või lume kujul tekkivate sademete tagajärjel. Teoreetiliselt on maksimaalne kasutatav mageveekogus ligikaudu 40 000 km 3 aastas. Me räägime veest, mis voolab maa pinnalt meredesse ja ookeanidesse.

Vee omadused on ainulaadsed. Läbipaistev vedelik, lõhnatu, maitsetu ja värvitu (molekulmass – 18,0160, tihedus – 1 g/cm3; ainulaadne lahusti, mis on võimeline oksüdeerima peaaegu kõiki metalle ja hävitama kõvasid kivimeid). Katsed kujutleda vett assotsieerunud vedelikuna, millel on tihe veemolekulide pakend, nagu mis tahes anuma pallid, ei vastanud elementaarsetele faktilistele andmetele. Sel juhul ei tohiks vee eritihedus olla 1 g/cm3, vaid üle 1,8 g/cm3.

Sfäärilised veetilgad on väikseima (optimaalse) mahupinnaga. Pindpinevus on 72,75 dynes/cm. Vee erisoojusmaht on suurem kui enamikul ainetel. Vesi neelab suurel hulgal soojust, kuid soojeneb vähe.

Teine oluline tõend veemolekuli erilise struktuuri kasuks oli see, et erinevalt teistest vedelikest on veel – see oli juba teada – tugev elektrimoment, mis moodustab selle dipoolstruktuuri. Seetõttu oli võimatu ette kujutada veemolekuli väga tugeva elektrimomendi olemasolu kahe vesinikuaatomi sümmeetrilises struktuuris hapnikuaatomi suhtes, asetades kõik selles sisalduvad aatomid sirgjoonele, s.t. N-O-N.

Vee struktuur elusorganismis on paljuski sarnane jää kristallvõre ehitusega. Ja just see seletab nüüd sulavee ainulaadseid omadusi, mis säilitavad jää struktuuri pikka aega. Sulavesi reageerib erinevate ainetega palju kergemini kui tavaline vesi ning kehal ei ole vaja kulutada lisaenergiat oma struktuuri ümberkorraldamiseks.

Vedelal kujul moodustavad naaberveemolekulide sidemed ebastabiilseid ja mööduvaid struktuure. Külmutuna on iga jäämolekul tihedalt seotud nelja teisega.

Bioloogiateaduste doktor S.V. Zenin avastas stabiilsed pikaealised veekogud. Selgus, et vesi on korrapäraste mahuliste struktuuride hierarhia. Need põhinevad kristallilaadsetel moodustistel, mis koosnevad 57 molekulist. Ja see toob kaasa kõrgema järgu struktuuride ilmumise heksaeedrite kujul, mis koosnevad 912 veemolekulist. Klastrite omadused sõltuvad pinnale väljaulatuva hapniku ja vesiniku vahekorrast. Konfiguratsioon reageerib välismõjudele ja lisanditele. Coulombi tõmbejõud toimivad klastri elementide pindade vahel. See võimaldab käsitleda vee struktureeritud olekut spetsiaalse infomaatriksi kujul.

Vee lahendamata omadused

Vesi on inimmõistusele alati olnud suur mõistatus. Meie mõistusele jääb vee omadustest ja toimimisest palju arusaamatuks. Voolavat või voolavat veejuga vaadates saab inimene oma närvi- ja vaimset pinget leevendada. Mis seda põhjustab? Teadaolevalt ei sisalda vesi aineid, mis võiksid sellist efekti anda. Teadlased väidavad, et vesi on võimeline vastu võtma ja edastama mis tahes teavet, hoides seda puutumatuna. Minevik, olevik ja tulevik on vees lahustunud. Neid vee omadusi on kasutatud ja kasutatakse laialdaselt maagias ja ravis. Endiselt leidub traditsioonilisi ravitsejaid ja ravitsejaid, kes “sosistavad vette” ja ravivad seeläbi haigusi. Voolav vesi võtab pidevalt Kosmose energiat ja vabastab selle puhtal kujul ümbritsevasse Maa-lähedasse ruumi, kus seda neelavad kõik voolu ulatuses asuvad elusorganismid, kuna voolava vee moodustatud bioväli suureneb pidevalt vabanenud energia tõttu. Mida kiiremini veevool liigub, seda tugevam on see väli. Selle jõu mõjul joondub elusorganismide energiakest, tavainimesele nähtamatud kehakesta (aura) “rikked” suletakse ja keha paraneb.

Vee anomaalsed omadused

Vee esimene anomaalne omadus on keemis- ja külmumispunkti anomaalia: Kui vesi - hapnikhüdriid - H 2 O oleks tavaline monomolekulaarne ühend, nagu näiteks selle analoogid elementide perioodilise tabeli kuuendas rühmas D.I. Mendelejevi väävelhüdriid H 2 S, seleenhüdriid H 2 Se, telluurhüdriid H 2 Te, siis vedelas olekus oleks vesi vahemikus miinus 90 o C kuni miinus 70 o C. Selliste vee omadustega elu Maal ei eksisteeriks.

Vee "ebanormaalne" sulamis- ja keemistemperatuur pole kaugeltki ainsad vee anomaaliad. Kogu biosfääri jaoks on see äärmiselt oluline Vee eripäraks on võime külmumisel mahtu pigem suurendada kui vähendada, s.t. vähendada tihedust. See on teine ​​veeanomaalia, mida nimetatakse tiheduse anomaalia. Seda vee erilist omadust märkas esmakordselt G. Galileo. Kui mis tahes vedelik (v.a gallium ja vismut) muutub tahkeks olekuks, paiknevad molekulid üksteisele lähemal ja aine ise, vähenedes mahult, muutub tihedamaks. Igasugune vedelik, kuid mitte vesi. Vesi on ka siin erand. Jahtudes käitub vesi esialgu nagu teised vedelikud: järk-järgult tihenedes vähendab selle mahtu. Seda nähtust võib täheldada kuni +4°C (täpsemalt kuni +3,98°C). Temperatuuril +3,98°C on vee suurim tihedus ja väikseim maht. Vee edasine jahutamine viib järk-järgult mitte mahu vähenemiseni, vaid suurenemiseni. Selle protsessi sujuvus katkeb ootamatult ja 0°C juures toimub hüppeline mahu suurenemine peaaegu 10% võrra! Sel hetkel muutub vesi jääks. Vee ainulaadne käitumine jahtumisel ja jää tekkimisel mängib looduses ja elus äärmiselt olulist rolli. Just see vee omadus kaitseb kõiki maakera veekogusid - jõgesid, järvi, meresid - talvel täieliku külmumise eest ja päästab seeläbi elusid.

Erinevalt mageveest käitub merevesi jahtudes teisiti. See külmub mitte 0°C, vaid miinus 1,8-2,1°C juures – olenevalt selles lahustunud soolade kontsentratsioonist. Selle maksimaalne tihedus on mitte + 4°C, vaid -3,5°C juures. Seega muutub see jääks, saavutamata suurimat tihedust. Kui mageveekogudes peatub vertikaalne segunemine kogu veemassi jahutamisel +4°C-ni, siis merevees tekib vertikaalne tsirkulatsioon isegi alla 0°C temperatuuridel. Vahetusprotsess ülemise ja alumise kihi vahel toimub pidevalt, luues soodsad tingimused looma- ja taimeorganismide arenguks.

Kõik vee termodünaamilised omadused erinevad teistest ainetest märgatavalt või järsult.

Kõige olulisem neist on Spetsiifiline kuumuse anomaalia. Vee ebanormaalselt kõrge soojusmahtuvus muudab mered ja ookeanid meie planeedi hiiglaslikuks temperatuuriregulaatoriks, mille tulemusena ei toimu järske temperatuurimuutusi talvel ja suvel, päeval ja öösel. Merede ja ookeanide lähedal asuvatel mandritel on pehme kliima, kus temperatuurimuutused erinevatel aastaaegadel on ebaolulised.

Võimsad atmosfäärivoolud, mis sisaldavad tohutul hulgal aurustumisprotsessi käigus neeldunud soojust, mängivad hiiglaslikud ookeanihoovused meie planeedi ilmastiku loomisel erakordset rolli.

Soojusmahtuvuse anomaalia on järgmine:
Mis tahes aine kuumutamisel suureneb selle soojusmahtuvus alati. Jah, mis tahes aine, kuid mitte vesi. Vesi on erand, isegi siin ei jäta ta kasutamata võimalust olla originaalne: temperatuuri tõustes on vee soojusmahtuvuse muutus anomaalne; 0-37°C see väheneb ja ainult 37-100°C soojusmahtuvus kasvab kogu aeg. 37°C lähedal on vee soojusmahtuvus minimaalne. Need temperatuurid on inimkeha temperatuurivahemik, meie eluala. Temperatuurivahemikus 35-41°C (inimkehas võimalike, normaalselt toimuvate füsioloogiliste protsesside piirid) oleva vee füüsika ütleb vee ainulaadse oleku saavutamise tõenäosuse, kui kristalse ja puistevee massid on võrdsed. üksteisele ja ühe struktuuri võime teiseneda teiseks on maksimaalne. See vee märkimisväärne omadus määrab ära pöörduvate ja pöördumatute biokeemiliste reaktsioonide võrdse tõenäosuse inimkehas ja tagab nende "kerge kontrolli".

Vee erakordne võime lahustada mis tahes aineid on hästi teada. Ja siin näitab vesi vedeliku jaoks ebatavalisi kõrvalekaldeid ja ennekõike vee dielektrilise konstandi anomaaliad . Selle põhjuseks on asjaolu, et selle dielektriline konstant (või dielektriline konstant) on väga kõrge ja ulatub 81-ni, samas kui teiste vedelike puhul ei ületa see 10. Vastavalt Coulombi seadusele mõjutab vees kahe laetud osakese vastasmõju jõudu. olema 81 korda väiksem kui näiteks õhus, kus see omadus on võrdne ühtsusega. Sel juhul väheneb molekulisiseste sidemete tugevus 81 korda ja soojusliikumise mõjul molekulid dissotsieeruvad, moodustades ioonid. Tuleb märkida, et tänu oma erakordsele võimele lahustada teisi aineid ei ole vesi kunagi täiesti puhas.

Tuleb mainida veel üht hämmastavat veeanomaaliat - erakordselt kõrge pindpinevus. Kõigist teadaolevatest vedelikest on ainult elavhõbedal suurem pindpinevus. See omadus avaldub selles, et vesi püüab alati oma pinda vähendada. Vee väliskihi (pinna) kompenseerimata molekulidevahelised jõud, mis on põhjustatud kvantmehaanilistest põhjustest, tekitavad välise elastse kile. Tänu kilele ei ole paljud veest raskemad esemed vette kastetud. Kui näiteks terasnõel asetada ettevaatlikult veepinnale, siis nõel ei vaju. Kuid terase erikaal on peaaegu kaheksa korda suurem kui vee erikaal. Kõik teavad veetilga kuju. Suur pindpinevus võimaldab vee vabal langemisel sfäärilise kuju saada.

Pindpinevus ja märgumine on vee ja vesilahuste eriliste omaduste, mida nimetatakse kapillaarsuseks, aluseks. Kapillaarsus omab suurt tähtsust taimestiku ja loomastiku elu, looduslike mineraalide struktuuride kujunemise ja maa viljakuse seisukohalt. Inimese juuksekarvast mitu korda kitsamates kanalites omandab vesi hämmastavaid omadusi. See muutub viskoossemaks, pakseneb 1,5 korda ja külmub miinus 80-70°C juures.

Kapillaarvee superanomaalia põhjuseks on molekulidevahelised vastasmõjud, mille saladused pole veel kaugeltki paljastatud.

Teadlased ja spetsialistid teavad nn pooride vesi . Õhukese kile kujul katab maakoore kivimite ja mineraalide ning muude elus- ja eluta looduse objektide pooride ja mikroõõnsuste pinna. Molekulidevaheliste jõudude kaudu teiste kehade pinnaga ühendatud vesi, nagu ka kapillaarvesi, on erilise struktuuriga.

Seega mängivad vee anomaalsed ja spetsiifilised omadused võtmerolli selle mitmekülgses koostoimes elava ja eluta loodusega. Kõik need vee omaduste ebatavalised omadused on kõigi elusolendite jaoks nii "edukad", et muudavad vee hädavajalikuks aluse elu eksisteerimiseks Maal.

VEEANOMAALIAD

Paljude ainete hulgas on vesi väga erilisel kohal. Ja seda tuleb võtta sõna-sõnalt. Peaaegu kõik vee füüsikalised ja keemilised omadused on looduses erand: see on tõesti maailma kõige hämmastavam aine. See on hämmastav mitte ainult molekuli isotoopvormide mitmekesisuse ja mitte ainult lootuste tõttu, mis on sellega seotud tuleviku energiaallikana. See on hämmastav oma kõige tavalisemate omaduste poolest.

Ärgem seadkem kahtluse alla seadust. Vesi on kõige haruldasem ja võib-olla ainulaadne erand reeglist. Võib-olla pole tavalisest veest üllatavamat ja salapärasemat ainet. Kuid selle põhjuseid pole veel täielikult selgitatud, kuigi on selge, et vee saladused on peidus selle molekuli struktuuris ja molekulidevahelises struktuuris.

Asjaolu, et tavaline vesi on endiselt väga halvasti mõistetav aine, on seletatav mitte ainult selle struktuuri keerukuse ja ebakindlusega, vaid ka sellega, et see on vedel aine. Tahket ainet või gaasi on palju lihtsam uurida kui vedelikku, kuna esimeses on molekulid selgelt järjestatud ja teises suhtlevad nad nõrgalt ja neil on suur liikumisvabadus. Siiani pole vastust küsimusele: miks eksisteerib kaks gaasist kondenseerunud aine oleku vormi – vedel ja tahke –, mis on molekulidevahelise interaktsiooni tiheduse ja energia poolest sarnased ning molekulidevahelise interaktsiooni kineetika poolest kolossaalselt erinevad. Pole loodud teooriaid, mis adekvaatselt kirjeldaksid vedelat olekut. Samuti ei ole välja töötatud sulamise teooriat – üleminekut järjestusest korratuseni sarnaste molekulidevahelise interaktsiooni tiheduse ja energiaga süsteemides. Seetõttu on näiteks jääd paremini uuritud kui vett. Ei ole saadud laborites ja täiesti puhas vesi, selle omadused jäävad endiselt saladuseks.

Paljude omaduste poolest on vesi eriline, ainulaadne aine, mis ei jää teiste ühendite kohta tuntud üldiste seaduste piiridesse. Toome rea näiteid.

Keemis- ja sulamistemperatuurid vesi atmosfäärirõhul – 100 ja 0°C. Andmed joonisel fig. 1.6 perioodilise tabeli VI rühma hapnikuanaloogide hüdriidühendite puhul näitavad nende parameetrite järsku suurenemist vee lähedal.

Riis. 1.6. Hapnikurühma vesinikuühendite keemis- ja külmumistemperatuurid

Väga kõrged väärtused vee sulamis- ja aurustumissoojus: 333 · 103 ja 2259 · 103 J/kg. Kõrgeim kõigist vedelikest vee erisoojusmaht ja dielektriline konstant(81 D), st erinevate laengute vastastikmõju vees väheneb vaakumiga võrreldes 81 korda. See määrab elektrolüütide dissotsieerumise ioonideks hapete, soolade ja leeliste vesilahustes. See seletab ka lahustunud ainete üleminekut seteteks vee aurustumisel. Paljude teiste lahustite puhul on dielektriline konstant palju madalam (10–50) ja aprotoonsete mittepolaarsete vedelike (benseen, õlid) puhul, mis ei lahusta elektrolüüte, ei ületa see 3.

Kõigil ühenditel on maksimaalne tihedus sulamistemperatuuril. Vesi käitub ka siin eriliselt: see suurim tihedus vastab 4°C-le. Edasisel jahutamisel ja kuumutamisel see väheneb, s.t. kõveral ρ = f(t°) selle t° juures täheldatakse maksimumi. Jää tihedus on 0,918 g/cm3 ja see ei vaju sulamisel, st vedelas vees.

Vee omaduste - elektrijuhtivuse, pindpinevuse, soojusjuhtivuse jne - anomaaliate füüsikalisi ilminguid on teisigi.

Vee anomaalsete omaduste üheks peamiseks põhjuseks on vesiniksidemete olemasolu erinevate veemolekulide H+ ja O2– ioonide vahel. Need ühendused põhjustavad ahelate ja rõngaste kujul olevate sidusrühmade ilmumist vette, mis on skemaatiliselt esitatud joonisel fig. 1.7. Kõige väiksema tihedusega kuue molekulaarsed rõngad on jää struktuurile lähedased ning kahe- ja neljamolekulaarsed kõige tihedama tihendiga rõngad on vee struktuuri lähedased. Selle struktuuri üksikud elemendid on liikuvas tasakaalus ja nende arv väheneb kuumutamisel (joon. 1.8).

Riis. 1.7. Molekulide assotsieerunud tüübid vedelas vees (X. S. Frenki ja V. Wieni järgi)

Riis. 1.8. Struktureeritud molekulide osakaal sõltuvalt vee temperatuurist

Vee kõrge energiasisaldus on tingitud ka vesiniksidemete olemasolust ja sellest tulenevalt ebaharilikult kõrgest t kip., t pl., sulamis- ja aurustumissoojused, samuti vee erisoojusmahtuvus on kõigist vedelikest kõrgeim, jääl ja aurul aga poole väiksem.

Kuna vedelas vees struktureerumine toimub elektrostaatiliste vastasmõjujõudude alusel, muutuvad vee olek ja omadused erinevates füüsikalistes väljades – temperatuuri-, elektri-, magnet- ja rõhuväljades. See on aluseks vee aktiveerimisele (kuni 400 °C ja 100 MPa), võitlusele katlakivi vastu aurukateldes ja torudes soojusenergeetikas, transpordis ja puurides. Vee magnetiseerimist kasutatakse laialdaselt tsemendi, betooni, tehnilise kipsi ja telliste kõvenemise kiirendamiseks ning tugevuse ja vastupidavuse suurendamiseks.