7. Anomalies d'eau

L'eau chimiquement pure possède un certain nombre de propriétés qui la distinguent nettement des autres corps naturels et analogues chimiques (hydrures d'éléments du groupe 6 du système périodique de Mendeleïev) et des autres liquides. Ces propriétés spéciales sont connues sous le nom d’anomalies de l’eau.

En étudiant l'eau et, en particulier ses solutions aqueuses, les scientifiques ont été convaincus à maintes reprises que l'eau avait des propriétés anormales qui lui sont inhérentes, Sa Majesté l'Eau, qui nous a donné la vie et la capacité de penser. Nous ne soupçonnons même pas que ces propriétés familières et naturelles de l’eau dans la nature, dans diverses technologies et enfin dans notre vie quotidienne sont uniques et inimitables.

Densité

Pour l’ensemble de la biosphère, une caractéristique extrêmement importante de l’eau est sa capacité à augmenter plutôt qu’à diminuer son volume lorsqu’elle est gelée, c’est-à-dire réduire la densité. En effet, lorsqu'un liquide se transforme en état solide, les molécules se rapprochent et la substance elle-même, diminuant de volume, devient plus dense. Oui, pour tous les liquides très différents, mais pas pour l’eau. L'eau est ici une exception. Lors du refroidissement, l'eau se comporte dans un premier temps comme les autres liquides : devenant progressivement plus dense, elle réduit son volume. Ce phénomène peut être observé jusqu'à +3,98°C. Puis, lorsque la température baisse encore jusqu’à 0°C, toute l’eau gèle et augmente de volume. En conséquence, la densité de la glace devient inférieure à celle de l’eau et la glace flotte. Si la glace ne flottait pas, mais coulait, alors toutes les masses d'eau (rivières, lacs, mers) gèleraient jusqu'au fond, l'évaporation diminuerait fortement et tous les animaux et plantes d'eau douce mourraient. La vie sur Terre deviendrait impossible. L'eau est le seul liquide sur Terre dont la glace ne coule pas car son volume est 1/11 supérieur au volume de l'eau.

Tension superficielle

Étant donné que les boules d’eau rondes sont très élastiques, il pleut et la rosée tombe. Quelle est cette force étonnante qui préserve les gouttes de rosée et rend la couche d'eau superficielle de toute flaque d'eau élastique et relativement durable ?

On sait que si une aiguille en acier est soigneusement posée sur la surface de l’eau versée dans une soucoupe, l’aiguille ne coule pas. Mais la densité du métal est bien supérieure à celle de l’eau. Les molécules d’eau sont liées par la force de tension superficielle, ce qui leur permet de remonter dans les capillaires, surmontant ainsi la force de gravité. Sans cette propriété de l’eau, la vie sur Terre serait également impossible.

Capacité thermique

Aucune substance au monde n’absorbe ou ne libère autant de chaleur dans l’environnement que l’eau. La capacité calorifique de l’eau est 10 fois supérieure à celle de l’acier et 30 fois supérieure à celle du mercure. L'eau retient la chaleur sur Terre.

De la surface des mers, des océans et des terres, 520 000 kilomètres cubes d'eau s'évaporent chaque année, qui, une fois condensées, dégagent beaucoup de chaleur vers les régions froides et polaires.

L'eau dans le corps humain représente 70 à 90 %. du poids corporel. Si l’eau n’avait pas une telle capacité thermique comme elle l’est aujourd’hui, le métabolisme dans les organismes à sang chaud et à sang froid serait impossible.

L’eau se réchauffe plus facilement et se refroidit plus rapidement dans une sorte de « fosse de température » correspondant à +37°C, la température du corps humain.

Il existe plusieurs propriétés plus anormales de l'eau :

Aucun liquide n’absorbe les gaz aussi avidement que l’eau. Mais elle les donne aussi facilement. La pluie dissout tous les gaz toxiques de l’atmosphère. L’eau est son puissant filtre naturel, purifiant l’atmosphère de tous les gaz nocifs et toxiques. Une autre propriété étonnante de l’eau apparaît lorsqu’elle est exposée à un champ magnétique. L'eau soumise à un traitement magnétique modifie la solubilité des sels et la vitesse des réactions chimiques.

Mais la propriété la plus étonnante de l’eau est celle d’un solvant presque universel. Et si certaines substances ne s'y dissolvent pas, cela a également joué un rôle énorme dans l'évolution de la vie : très probablement, la vie doit son apparition et son développement dans le milieu aquatique aux propriétés hydrophobes des membranes biologiques primaires.

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Substance étonnante - l'eau

L'hydrologie est une science qui étudie les eaux naturelles, leur interaction avec l'atmosphère et la lithosphère, ainsi que les phénomènes et processus qui s'y produisent (évaporation, gel, etc.). Le sujet de l'étude de l'hydrologie concerne tous les types d'eaux de l'hydrosphère dans les océans...

Une explication de l'anomalie de densité de l'eau est qu'elle est attribuée à la tendance de ses molécules à s'associer, qui forment divers groupes [H2O, (H2O) 2, (H2O) 3] dont le volume spécifique

est différent à différentes températures et les concentrations de ces groupes sont différentes, par conséquent, leur volume spécifique total est différent.

Le premier signifie que les anomalies de densité résultant du mouvement ne créent pas de flux de chaleur à travers le bosquet inférieur. A la limite supérieure, la densité est précisée, et au rivage (x 0) la composante normale du flux thermique horizontal est considérée comme égale à zéro. Les vitesses et et et sur le rivage devraient disparaître en raison des conditions de non-écoulement et de collage. L'approximation hydrostatique simplifie cependant tellement la dynamique que la condition de non-glissement pour et ; ne peut être complété.

Les alcools tertiaires et secondaires sont caractérisés par une anomalie de densité de vapeur à haute température (détermination selon B. Les alcools tertiaires (jusqu'à Cj2) ne donnent que la moitié du poids moléculaire au point d'ébullition du naphtalène (218e), du fait de leur décomposition en eau et les alkylènes ; les alcools secondaires (jusqu'à C9 ) présentent la même anomalie, mais.

Le signe positif des travaux doit être attribué à l’anomalie de densité de l’eau.

Si, comme le prétend Grebe, les travaux de Sainte-Clair Deville ont contribué, d’une part, à l’explication des anomalies observées dans les densités de vapeur et ont ainsi, bien qu’indirectement, confirmé la théorie d’Avogadro, alors, d’autre part,

D’autre part, ces travaux ont servi de stimulant à l’étude de l’affinité chimique, car ils ont contribué à élucider la nature de certaines réactions.

Pour l'eau, l'équation (64) donne des résultats corrects jusqu'à la température 4, puisqu'on sait qu'elle présente une anomalie de densité. A 4, la densité de l'eau est la plus grande ; en dessous de 4, on observe une distribution de densité complexe, qui n'est pas prise en compte par cette équation.

En vertu de (8.3.56), le paramètre X est une mesure du rapport (L/LH) 2 et l'inégalité (8.3.19 a) signifie simplement que les anomalies de densité créées par la pression se mélangent sur une échelle petite par rapport à L.

En présence de stratification sous-jacente, le rotor positif de la contrainte du vent de cisaillement et le mouvement vertical associé dans la région intérieure créent une anomalie de densité positive dans toute cette région, à laquelle s'ajoute l'anomalie de densité due au gain de chaleur à la surface.

Si les liaisons à l'intérieur des polyèdres sont beaucoup plus fortes qu'entre polyèdres, alors seuls ces derniers seront désordonnés dans la masse fondue, de sorte que des unités sous forme de polyèdres existeront dans la masse fondue. Certaines anomalies de densité dans les alliages liquides Al-Fe semblent conforter cette hypothèse.

La formulation du problème de stabilité d’un tel état fondamental sera donnée pour le cas de l’écoulement zonal dans l’atmosphère. Le cas de l'océan peut être considéré comme un cas particulier du problème de l'atmosphère à tous égards dans la formulation du problème et s'obtient en remplaçant simplement le profil de densité standard ps (z) par une valeur constante de densité et en remplaçant le anomalie de la température potentielle atmosphérique dans l'anomalie de la densité océanique, prise avec un signe moins.

L’augmentation de la pression déplace la densité maximale de l’eau vers des températures plus basses. Ainsi, à 50 atm, la densité maximale est observée vers 0 C. Au-dessus de 2000 atm, l'anomalie de densité de l'eau disparaît.

Ainsi, sur une large plage de températures, le composé d’hydrogène et d’oxygène le plus stable sur le plan énergétique est l’eau. Elle forme les océans, les mers, la glace, la vapeur et le brouillard sur Terre ; on la trouve en grande quantité dans l'atmosphère ; dans les couches rocheuses, l'eau est représentée sous forme d'hydrates capillaires et cristallins. Une telle prévalence et des propriétés inhabituelles (anomalie de densité de l'eau et de la glace, polarité des molécules, capacité de dissociation électrolytique, formation d'hydrates, de solutions, etc.)

faire de l'eau un agent chimique actif, par rapport auquel les propriétés d'un grand nombre d'autres composés sont généralement prises en compte.

Les liquides ont tendance à se dilater sensiblement lorsqu’ils sont chauffés. Certaines substances (par exemple l'eau) présentent une anomalie caractéristique dans les valeurs du coefficient de dilatation isobare. À des pressions plus élevées, la densité maximale (volume spécifique minimum) se déplace vers des températures plus basses, et à des pressions supérieures à 23 MPa, l'anomalie de densité dans l'eau disparaît.

Cette estimation est encourageante car la valeur de Ba est en bon accord avec la profondeur de thermocline observée, qui varie de 800 m aux latitudes moyennes à 200 m dans les zones tropicales et polaires. La profondeur 50 étant nettement inférieure à la profondeur de l'océan, il semble raisonnable de considérer la thermocline comme une couche limite ; conformément à cela, lors de la définition de la condition aux limites à la limite inférieure, nous pouvons supposer que la température aux profondeurs supérieures à la BO tend asymptotiquement vers une certaine distribution horizontalement homogène. Puisque l’échelle de z est déjà égale à D, il est pratique de déplacer l’origine vers la surface et de mesurer z à partir de la surface de l’océan. Ainsi, à z - - l'anomalie de densité devrait décroître et devrait tendre vers une valeur asymptotique encore inconnue, tout comme la vitesse verticale créée à la limite inférieure de la couche d'Ekman ne peut être spécifiée a priori.

L’UE permanente doit être déterminée à partir des conditions sur le terrain. Dans la couche hydrostatique, en raison des gradients de densité importants créés par le mouvement vertical (La S / E), y est beaucoup plus grand que vj en amplitude. En même temps, v doit satisfaire la condition de non-glissement pour f x O. Vn est égal à zéro et, par conséquent, à lui-même. Cette difficulté est résolue si l'on rappelle que dans la région interne, le mélange vertical de densité équilibre l'effet du mouvement vertical, et dans la couche hydrostatique, l'anomalie de densité créée par le mouvement vertical n'est compensée que par l'effet du mélange horizontal. Ainsi, il doit exister une région intermédiaire entre la région intérieure et la couche hydrostatique, dans laquelle la diffusion verticale et horizontale est également importante. Comme le montre (8.3.20), cette région a une échelle horizontale Lff, de sorte que A calculé avec cette échelle est égal à l'unité.

Comme on le sait, l'eau, lorsqu'elle est chauffée à partir d'une température nulle, se contracte, atteignant son plus petit volume et, par conséquent, sa densité la plus élevée à une température de 4 C. Des chercheurs de l'Université du Texas ont proposé une explication qui prend en compte non seulement l'interaction de molécules d'eau proches, mais aussi plus éloignées. Dans les 10 formes connues de glace et dans l’eau, l’interaction des molécules proches se produit de la même manière. La situation est différente avec l’interaction de molécules plus distantes. En phase liquide, dans la plage de température où il existe une anomalie de densité, l'état avec une densité plus élevée est plus stable. La courbe densité-température calculée par les scientifiques est similaire à celle observée pour l’eau.

L'eau pure est transparente et incolore. Il n'a ni odeur ni goût. Le goût et l'odeur de l'eau sont donnés par les impuretés qui y sont dissoutes. De nombreuses propriétés physiques et la nature de leurs modifications dans l'eau pure sont anormales. Cela fait référence aux températures de fusion et d’ébullition, aux enthalpies et aux entropies de ces processus. La variation de température dans le changement de densité de l’eau est également anormale. L'eau a sa densité maximale à 4 C. Au-dessus et en dessous de cette température, la densité de l'eau diminue. Pendant la solidification, une nouvelle forte diminution de la densité se produit, de sorte que le volume de glace est 10 % supérieur au volume égal d'eau à la même température. Toutes ces anomalies s'expliquent par des changements structurels dans l'eau associés à la formation et à la destruction de liaisons hydrogène intermoléculaires avec les changements de température et les transitions de phase. L'anomalie de densité de l'eau est d'une grande importance pour la vie des êtres vivants habitant les plans d'eau gelés. À des températures inférieures à 4 °C, les couches d'eau superficielles ne coulent pas vers le fond, car elles deviennent plus légères lorsqu'elles sont refroidies. Ainsi, les couches d’eau supérieures peuvent durcir, tandis que dans les profondeurs des réservoirs la température reste à 4 C. Dans ces conditions, la vie continue.

« L'eau, c'est la vie » - nous connaissons ce dicton depuis l'enfance, mais nous n'attachons pas toujours d'importance à ce qui nous entoure constamment, dont nous ne pouvons nous passer.

Savez-vous ce qu'est « l'EAU » ?

"L'eau, tu n'as ni goût, ni couleur, ni odeur, on ne peut pas te décrire, on t'apprécie sans savoir ce que tu es."

Antoine de Saint-Exupéry.

Tout d’abord, je vais donner quelques exemples tirés de l’histoire pour que vous compreniez que cette question n’est pas si simple !

Selon les chroniques, en 1472, l'abbé Charles Hastings fut capturé et interrogé sur la base d'une fausse dénonciation pour avoir provoqué la maladie d'une certaine femme respectée. L'abbé emprisonné ne recevait chaque jour qu'un morceau de pain sec et une louche d'eau pourrie et puante. Après 40 jours, le geôlier a remarqué que pendant ce temps, le moine Charles non seulement n'avait pas perdu, mais semblait avoir gagné en santé et en force, ce qui n'a fait que convaincre les inquisiteurs du lien de l'abbé avec les mauvais esprits. Plus tard, sous de graves tortures, Karl Hastings a admis avoir lu une prière sur l'eau pourrie qui lui avait été apportée, remerciant le Seigneur pour les épreuves qui lui avaient été envoyées. Après quoi l’eau est devenue douce, fraîche et claire.

Dans l'histoire, il existe des cas connus de modification de la structure de l'eau sous l'influence de la pensée. Par exemple, au cours de l’hiver 1881, le navire Lara effectuait un vol entre Liverpool et San Francisco. Le troisième jour du voyage, un incendie se déclare sur le navire. Parmi ceux qui ont quitté le navire se trouvait le capitaine Neil Carey. Ceux qui étaient en détresse commençaient à ressentir les sensations de la soif, qui augmentaient à mesure que les heures passaient. Puis, quand, après une pénible errance à travers la mer, ils atteignirent sains et saufs le rivage, le capitaine, un homme très sobre face à la réalité, décrivit dans les mots suivants ce qui les sauva : « Nous rêvions d'eau douce. Nous avons commencé à imaginer comment l'eau autour du bateau passait du bleu de la mer à une fraîcheur verdâtre. J'ai rassemblé mes forces et je les ai récupérées. Quand je l'ai essayé, c'était fade."

En bref sur l'eau d'un point de vue biochimique

L'eau est la substance la plus abondante sur Terre. Sa quantité atteint 1 018 tonnes et couvre environ les quatre cinquièmes de la surface terrestre. L'eau occupe 70 % de la surface de la Terre. La même quantité (70 %) se trouve dans le corps humain. L'embryon est presque entièrement (95 %) constitué d'eau, alors que dans le corps d'un nouveau-né, il en contient 75 %. Ce n'est que pendant la vieillesse que la quantité d'eau dans le corps humain atteint 60 %. C'est le seul composé chimique qui existe dans des conditions naturelles sous forme liquide, solide (glace) et gazeux (vapeur d'eau). L'eau joue un rôle vital dans l'industrie et dans la vie quotidienne ; il est absolument nécessaire de maintenir la vie. Sur les 1018 tonnes d'eau que compte la Terre, seulement 3 % sont de l'eau douce, dont 80 % est inutilisable car ce sont les glaces qui forment les calottes polaires. L'eau douce est disponible pour les humains grâce à leur participation au cycle hydrologique ou au cycle de l'eau dans la nature. Chaque année, environ 500 000 km 3 d'eau entrent dans le cycle de l'eau en raison de son évaporation et de ses précipitations sous forme de pluie ou de neige. Théoriquement, la quantité maximale d'eau douce disponible est d'environ 40 000 km 3 par an. Nous parlons de l’eau qui s’écoule de la surface de la terre vers les mers et les océans.

Les propriétés de l'eau sont uniques. Un liquide transparent, inodore, insipide et incolore (poids moléculaire – 18,0160, densité – 1 g/cm3 ; un solvant unique, capable d'oxyder presque tous les métaux et de détruire les roches dures). Les tentatives visant à imaginer l'eau comme un liquide associé à un emballage dense de molécules d'eau, comme les boules de n'importe quel récipient, ne correspondaient pas à des données factuelles élémentaires. Dans ce cas, la densité spécifique de l’eau ne doit pas être de 1 g/cm3, mais supérieure à 1,8 g/cm3.

Les gouttes d'eau sphériques ont la surface de volume la plus petite (optimale). La tension superficielle est de 72,75 dynes/cm. La capacité thermique spécifique de l’eau est supérieure à celle de la plupart des substances. L'eau absorbe une grande quantité de chaleur et se réchauffe peu.

La deuxième preuve importante en faveur de la structure particulière de la molécule d'eau était que, contrairement à d'autres liquides, l'eau - cela était déjà connu - possède un fort moment électrique, qui constitue sa structure dipolaire. Par conséquent, il était impossible d'imaginer la présence d'un moment électrique très fort d'une molécule d'eau dans une structure symétrique de deux atomes d'hydrogène par rapport à un atome d'oxygène, plaçant tous les atomes qui la composent en ligne droite, c'est-à-dire NON.

La structure de l’eau dans un organisme vivant est à bien des égards similaire à la structure du réseau cristallin de la glace. Et c'est précisément ce qui explique désormais les propriétés uniques de l'eau de fonte, qui préserve longtemps la structure de la glace. L'eau de fonte réagit avec diverses substances beaucoup plus facilement que l'eau ordinaire et le corps n'a pas besoin de dépenser d'énergie supplémentaire pour restructurer sa structure.

Sous forme liquide, les liaisons des molécules d’eau voisines forment des structures instables et éphémères. Une fois gelée, chaque molécule de glace est étroitement liée à quatre autres.

Le docteur en sciences biologiques S.V. Zenin a découvert des amas d'eau stables à longue durée de vie. Il s’est avéré que l’eau est une hiérarchie de structures volumétriques régulières. Ils sont basés sur des formations cristallines composées de 57 molécules. Et cela conduit à l’apparition de structures d’ordre supérieur sous forme d’hexaèdres constitués de 912 molécules d’eau. Les propriétés des amas dépendent du rapport entre l’oxygène et l’hydrogène dépassant de la surface. La configuration réagit à toute influence extérieure et impuretés. Les forces attractives coulombiennes agissent entre les faces des éléments du cluster. Cela nous permet de considérer l'état structuré de l'eau sous la forme d'une matrice d'informations particulière.

Les propriétés non résolues de l'eau

L'eau a toujours été un grand mystère pour l'esprit humain. Beaucoup de choses restent incompréhensibles pour nos esprits concernant les propriétés et les actions de l’eau. En regardant un courant d'eau couler ou couler, une personne peut soulager son stress nerveux et mental. Quelle est la cause de cela ? À notre connaissance, l’eau ne contient aucune substance pouvant produire un tel effet. Les scientifiques affirment que l’eau a la capacité de recevoir et de transmettre n’importe quelle information, en la gardant intacte. Le passé, le présent et le futur sont dissous dans l'eau. Ces propriétés de l’eau ont été et sont largement utilisées en magie et en guérison. Il existe encore des guérisseurs traditionnels et des guérisseurs qui « murmurent dans l'eau » et guérissent ainsi les maladies. L'eau qui coule prend constamment l'énergie du Cosmos et la libère sous sa forme pure dans l'espace proche de la Terre environnant, où elle est absorbée par tous les organismes vivants situés à la portée du courant, car le champ biologique formé par l'eau qui coule augmente constamment. en raison de l'énergie libérée. Plus le débit d’eau se déplace rapidement, plus ce champ est fort. Sous l'influence de cette force, la coque énergétique des organismes vivants est alignée, les « pannes » de la coque du corps (aura) invisibles pour les gens ordinaires sont fermées et le corps est guéri.

Propriétés anormales de l'eau

La première propriété anormale de l’eau est Anomalie du point d’ébullition et de congélation : Si l'eau - hydrure d'oxygène - H 2 O était un composé monomoléculaire normal, comme, par exemple, ses analogues dans le sixième groupe du tableau périodique des éléments D.I. L'hydrure de soufre de Mendeleïev H 2 S, l'hydrure de sélénium H 2 Se, l'hydrure de tellure H 2 Te, alors à l'état liquide, l'eau existerait dans la plage de moins 90 o C à moins 70 o C. Avec de telles propriétés de l'eau, la vie sur Terre n'existerait pas.

Les températures « anormales » de fusion et d’ébullition de l’eau sont loin d’être les seules anomalies de l’eau. Pour l'ensemble de la biosphère, il est extrêmement important Une particularité de l’eau est sa capacité à augmenter plutôt qu’à diminuer son volume lorsqu’elle gèle, c’est-à-dire réduire la densité. Il s'agit de la deuxième anomalie de l'eau, appelée anomalie de densité. Cette propriété particulière de l'eau a été remarquée pour la première fois par G. Galilée. Lorsqu'un liquide (à l'exception du gallium et du bismuth) se transforme en un état solide, les molécules se rapprochent et la substance elle-même, diminuant de volume, devient plus dense. N'importe quel liquide, mais pas de l'eau. L'eau est ici aussi une exception. Lors du refroidissement, l'eau se comporte dans un premier temps comme les autres liquides : devenant progressivement plus dense, elle réduit son volume. Ce phénomène peut être observé jusqu'à +4°C (plus précisément jusqu'à +3,98°C). C'est à une température de +3,98°C que l'eau a la plus grande densité et le plus petit volume. Un refroidissement ultérieur de l'eau conduit progressivement non pas à une diminution, mais à une augmentation du volume. La douceur de ce processus est soudainement interrompue et à 0°C, il y a une forte augmentation du volume de près de 10 % ! A ce moment l’eau se transforme en glace. Le comportement unique de l’eau lors du refroidissement et de la formation de glace joue un rôle extrêmement important dans la nature et la vie. C'est cette caractéristique de l'eau qui protège tous les plans d'eau de la planète - rivières, lacs, mers - du gel complet en hiver et sauve ainsi des vies.

Contrairement à l’eau douce, l’eau de mer se comporte différemment lorsqu’elle est refroidie. Il ne gèle pas à 0°C, mais à moins 1,8-2,1°C - en fonction de la concentration de sels dissous. Sa densité maximale n'est pas à + 4°C, mais à -3,5°C. Ainsi, elle se transforme en glace sans atteindre sa plus grande densité. Si le mélange vertical dans les masses d'eau douce s'arrête lorsque la totalité de la masse d'eau est refroidie à +4°C, alors dans l'eau de mer, la circulation verticale se produit même à des températures inférieures à 0°C. Le processus d'échange entre les couches supérieures et inférieures se produit en continu, créant des conditions favorables au développement des organismes animaux et végétaux.

Toutes les propriétés thermodynamiques de l'eau diffèrent sensiblement ou nettement de celles des autres substances.

Le plus important d'entre eux est Anomalie thermique spécifique. La capacité thermique anormalement élevée de l'eau fait des mers et des océans un régulateur géant de la température de notre planète, de sorte qu'il n'y a pas de changements brusques de température en hiver et en été, de jour comme de nuit. Les continents situés à proximité des mers et des océans ont un climat doux, où les changements de température à différentes périodes de l'année sont insignifiants.

Puissants courants atmosphériques contenant une énorme quantité de chaleur absorbée lors du processus de vaporisation, les courants océaniques géants jouent un rôle exceptionnel dans la création du climat sur notre planète.

L'anomalie de capacité thermique est la suivante :
Lorsqu’une substance est chauffée, sa capacité thermique augmente invariablement. Oui, n’importe quelle substance, mais pas l’eau. L'eau est une exception, même ici elle ne manque pas l'occasion d'être originale : avec l'augmentation de la température, la variation de la capacité thermique de l'eau est anormale ; de 0 à 37°C, elle diminue et seulement de 37 à 100°C, la capacité thermique augmente tout le temps. À des températures proches de 37°C, la capacité calorifique de l’eau est minime. Ces températures constituent la plage de température du corps humain, le domaine de notre vie. La physique de l'eau dans la plage de température de 35 à 41°C (les limites des processus physiologiques possibles et normaux dans le corps humain) indique la probabilité d'atteindre un état unique de l'eau, lorsque les masses d'eau cristalline et globale sont égales. les uns aux autres et la capacité d'une structure à se transformer en une autre est maximale. Cette propriété remarquable de l'eau détermine la probabilité égale de réactions biochimiques réversibles et irréversibles dans le corps humain et permet de les « contrôler facilement ».

La capacité exceptionnelle de l’eau à dissoudre n’importe quelle substance est bien connue. Et ici l'eau présente des anomalies inhabituelles pour un liquide, et tout d'abord anomalies de la constante diélectrique de l'eau . Cela est dû au fait que sa constante diélectrique (ou constante diélectrique) est très élevée et s'élève à 81, alors que pour les autres liquides elle ne dépasse pas 10. Conformément à la loi de Coulomb, la force d'interaction entre deux particules chargées dans l'eau va être 81 fois moindre que, par exemple, dans l'air, où cette caractéristique est égale à l'unité. Dans ce cas, la force des liaisons intramoléculaires diminue de 81 fois et, sous l'influence du mouvement thermique, les molécules se dissocient pour former des ions. Il convient de noter qu’en raison de sa capacité exceptionnelle à dissoudre d’autres substances, l’eau n’est jamais parfaitement pure.

Une autre anomalie étonnante de l'eau doit être mentionnée - tension superficielle exceptionnellement élevée. De tous les liquides connus, seul le mercure a une tension superficielle plus élevée. Cette propriété se manifeste par le fait que l’eau s’efforce toujours de réduire sa surface. Les forces intermoléculaires non compensées de la couche externe (de surface) d'eau, provoquées par des raisons de mécanique quantique, créent un film élastique externe. Grâce au film, de nombreux objets, plus lourds que l'eau, ne sont pas immergés dans l'eau. Si, par exemple, une aiguille en acier est soigneusement placée à la surface de l’eau, l’aiguille ne coulera pas. Mais la densité de l’acier est presque huit fois supérieure à celle de l’eau. Tout le monde connaît la forme d'une goutte d'eau. Une tension superficielle élevée permet à l'eau d'avoir une forme sphérique en chute libre.

La tension superficielle et le mouillage sont à la base des propriétés particulières de l'eau et des solutions aqueuses, appelées capillarité. La capillarité est d'une grande importance pour la vie de la flore et de la faune, la formation de structures minérales naturelles et la fertilité de la terre. Dans des canaux plusieurs fois plus étroits qu'un cheveu humain, l'eau acquiert des propriétés étonnantes. Il devient plus visqueux, s'épaissit 1,5 fois et gèle à moins 80-70°C.

La raison de la superanomalie de l'eau capillaire réside dans les interactions intermoléculaires dont les secrets sont encore loin d'être révélés.

Les scientifiques et les spécialistes connaissent ce qu'on appelle eau interstitielle . Sous la forme d'un film mince, il recouvre la surface des pores et des microcavités des roches et minéraux de la croûte terrestre et d'autres objets de nature vivante et inanimée. Reliée par des forces intermoléculaires à la surface d’autres corps, cette eau, comme l’eau capillaire, possède une structure particulière.

Ainsi, les propriétés anormales et spécifiques de l’eau jouent un rôle clé dans ses diverses interactions avec la nature vivante et inanimée. Toutes ces caractéristiques inhabituelles des propriétés de l'eau sont si « réussies » pour tous les êtres vivants qu'elles font de l'eau une base indispensable à l'existence de la vie sur Terre.

ANOMALIES DE L'EAU

Parmi la grande variété de substances, l’eau occupe une place très particulière. Et cela doit être pris au pied de la lettre. Presque toutes les propriétés physiques et chimiques de l’eau sont une exception dans la nature : c’est véritablement la substance la plus étonnante au monde. C'est étonnant non seulement en raison de la variété des formes isotopiques de la molécule et pas seulement en raison des espoirs qui y sont associés en tant que source d'énergie pour l'avenir. Il surprend par ses propriétés les plus ordinaires.

Ne remettons pas en question la loi. L’eau est l’exception la plus rare, et peut-être unique, à la règle. Il n’y a peut-être aucune substance plus surprenante et mystérieuse que l’eau ordinaire. Mais les raisons de cela n'ont pas encore été entièrement expliquées, même s'il est clair que les mystères de l'eau sont cachés dans la structure de sa molécule et sa structure intermoléculaire.

Le fait que l’eau ordinaire soit encore une substance très mal connue s’explique non seulement par la complexité et l’incertitude de sa structure, mais aussi par le fait qu’il s’agit d’une substance liquide. Il est beaucoup plus facile d'étudier un solide ou un gaz qu'un liquide, puisque dans le premier les molécules sont clairement ordonnées, et dans le second elles interagissent faiblement et ont une grande liberté de mouvement. Il n'y a toujours pas de réponse à la question : pourquoi il existe deux formes de l'état de la matière condensée à partir d'un gaz - liquide et solide - qui sont similaires en termes de densité et d'énergie d'interaction intermoléculaire et colossalement différentes dans la cinétique d'interaction intermoléculaire. Aucune théorie n’a été créée pour décrire de manière adéquate l’état liquide. La théorie de la fusion - la transition de l'ordre au désordre dans des systèmes ayant des densités et des énergies d'interaction intermoléculaire similaires - n'a pas non plus été développée. C’est pourquoi, par exemple, la glace a été mieux étudiée que l’eau. Non obtenu en laboratoire et eau absolument pure, ses propriétés restent encore un mystère.

Dans de nombreuses propriétés, l'eau est une substance spéciale et unique qui n'entre pas dans les limites des lois générales connues pour d'autres composés. Donnons quelques exemples.

Points d'ébullition et de fusion eau à pression atmosphérique – 100 et 0°C. Les données de la Fig. 1,6 pour les composés hydrures d'analogues de l'oxygène du groupe VI du tableau périodique indiquent une forte augmentation de ces paramètres à proximité de l'eau.

Riz. 1.6. Points d'ébullition et de congélation des composés hydrogènes du groupe oxygène

Des valeurs très élevées chaleur latente de fusion et d'évaporation de l'eau : 333 · 103 et 2259 · 103 J/kg. Le plus élevé de tous les liquides capacité thermique spécifique de l'eau et constante diélectrique(81 D), c'est-à-dire que la force d'interaction entre des charges différentes dans l'eau diminue de 81 fois par rapport au vide. Cela détermine la dissociation des électrolytes en ions dans les solutions aqueuses d'acides, de sels et d'alcalis. Ceci explique également la transition des substances dissoutes vers les sédiments lors de l'évaporation de l'eau. Pour de nombreux autres solvants, la constante diélectrique est bien inférieure (10 à 50), et pour les liquides aprotiques apolaires (benzène, huiles) qui ne dissolvent pas les électrolytes, elle ne dépasse pas 3.

Tous les composés ont une densité maximale au point de fusion. L'eau se comporte ici aussi de manière particulière : elle densité la plus élevée correspond à 4°C. Avec un refroidissement et un chauffage supplémentaires, il diminue, c'est-à-dire sur la courbe ρ = F(t°) un maximum est observé à cette t°. La glace a une densité de 0,918 g/cm3 et ne coule pas lors de sa fonte, c'est-à-dire dans l'eau liquide.

Il existe d'autres manifestations physiques d'anomalies dans les propriétés de l'eau - conductivité électrique, tension superficielle, conductivité thermique, etc.

L’une des principales raisons des propriétés anormales de l’eau est la présence de liaisons hydrogène entre les ions H+ et O2– de différentes molécules d’eau. Ces connexions conduisent à l'apparition d'associés dans l'eau sous forme de chaînes et d'anneaux, présentés schématiquement sur la Fig. 1.7. Les anneaux à six molécules avec l'emballage le moins dense sont proches de la structure de la glace, et les anneaux à deux et quatre molécules, avec l'emballage le plus dense, sont proches de la structure de l'eau. Les éléments individuels de cette structure sont en équilibre mobile et leur nombre diminue avec le chauffage (Fig. 1.8).

Riz. 1.7. Types d'associations de molécules dans l'eau liquide (d'après X. S. Frenk et V. Wien)

Riz. 1.8. Proportion de molécules structurées en fonction de la température de l'eau

La teneur élevée en énergie de l’eau est également due à la présence de liaisons hydrogène et, par conséquent, à une teneur anormalement élevée. t kip., t pl., les chaleurs latentes de fusion et de vaporisation, ainsi que la capacité thermique spécifique de l'eau sont les plus élevées de tous les liquides, alors qu'elles sont deux fois moins élevées pour la glace et la vapeur.

Étant donné que la structuration dans l'eau liquide se produit sur la base de forces d'interaction électrostatiques, l'état de l'eau et ses propriétés changent dans divers champs physiques : température, électrique, magnétique et pression. C'est la base de l'activation de l'eau (jusqu'à 400°C et 100 MPa), de la lutte contre le tartre dans les chaudières à vapeur et les canalisations dans le domaine de la production d'énergie thermique, des transports et du forage. La magnétisation de l’eau est largement utilisée pour accélérer le durcissement et augmenter la résistance et la durabilité du ciment, du béton, du gypse technique et de la brique.