Ang tubig ay isang hindi pangkaraniwang sangkap na nararapat sa detalyadong pag-aaral. Ang akademikong Sobyet na si I. V. Petryanov ay nagsulat ng isang libro tungkol sa kamangha-manghang sangkap na ito, Ang Pinaka Hindi Pangkaraniwang Sangkap sa Mundo. Anong mga anomalya sa mga pisikal na katangian ng tubig ang partikular na interesante? Sama-sama nating hahanapin ang sagot sa tanong na ito.
Mga kawili-wiling katotohanan
Bihira nating isipin ang kahulugan ng salitang "tubig". Sa ating planeta, higit sa 70% ng kabuuang lugar ay inookupahan ng mga ilog at lawa, dagat at karagatan, iceberg, glacier, swamp, snow sa tuktok ng bundok, pati na rin ang permafrost. Sa kabila ng napakaraming tubig, 1% lang ang maiinom.
Biological significance
Ang katawan ng tao ay 70-80% na tubig. Tinitiyak ng sangkap na ito ang daloy ng lahat ng mahahalagang proseso, lalo na, salamat dito, ang mga toxin ay tinanggal mula dito, ang mga cell ay naibalik. Ang pangunahing pag-andar ng tubig sa isang buhay na cellay istruktura at enerhiya, na may pagbaba sa dami ng nilalaman nito sa katawan ng tao, ito ay "lumiliit".
Walang ganoong sistema sa isang buhay na organismo na maaaring gumana nang walang H2O. Sa kabila ng mga anomalya ng tubig, ito ay isang pamantayan para sa pagtukoy ng dami ng init, masa, temperatura, altitude.
Mga pangunahing konsepto
H2O - hydrogen oxide, na naglalaman ng 11.19% hydrogen, 88.81% oxygen ayon sa masa. Ito ay isang walang kulay na likido na walang amoy o lasa. Ang tubig ay isang mahalagang bahagi ng mga prosesong pang-industriya.
Sa unang pagkakataon ang sangkap na ito ay na-synthesize sa pagtatapos ng ika-18 siglo ni G. Cavendish. Pinasabog ng scientist ang pinaghalong oxygen at hydrogen na may electric arc. Unang sinuri ni G. Galileo ang pagkakaiba sa density ng yelo at tubig noong 1612.
Noong 1830, isang steam engine ang nilikha ng mga French scientist na sina P. Dulong at D. Arago. Ang pagtuklas na ito ay naging posible na pag-aralan ang kaugnayan sa pagitan ng saturation vapor pressure at temperatura. Noong 1910, natuklasan ng Amerikanong siyentipiko na si P. Bridgman at ng German na si G. Tamman ang ilang polymorphic na pagbabago sa yelo sa mataas na presyon.
Noong 1932, natuklasan ng mga Amerikanong siyentipiko na sina G. Urey at E. Washburn ang mabigat na tubig. Natuklasan ang mga anomalya sa pisikal na katangian ng sangkap na ito dahil sa pagpapabuti ng mga kagamitan at pamamaraan ng pananaliksik.
Ilang kontradiksyon sa mga pisikal na katangian
Ang dalisay na tubig ay isang malinaw at walang kulay na likido. Ang density nito kapag na-transform sa isang likido mula satumataas ang solid matter, nagpapakita ito ng anomalya sa mga katangian ng tubig. Ang pag-init nito mula 0 hanggang 40 degrees ay humahantong sa pagtaas ng density. Ang mataas na kapasidad ng init ay dapat tandaan bilang isang anomalya ng tubig. Ang temperatura ng crystallization ay 0 degrees Celsius at ang boiling point ay 100 degrees.
Ang molecule ng inorganic compound na ito ay may angular na istraktura. Ang nuclei nito ay bumubuo ng isosceles triangle na may dalawang proton sa base nito at isang oxygen atom sa tuktok nito.
Mga anomalya sa density
Natukoy ng mga siyentipiko ang humigit-kumulang apatnapung katangian na katangian ng H2O. Ang mga anomalya sa tubig ay nararapat na masusing pagsasaalang-alang at pag-aaral. Sinusubukan ng mga siyentipiko na ipaliwanag ang mga sanhi ng bawat salik, upang bigyan ito ng siyentipikong paliwanag.
Ang anomalya ng density ng tubig ay nakasalalay sa katotohanan na ang sangkap na ito ay may pinakamataas na halaga ng density na nagsisimula sa +3, 98°C. Sa kasunod na paglamig, paglilipat mula sa isang likido patungo sa isang solidong estado, ang pagbaba ng density ay sinusunod.
Para sa iba pang mga compound, bumababa ang density ng mga likido sa pagbaba ng temperatura, dahil ang pagtaas ng temperatura ay nag-aambag sa pagtaas ng kinetic energy ng mga molekula (tumataas ang kanilang bilis ng paggalaw), na humahantong sa pagtaas ng friability ng substance.
Isinasaalang-alang ang gayong mga anomalya ng tubig, dapat tandaan na may posibilidad din itong tumaas sa bilis sa pagtaas ng temperatura, ngunit bumababa lamang ang density sa matataas na temperatura.
Pagkatapos bawasan ang density ng yelo, ito ay nasa ibabaw ng tubig. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga molekula sa kristal ay may regular na istraktura, na mayroong spatial periodicity.
Kung ang mga ordinaryong compound ay may mga molekula na mahigpit na nakaimpake sa mga kristal, pagkatapos ay pagkatapos matunaw ang sangkap, mawawala ang pagiging regular. Ang isang katulad na kababalaghan ay sinusunod lamang kapag ang mga molekula ay matatagpuan sa malaking distansya. Ang pagbaba ng density sa panahon ng pagtunaw ng mga metal ay isang bale-wala na halaga, na tinatantya sa 2-4%. Ang density ng tubig ay lumampas sa yelo ng 10 porsyento. Kaya, ito ay isang manipestasyon ng anomalya ng tubig. Ipinapaliwanag ng Chemistry ang phenomenon na ito gamit ang isang dipole structure, pati na rin ang isang covalent polar bond.
Mga anomalya sa compressibility
Ipagpatuloy natin ang pag-uusap tungkol sa mga katangian ng tubig. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng hindi pangkaraniwang pag-uugali ng temperatura. Ang compressibility nito, iyon ay, ang pagbaba sa volume, habang tumataas ang presyon, ay maaaring ituring na isang halimbawa ng isang anomalya sa mga pisikal na katangian ng tubig. Anong mga partikular na tampok ang dapat tandaan dito? Ang ibang mga likido ay mas madaling i-compress sa ilalim ng pressure, at ang tubig ay tumatagal ng mga ganitong katangian sa mataas na temperatura.
Pag-uugali ng temperatura ng kapasidad ng init
Ang anomalyang ito ay isa sa pinakamalakas para sa tubig. Ang kapasidad ng init ay nagsasabi sa iyo kung gaano karaming init ang kailangan upang itaas ang temperatura ng 1 degree. Para sa maraming mga sangkap, pagkatapos matunaw, ang kapasidad ng init ng likido ay tumataas ng hindi hihigit sa 10 porsyento. At para sa tubig pagkatapos matunaw ang yelo, doble ang pisikal na dami na ito. Wala sa mga sangkapwalang ganoong pagtaas sa kapasidad ng init ang naitala.
Sa yelo, ang enerhiya na ibinibigay dito para sa pagpainit ay halos ginugugol sa pagpapataas ng bilis ng paggalaw ng mga molekula (kinetic energy). Ang isang makabuluhang pagtaas sa kapasidad ng init pagkatapos ng pagkatunaw ay nagpapahiwatig na ang iba pang mga prosesong masinsinang enerhiya ay nangyayari sa tubig, na nangangailangan ng pagpasok ng init. Sila ang dahilan ng pagtaas ng kapasidad ng init. Ang phenomenon na ito ay tipikal para sa buong hanay ng temperatura kung saan ang tubig ay may likidong estado ng pagsasama-sama.
Sa sandaling ito ay naging singaw, nawawala ang anomalya. Sa kasalukuyan, maraming mga siyentipiko ang nakikibahagi sa pagsusuri ng mga katangian ng supercooled na tubig. Ito ay nakasalalay sa kakayahang manatiling likido sa ibaba ng crystallization point na 0°C.
Posibleng i-supercool ang tubig sa manipis na mga capillary, gayundin sa non-polar medium bilang maliliit na droplet. Ang isang natural na tanong ay lumitaw kung ano ang naobserbahan sa anomalya ng density sa ganoong sitwasyon. Habang ang tubig ay nagiging supercooled, ang density ng tubig ay bumababa nang malaki, ito ay may posibilidad sa density ng yelo habang bumababa ang temperatura.
Mga dahilan para sa hitsura
Kapag tinanong: "Pangalanan ang mga anomalya ng tubig at ilarawan ang mga sanhi nito", kinakailangang iugnay ang mga ito sa muling pagsasaayos ng istraktura. Ang pag-aayos ng mga particle sa istraktura ng anumang sangkap ay natutukoy ng mga tampok ng mutual na pag-aayos ng mga particle (atoms, ions, molecules) sa loob nito. Ang mga puwersa ng hydrogen ay kumikilos sa pagitan ng mga molekula ng tubig, na nag-aalis ng likidong ito mula sa pagtitiwala sa pagitan ng kumukulo at mga natutunaw na punto,katangian ng iba pang mga substance na nasa likidong estado ng pagsasama-sama.
Lumilitaw ang mga ito sa pagitan ng mga molekula ng isang ibinigay na inorganic compound dahil sa mga kakaibang pamamahagi ng densidad ng elektron. Ang mga hydrogen atom ay may tiyak na positibong singil, habang ang mga atomo ng oxygen ay may negatibo. Bilang resulta, ang molekula ng tubig ay may hugis ng isang regular na tetrahedron. Ang isang katulad na istraktura ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang anggulo ng bono na 109.5 °. Ang pinakakanais-nais na pag-aayos ay ang paglalagay ng oxygen at hydrogen sa parehong linya, na may magkakaibang mga singil, samakatuwid, ang hydrogen bond ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang electrostatic na kalikasan.
Kaya, ang hindi pangkaraniwang (anomalyang) katangian ng tubig ay bunga ng espesyal na elektronikong istruktura ng molekula nito.
Memory of water
May isang opinyon na ang tubig ay may memorya, maaaring mag-ipon at maglipat ng enerhiya, na nagpapakain sa katawan ng virtual na impormasyon. Sa mahabang panahon, hinarap ng Japanese scientist na si Masaru Emoto ang problemang ito. Inilathala ni Dr. Emoto ang mga resulta ng kanyang pananaliksik sa aklat na Mga Mensahe mula sa Tubig. Ang mga siyentipiko ay nagsagawa ng mga eksperimento kung saan una niyang pinalamig ang isang patak ng tubig sa 5 degrees, at pagkatapos ay sinuri ang istraktura ng mga kristal sa ilalim ng mikroskopyo. Para i-record ang mga resulta, gumamit siya ng microscope kung saan may ginawang camera.
Bilang bahagi ng eksperimento, naapektuhan ni Masau Emoto ang tubig sa iba't ibang paraan, pagkatapos ay muling pinalamig ito, at kumuha ng litrato. Nagawa niyang makuha ang kaugnayan sa pagitan ng hugis ng mga kristal na yelo at musika,na pinakinggan ng tubig. Nakapagtataka, naitala ng scientist ang pinakakatugmang snowflake gamit ang classical at folk music.
Ang paggamit ng makabagong musika, ayon kay Masau, ay "nagdudumi" sa tubig, kaya't sila ay mga naayos na kristal na hindi regular ang hugis. Ang isang kawili-wiling katotohanan ay ang pagkakakilanlan ng isang Japanese scientist sa kaugnayan sa pagitan ng hugis ng mga kristal at enerhiya ng tao.
Ang tubig ay ang pinakakahanga-hangang substance na matatagpuan sa maraming dami sa ating planeta. Mahirap isipin ang anumang sphere ng aktibidad ng isang modernong tao kung saan hindi siya aktibong bahagi. Ang versatility ng substance na ito ay tinutukoy ng mga anomalya na dulot ng tetrahedral structure ng tubig.
