I skyrius
ŠULINIS VANDENIUI
1 skyrius. TOKIE INFORMACIJA APIE VANDENĮ

Vandens anomalijos

Ledo sudėtyje vyrauja trihidrolio molekulės, vandens garų sudėtyje (esant aukštesnei nei 100 ° C temperatūrai) vyrauja hidrolio molekulės, o lašeliniame skystame vandenyje - hidrolio, dihidrolio ir trihidrolio mišinys, kurio santykiai keičiasi. su temperatūra.

Šios anomalijos atsiranda dėl vandens struktūros ypatumų:

1) didžiausias vandens tankis yra esant 4 °C temperatūrai, temperatūrai nukritus iki 0 °C arba pakilus iki 100 °C, jo tankis mažėja;

2) užšalimo metu vandens tūris padidėja apie 10%, o kietoji fazė tampa lengvesnė už skystį;

3) vanduo turi didelę savitąją šiluminę talpą, kuri mažėja, kai temperatūra pakyla iki 40 ° C, o vėliau vėl didėja;

4) vanduo turi labai didelę specifinę vidinę energiją (318,8 J/kg);

5) vanduo užšąla 0 °C temperatūroje, didėjant slėgiui, užšalimo temperatūra mažėja ir pasiekia mažiausią reikšmę (-22 °C), esant 211,5 MPa slėgiui;

6) vanduo turi didžiausią savitąjį šilumos kiekį (2156 J/kg) esant 100 °C temperatūrai;

7) vandens dielektrinė konstanta didžiausia esant 20 °C temperatūrai;

8) vandens paviršiaus įtempis yra didžiausias, palyginti su kitais skysčiais.

Sąveikaujant su šarmais vanduo elgiasi kaip rūgštis, o sąveikaujant su rūgštimis – kaip bazė. Aktyvių metalų ir vandens reakcijos metu išsiskiria vandenilis. Vanduo sukelia mainų skilimo (hidrolizės) procesą, sąveikaudamas su kai kuriomis druskomis.

7. Vandens anomalijos

Chemiškai grynas vanduo turi daugybę savybių, kurios ryškiai išskiria jį iš kitų natūralių kūnų ir cheminių analogų (Mendelejevo periodinės sistemos 6-osios grupės elementų hidridų) ir nuo kitų skysčių. Šios ypatingos savybės yra žinomos kaip vandens anomalijos.

Tyrinėdami vandenį ir ypač jo vandeninius tirpalus, mokslininkai vėl ir vėl įsitikino, kad vanduo turi nenormalių – nenormalių savybių, būdingų tik jai, Jos Didenybei – Vandenį, kuris mums suteikė Gyvybę ir gebėjimą mąstyti. Net neįtariame, kad tokios pažįstamos ir natūralios vandens savybės gamtoje, įvairiose technologijose ir galiausiai mūsų kasdienybėje yra unikalios ir nepakartojamos.

Tankis

Visai biosferai išskirtinai svarbi vandens savybė yra gebėjimas užšalus tūrį didinti, o ne mažinti, t.y. sumažinti tankį. Iš tiesų, bet kuriam skysčiui pereinant į kietą būseną, molekulės išsidėsto arčiau viena kitos, o pati medžiaga, mažėjant tūriui, tampa tankesnė. Taip, bet kokiems labai skirtingiems skysčiams, bet ne vandeniui. Vanduo čia yra išimtis. Atvėsęs vanduo iš pradžių elgiasi kaip kiti skysčiai: pamažu kondensuodamasis sumažina savo tūrį. Šis reiškinys gali būti stebimas iki +3,98°C. Tada, toliau mažėjant temperatūrai iki 0 ° C, visas vanduo užšąla ir plečiasi. Dėl to ledo savitasis svoris tampa mažesnis nei vandens ir ledas plūduriuoja. Jeigu ledas ne plūduriuotų, o skęstų, tai visi vandens telkiniai (upės, ežerai, jūros) užšaltų iki dugno, smarkiai sumažėtų garavimas, žūtų visi gėlo vandens gyvūnai ir augalai. Gyvybė Žemėje taptų neįmanoma. Vanduo yra vienintelis skystis Žemėje, kurio ledas neskęsta dėl to, kad jo tūris yra 1/11 didesnis nei vandens tūris.

Paviršiaus įtempimas

Dėl to, kad apvalūs vandens kamuoliukai yra labai elastingi, lyja, iškrenta rasa. Kokia yra ši nuostabi jėga, kuri sulaiko rasos lašus ir padaro paviršinį vandens sluoksnį bet kokioje baloje elastingą ir gana patvarų?

Yra žinoma, kad jei plieninė adata atsargiai uždedama ant vandens, supilto į lėkštę, paviršiaus, adata nenuskendo. Tačiau metalo savitasis svoris yra daug didesnis nei vandens. Vandens molekules suriša paviršiaus įtempimo jėga, kuri leidžia joms kilti aukštyn kapiliarais, įveikiant gravitacijos jėgą. Be šios vandens savybės gyvybė Žemėje taip pat būtų neįmanoma.

Šilumos talpa

Jokia medžiaga pasaulyje nesugeria ir neišskiria tiek šilumos aplinkai, kiek vanduo. Vandens šiluminė talpa yra 10 kartų didesnė nei plieno ir 30 kartų didesnė nei gyvsidabrio. Vanduo palaiko žemę šilumą.

Nuo jūrų, vandenynų ir sausumos paviršiaus per metus išgaruoja 520 000 kubinių kilometrų vandens, kuris kondensuodamasis atiduoda daug šilumos šaltiems ir poliariniams regionams.

Vandens žmogaus organizme yra 70-90 proc. nuo kūno svorio. Jei vanduo neturėtų tokios šiluminės talpos kaip dabar, medžiagų apykaita šiltakraujų ir šaltakraujų organizmuose būtų neįmanoma.

Vanduo lengviausiai įkaista ir greičiausiai atšaldomas savotiškame „temperatūros šulinyje“, atitinkančiame +37°C – žmogaus kūno temperatūrą.

Yra keletas kitų neįprastų vandens savybių:

Joks skystis nesugeria dujų taip godžiai kaip vanduo. Bet ji taip pat lengvai juos suteikia. Lietus ištirpdo visas nuodingas atmosferos dujas. Vanduo yra galingas natūralus jo filtras, išvalantis atmosferą nuo visų kenksmingų ir nuodingų dujų. Dar viena nuostabi vandens savybė pasireiškia tada, kai jį veikia magnetinis laukas. Magnetiniu būdu apdorotas vanduo keičia druskų tirpumą ir cheminių reakcijų greitį.

Tačiau nuostabiausia vandens savybė yra beveik universalaus tirpiklio savybė. Ir jei kai kurios medžiagos jame netirpsta, tai taip pat suvaidino didžiulį vaidmenį gyvybės evoliucijoje: greičiausiai būtent dėl ​​pirminių biologinių membranų hidrofobinių savybių gyvybė atsiranda ir vystosi vandens aplinkoje.

Vanduo žinomas ir nežinomas. vandens atmintis

Bromo vanduo yra prisotintas Br2 tirpalas vandenyje (3,5 % Br2 masės). Bromo vanduo yra oksidatorius, bromuojantis agentas analitinėje chemijoje. Amoniako vanduo – susidaro, kai žaliavinės kokso krosnies dujos liečiasi su vandeniu...

Vanduo kaip reagentas ir kaip cheminio proceso terpė (anomalios vandens savybės)

Vandens vaidmuo šiuolaikiniame moksle ir technologijose yra labai didelis. Štai tik keletas vandens panaudojimo sričių. 1. Žemės ūkyje augalams girdyti ir gyvuliams šerti 2. Chemijos pramonėje rūgštims, bazėms, organinėms medžiagoms gauti. 3...

Vanduo, kuris suteikia gyvybę

Vanduo yra svarbiausias cheminis junginys, nulemiantis gyvybės egzistavimo Žemėje galimybę. Per dieną žmogus vidutiniškai suvartoja apie 2 litrus geriamojo vandens...

Vandenilis yra ateities kuras

Kita problema, kurioje nesvarumas vėl įsitvirtino, buvo kuro elemente susidariusio vandens pašalinimo problema. Jei jis nebus pašalintas, jis padengs elektrodą plėvele ir dujoms bus sunku jį pasiekti ...

Informacinė-struktūrinė vandens atmintis

Vandens molekulė yra mažas dipolis, kurio poliuose yra teigiamų ir neigiamų krūvių. Kadangi deguonies branduolio masė ir krūvis yra didesni nei vandenilio branduolių, elektronų debesis susitraukia link deguonies branduolio...

Vandens kietumo nustatymas kompleksometriniu metodu

Dėl plačiai paplitusio kalcio jo druskų beveik visada randama natūraliame vandenyje. Iš natūralių kalcio druskų tik gipsas šiek tiek tirpsta vandenyje, tačiau jei vandenyje yra anglies dioksido...

Garintuvo gamyklos apskaičiavimas ir parinkimas

Gv nustatomas pagal kondensatoriaus šilumos balansą: Gv \u003d W3 (hbk-cvtk) / cv (tk-tn), kur hbk yra garų entalpija barometriniame kondensatoriuje; tn = 200C - pradinė aušinimo vandens temperatūra; Cv \u003d 4...

Dvigubo garintuvo gamyklos skaičiavimas ir projektavimas

Aušinimo vandens suvartojimas GВ nustatomas pagal kondensatoriaus šilumos balansą: , kur IБК - garų entalpija barometriniame kondensatoriuje, J?kg; tn - pradinė aušinimo vandens temperatūra, 0С...

Sorbcinis vandens apdorojimas

Gamyboje jis montuojamas atsižvelgiant į technologinio proceso reikalavimus. Gamyboje naudojamas vanduo...

Sorbcinis vandens apdorojimas

Siekiant išvengti bakterinio biologinio užsiteršimo šilumokaičiuose, taip pat vamzdynuose, rekomenduojama periodiškai 3-4 kartus per dieną taikyti vandens chloravimą, kiekvienas laikotarpis trunka 40-60 minučių...

Sorbcinis vandens apdorojimas

Vienas iš labiausiai paplitusių vandens kondicionavimo tipų yra jo minkštinimas. Pirmasis pramoninis kietumo druskų pašalinimo metodas buvo natrio kalkės ...

Kalcio sulfatas, kristalinis hidratas ir bevandenė druska

Nuostabi medžiaga – vanduo

Hidrologija – mokslas, tiriantis natūralius vandenis, jų sąveiką su atmosfera ir litosfera, taip pat juose vykstančius reiškinius ir procesus (garavimą, užšalimą ir kt.). Hidrologijos studijų objektas yra visų tipų hidrosferos vandenys vandenynuose ...

Vanduo. Anomalinės vandens savybės ir jų priežastys

Kadangi vanduo yra universalus tirpiklis, atsižvelkite į vandens savybes. Labiausiai paplitusi medžiaga žemėje yra ϶ᴛᴏ vanduo. Beveik 3/4 žemės paviršiaus yra padengta vandeniu. Tai aplinka, kurioje gyvuose organizmuose vyksta cheminiai procesai ir pati dalyvauja biocheminiuose procesuose.

Vanduo yra pagrindinis visų gyvybės procesų katalizatorius. Mūsų kūne 65–75% vandens. Kasdienis žmogaus poreikis vandens yra nuo 2 iki 6 litrų ir priklausomybė nuo jo daug stipresnė nei nuo maisto. Daugelis maisto produktų (daržovės, vaisiai, pienas, mėsa) sudaro 95-65% vandens. Žmonija savo reikmėms plačiai naudoja natūralų vandenį. Didžioji vandens dalis patenka į vandenynus. Galimos naudoti gėlo vandens atsargos sudaro 0,15 % hidrosferos tūrio.

fizines savybes. Tai bespalvis ir bekvapis skystis. Apsvarstykite fizikinių ir cheminių savybių ypatybes ( anomalijos) vanduo.

1. Vanduo, kaip tirpiklis, turi neįprastai didelį poliškumą.

µ \u003d 1,84 10 -29 Klm (H 2 S - µ \u003d 0,93 10 -29 Klm).

2. Vanduo turi anomaliai didelę šiluminę talpą c = 75,3 J/mol K, alkoholis turi 1,5 karto daugiau, šiuo atžvilgiu naktį ir pereinant iš vasaros į žiemą jis lėtai vėsta, o atvirkštinio perėjimo metu įkaista. lėtai aukštyn, t .O. reguliuoti temperatūrą pasaulyje. Kai bet kuri medžiaga, išskyrus vandenį, kaitinama nuo 0 iki 37 ° C, šilumos talpa padidėja, o vandens - sumažėja, tada padidėja. Būtent 37 ° C temperatūroje kūnas išleidžia mažiau energijos kūno temperatūrai palaikyti.

3. Nenormaliai aukšta temperatūra Tlydymosi = 0 o C ir temperatūra Tboil = 100 o C lyginant su analogais.

4. 0 o C temperatūroje vanduo užšąla. Ledo tankis yra mažesnis nei vandens. Tuo pačiu metu ledo tūris padidėja 9%.Kitoms medžiagoms jis sumažėja.

5. Vandens tankis pereinant iš kietos būsenos į skystą ne mažėja, o didėja. Kaitinant vandenį nuo 0 iki 4 o C, didėja ir jo tankis. Didžiausią vandens tankį pasiekia esant 4 o C temperatūrai - ρ = 0,998 g/cm 3 .

Anomalijos yra susijusios su vandens molekulės sandara ir vandenilinio ryšio tarp jų susidarymu.

Vandens molekulė turi kampinę struktūrą. Deguonies atomas vandens molekulėje yra sp 3 – hibridizacijos būsenoje. Dėl šios priežasties ryšio kampas yra artimas tetraedriui (109 o 28 ").

Vandenilio jungties susidarymas veda į molekulių susijungimą. Kiekvienas deguonies atomas dalyvauja formuojant dvi vandenilio jungtis. Molekulės kristalizacijos metu sudaro sluoksnius, kurių kiekviena jungiasi prie trijų tame sluoksnyje esančių molekulių ir su viena iš gretimų. Tai veda prie tuštumų susidarymo.

Ledui tirpstant, sunaikinama tik dalis vandenilio jungčių ir sumažėja vandens tūris. 0 o C temperatūroje vandenyje yra ledo struktūros liekanų. Nuo 0 iki 4 o C vandens tankis didėja dėl ledo ardymo.

Didelė vandens šiluminė talpa paaiškinama šiluma, reikalinga vandeniliniams ryšiams nutraukti.

Cheminės savybės. H 2 O molekulė yra atspari karščiui. Esant aukštesnei nei 1000 ° C temperatūrai, vyksta šiluminė disociacija, ᴛ.ᴇ. skilimas

H 2 O ↔ 2 H 2 + O 2

Šis procesas vyksta absorbuojant šilumą.

Vanduo yra labai reaktyvi medžiaga. Daugelio metalų ir nemetalų oksidai susijungia su H 2 O ir sudaro:

CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2

SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4

Aktyvūs metalai reaguoja su vandeniu ir išskiria H2.

Vanduo sudaro junginius su medžiagomis, kurios neturi cheminio aktyvumo (ksenono hidratas - Xe 6 H 2 O). Xe užpildo tarpmolekulinę erdvę H 2 O struktūroje, sudarydamas junginius, vadinamus klatratų .

„Vanduo yra gyvybė“ - šį teiginį žinome nuo vaikystės, tačiau ne visada skiriame svarbą tam, kas mus supa, be ko negalime išsiversti.

Ar žinote, kas yra "VANDUO"?

„Vanduo, tu neturi nei skonio, nei spalvos, nei kvapo, tavęs negalima apibūdinti, tavimi mėgaujasi nežinant, kas tu esi“.

Antoine'as de Saint-Exupery.

Pirmiausia pateiksiu keletą istorijos pavyzdžių, kad suprastumėte, jog šis klausimas nėra toks paprastas!

Remiantis kronikomis, 1472 m. abatas Charlesas Hastingsas buvo sučiuptas ir apklaustas dėl ligos atnešimo tam tikrai gerbiamai moteriai. Įkalintam abatui kasdien duodavo tik gabalėlį sausos duonos ir kaušą supuvusio, dvokiančio vandens. Po 40 dienų kalėjimo prižiūrėtojas pastebėjo, kad per šį laiką vienuolis Karlas ne tik neprarado, bet, atrodo, įgavo sveikatos ir jėgų, o tai tik įtikino inkvizitorius abato ryšiu su piktosiomis dvasiomis. Vėliau, smarkiai kankinamas, Karlas Hastingsas prisipažino, kad perskaitė maldą virš supuvusio vandens, kurį jie atnešė, dėkodamas Viešpačiui už jam siųstus išbandymus. Po to vanduo tapo minkšto skonio, gaivus ir skaidrus.

Istorijoje yra atvejų, kai minties įtaka keičiasi vandens struktūra. Pavyzdžiui, 1881 m. žiemą „Lara“ skrido iš Liverpulio į San Franciską. Trečią kelionės dieną laive kilo gaisras. Tarp tų, kurie paliko laivą, buvo kapitonas Neilas Carey. Nelaimės ištiktieji pradėjo jausti troškulio skausmus, kurie stiprėjo su kiekviena valanda. Tada, kai po skausmingo klajonių jūroje jie saugiai pasiekė krantą, kapitonas, labai blaiviai žiūrintis į realybę, tokiais žodžiais apibūdino, kas juos išgelbėjo: „Svajojome apie gėlą vandenį. Pradėjome įsivaizduoti, kaip vanduo aplink valtį iš mėlynos jūros virsta žalsvu gėlu vandeniu. Sukaupiau jėgas ir pasisemiau. Kai bandžiau, tai buvo neskanu“.

Trumpai apie vandenį biochemijos požiūriu

Vanduo yra gausiausia medžiaga žemėje. Jo kiekis siekia 1018 tonų ir užima maždaug keturis penktadalius žemės paviršiaus. Vanduo dengia 70% Žemės paviršiaus. Tiek pat (70%) jo yra žmogaus organizme. Beveik visas embrionas (95%) susideda iš vandens, naujagimio kūne – 75%. Tik vyresniame amžiuje vandens kiekis žmogaus organizme yra 60%.Tai vienintelis cheminis junginys, kuris natūraliomis sąlygomis egzistuoja skysčio, kieto (ledo) ir dujų (vandens garų) pavidalu. Vanduo atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį pramonėje ir kasdieniame gyvenime; tai būtinai būtina gyvybei palaikyti. Iš 1018 tonų vandens Žemėje tik 3% yra gėlas vanduo, iš kurių 80% negalima naudoti, nes jie yra ledas, sudarantis poliarines kepures. Gėlas vanduo yra prieinamas žmogui dėl dalyvavimo hidrologiniame cikle arba vandens cikle gamtoje. Vandens cikle kasmet dalyvauja apie 500 000 km 3 vandens dėl jo išgaravimo ir kritulių lietaus ar sniego pavidalu. Remiantis teoriniais skaičiavimais, didžiausias galimas naudoti gėlo vandens kiekis yra maždaug 40 000 km 3 per metus. Kalbame apie vandenį, kuris iš žemės paviršiaus teka į jūras ir vandenynus.

Vandens savybės yra unikalios. Skaidrus skystis be kvapo, skonio ir spalvos (molekulinė masė - 18,0160, tankis - 1 g / cm 3; unikalus tirpiklis, galintis oksiduoti beveik visus metalus ir sunaikinti kietas uolienas). Bandymai pateikti vandenį kaip susijusį skystį su tankiu vandens molekulių paketu, kaip kokio nors konteinerio rutuliukai, neatitiko elementarių faktinių duomenų. Tokiu atveju vandens savitasis svoris turėtų būti ne 1 g/cm 3 , o didesnis nei 1,8 g/cm 3 .

Sferiniai vandens lašai turi mažiausią (optimalų) tūrio paviršių. Paviršiaus įtempis yra 72,75 dynes/cm. Savitoji vandens šiluminė talpa yra didesnė nei daugelio medžiagų. Vanduo sugeria daug šilumos, o šildo mažai.

Antrasis svarbus įrodymas, patvirtinantis ypatingą vandens molekulės struktūrą, buvo tai, kad, skirtingai nei kiti skysčiai, vanduo – tai jau buvo žinoma – turėjo stiprų elektrinį momentą, kuris sudarė jo dipolio struktūrą. Todėl buvo neįmanoma įsivaizduoti, kad dviejų vandenilio atomų simetriškoje struktūroje deguonies atomo atžvilgiu yra labai stiprus vandens molekulės elektrinis momentas, išdėliojęs visus į jį įtrauktus atomus tiesia linija, t.y. N-O-N.

Vandens struktūra gyvame organizme daugeliu atžvilgių primena ledo kristalinės gardelės struktūrą. Ir tai dabar paaiškina unikalias tirpsmo vandens savybes, kurios ilgą laiką išlaiko ledo struktūrą. Ištirpęs vanduo daug lengviau nei įprasta reaguoti su įvairiomis medžiagomis, o organizmui nereikia skirti papildomos energijos savo struktūrai pertvarkyti.

Skystoje formoje kaimyninių vandens molekulių ryšiai sudaro nestabilias ir trumpalaikes struktūras. Užšalusi kiekviena ledo molekulė yra tvirtai sujungta su keturiomis kitomis.

Biologijos mokslų daktaras S.V.Zeninas atrado stabilias ilgaamžes vandens sankaupas. Paaiškėjo, kad vanduo yra taisyklingų tūrinių struktūrų hierarchija. Jie yra pagrįsti į kristalus panašiais dariniais, susidedančiais iš 57 molekulių. Ir tai veda prie aukštesnės eilės struktūrų atsiradimo šešiakampių pavidalu, susidedančių iš 912 vandens molekulių. Klasterių savybės priklauso nuo deguonies ir vandenilio, išsikišusio į paviršių, santykio. Konfigūracija reaguoja į bet kokį išorinį poveikį ir priemaišas. Kulono traukos jėgos veikia tarp klasterio elementų paviršių. Tai leidžia struktūrinę vandens būseną laikyti ypatinga informacine matrica.

Neišspręstos vandens savybės

Vanduo visada buvo didelė žmogaus proto paslaptis. Daug kas mūsų protu nesuvokiamų dalykų vis dar išlieka vandens savybėse ir veikime. Stebėdamas tekančią ar tekančią vandens srovę žmogus gali palengvinti nervinę ir psichinę įtampą. Kas tai sukėlė? Kiek žinome, vandenyje nėra medžiagų, galinčių sukelti tokį poveikį. Mokslininkai teigia, kad vanduo turi galimybę priimti ir perduoti bet kokią informaciją, išlaikydamas ją nepažeistą. Praeitis, dabartis ir ateitis ištirpsta vandenyje. Šios vandens savybės buvo plačiai naudojamos ir naudojamos magijoje bei gydyme. Iki šiol vis dar yra liaudies gydytojų ir gydytojų, kurie „šnabžda į vandenį“, tuo gydydami ligas. Tekantis vanduo nuolat paima Kosmoso energiją ir gryna forma atiduoda ją supančiai Žemės erdvei, kur ją sugeria visi gyvi organizmai, esantys tėkmės pasiekiamoje vietoje, nes tekančio vandens suformuotas biolaukas nuolat didėja. dėl suteiktos energijos. Kuo greičiau juda vandens srautas, tuo šis laukas stipresnis. Veikiant šiai jėgai, išsilygina gyvų organizmų energetinis apvalkalas, užsidaro paprastam žmogui nematomi kūno apvalkalo (auros) „gedimai“, kūnas pasveiksta.

Nenormalios vandens savybės

Pirmoji anomali vandens savybė yra virimo ir užšalimo taško anomalija: Jei vanduo – deguonies hidridas – H 2 O būtų normalus monomolekulinis junginys, pavyzdžiui, jo analogai šeštojoje periodinės elementų sistemos grupėje D.I. Mendelejevo sieros hidrido H 2 S, seleno hidrido H 2 Se, telūro hidrido H 2 Te, tada skystoje būsenoje vanduo egzistuotų intervale nuo minus 90 o C iki minus 70 o C. Esant tokioms vandens savybėms, gyvybė Žemėje neegzistuotų.

„Nenormalūs“ vandens lydymosi ir virimo taškai toli gražu nėra vienintelė vandens anomalija. Visai biosferai tai nepaprastai svarbu vandens ypatybė – užšalus gebėjimas didinti, o ne mažinti tūrį, t.y. sumažinti tankį. Tai antroji vandens anomalija, kuri vadinama tankio anomalija. G. Galilėjus pirmasis atkreipė dėmesį į šią ypatingą vandens savybę. Bet kuriam skysčiui (išskyrus galią ir bismutą) pereinant į kietą būseną, molekulės išsidėsto glaudžiau, o pati medžiaga, mažėjant tūriui, tampa tankesnė. Bet koks skystis, bet ne vanduo. Vanduo čia taip pat yra išimtis. Atvėsęs vanduo iš pradžių elgiasi kaip ir kiti skysčiai: palaipsniui kondensuodamasis mažina savo tūrį. Tokį reiškinį galima stebėti iki +4°С (tiksliau, iki +3,98°С). Būtent +3,98°C temperatūroje vanduo turi didžiausią tankį ir mažiausią tūrį. Tolesnis vandens aušinimas palaipsniui lemia ne mažėjimą, o padidėjimą. Šio proceso sklandumas staiga nutrūksta ir 0°C temperatūroje staigus tūrio padidėjimas šokteli beveik 10%! Tuo metu vanduo virsta ledu. Unikali vandens elgsenos ypatybė aušinimo ir ledo formavimosi metu atlieka nepaprastai svarbų vaidmenį gamtoje ir gyvenime. Būtent ši vandens savybė apsaugo visus žemės vandens telkinius – upes, ežerus, jūras nuo nuolatinio užšalimo žiemą ir taip gelbsti gyvybes.

Skirtingai nuo gėlo vandens, jūros vanduo atvėsęs elgiasi kitaip. Užšąla ne 0°C, o minus 1,8-2,1°C, priklausomai nuo jame ištirpusių druskų koncentracijos. Didžiausias jo tankis yra ne + 4 ° C, o -3,5 ° C temperatūroje. Taigi jis virsta ledu, nepasiekdamas didžiausio tankio. Jei gėlo vandens telkiniuose vertikalus maišymasis nutrūksta, kai visa vandens masė atšaldoma iki +4°C, tai jūros vandenyje vertikali cirkuliacija vyksta net esant žemesnei nei 0°C temperatūrai. Apykaitos procesas tarp viršutinio ir apatinio sluoksnių vyksta nuolat, sudarydamas palankias sąlygas gyvūnų ir augalų organizmams vystytis.

Visos termodinaminės vandens savybės ryškiai arba smarkiai skiriasi nuo kitų medžiagų.

Svarbiausias iš jų yra savitosios šiluminės talpos anomalija. Neįprastai didelė vandens šiluminė talpa daro jūras ir vandenynus milžinišku mūsų planetos temperatūros reguliatoriumi, dėl to žiemą ir vasarą, dieną ir naktį nėra staigių temperatūros kritimų. Šalia jūrų ir vandenynų išsidėsčiusiuose žemynuose vyrauja švelnus klimatas, kur temperatūros kritimai skirtingu metų laiku yra nežymūs.

Galingos atmosferos srovės, turinčios didžiulį kiekį šilumos, sugeriamos garavimo procese, milžiniškos vandenyno srovės vaidina išskirtinį vaidmenį kuriant orą mūsų planetoje.

Šilumos talpos anomalija yra tokia:
Kaitinant bet kurią medžiagą, šiluminė talpa nuolat didėja. Taip, bet kokia medžiaga, bet ne vanduo. Vanduo – išimtis, ir čia jis nepraleidžia progos būti originalus: kylant temperatūrai, vandens šiluminės talpos pokytis yra anomalus; nuo 0 iki 37°C mažėja ir tik nuo 37 iki 100°C šilumos talpa visą laiką didėja. Kai temperatūra yra artima 37°C, vandens šiluminė talpa yra minimali. Būtent šios temperatūros yra žmogaus kūno temperatūros diapazonas, mūsų gyvenimo sritis. Vandens fizika 35-41°C temperatūros diapazone (galimų, normaliai vykstančių fiziologinių procesų žmogaus organizme ribos) teigia tikimybę pasiekti unikalią vandens būseną, kai kristalinio ir tūrinio vandens masės yra vienodos. vienas kitam ir vienos struktūros galimybė pereiti į kitą yra maksimali. Ši nuostabi vandens savybė lemia vienodą grįžtamųjų ir negrįžtamų biocheminių reakcijų žmogaus organizme eigos tikimybę ir užtikrina jų „lengvą kontrolę“.

Išskirtinis vandens gebėjimas ištirpinti bet kokias medžiagas yra gerai žinomas. O štai vanduo rodo skysčiui neįprastas anomalijas ir pirmiausia vandens dielektrinės konstantos anomalijos . Taip yra dėl to, kad jo dielektrinė konstanta (arba laidumas) yra labai didelė ir siekia 81, o kitų skysčių neviršija 10. Pagal Kulono dėsnį, dviejų įkrautų dalelių sąveikos jėga vandenyje bus lygi. 81 kartą mažiau nei, pavyzdžiui, ore, kur ši charakteristika yra lygi vienetui. Tokiu atveju intramolekulinių ryšių stiprumas sumažėja 81 kartą, o veikiant šiluminiam judėjimui, molekulės disocijuoja susidarant jonams. Pažymėtina, kad dėl išskirtinio gebėjimo ištirpinti kitas medžiagas vanduo niekada nebūna idealiai grynas.

Reikėtų paminėti dar vieną nuostabią vandens anomaliją - išskirtinai didelis paviršiaus įtempis. Iš visų žinomų skysčių tik gyvsidabris turi didesnį paviršiaus įtempimą. Ši savybė pasireiškia tuo, kad vanduo visada linkęs sumažinti savo paviršių. Nekompensuojamos išorinio (paviršinio) vandens sluoksnio tarpmolekulinės jėgos, kurias sukelia kvantiniai mechaniniai veiksniai, sukuria išorinę elastinę plėvelę. Plėvelės dėka daugelis objektų, būdami sunkesni už vandenį, nėra panardinami į vandenį. Jei, pavyzdžiui, plieninė adata atsargiai uždedama ant vandens paviršiaus, adata nenuskęsta. Tačiau plieno savitasis svoris yra beveik aštuonis kartus didesnis nei vandens. Visi žino vandens lašo formą. Dėl didelio paviršiaus įtempimo laisvo kritimo vanduo gali būti sferinis.

Paviršiaus įtempimas ir drėkinimas yra ypatingų vandens ir vandeninių tirpalų savybių, vadinamų kapiliarumu, pagrindas. Kapiliarumas turi didelę reikšmę augalų ir gyvūnų pasaulio gyvenimui, natūralių mineralų struktūrų formavimuisi ir žemės derlingumui. Daug kartų siauresniuose už žmogaus plauką kanaluose vanduo įgauna nuostabių savybių. Jis tampa klampesnis, sutankinamas 1,5 karto, užšąla esant minus 80-70°C.

Kapiliarinio vandens supernenormalumo priežastis – tarpmolekulinė sąveika, kurios paslaptys dar toli neatskleidžiamos.

Mokslininkai ir ekspertai žino vadinamąjį porų vanduo . Ploniausios plėvelės pavidalu dengia uolienų ir žemės plutos mineralų bei kitų gyvosios ir negyvosios gamtos objektų porų ir mikroertmių paviršių. Tarpmolekulinėmis jėgomis susietas su kitų kūnų paviršiumi, šis vanduo, kaip ir kapiliarinis vanduo, turi ypatingą struktūrą.

Taigi, anomalinės ir specifinės vandens savybės vaidina pagrindinį vaidmenį įvairialypėje jo sąveikoje su gyvąja ir negyvąja gamta. Visos šios neįprastos vandens savybių savybės yra tokios „pasisekės“ visiems gyviems dalykams, todėl vanduo yra nepakeičiamas gyvybės Žemėje pagrindas.

Siųsti savo gerą darbą žinių bazėje yra paprasta. Naudokite žemiau esančią formą

Studentai, magistrantai, jaunieji mokslininkai, kurie naudojasi žinių baze savo studijose ir darbe, bus jums labai dėkingi.

Paskelbta http://www.allbest.ru//

Paskelbta http://www.allbest.ru//

Įvadas

Vanduo mūsų gyvenime yra labiausiai paplitusi ir labiausiai paplitusi medžiaga. Tačiau moksliniu požiūriu tai pats neįprastiausias, paslaptingiausias skystis. Galbūt su juo gali konkuruoti tik skystas helis. Tačiau neįprastos skysto helio savybės (pvz., supertakumas) atsiranda esant labai žemai temperatūrai (prie absoliutaus nulio) ir atsiranda dėl specifinių kvantinių dėsnių. Todėl skystas helis yra egzotiška medžiaga. Vanduo mūsų mintyse yra visų skysčių prototipas, ir tai dar labiau stebina, kai jį vadiname pačiu neįprastiausiu. Bet kas yra vandens neįprastumas? Faktas yra tai, kad sunku įvardyti bet kokias jo savybes, kurios nebūtų anomalios, tai yra, jo elgsena (priklausomai nuo temperatūros, slėgio ir kitų veiksnių pokyčių) labai skiriasi nuo daugumos kitų skysčių, šis elgesys yra panašus ir gali būti paaiškintas pačiais bendriausiais fiziniais principais. Tokiems įprastiniams skysčiams priskiriami, pavyzdžiui, išlydyti metalai, suskystintos tauriosios dujos (išskyrus helią), organiniai skysčiai (benzinas, kuris yra jų mišinys, arba alkoholiai). Vanduo yra nepaprastai svarbus daugelyje cheminių reakcijų, ypač biocheminių. Senovės alchemikų pozicija – „kūnai neveikia tol, kol neištirpsta“ – iš esmės yra teisinga. Žmogus ir gyvūnai gali sintetinti pirminį („jaunaties“) vandenį savo organizme, susidaryti jį degant maisto produktams ir patiems audiniams. Pavyzdžiui, kupranugaryje esantys riebalai oksiduodami gali duoti 40 litrų vandens. Ryšys tarp vandens ir gyvybės toks didelis, kad netgi leido V. I. Vernadskiui „laikyti gyvybę ypatinga koloidine vandens sistema... kaip ypatinga natūralių vandenų sfera“. Vanduo yra pažįstama ir neįprasta medžiaga. Žinomas sovietų mokslininkas akademikas I.V.Petryanovas savo mokslo populiarinimo knygą apie vandenį pavadino „Pati nepaprastiausia medžiaga pasaulyje“. O biologijos mokslų daktaras B.F.Sergejevas savo knygą „Pramoginė fiziologija“ pradėjo skyriumi apie vandenį – „Medžiaga, sukūrusi mūsų planetą“. Mokslininkai teisūs: Žemėje nėra mums svarbesnės medžiagos už paprastą vandenį ir tuo pačiu nėra kitos tokios pat rūšies medžiagos, kurios savybėse būtų tiek prieštaravimų ir anomalijų, kiek jos savybėse.

tankio anomalija

Tankio anomalija, kurią sudaro tai, kad ledo tankis yra mažesnis nei skysto vandens, o tankio maksimumas maždaug 4 C temperatūroje, paaiškinama vidine vandens struktūra. Ledui tirpstant, sutrinka taisyklinga jo struktūra, dalis kompleksų sunaikinami. Vandenyje kartu su vietomis, kurių struktūra panaši į ledo kristalinę gardelę, atsiranda pavienės molekulės. Taisyklingos struktūros pažeidimą lydi tankio padidėjimas ir tūrio sumažėjimas, nes pavienės vandens molekulės užpildo ertmes, kurios buvo išsaugotos į ledą panašios struktūros vietose. Kylant temperatūrai, veikia du veiksniai: šiluminis plėtimasis ir įprastos ledo struktūros sutrikimas. Šiluminis plėtimasis, kurį lydi nedidelis tūrio padidėjimas, yra susijęs su molekulių išdėstymo tvarkingumo sumažėjimu. Esant 4 C temperatūrai šie du veiksniai yra identiški absoliučia verte, bet priešingi veikimo kryptimi. Toliau kylant temperatūrai antrojo veiksnio poveikis mažėja, šiluminio plėtimosi poveikis ryškesnis, mažėja vandens tankis.

Vandens tankio anomalija daro didelę įtaką planetos klimatui, taip pat gyvūnų ir augalų gyvenimui. Kai upių, ežerų ir jūrų vanduo atšąla žemiau 4, jis tampa lengvesnis ir neina į dugną, o lieka paviršiuje, kur užšąla. Esant tokiai temperatūrai, gyvybė įmanoma. Jei ledo tankis būtų didesnis už vandens tankį, tada susidaręs ledas nueitų į dugną ir vandenynai visiškai užšaltų, nes šiltuoju metu saulės gaunamos šilumos nepakaktų jiems atšildyti.

Vandens tankio anomalija turi didelę reikšmę užšąlančių vandens telkinių gyvų būtybių gyvenimui. Žemesnės nei 4 C temperatūros vandens paviršiniai sluoksniai nesileidžia į dugną, nes atvėsę tampa lengvesni. Todėl viršutiniai vandens sluoksniai gali kietėti, o vandens telkinių gelmėse palaikoma 4 °C temperatūra. Tokiomis sąlygomis gyvenimas tęsiasi.

Todėl tankio anomaliją jie bando paaiškinti didžiausiu dihidrolio vandens tankiu.

Kas paaiškina vandens tankio anomaliją.

Vienas iš vandens tankio anomalijos paaiškinimų yra tas, kad ji siejama su polinkiu jungtis jo molekulėms, kurios sudaro skirtingas grupes [Н2О, (Н2О) 2, (Н2О) 3], kurių specifinis tūris

skiriasi esant skirtingoms temperatūroms, skiriasi ir šių grupių koncentracijos, todėl skiriasi ir jų bendras savitasis tūris.

Pirmasis iš jų reiškia, kad dėl judėjimo atsirandančios tankio anomalijos nesukuria šilumos srauto per apatinę keterą. Viršutinėje riboje pateikiamas tankis, o krante (x 0) laikoma, kad normalioji horizontalaus šilumos srauto dedamoji yra lygi nuliui. Greičiai ir ir ir krante turi išnykti dėl nepralaidumo ir neslidumo sąlygų. Tačiau hidrostatinė aproksimacija taip supaprastina dinamiką, kad neslysta ir; negali būti įvykdytas.

Tretiniams ir antriniams alkoholiams būdinga garų tankio anomalija esant aukštai temperatūrai (nustatymas pagal B. Tretiniai alkoholiai (iki Cj2) duoda tik pusę molekulinės masės naftaleno (218e) virimo temperatūroje, nes jie skyla į vandenį. ir alkilenai; antriniai alkoholiai (iki C9) turi tą pačią anomaliją, bet.

Teigiamas darbo ženklas turi būti siejamas su vandens tankio anomalija.

Jei, kaip teigia Grebe, St. Clair Deville darbai prisidėjo, viena vertus, paaiškinant pastebėtas garų tankio anomalijas ir taip, nors ir netiesiogiai, patvirtino Avogadro teoriją, tai, kita vertus,

Kita vertus, šie darbai buvo stimulas tirti cheminį giminingumą, nes jie prisidėjo prie tam tikrų reakcijų pobūdžio išaiškinimo.

Vandeniui (64) lygtis pateikia teisingus rezultatus iki 4 °C temperatūros, nes žinoma, kad ji turi tankio anomaliją. Esant 4, vandens tankis yra didžiausias, žemiau 4 stebimas sudėtingas tankio pasiskirstymas, į kurį ši lygtis neatsižvelgiama.

Remiantis (8.3.56), parametras X yra santykio (L / LH) matas 2, o nelygybė (8.3.19 a) tiesiog reiškia, kad tankio anomalijos, kurias sukelia slėgis, yra sumaišytos nedideliu mastu, palyginti pas L.

Esant pagrindinei stratifikacijai, teigiamas šlyties vėjo įtempių susisukimas ir su tuo susijęs vertikalus judėjimas vidinėje srityje sukuria teigiamą tankio anomaliją visame šiame regione, prie kurio pridedama tankio anomalija dėl šilumos antplūdžio ant paviršiaus. .

Jei ryšiai daugiakampių viduje yra daug stipresni nei tarp daugiasluoksnių, tai tik pastarieji bus netvarkingi lydaloje, todėl lydaloje egzistuos vienetai daugiakampių pavidalu. Atrodo, kad kai kurios skystų Al-Fe lydinių tankio anomalijos patvirtina šią hipotezę.

Tokios pagrindinės būsenos stabilumo problemos formuluotė bus pateikta zoninio srauto atmosferoje atveju. Vandenyno atvejis gali būti laikomas ypatingu atmosferos problemos atveju visame, kas susiję su problemos formulavimu, ir gaunamas tiesiog pakeičiant standartinį tankio profilį ps (z) pastovia tankio verte ir pakeičiant atmosferos potenciali temperatūros anomalija vandenyne tankio anomalija paimta su minuso ženklu.

Padidėjus slėgiui, didžiausias vandens tankis perkeliamas į žemesnę temperatūrą. Taigi, esant 50 atm, didžiausias tankis stebimas šalia 0 C. Virš 2000 atm vandens tankio anomalija išnyksta.

Taigi plačiame temperatūrų diapazone energetiškai stabiliausias vandenilio ir deguonies junginys yra vanduo. Žemėje jis sudaro vandenynus, jūras, ledą, garus ir rūką, dideliais kiekiais randamas atmosferoje, o uolienų sluoksniuose vanduo yra kapiliarinės ir kristalinės hidrato formos. Toks paplitimas ir neįprastos savybės (vandens ir ledo tankio anomalija, molekulių poliškumas, gebėjimas elektrolitiškai disociuotis, sudaryti hidratus, tirpalus ir kt.)

paversti vandenį aktyvia chemine medžiaga, dėl kurios paprastai atsižvelgiama į daugelio kitų junginių savybes.

Skysčiai linkę pastebimai išsiplėsti kaitinant. Kai kurioms medžiagoms (pavyzdžiui, vandeniui) yra būdinga izobarinio plėtimosi koeficiento verčių anomalija. Esant didesniam slėgiui, didžiausias tankis (minimalus savitasis tūris) pasislenka žemesnės temperatūros link, o esant didesniam nei 23 MPa slėgiui, tankio anomalija prie vandens išnyksta.

Šis įvertinimas teikia vilčių, nes Ba gerai sutampa su stebimu termoklino gyliu, kuris svyruoja nuo 800 m vidutinėse platumose iki 200 m atogrąžų ir poliarinėse zonose. Kadangi gylis 50 yra daug mažesnis už vandenyno gylį, atrodo pagrįsta termokliną laikyti ribiniu sluoksniu; pagal tai, nustatydami ribinę sąlygą prie apatinės ribos, galime daryti prielaidą, kad temperatūra didesniuose nei BO gyliuose asimptotiškai linkusi į tam tikrą horizontaliai homogenišką pasiskirstymą. Kadangi skalė r jau lygi D, patogu perkelti pradžią į paviršių ir matuoti r nuo vandenyno paviršiaus. Taigi, esant z - - tankio anomalija turėtų mažėti ir turėtų būti linkusi į dar nežinomą asimptotinę vertę, kaip ir vertikalus greitis, sukurtas ties apatine Ekmano sluoksnio riba, negali būti suteiktas a priori.

Nuolatinis UE turi būti nustatytas pagal sąlygas ant kalno. Hidrostatiniame sluoksnyje dėl didelių tankio gradientų, kuriuos sukuria vertikalus judėjimas (La S / E), ux yra daug didesnis nei vj pagal dydį. Tuo pačiu metu v turi tenkinti neslystumo sąlygą kaip f x 0. Vn yra lygūs nuliui ir, atitinkamai, sau. Šis sunkumas išspręstas, jei prisimintume, kad vidinėje srityje vertikalus tankio maišymasis atsveria vertikalaus judėjimo poveikį, o hidrostatiniame sluoksnyje vertikalaus judėjimo sukuriamą tankio anomaliją atsveria tik horizontalaus maišymosi poveikis. Taigi tarp vidinės srities ir hidrostatinio sluoksnio turi būti tarpinė sritis, kurioje vertikali ir horizontali difuzija yra vienodai svarbios. Kaip matyti iš (8.3.20), ši sritis turi horizontalią skalę Lff, taigi, skaičiuojant pagal šią skalę A yra lygi vienetui.

Kaip žinia, vanduo, kaitinamas nuo nulinės temperatūros, susitraukia, pasiekdamas mažiausią tūrį ir atitinkamai didžiausią tankį 4 C temperatūroje. Teksaso universiteto mokslininkai pasiūlė paaiškinimą, kuriame atsižvelgiama ne tik į artimiausių vandens molekulių, bet ir tolimesnių. Visose 10 žinomų ledo formų ir vandenyje artimiausių molekulių sąveika vyksta vienodai. Kitokia situacija yra su tolimesnių molekulių sąveika. Skystoje fazėje, temperatūros diapazone, kuriame yra tankio anomalija, būsena su didesniu tankiu yra stabilesnė. Mokslininkų apskaičiuota tankio ir temperatūros kreivė yra panaši į tą, kuri buvo stebima vandeniui.

Grynas vanduo yra skaidrus ir bespalvis. Jis neturi nei kvapo, nei skonio. Vandeniui skonį ir kvapą suteikia jame ištirpusios priemaišos. Daugelis fizinių savybių ir jų kitimo gryname vandenyje pobūdis yra anomalūs. Tai taikoma šių procesų lydymosi ir virimo temperatūrai, entalpijoms ir entropijoms. Vandens tankio temperatūros svyravimai taip pat yra nenormalūs. Didžiausias vandens tankis yra esant 4 C. Virš ir žemiau šios temperatūros vandens tankis mažėja. Kietėjimo metu toliau staigiai mažėja tankis, todėl ledo tūris yra 10% didesnis nei vandens tūris, lygus masės toje pačioje temperatūroje. Visos šios anomalijos paaiškinamos struktūriniais vandens pokyčiais, susijusiais su tarpmolekulinių vandenilio jungčių susidarymu ir sunaikinimu, keičiantis temperatūrai ir fazių perėjimui. Vandens tankio anomalija turi didelę reikšmę užšąlančių vandens telkinių gyvų būtybių gyvenimui. Paviršiniai vandens sluoksniai, esant žemesnei nei 4 C temperatūrai, nesileidžia į dugną, nes atvėsę tampa lengvesni. Todėl viršutiniai vandens sluoksniai gali sukietėti, o rezervuarų gelmėse išlieka 4 C. Tokiomis sąlygomis gyvybė tęsiasi.

Skysčių savybės. Paviršiaus įtempimas

Skystos būsenos medžiagos molekulės yra beveik arti viena kitos. Skirtingai nuo kietų kristalinių kūnų, kuriuose molekulės sudaro tvarkingas struktūras visame kristalo tūryje ir gali atlikti šiluminius virpesius aplink fiksuotus centrus, skystos molekulės turi didesnę laisvę. Kiekviena skysčio molekulė, taip pat ir kietame kūne, iš visų pusių yra „suspausta“ gretimų molekulių ir atlieka šilumines vibracijas aplink tam tikrą pusiausvyros padėtį. Tačiau laikas nuo laiko bet kuri molekulė gali persikelti į netoliese esančią laisvą vietą. Tokie šuoliai skysčiuose pasitaiko gana dažnai; todėl molekulės nėra susietos su tam tikrais centrais, kaip kristaluose, ir gali judėti per visą skysčio tūrį. Tai paaiškina skysčių sklandumą. Dėl stiprios sąveikos tarp glaudžiai išdėstytų molekulių jos gali sudaryti vietines (nestabilias) tvarkingas grupes, turinčias kelias molekules. Šis reiškinys vadinamas trumpojo nuotolio tvarka (1 pav.)

H2O vandens molekulė susideda iš vieno deguonies atomo ir dviejų vandenilio atomų, išsidėsčiusių 104° kampu. Vidutinis atstumas tarp garų molekulių yra dešimt kartų didesnis nei vidutinis atstumas tarp vandens molekulių. Dėl tankios molekulių pakuotės skysčių suspaudžiamumas, t.y., tūrio pokytis keičiantis slėgiui, yra labai mažas; jis yra dešimtis ir šimtus tūkstančių kartų mažesnis nei dujose. Pavyzdžiui, norint pakeisti vandens tūrį 1%, slėgį reikia padidinti maždaug 200 kartų. Toks slėgio padidėjimas, lyginant su atmosferos slėgiu, pasiekiamas maždaug 2 km gylyje.

Skysčiai, kaip ir kietos medžiagos, keičia savo tūrį keičiantis temperatūrai. Nelabai dideliems temperatūros intervalams santykinis tūrio pokytis DV / V0 yra proporcingas temperatūros pokyčiui DT:

Koeficientas in vadinamas tūrio plėtimosi temperatūros koeficientu. Šis skysčių koeficientas yra dešimt kartų didesnis nei kietųjų medžiagų. Vandenyje, pavyzdžiui, 20 ° C temperatūroje? 2 10-4 K-1, plieno vst? 3.6 10-5 K-1, kvarciniam stiklui vkv? 9 10-6 K-1.

turi įdomią ir svarbią gyvybei Žemėje anomaliją. Esant žemesnei nei 4°C temperatūrai, temperatūrai krentant vanduo plečiasi (in< 0). Максимум плотности св = 103 кг/м3 вода имеет при температуре 4 °С.

Įdomiausia skysčių savybė yra laisvo paviršiaus buvimas. Skystis, skirtingai nei dujos, neužpildo viso indo, į kurį pilamas, tūrio. Tarp skysčio ir dujų (arba garų) susidaro sąsaja, kuri yra ypatingomis sąlygomis, palyginti su likusia skysčio mase. Skysčio ribiniame sluoksnyje esančios molekulės, priešingai nei jo gylyje esančios molekulės, nėra apsuptos kitų to paties skysčio molekulių iš visų pusių. Tarpmolekulinės sąveikos jėgos, veikiančios vieną iš skysčio viduje esančių molekulių iš gretimų molekulių, yra vidutiniškai kompensuojamos. Bet kurią ribinio sluoksnio molekulę traukia skysčio viduje esančios molekulės (gali būti nepaisoma jėgos, veikiančios tam tikrą skysčio molekulę iš dujų (arba garų) molekulių). Dėl to atsiranda tam tikra jėga, nukreipta giliai į skystį. Paviršiaus molekulės į skystį įtraukiamos tarpmolekulinės traukos jėgomis. Tačiau visos molekulės, įskaitant ribinio sluoksnio molekules, turi būti pusiausvyros būsenoje. Ši pusiausvyra pasiekiama dėl tam tikro atstumo tarp paviršiaus sluoksnio molekulių ir jų artimiausių kaimynų skysčio viduje sumažėjimo. Kaip matyti iš fig. 1, mažėjant atstumui tarp molekulių, atsiranda atstūmimo jėgos. Jei vidutinis atstumas tarp molekulių skysčio viduje yra lygus r0, tai paviršinio sluoksnio molekulės yra kiek tankiau sutalpintos, todėl turi papildomą potencinės energijos rezervą lyginant su vidinėmis molekulėmis (žr. 2 pav.). Reikėtų nepamiršti, kad dėl itin mažo suspaudžiamumo tankiau supakuotas paviršinis sluoksnis nesukelia jokių pastebimų skysčio tūrio pokyčių. Jei molekulė juda nuo paviršiaus į skystį, tarpmolekulinės sąveikos jėgos atliks teigiamą darbą. Priešingai, tam, kad iš skysčio gylio į paviršių ištrauktų tam tikrą molekulių skaičių (t. y. padidinti skysčio paviršiaus plotą), išorinės jėgos turi atlikti teigiamą darbą DAext, proporcingą pokyčiui DS. paviršiaus ploto:

Koeficientas y vadinamas paviršiaus įtempimo koeficientu (y > 0). Taigi paviršiaus įtempimo koeficientas yra lygus darbui, kurio reikia norint padidinti skysčio paviršiaus plotą pastovioje temperatūroje vienu vienetu.

SI, paviršiaus įtempimo koeficientas matuojamas džauliais kvadratiniam metrui (J/m2) arba niutonais vienam metrui (1 N/m = 1 J/m2).

Vadinasi, skysčio paviršinio sluoksnio molekulės turi perteklinę potencinę energiją, palyginti su skysčio viduje esančiomis molekulėmis. Skysčio paviršiaus potenciali energija Er yra proporcinga jo plotui:

vandens anomalijos tankio įtempimas

Iš mechanikos žinoma, kad sistemos pusiausvyros būsenos atitinka mažiausią jos potencialios energijos vertę. Iš to išplaukia, kad laisvas skysčio paviršius linkęs mažinti jo plotą. Dėl šios priežasties laisvas skysčio lašas įgauna sferinę formą. Skystis elgiasi taip, tarsi jėgos veiktų liestine jo paviršių, sumažindamos (susitraukdamos) šį paviršių. Šios jėgos vadinamos paviršiaus įtempimo jėgomis.

Dėl paviršiaus įtempimo jėgų skysčio paviršius atrodo kaip elastinga ištempta plėvelė, vienintelis skirtumas, kad plėvelės elastingumo jėgos priklauso nuo jos paviršiaus ploto (t. y. nuo plėvelės deformacijos), o paviršiaus įtempimo jėgos priklauso nuo jos paviršiaus ploto. nepriklauso nuo skysčių paviršiaus ploto.

Kai kurie skysčiai, pavyzdžiui, muiluotas vanduo, gali sudaryti plonas plėveles. Visi gerai žinomi muilo burbulai turi tinkamą sferinę formą – tai taip pat pasireiškia paviršiaus įtempimo jėgų veikimu. Jei į muilo tirpalą nuleistas vielinis rėmas, kurio viena iš kraštų yra judama, tai visas jis bus padengtas skysčio plėvele (3 pav.).

Paviršiaus įtempimo jėgos linkusios sutrumpinti plėvelės paviršių. Norint subalansuoti judančią rėmo pusę, jai turi būti taikoma išorinė jėga. Jei veikiant jėgai, skersinis pasislenka į Dx, tada bus atliktas darbas Davn \u003d FvnDx \u003d DEp \u003d uDS, kur ДS \u003d 2LDx yra abiejų muilo plėvelės pusių paviršiaus ploto prieaugis. Kadangi jėgų ir moduliai yra vienodi, galime rašyti:

Taigi paviršiaus įtempimo koeficientą y galima apibrėžti kaip paviršiaus įtempimo jėgos, veikiančios paviršių ribojančios linijos ilgio vienetą, modulį.

Išvada

Vanduo yra labiausiai ištirta medžiaga žemėje. Tačiau taip nėra. Pavyzdžiui, mokslininkai neseniai atrado, kad vanduo gali nešti informaciją, kuri ištrinama, jei vanduo iš pradžių užšaldomas, o paskui atšildomas. Taip pat mokslininkai negali paaiškinti fakto, kad vanduo geba suvokti muziką. Pavyzdžiui, klausantis Čaikovskio, Mocarto, Bacho ir po to sustingus susidaro taisyklingos formos kristalai, o po hardroko kažkas beformis. Tas pats pastebimas ir lyginant Motiną Teresę ir Hitlerį; žodžiai „meilė“, „viltis“ ir žodis „kvailys“. Be to, mokslininkai palygino vandens energiją ir paaiškėjo, kad vanduo iš Afrikos stalo kalnų įkraunamas daug stipriau nei vanduo iš čiaupo, o vanduo didžiuliuose buteliuose, kad ir koks švarus būtų, yra miręs. Vis dėlto, kad ir kaip paradoksalu tai būtų, degimas neįmanomas be vandens! Juk vandens yra visur ir daug ką sako. Jei pašalinsite visą vandenį iš benzino, jis visiškai nustos degti. Net pats vanduo dega! Tiesa nėra tokia aštri, bet vis tiek faktas išlieka.

Daugelis žmonių žino, kad vanduo su aliejumi gali sudaryti labai stabilų junginį, kuris netinkamas perdirbti. Tačiau Rusijos mokslininkai sugalvojo, kaip juos atskirti. Norėdami tai padaryti, alyvos substratas savaitę buvo veikiamas elektromagnetinio lauko. Ir pasibaigus jo galiojimo laikui, jis buvo padalintas į aliejų ir vandenį. Tačiau įdomiausia tai, kad lauko dažnis buvo lygus širdies biosrovių dažniui.

Hidrosfera yra Žemės vandens apvalkalas: 3/4 planetos paviršiaus padengta vandeniu.Bendras vandens atsargų tūris – 1 400 000 000 km3, iš kurių:

97% - sūrus vandenynų vanduo;

2,2% - padengti ledynus ir kalnų bei plaukiojantį ledą;

Išsamūs geologiniai matavimai parodė, kad per 80–100 milijonų metų visa žemės žemė nutekančio vandens nunešama į Pasaulio vandenyną. Šio proceso varomoji jėga – vandens ciklas gamtoje – yra vienas pagrindinių planetos procesų.

Veikiant saulės energijai, Pasaulio vandenynas per minutę išgarina apie 1 milijardą tonų vandens. Kylant į viršutinius šaltus atmosferos sluoksnius, vandens garai kondensuojasi į mikrolašelius, kurie pamažu didėja ir susidaro debesys. Vidutinis debesies gyvavimo laikas yra 8–9 dienos. Už tai

laiko vėjas gali nustumti 5-10 tūkst.km, todėl nemaža debesų dalis yra virš sausumos.

Priglobta Allbest.ru

Panašūs dokumentai

Vandens fizinės savybės, jo virimo temperatūra, ledo tirpimas. Smagūs eksperimentai su vandeniu, informatyvūs ir įdomūs faktai. Vandens paviršiaus įtempimo koeficiento, ledo tirpimo savitosios šilumos, vandens temperatūros, esant priemaišoms, matavimas.

kūrybinis darbas, pridėtas 2013-11-12


Vandens molekulių struktūrinė struktūra trijose agregacijos būsenose. Vandens atmainos, jo anomalijos, fazių transformacijos ir būsenos diagrama. Vandens ir ledo struktūros modeliai, taip pat agregatinės ledo rūšys. Ledo ir jo molekulių terminės modifikacijos.

Kursinis darbas, pridėtas 2009-12-12


Vandens struktūrinių savybių tyrimas greito peršaldymo metu. Vandens molekulinės dinamikos modeliavimo algoritmų sukūrimas remiantis modeliu mW-potencialas. Vandens garų vandens lašų paviršiaus įtempimo priklausomybės nuo temperatūros skaičiavimas.

baigiamasis darbas, pridėtas 2013-09-06


Paviršiaus įtempimo reiškinio tyrimas ir jo nustatymo metodas. Paviršiaus įtempimo koeficiento nustatymo naudojant sukimo svarstykles ypatumai. Vandens paviršiaus įtempimo koeficiento ir priemaišų įtakos jo indeksui skaičiavimas.

pristatymas, pridėtas 2016-04-01


Vandenilio jungtis vandenyje. Žemėje nėra visiškai gryno vandens, kaip pasekmė ir problemos. Vandens ir ledo tankis. Stambios, koloidinės, molekulinės, joninės priemaišos vandenyje, jų pavojus ir nuosėdų pasekmės. Vanduo yra stiprus polinis tirpiklis.

paskaita, pridėta 2013-12-10


Vandens svarba gamtoje ir žmogaus gyvenime. Jo molekulinės struktūros tyrimas. Vandens, kaip unikalios energetinės medžiagos, naudojimas šildymo sistemose, atominių elektrinių vandens reaktoriuose, garo mašinose, laivyboje ir kaip vandenilio energijos žaliava.

straipsnis, pridėtas 2011-04-01


Fizikinės ir cheminės vandens savybės. Vandens pasiskirstymas žemėje. Vanduo ir gyvi organizmai. Eksperimentinis vandens virimo laiko priklausomybės nuo jo kokybės tyrimas. Ekonomiškiausio vandens šildymo būdo nustatymas.

Kursinis darbas, pridėtas 2011-01-18


Istorinė informacija apie vandenį. Vandens ciklas gamtoje. Švietimo tipai iš skirtingų pokyčių. Vandens atsinaujinimo greitis, jo rūšys ir savybės. Vanduo kaip dipolis ir tirpiklis. Vandens klampumas, šiluminė talpa, elektrinis laidumas. Muzikos įtaka vandens kristalams.

santrauka, pridėta 2014-11-13


Tachometrinio vandens skaitiklio veikimo principas. Kolektyvinis, bendrasis ir individualus apskaitos prietaisas. Šlapio tipo vandens skaitikliai. Kaip sustabdyti, atsukti ir apgauti vandens skaitiklį. Šalto ir karšto vandens tarifai gyventojams. Vandens suvartojimo standartai.

testas, pridėtas 2017-03-17


Vandens pasiskirstymas, fizikinės charakteristikos ir savybės, jo agregacijos būsena, paviršiaus įtempis. Vandens molekulės susidarymo schema. Vandens telkinių šiluminė talpa ir jų vaidmuo gamtoje. Užšalusio vandens nuotraukos. Vaizdo lūžis jame.