I sadaļa
AKU DIZAINS ŪDENI
1. nodaļa. DAŽA INFORMĀCIJA PAR ŪDENI

Ūdens anomālijas

Ledus sastāvā dominē trihidrola molekulas, ūdens tvaiku sastāvā dominē hidrola molekulas (pie temperatūras virs 100 ° C), bet pilināmā ūdenī - hidrola, dihidrola un trihidrola maisījums, kuru attiecības mainās. ar temperatūru.

Šādas anomālijas ir saistītas ar ūdens struktūras īpatnībām:

1) ūdenim ir vislielākais blīvums pie 4 °C, temperatūrai pazeminoties līdz 0 °C vai paaugstinoties līdz 100 °C, tā blīvums samazinās;

2) ūdens tilpums sasalšanas laikā palielinās par aptuveni 10%, savukārt cietā fāze kļūst vieglāka par šķidrumu;

3) ūdenim ir augsta īpatnējā siltumietilpība, kas samazinās, paaugstinoties temperatūrai līdz 40 ° C, un pēc tam atkal palielinās;

4) ūdenim ir ļoti augsta īpatnējā iekšējā enerģija (318,8 J/kg);

5) ūdens sasalst 0 °C temperatūrā, palielinoties spiedienam, sasalšanas temperatūra samazinās un sasniedz savu minimālo vērtību (-22 °C) pie spiediena 211,5 MPa;

6) ūdenim ir vislielākais īpatnējais siltuma daudzums (2156 J/kg) 100 °C temperatūrā;

7) ūdenim ir augstākā dielektriskā konstante 20 °C temperatūrā;

8) ūdenim ir visaugstākais virsmas spraigums salīdzinājumā ar citiem šķidrumiem.

Mijiedarbojoties ar sārmiem, ūdens uzvedas kā skābe, un, mijiedarbojoties ar skābēm, tas uzvedas kā bāze. Aktīvo metālu un ūdens reakcijas laikā izdalās ūdeņradis. Ūdens izraisa apmaiņas sadalīšanās procesu (hidrolīzi), mijiedarbojoties ar dažiem sāļiem.

7. Ūdens anomālijas

Ķīmiski tīram ūdenim ir vairākas īpašības, kas to krasi atšķir no citiem dabiskajiem ķermeņiem un ķīmiskajiem analogiem (Mendeļejeva periodiskās sistēmas 6. grupas elementu hidrīdi) un no citiem šķidrumiem. Šīs īpašās īpašības ir pazīstamas kā ūdens anomālijas.

Pētot ūdeni un īpaši tā ūdens šķīdumus, zinātnieki atkal un atkal pārliecinājās, ka ūdenim piemīt nenormālas – anomālas īpašības, kas piemīt tikai viņai, Viņas Majestātei – Ūdens, kas mums deva Dzīvību un spēju domāt. Mēs pat nenojaušam, ka tik pazīstamas un dabiskas ūdens īpašības dabā, dažādās tehnoloģijās un visbeidzot arī mūsu ikdienā ir unikālas un neatkārtojamas.

Blīvums

Visai biosfērai ārkārtīgi svarīga ūdens īpašība ir tā spēja palielināt, nevis samazināt tilpumu pēc sasalšanas, t.i. samazināt blīvumu. Patiešām, jebkura šķidruma pārejas laikā uz cietu stāvokli molekulas tiek sakārtotas tuvāk viena otrai, un pati viela, samazinoties tilpumam, kļūst blīvāka. Jā, jebkuram no ļoti atšķirīgajiem šķidrumiem, bet ne ūdenim. Ūdens šeit ir izņēmums. Atdzesēts ūdens sākumā uzvedas tāpat kā citi šķidrumi: pakāpeniski kondensējoties, samazinās tā tilpums. Šo parādību var novērot līdz +3,98°C. Pēc tam, vēl vairāk pazeminoties temperatūrai līdz 0 ° C, viss ūdens sasalst un izplešas. Rezultātā ledus īpatnējais svars kļūst mazāks nekā ūdens, un ledus peld. Ja ledus nepeldētu, bet nogrimtu, tad visas ūdenstilpes (upes, ezeri, jūras) aizsaltu līdz dibenam, krasi samazinātos iztvaikošana, aizietu bojā visi saldūdens dzīvnieki un augi. Dzīve uz Zemes kļūtu neiespējama. Ūdens ir vienīgais šķidrums uz Zemes, kura ledus negrimst tāpēc, ka tā tilpums ir par 1/11 vairāk nekā ūdens tilpums.

Virsmas spraigums

Sakarā ar to, ka apaļas ūdens bumbiņas ir ļoti elastīgas, līst lietus, krīt rasa. Kas ir šis apbrīnojamais spēks, kas aiztur rasas pilienus un padara ūdens virsmas slāni jebkurā peļķē elastīgu un samērā izturīgu?

Zināms, ka, ja uz apakštasītē ielieta ūdens virsmas uzmanīgi uzliek tērauda adatu, tad adata negrimst. Bet metāla īpatnējais svars ir daudz lielāks nekā ūdens. Ūdens molekulas saista virsmas spraiguma spēks, kas ļauj tām pacelties pa kapilāriem, pārvarot gravitācijas spēku. Bez šīs ūdens īpašības dzīvība uz Zemes arī nebūtu iespējama.

Siltuma jauda

Neviena viela pasaulē neuzsūc un neizdala videi tik daudz siltuma kā ūdens. Ūdens siltumietilpība ir 10 reizes lielāka nekā tērauda un 30 reizes lielāka nekā dzīvsudrabam. Ūdens uztur zemi siltumu.

No jūru, okeānu un sauszemes virsmas gadā iztvaiko 520 000 kubikkilometru ūdens, kas, kondensējoties, izdala daudz siltuma aukstajos un polārajos reģionos.

Ūdens cilvēka organismā ir 70-90%. no ķermeņa svara. Ja ūdenim nebūtu tādas siltuma jaudas kā tagad, vielmaiņa siltasiņu un aukstasiņu organismos būtu neiespējama.

Ūdens visvieglāk uzsilst un visātrāk atdziest sava veida "temperatūras akā", kas atbilst +37°C, cilvēka ķermeņa temperatūrai.

Ir vairākas citas ūdens anomālas īpašības:

Neviens šķidrums neuzsūc gāzes tik alkatīgi kā ūdens. Bet viņa arī tos viegli sniedz. Lietus izšķīdina visas atmosfēras indīgās gāzes. Ūdens ir tā spēcīgais dabiskais filtrs, kas attīra atmosfēru no visām kaitīgajām un indīgajām gāzēm. Vēl viena pārsteidzoša ūdens īpašība izpaužas, kad tam tiek pielietots magnētiskais lauks. Ūdens, kas pakļauts magnētiskai apstrādei, maina sāļu šķīdību un ķīmisko reakciju ātrumu.

Bet apbrīnojamākā ūdens īpašība ir gandrīz universāla šķīdinātāja īpašība. Un, ja dažas vielas tajā neizšķīst, tad arī tam bija milzīga loma dzīvības evolūcijā: visticamāk, tieši primāro bioloģisko membrānu hidrofobajām īpašībām dzīvība ir parādā savu izskatu un attīstību ūdens vidē.

Ūdens zināms un nezināms. ūdens atmiņa

Broma ūdens ir piesātināts Br2 šķīdums ūdenī (3,5% no Br2 svara). Broma ūdens ir oksidētājs, bromētājs analītiskajā ķīmijā. Amonjaka ūdens - veidojas, jēlkoksa krāsns gāzei saskaroties ar ūdeni...

Ūdens kā reaģents un kā vide ķīmiskam procesam (ūdens anomālas īpašības)

Ūdens loma mūsdienu zinātnē un tehnoloģijā ir ļoti liela. Šeit ir tikai dažas no ūdens lietošanas jomām. 1. Lauksaimniecībā augu laistīšanai un dzīvnieku barošanai 2. Ķīmiskajā rūpniecībā skābju, bāzu, organisko vielu iegūšanai. 3...

Ūdens, kas dod dzīvību

Ūdens ir vissvarīgākais ķīmiskais savienojums, kas nosaka dzīvības pastāvēšanas iespējamību uz Zemes. Cilvēka dzeramā ūdens ikdienas patēriņš ir vidēji aptuveni 2 litri...

Ūdeņradis ir nākotnes degviela

Nākamā problēma, kurā bezsvara stāvoklis atkal nostiprinājās, bija degvielas šūnā izveidotā ūdens noņemšana. Ja tas netiek noņemts, tas pārklās elektrodu ar plēvi un apgrūtinās gāzes nokļūšanu tajā ...

Ūdens informatīvi strukturālā atmiņa

Ūdens molekula ir mazs dipols, kura polios ir pozitīvi un negatīvi lādiņi. Tā kā skābekļa kodola masa un lādiņš ir lielāki nekā ūdeņraža kodoliem, elektronu mākonis saraujas virzienā uz skābekļa kodolu...

Ūdens cietības noteikšana ar kompleksometrisko metodi

Tā kā kalcijs ir plaši izplatīts, tā sāļi gandrīz vienmēr ir atrodami dabiskajā ūdenī. No dabiskajiem kalcija sāļiem ūdenī nedaudz šķīst tikai ģipsis, tomēr, ja ūdens satur oglekļa dioksīdu...

Iztvaicētāja iekārtas aprēķins un izvēle

Gv nosaka pēc kondensatora siltuma bilances: Gv \u003d W3 (hbk-cvtk) / cv (tk-tn), kur hbk ir tvaika entalpija barometriskajā kondensatorā; tn = 200C - dzesēšanas ūdens sākotnējā temperatūra; Cv \u003d 4...

Dubultā apvalka iztvaicētāja iekārtas aprēķins un projektēšana

Dzesēšanas ūdens patēriņu GВ nosaka no kondensatora siltuma bilances: , kur IБК - tvaika entalpija barometriskajā kondensatorā, J?kg; tn - dzesēšanas ūdens sākotnējā temperatūra, 0С...

Sorbcijas ūdens apstrāde

Ražošanā tas tiek uzstādīts atkarībā no tehnoloģiskā procesa prasībām. Ražošanā izmantotais ūdens...

Sorbcijas ūdens apstrāde

Lai novērstu baktēriju bioloģisko piesārņojumu veidošanos siltummaiņos, kā arī cauruļvados, ieteicams periodiski veikt ūdens hlorēšanu 3-4 reizes dienā, katrs periods ilgst 40-60 minūtes...

Sorbcijas ūdens apstrāde

Viens no visizplatītākajiem ūdens kondicionēšanas veidiem ir tā mīkstināšana. Pirmā rūpnieciskā metode cietības sāļu noņemšanai bija soda-kaļķa ...

Kalcija sulfāts, kristāliskais hidrāts un bezūdens sāls

Apbrīnojama viela – ūdens

Hidroloģija ir zinātne, kas pēta dabiskos ūdeņus, to mijiedarbību ar atmosfēru un litosfēru, kā arī tajos notiekošās parādības un procesus (iztvaikošanu, sasalšanu u.c.). Hidroloģijas studiju priekšmets ir visu veidu hidrosfēras ūdeņi okeānos ...

Ūdens. Ūdens anomālās īpašības un to cēloņi

Tā kā ūdens ir universāls šķīdinātājs, ņemiet vērā ūdens īpašības. Visizplatītākā viela uz Zemes ir ϶ᴛᴏ ūdens. Gandrīz 3/4 zemes virsmas klāj ūdens. Tā ir vide, kurā dzīvajos organismos notiek ķīmiskie procesi un pati piedalās bioķīmiskajos procesos.

Ūdens ir galvenais visu dzīvības procesu katalizators. Mūsu ķermenis 65-75% sastāv no ūdens. Cilvēka ikdienas nepieciešamība pēc ūdens ir no 2 līdz 6 litriem un atkarība no tā ir daudz spēcīgāka nekā no pārtikas. Daudzi pārtikas produkti (dārzeņi, augļi, piens, gaļa) ​​ir 95-65% ūdens. Cilvēce savām vajadzībām plaši izmanto dabisko ūdeni. Galvenā ūdens daļa nokrīt uz okeāniem. Izmantošanai pieejamās saldūdens rezerves veido 0,15% no hidrosfēras tilpuma.

fizikālās īpašības. Tas ir bezkrāsains un bez smaržas šķidrums. Apsveriet fizikāli ķīmisko īpašību iezīmes ( anomālijām) ūdens.

1. Ūdenim kā šķīdinātājam ir neparasti augsta polaritāte.

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

2. Ūdenim ir anomāli augsta siltumietilpība c = 75,3 J/mol K, alkoholam ir 1,5 reizes vairāk, šajā sakarā naktī un pārejā no vasaras uz ziemu tas lēni atdziest, un reversās pārejas laikā uzsilst. augšup lēnām, t .O. temperatūras regulēšana uz zemeslodes. Kad jebkura viela, izņemot ūdeni, tiek uzkarsēta no 0 līdz 37 ° C, siltuma jauda palielinās, un ūdens siltumietilpība samazinās, pēc tam palielinās. 37 ° C temperatūrā ķermenis patērē mazāk enerģijas, lai uzturētu ķermeņa temperatūru.

3. Nenormāli augsta temperatūra Tkausēšanas = 0 o C un temperatūra Tboil = 100 o C salīdzinājumā ar analogiem.

4. Pie 0 o C ūdens sasalst. Ledus blīvums ir mazāks nekā ūdens blīvums. Tajā pašā laikā ledus tilpums palielinās par 9%.Pārējām vielām tas samazinās.

5. Ūdens blīvums, pārejot no cieta stāvokļa uz šķidru stāvokli, nevis samazinās, bet palielinās. Sildot ūdeni no 0 līdz 4 o C, palielinās arī tā blīvums. Ūdens blīvums maksimālo vērtību sasniedz pie 4 o C - ρ = 0,998 g/cm 3 .

Anomālijas ir saistītas ar ūdens molekulas uzbūvi un ūdeņraža saites veidošanos starp tām.

Ūdens molekulai ir leņķiska struktūra. Skābekļa atoms ūdens molekulā atrodas sp 3 - hibridizācijas stāvoklī. Šī iemesla dēļ saites leņķis ir tuvu tetraedriskam (109 o 28 ").

Ūdeņraža saites veidošanās noved pie molekulu asociācijas. Katrs skābekļa atoms piedalās divu ūdeņraža saišu veidošanā. Molekulas pēc kristalizācijas veido slāņus, no kuriem katrs savienojas ar trim molekulām šajā slānī un ar vienu no blakus esošajām molekulām. Tas noved pie tukšumu veidošanās.

Ledumam kūstot, tiek iznīcināta tikai daļa no ūdeņraža saitēm un ūdens tilpums samazinās. 0 o C temperatūrā ūdens satur ledus struktūras paliekas. No 0 līdz 4 o C ūdens blīvums palielinās ledus iznīcināšanas dēļ.

Ūdens lielā siltumietilpība ir izskaidrojama ar siltumu, kas nepieciešams ūdeņraža saišu pārraušanai.

Ķīmiskās īpašības. H 2 O molekula ir izturīga pret karstumu. Temperatūrā virs 1000 ° C tajā notiek termiskā disociācija, ᴛ.ᴇ. sadalīšanās

H 2 O ↔ 2 H 2 + O 2

Šis process notiek ar siltuma absorbciju.

Ūdens ir ļoti reaģējoša viela. Daudzu metālu un nemetālu oksīdi savienojas ar H2O, veidojot:

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

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

Aktīvie metāli reaģē ar ūdeni, izdalot H2.

Ūdens veido savienojumus ar vielām, kurām nav ķīmiskas aktivitātes (ksenona hidrāts - Xe 6 H 2 O). Xe aizpilda starpmolekulāro telpu H 2 O struktūrā, veidojot savienojumus, ko sauc klatrāti .

“Ūdens ir dzīvība” - mēs zinām šo apgalvojumu no bērnības, taču mēs ne vienmēr piešķiram nozīmi tam, kas mūs ieskauj, bez kā mēs nevaram iztikt.

Vai jūs zināt, kas ir "ŪDENS"?

“Ūdens, tev nav ne garšas, ne krāsas, ne smaržas, tevi nevar aprakstīt, tevi bauda, ​​nezinot, kas tu esi.”

Antuāns de Sent-Ekziperī.

Vispirms es sniegšu dažus piemērus no vēstures, lai jūs saprastu, ka šis jautājums nav tik vienkāršs!

Saskaņā ar hronikām 1472. gadā abats Čārlzs Heistings tika notverts un nopratināts saistībā ar slimības atnesšanu kādai cienījamai sievietei. Ieslodzītajam abatam katru dienu iedeva tikai gabaliņu sausas maizes un kausu ar sapuvušu, smirdīgu ūdeni. Pēc 40 dienām cietuma sargs pamanīja, ka šajā laikā mūks Kārlis ne tikai nezaudēja, bet, šķiet, ir ieguvis veselību un spēku, kas tikai pārliecināja inkvizitorus par abata saistību ar ļaunajiem gariem. Vēlāk, smagas spīdzināšanas laikā, Kārlis Heistings atzinās, ka ir lasījis lūgšanu virs sapuvušā ūdens, ko viņi viņam atnesa, pateicībā Tam Kungam par viņam nosūtītajiem pārbaudījumiem. Pēc tam ūdens kļuva mīksts pēc garšas, svaigs un caurspīdīgs.

Vēsturē ir bijuši gadījumi, kad domu ietekmē tiek mainīta ūdens struktūra. Piemēram, 1881. gada ziemā Lara bija lidojumā no Liverpūles uz Sanfrancisko. Trešajā brauciena dienā uz kuģa izcēlās ugunsgrēks. Starp tiem, kas atstāja kuģi, bija kapteinis Nīls Kerijs. Nomocītie sāka izjust slāpju sāpes, kas pieauga ar katru stundu. Tad, kad pēc mokošas klaiņošanas pa jūru viņi droši nokļuva krastā, kapteinis, cilvēks ar ļoti prātīgu attieksmi pret realitāti, ar šādiem vārdiem aprakstīja, kas viņus izglāba: “Mēs sapņojām par svaigu ūdeni. Sākām iedomāties, kā ūdens ap laivu no zilas jūras pārvēršas zaļganā saldūdenī. Es savācu spēkus un paņēmu tos. Kad es to izmēģināju, tas bija neticami."

Īsumā par ūdeni bioķīmijas ziņā

Ūdens ir visizplatītākā viela uz Zemes. Tās daudzums sasniedz 1018 tonnas, un tas aizņem aptuveni četras piektdaļas no Zemes virsmas. Ūdens klāj 70% no Zemes virsmas. Tikpat daudz (70%) no tā cilvēka organismā. Embrijs gandrīz pilnībā (95%) sastāv no ūdens, jaundzimušā ķermenī tas ir 75%. Tikai vecumdienās ūdens daudzums cilvēka organismā ir 60%.Tas ir vienīgais ķīmiskais savienojums, kas eksistē dabiskos apstākļos šķidruma, cietas (ledus) un gāzes (ūdens tvaiku) veidā. Ūdenim ir būtiska nozīme rūpniecībā un ikdienas dzīvē; tas ir absolūti nepieciešams dzīvības uzturēšanai. No 1018 tonnām ūdens uz Zemes tikai 3% ir saldūdens, no kuriem 80% nav pieejami lietošanai, jo tie ir ledus, kas veido polāros vāciņus. Saldūdens cilvēkam ir pieejams, piedaloties hidroloģiskajā ciklā jeb ūdens ciklā dabā. Ik gadu ūdens apritē tiek iesaistīti aptuveni 500 000 km 3 ūdens tā iztvaikošanas un nokrišņu lietus vai sniega veidā rezultātā. Saskaņā ar teorētiskām aplēsēm maksimālais lietošanai pieejamais saldūdens daudzums ir aptuveni 40 000 km 3 gadā. Mēs runājam par ūdeni, kas no zemes virsmas ieplūst jūrās un okeānos.

Ūdens īpašības ir unikālas. Caurspīdīgs šķidrums bez smaržas, garšas un krāsas (molekulmasa - 18,0160, blīvums - 1 g / cm 3; unikāls šķīdinātājs, kas spēj oksidēt gandrīz visus metālus un iznīcināt cietos iežus). Mēģinājumi pasniegt ūdeni kā saistītu šķidrumu ar blīvu ūdens molekulu iepakojumu, piemēram, kāda trauka bumbiņas, neatbilda elementāriem faktiskajiem datiem. Šajā gadījumā ūdens īpatnējam svaram jābūt nevis 1 g/cm 3 , bet lielākam par 1,8 g/cm 3 .

Sfēriskiem ūdens pilieniem ir vismazākā (optimālā) tilpuma virsma. Virsmas spraigums ir 72,75 dīni/cm. Ūdens īpatnējā siltumietilpība ir augstāka nekā vairumam vielu. Ūdens absorbē lielu daudzumu siltuma, bet maz uzsilst.

Otrs svarīgais pierādījums par labu ūdens molekulas īpašajai struktūrai bija tas, ka atšķirībā no citiem šķidrumiem ūdenim - tas jau bija zināms - bija spēcīgs elektriskais moments, kas veidoja tā dipola struktūru. Tāpēc nebija iespējams iedomāties ļoti spēcīga ūdens molekulas elektriskā momenta klātbūtni divu ūdeņraža atomu simetriskā struktūrā attiecībā pret skābekļa atomu, visus tajā iekļautos atomus izkārtojot taisnā līnijā, t.i. N-O-N.

Ūdens struktūra dzīvā organismā daudzējādā ziņā atgādina ledus kristāliskā režģa struktūru. Un tas tagad izskaidro kausētā ūdens unikālās īpašības, kas ilgu laiku saglabā ledus struktūru. Izkusušajam ūdenim ir daudz vieglāk nekā parasti reaģēt ar dažādām vielām, un organismam nav nepieciešams tērēt papildu enerģiju savas struktūras pārstrukturēšanai.

Šķidrā veidā blakus esošo ūdens molekulu saites veido nestabilas un īslaicīgas struktūras. Sasaldējot, katra ledus molekula ir stingri saistīta ar četrām citām.

Bioloģijas zinātņu doktors S.V.Zeņins atklāja stabilas un ilgstošas ​​ūdens kopas. Izrādījās, ka ūdens ir regulāru tilpuma struktūru hierarhija. To pamatā ir kristāliem līdzīgi veidojumi, kas sastāv no 57 molekulām. Un tas noved pie augstākas kārtas struktūru parādīšanās sešstūru formā, kas sastāv no 912 ūdens molekulām. Klasteru īpašības ir atkarīgas no skābekļa un ūdeņraža attiecības, kas izvirzīta uz virsmas. Konfigurācija reaģē uz jebkādu ārēju ietekmi un piemaisījumiem. Kulona pievilkšanās spēki darbojas starp kopu elementu virsmām. Tas ļauj uzskatīt ūdens strukturēto stāvokli par īpašu informācijas matricu.

Neatrisinātas ūdens īpašības

Ūdens vienmēr ir bijis liels cilvēka prāta noslēpums. Daudz kas mūsu prātam neaptveramā joprojām paliek ūdens īpašībās un darbībās. Vērojot plūstošo vai plūstošo ūdens straumi, cilvēks var mazināt nervu un garīgo stresu. Kas to izraisīja? Cik mēs zinām, ūdens nesatur vielas, kas varētu radīt šādu efektu. Zinātnieki apgalvo, ka ūdenim ir iespēja saņemt un pārraidīt jebkuru informāciju, saglabājot to neskartu. Pagātne, tagadne un nākotne ir izšķīdinātas ūdenī. Šīs ūdens īpašības ir plaši izmantotas un izmantotas maģijā un dziedniecībā. Līdz šim joprojām ir tautas dziednieki un dziednieki, kas “čukst ūdenī”, ar to ārstējot slimības. Plūstošais ūdens pastāvīgi paņem Kosmosa enerģiju un tīrā veidā nodod to apkārtējai zemei ​​tuvajai telpai, kur to absorbē visi plūsmas sasniedzamībā esošie dzīvie organismi, jo plūstošā ūdens veidotais biolauks nepārtraukti palielinās. dotās enerģijas dēļ. Jo ātrāk pārvietojas ūdens plūsma, jo spēcīgāks šis lauks. Šī spēka ietekmē tiek izlīdzināts dzīvo organismu enerģētiskais apvalks, noslēdzas parastajam cilvēkam neredzamās ķermeņa čaulas (auras) “sadalījumi”, ķermenis tiek izārstēts.

Anomālas ūdens īpašības

Pirmā ūdens anomālā īpašība ir viršanas temperatūras un sasalšanas punkta anomālija: Ja ūdens - skābekļa hidrīds - H 2 O būtu normāls monomolekulārs savienojums, piemēram, tā analogi Periodiskās elementu sistēmas sestajā grupā D.I. Mendeļejeva sēra hidrīds H 2 S, selēna hidrīds H 2 Se, telūra hidrīds H 2 Te, tad šķidrā stāvoklī ūdens pastāvētu robežās no mīnus 90 o C līdz mīnus 70 o C. Ar šādām ūdens īpašībām dzīvība uz Zemes nepastāvētu.

“Nenormāla” ūdens kušanas un viršanas temperatūra nebūt nav vienīgā ūdens anomālija. Visai biosfērai tas ir ārkārtīgi svarīgi ūdens iezīme ir tā spēja palielināt, nevis samazināt tilpumu, kad tas sasalst, t.i. samazināt blīvumu. Šī ir otrā ūdens anomālija, ko sauc blīvuma anomālija. G. Galileo bija pirmais, kurš pievērsa uzmanību šai īpašajai ūdens īpašībai. Jebkura šķidruma (izņemot galliju un bismutu) pārejas laikā cietā stāvoklī molekulas tiek sakārtotas ciešāk, un pati viela, samazinoties tilpumam, kļūst blīvāka. Jebkurš šķidrums, bet ne ūdens. Arī ūdens šeit ir izņēmums. Atdzesējot, ūdens sākotnēji uzvedas tāpat kā citi šķidrumi: pakāpeniski kondensējoties, samazinās tā tilpums. Šāda parādība novērojama līdz +4°С (precīzāk, līdz +3,98°С). Tieši +3,98°C temperatūrā ūdenim ir vislielākais blīvums un mazākais tilpums. Turpmāka ūdens dzesēšana pakāpeniski noved nevis pie tilpuma samazināšanās, bet gan pie palielināšanās. Šī procesa vienmērīgums pēkšņi tiek pārtraukts un pie 0°C notiek straujš apjoma pieauguma lēciens gandrīz par 10%! Tajā brīdī ūdens pārvēršas ledū. Unikālajai ūdens uzvedības iezīmei dzesēšanas un ledus veidošanās laikā ir ārkārtīgi svarīga loma dabā un dzīvē. Tieši šī ūdens īpašība pasargā visas zemes ūdenstilpes - upes, ezerus, jūras - no nepārtrauktas sasalšanas ziemā un tādējādi glābj dzīvības.

Atšķirībā no saldūdens, jūras ūdens atdzesējot uzvedas savādāk. Tas sasalst nevis 0°C, bet mīnus 1,8-2,1°C atkarībā no tajā izšķīdušo sāļu koncentrācijas. Tā maksimālais blīvums ir nevis pie + 4°C, bet pie -3,5°C. Tādējādi tas pārvēršas ledū, nesasniedzot lielāko blīvumu. Ja saldūdens tilpnēs vertikālā sajaukšanās apstājas, visai ūdens masai atdziestot līdz +4°C, tad jūras ūdenī vertikālā cirkulācija notiek pat pie temperatūras zem 0°C. Apmaiņas process starp augšējo un apakšējo slāni turpinās nepārtraukti, radot labvēlīgus apstākļus dzīvnieku un augu organismu attīstībai.

Visas ūdens termodinamiskās īpašības ievērojami vai krasi atšķiras no citām vielām.

Vissvarīgākais no tiem ir īpatnējās siltumietilpības anomālija. Anomāli augstā ūdens siltumietilpība padara jūras un okeānus par milzīgu mūsu planētas temperatūras regulētāju, kā rezultātā ziemā un vasarā, dienā un naktī nav strauja temperatūras krituma. Kontinentos, kas atrodas netālu no jūrām un okeāniem, ir maigs klimats, kur temperatūras kritumi dažādos gada laikos ir nenozīmīgi.

Spēcīgām atmosfēras straumēm, kas satur milzīgu daudzumu siltuma, kas absorbēts iztvaikošanas procesā, milzīgām okeāna straumēm ir izcila loma laika apstākļu radīšanā uz mūsu planētas.

Siltuma jaudas anomālija ir šāda:
Sildot jebkuru vielu, siltuma jauda vienmēr palielinās. Jā, jebkura viela, bet ne ūdens. Ūdens ir izņēmums, un šeit tas nepalaid garām iespēju būt oriģinālam: paaugstinoties temperatūrai, ūdens siltumietilpības izmaiņas ir anomālas; no 0 līdz 37°C tā samazinās un tikai no 37 līdz 100°C siltumietilpība visu laiku palielinās. Ja temperatūra ir tuvu 37°C, ūdens siltumietilpība ir minimāla. Tieši šīs temperatūras ir cilvēka ķermeņa temperatūras diapazons, mūsu dzīves joma. Ūdens fizika temperatūras diapazonā no 35-41°C (iespējamo, normāli notiekošo fizioloģisko procesu robežas cilvēka organismā) nosaka iespējamību sasniegt unikālu ūdens stāvokli, kad kristāliskā un tilpuma ūdens masas ir vienādas. viens otram un vienas struktūras spēja pāriet citā ir maksimāla. Šī ievērojamā ūdens īpašība nosaka vienādu atgriezenisku un neatgriezenisku bioķīmisko reakciju norises iespējamību cilvēka organismā un nodrošina to “vieglu kontroli”.

Ūdens izcilā spēja izšķīdināt jebkuras vielas ir labi zināma. Un šeit ūdens parāda šķidrumam neparastas anomālijas, un pirmkārt ūdens dielektriskās konstantes anomālijas . Tas ir saistīts ar to, ka tā dielektriskā konstante (jeb caurlaidība) ir ļoti liela un sastāda 81, savukārt citiem šķidrumiem tā nepārsniedz 10. Saskaņā ar Kulona likumu divu lādētu daļiņu mijiedarbības spēks ūdenī būs 81 reizi mazāk nekā, piemēram, gaisā, kur šis raksturlielums ir vienāds ar vienu. Šajā gadījumā intramolekulāro saišu stiprums samazinās par 81 reizi, un termiskās kustības ietekmē molekulas disociējas, veidojot jonus. Jāņem vērā, ka, pateicoties izcilajai spējai izšķīdināt citas vielas, ūdens nekad nav pilnīgi tīrs.

Jāpiemin vēl viena pārsteidzoša ūdens anomālija - īpaši augsts virsmas spraigums. No visiem zināmajiem šķidrumiem tikai dzīvsudrabam ir augstāks virsmas spraigums. Šī īpašība izpaužas faktā, ka ūdenim vienmēr ir tendence samazināt savu virsmu. Ūdens ārējā (virsmas) slāņa nekompensēti starpmolekulārie spēki, ko izraisa kvantu mehāniskie faktori, veido ārējo elastīgo plēvi. Pateicoties plēvei, daudzi priekšmeti, kas ir smagāki par ūdeni, netiek iegremdēti ūdenī. Ja, piemēram, tērauda adatu uzmanīgi novieto uz ūdens virsmas, adata negrimst. Bet tērauda īpatnējais svars ir gandrīz astoņas reizes lielāks nekā ūdens. Ikviens zina ūdens lāses formu. Augstais virsmas spraigums ļauj ūdenim būt sfēriskam brīvā kritienā.

Virsmas spraigums un mitrināšana ir ūdens un ūdens šķīdumu īpašo īpašību pamatā, ko sauc par kapilaritāti. Kapilaritātei ir liela nozīme augu un dzīvnieku pasaules dzīvē, dabisko minerālu struktūru veidošanā un zemes auglībā. Kanālos, kas ir daudzkārt šaurāki par cilvēka matu, ūdens iegūst pārsteidzošas īpašības. Tas kļūst viskozāks, sablīvē 1,5 reizes un sasalst pie mīnus 80-70°C.

Kapilārā ūdens superabnormalitātes iemesls ir starpmolekulārā mijiedarbība, kuras noslēpumi joprojām ir tālu no atklātības.

Zinātnieki un eksperti zina t.s poru ūdens . Plānākās plēves veidā tā pārklāj zemes garozas iežu un minerālu un citu dzīvās un nedzīvās dabas objektu poru un mikrodobumu virsmu. Saistīts starpmolekulāriem spēkiem ar citu ķermeņu virsmu, šim ūdenim, tāpat kā kapilāram ūdenim, ir īpaša struktūra.

Tādējādi ūdens anomālajām un specifiskajām īpašībām ir galvenā loma tā daudzveidīgajā mijiedarbībā ar dzīvo un nedzīvu dabu. Visas šīs neparastās ūdens īpašību iezīmes ir tik “paveicies” visām dzīvajām būtnēm, kas padara ūdeni par neaizstājamu pamatu dzīvības pastāvēšanai uz Zemes.

Nosūtiet savu labo darbu zināšanu bāzē ir vienkārši. Izmantojiet zemāk esošo veidlapu

Studenti, maģistranti, jaunie zinātnieki, kuri izmanto zināšanu bāzi savās studijās un darbā, būs jums ļoti pateicīgi.

Publicēts http://www.allbest.ru//

Publicēts http://www.allbest.ru//

Ievads

Ūdens mūsu dzīvē ir visizplatītākā un visizplatītākā viela. Tomēr no zinātniskā viedokļa šis ir visneparastākais, noslēpumainākais šķidrums. Varbūt tikai šķidrais hēlijs var ar to konkurēt. Bet neparastas šķidrā hēlija īpašības (piemēram, superfluiditāte) parādās ļoti zemā temperatūrā (tuvu absolūtajai nullei), un tās ir saistītas ar īpašiem kvantu likumiem. Tāpēc šķidrais hēlijs ir eksotiska viela. Ūdens mūsu prātos ir visu šķidrumu prototips, un tas ir vēl pārsteidzošāk, ja mēs to saucam par visneparastāko. Bet kāda ir ūdens neparastība? Fakts ir tāds, ka ir grūti nosaukt kādu no tā īpašībām, kas nebūtu anomālas, tas ir, tā uzvedība (atkarībā no temperatūras, spiediena un citiem faktoriem) būtiski atšķiras no lielākās daļas citu šķidrumu, kuros tas ir. šī uzvedība ir līdzīga.un to var izskaidrot ar vispārīgākajiem fiziskajiem principiem. Pie šādiem parastajiem, parastajiem šķidrumiem pieder, piemēram, kausēti metāli, sašķidrinātas cēlgāzes (izņemot hēliju), organiskie šķidrumi (benzīns, kas ir to maisījums, vai spirti). Ūdenim ir ārkārtīgi liela nozīme lielākajā daļā ķīmisko reakciju, jo īpaši bioķīmiskās. Senā alķīmiķu nostāja - "ķermeņi nedarbojas, kamēr tie nav izšķīdināti" - lielā mērā atbilst patiesībai. Cilvēks un dzīvnieki var sintezēt primāro (“juvenīlo”) ūdeni savos ķermeņos, veidot to pārtikas produktu un pašu audu sadegšanas laikā. Piemēram, kamielim kuprī esošie tauki, oksidējoties, var dot 40 litrus ūdens. Saikne starp ūdeni un dzīvību ir tik liela, ka tā pat ļāva V. I. Vernadskim "uzskatīt dzīvību par īpašu koloidālu ūdens sistēmu ... kā īpašu dabisko ūdeņu valstību". Ūdens ir pazīstama un neparasta viela. Pazīstamais padomju zinātnieks akadēmiķis I. V. Petrjanovs savu populārzinātnisko grāmatu par ūdeni nosauca par “Visneparastāko vielu pasaulē”. Un bioloģijas zinātņu doktors B.F.Sergejevs savu grāmatu "Izklaidējošā fizioloģija" sāka ar nodaļu par ūdeni - "Viela, kas radīja mūsu planētu". Zinātniekiem ir taisnība: uz Zemes nav vielas, kas mums būtu svarīgāka par parasto ūdeni, un tajā pašā laikā nav arī citas līdzīgas vielas, kuras īpašībās būtu tik daudz pretrunu un anomāliju kā īpašībās.

blīvuma anomālija

Blīvuma anomālija, kas sastāv no tā, ka ledus blīvums ir mazāks nekā šķidram ūdenim, un blīvuma maksimums aptuveni 4 C temperatūrā, ir izskaidrojama ar ūdens iekšējo struktūru. Ledumam kūstot, tiek izjaukta tā regulārā struktūra un daļa kompleksu tiek iznīcināti. Ūdenī kopā ar apgabaliem, kuru struktūra ir līdzīga ledus kristāliskajam režģim, parādās atsevišķas molekulas. Parastās struktūras pārkāpumu pavada blīvuma palielināšanās un tilpuma samazināšanās, jo atsevišķas ūdens molekulas aizpilda dobumus, kas ir saglabājušies apgabalos ar ledus līdzīgu struktūru. Temperatūrai paaugstinoties, iedarbojas divi faktori: termiskā izplešanās un regulārās ledus struktūras traucējumi. Termiskā izplešanās, ko pavada neliels tilpuma pieaugums, ir saistīta ar molekulu izkārtojuma sakārtotības samazināšanos. 4 C temperatūrā šie divi faktori ir identiski absolūtā vērtībā, bet pretēji darbības virzienam. Ar turpmāku temperatūras paaugstināšanos otrā faktora ietekme samazinās, termiskās izplešanās efekts ir izteiktāks, un ūdens blīvums samazinās.

Ūdens blīvuma anomālijai ir liela ietekme uz planētas klimatu, kā arī uz dzīvnieku un augu dzīvi. Kad upju, ezeru un jūru ūdens atdziest zem 4, tas kļūst gaišāks un neiet uz dibenu, bet paliek uz virsmas, kur sasalst. Šajā temperatūrā dzīvība ir iespējama. Ja ledus blīvums būtu lielāks par ūdens blīvumu, tad ledus veidošanās laikā tas nonāktu dibenā un okeāni pilnībā sasaltu, jo siltajā laikā no Saules saņemtā siltuma nebūtu pietiekami, lai tos atkausētu.

Ūdens blīvuma anomālijai ir liela nozīme aizsalstošo ūdenstilpņu dzīvo radību dzīvē. Ūdens virsmas slāņi temperatūrā, kas zemāka par 4 C, negrimst apakšā, jo atdzesējot tie kļūst vieglāki. Līdz ar to augšējie ūdens slāņi var sastingt, savukārt ūdenstilpju dzīlēs saglabājas 4 °C temperatūra. Šādos apstākļos dzīve turpinās.

Tāpēc viņi mēģina izskaidrot blīvuma anomāliju ar lielāko dihidrolūdens blīvumu.

Kas izskaidro ūdens blīvuma anomāliju.

Viens no ūdens blīvuma anomālijas skaidrojumiem ir tas, ka tā tiek attiecināta uz tendenci uz tās molekulām, kas veido dažādas grupas [Н2О, (Н2О) 2, (Н2О) 3], kuru īpatnējais tilpums

ir atšķirīgs dažādās temperatūrās, arī šo grupu koncentrācijas ir atšķirīgas, tāpēc arī to kopējais īpatnējais tilpums ir atšķirīgs.

Pirmais no tiem nozīmē, ka blīvuma anomālijas kustības dēļ nerada siltuma plūsmu caur apakšējo grēdu. Pie augšējās robežas ir norādīts blīvums, un krastā (x 0) horizontālās siltuma plūsmas normālā sastāvdaļa tiek pieņemta kā nulle. Ātrumiem un un un krastā jāizzūd necaurlaidības un neslīdēšanas apstākļu dēļ. Tomēr hidrostatikas aproksimācija tik ļoti vienkāršo dinamiku, ka neslīdēšanas nosacījums un; nevar izpildīt.

Terciārajiem un sekundārajiem spirtiem ir raksturīga tvaika blīvuma anomālija augstās temperatūrās (noteikšana pēc B. Terciārie spirti (līdz Cj2) naftalīna (218e) viršanas temperatūrā dod tikai pusi no molekulmasas, jo tie sadalās ūdenī. un alkilēni; sekundārajiem spirtiem (līdz C9) ir tāda pati anomālija, bet.

Darba pozitīvā zīme saistāma ar ūdens blīvuma anomāliju.

Ja, kā apgalvo Grebe, Svētās Klēras Devilas darbs, no vienas puses, palīdzēja izskaidrot novērotās tvaiku blīvuma anomālijas un tādējādi, kaut arī netieši, apstiprināja Avogadro teoriju, tad, no otras puses,

No otras puses, šie darbi kalpoja kā stimuls ķīmiskās afinitātes izpētei, jo tie palīdzēja noskaidrot noteiktu reakciju būtību.

Ūdenim vienādojums (64) sniedz pareizus rezultātus līdz temperatūrai 4, jo ir zināms, ka tam ir blīvuma anomālija. Pie 4 ūdens blīvums ir visaugstākais, zem 4 tiek novērots komplekss blīvuma sadalījums, kas šajā vienādojumā netiek ņemts vērā.

Saskaņā ar (8.3.56) parametrs X ir attiecības (L/LH) 2 mērs, un nevienādība (8.3.19 a) vienkārši nozīmē, ka spiediena radītās blīvuma anomālijas ir sajauktas nelielā mērogā, salīdzinot. uz L.

Galvenās noslāņošanās klātbūtnē bīdes vēja sprieguma pozitīvā izliekums un ar to saistītā vertikālā kustība iekšējā reģionā rada pozitīvu blīvuma anomāliju visā šajā reģionā, kam pievieno blīvuma anomāliju, ko rada siltuma pieplūde uz virsmas. .

Ja saites daudzskaldņu iekšienē ir daudz stiprākas nekā starp daudzskaldņiem, tad tikai šie pēdējie būs nesakārtoti kausējumā, tā ka kausē pastāvēs vienības daudzskaldņu formā. Šķiet, ka dažas blīvuma anomālijas šķidrajos Al-Fe sakausējumos apstiprina šo hipotēzi.

Problēmas formulējums šāda pamatstāvokļa stabilitātei tiks dots zonālas plūsmas gadījumam atmosfērā. Okeāna gadījumu var uzskatīt par īpašu atmosfēras problēmas gadījumu visā, kas attiecas uz problēmas formulēšanu, un to iegūst, vienkārši aizstājot standarta blīvuma profilu ps (z) ar nemainīgu blīvuma vērtību un aizstājot atmosfēras profilu. iespējamā temperatūras anomālija okeāna blīvuma anomālijā, kas ņemta ar mīnusa zīmi.

Spiediena palielināšanās novirza maksimālo ūdens blīvumu uz zemāku temperatūru. Tādējādi pie 50 atm maksimālais blīvums tiek novērots pie 0 C. Virs 2000 atm ūdens blīvuma anomālija pazūd.

Tādējādi plašā temperatūras diapazonā enerģētiski stabilākais ūdeņraža un skābekļa savienojums ir ūdens. Tas veido okeānus, jūras, ledu, tvaiku un miglu uz Zemes, lielos daudzumos ir atrodams atmosfērā, un iežu slāņos ūdeni attēlo kapilāru un kristālisku hidrātu formas. Šāda izplatība un neparastas īpašības (ūdens un ledus blīvuma anomālija, molekulu polaritāte, spēja elektrolītiski disociēties, veidot hidrātus, šķīdumus utt.)

padarīt ūdeni par aktīvu ķīmisku līdzekli, saistībā ar kuru parasti tiek ņemtas vērā daudzu citu savienojumu īpašības.

Karsējot, šķidrumiem ir tendence manāmi izplesties. Dažām vielām (piemēram, ūdenim) izobariskā izplešanās koeficienta vērtībās ir raksturīga anomālija. Pie augstāka spiediena maksimālais blīvums (minimālais īpatnējais tilpums) nobīdās uz zemāku temperatūru, un pie spiediena virs 23 MPa pazūd blīvuma anomālija ūdens tuvumā.

Šis aprēķins ir iepriecinošs, jo Ba labi sakrīt ar novēroto termoklīna dziļumu, kas svārstās no 800 m vidējos platuma grādos līdz 200 m tropiskajās un polārajās zonās. Tā kā dziļums 50 ir daudz mazāks par okeāna dziļumu, šķiet saprātīgi uzskatīt termoklīnu par robežslāni; saskaņā ar to, nosakot robežnosacījumu pie apakšējās robežas, varam pieņemt, ka temperatūrai dziļumos, kas ir lielāki par BO, ir asimptotiski tendence uz kādu horizontāli viendabīgu sadalījumu. Tā kā skala r jau ir vienāda ar D, ir ērti pārnest izcelsmi uz virsmu un mērīt r no okeāna virsmas. Tādējādi pie z - - blīvuma anomālijai vajadzētu samazināties un tai jātiecas uz vēl nezināmu asimptotisko vērtību, tāpat kā vertikālo ātrumu, kas izveidots pie Ekmana slāņa apakšējās robežas, nevar noteikt a priori.

Pastāvīgais UE jānosaka pēc apstākļiem kalnā. Hidrostatiskajā slānī vertikālās kustības radīto lielo blīvuma gradientu (La S / E) dēļ ux ir daudz lielāks par vj. Tajā pašā laikā v ir jāizpilda neslīdēšanas nosacījums kā f x 0. Vn ir vienāds ar nulli un attiecīgi ar sevi. Šī grūtība tiek atrisināta, ja atceramies, ka iekšējā reģionā blīvuma vertikālā sajaukšanās līdzsvaro vertikālās kustības efektu, savukārt hidrostatiskajā slānī vertikālās kustības radītā blīvuma anomālija tiek līdzsvarota tikai ar horizontālās sajaukšanās efektu. Tādējādi starp iekšējo reģionu un hidrostatisko slāni ir jābūt starpreģionam, kurā vertikālā un horizontālā difūzija ir vienlīdz svarīgas. Kā redzams (8.3.20), šim laukumam ir horizontāla skala Lff, tātad, aprēķināts ar šo skalu A ir vienāds ar vienu.

Kā zināms, ūdens, sildot no nulles temperatūras, saraujas, sasniedzot mazāko tilpumu un attiecīgi arī lielāko blīvumu 4 C temperatūrā. Teksasas universitātes pētnieki piedāvāja skaidrojumu, kurā ņemta vērā ne tikai tuvākās ūdens molekulas, bet arī attālākas. Visās 10 zināmajās ledus formās un ūdenī tuvāko molekulu mijiedarbība notiek vienādi. Situācija atšķiras ar attālāku molekulu mijiedarbību. Šķidrajā fāzē temperatūras diapazonā, kur ir blīvuma anomālija, stāvoklis ar lielāku blīvumu ir stabilāks. Zinātnieku aprēķinātā blīvuma un temperatūras līkne ir līdzīga tai, kas novērota ūdenim.

Tīrs ūdens ir dzidrs un bezkrāsains. Tam nav ne smaržas, ne garšas. Ūdenim garšu un smaržu piešķir tajā izšķīdinātie piemaisījumi. Daudzas fizikālās īpašības un to izmaiņu raksturs tīrā ūdenī ir anomāli. Tas attiecas uz šo procesu kušanas un viršanas punktiem, entalpijām un entropijām. Arī ūdens blīvuma temperatūras svārstības ir anomālas. Ūdens maksimālais blīvums ir 4 C. Virs un zem šīs temperatūras ūdens blīvums samazinās. Sacietēšanas laikā notiek tālāka strauja blīvuma samazināšanās, tāpēc ledus tilpums ir par 10% lielāks nekā ūdens tilpums, kas vienāds ar masu vienā un tajā pašā temperatūrā. Visas šīs anomālijas ir izskaidrojamas ar strukturālām izmaiņām ūdenī, kas saistītas ar starpmolekulāro ūdeņraža saišu veidošanos un iznīcināšanu ar temperatūras izmaiņām un fāzu pārejām. Ūdens blīvuma anomālijai ir liela nozīme aizsalstošo ūdenstilpņu dzīvo radību dzīvē. Ūdens virszemes slāņi temperatūrā, kas zemāka par 4 C, negrimst apakšā, jo atdziestot tie kļūst gaišāki. Tāpēc ūdens augšējie slāņi var sastingt, savukārt ūdenskrātuvju dzīlēs saglabājas temperatūra 4 C. Šādos apstākļos dzīvība turpinās.

Šķidrumu īpašības. Virsmas spraigums

Vielas molekulas šķidrā stāvoklī atrodas gandrīz tuvu viena otrai. Atšķirībā no cietajiem kristāliskajiem ķermeņiem, kuros molekulas veido sakārtotas struktūras visā kristāla tilpumā un var veikt termiskās vibrācijas ap fiksētiem centriem, šķidrām molekulām ir lielāka brīvība. Katra šķidruma molekula, kā arī cietā ķermenī, no visām pusēm ir “saspiesta” ar blakus esošajām molekulām un veic termiskās vibrācijas ap noteiktu līdzsvara stāvokli. Tomēr laiku pa laikam jebkura molekula var pārvietoties uz tuvējo vakanci. Šādi lēcieni šķidrumos notiek diezgan bieži; tāpēc molekulas nav piesaistītas noteiktiem centriem, kā tas ir kristālos, un var pārvietoties pa visu šķidruma tilpumu. Tas izskaidro šķidrumu plūstamību. Pateicoties spēcīgai mijiedarbībai starp cieši izvietotām molekulām, tās var veidot lokālas (nestabilas) sakārtotas grupas, kas satur vairākas molekulas. Šo parādību sauc par īstermiņa pasūtījumu (1. att.)

H2O ūdens molekula sastāv no viena skābekļa atoma un diviem ūdeņraža atomiem, kas atrodas 104° leņķī. Vidējais attālums starp tvaiku molekulām ir desmit reizes lielāks nekā vidējais attālums starp ūdens molekulām. Pateicoties blīvajam molekulu iepakojumam, šķidrumu saspiežamība, t.i., tilpuma izmaiņas, mainoties spiedienam, ir ļoti maza; tas ir desmitiem un simtiem tūkstošu reižu mazāks nekā gāzēs. Piemēram, lai mainītu ūdens tilpumu par 1%, spiediens jāpalielina apmēram 200 reizes. Šāds spiediena pieaugums salīdzinājumā ar atmosfēras spiedienu tiek sasniegts aptuveni 2 km dziļumā.

Šķidrumi, tāpat kā cietas vielas, maina savu tilpumu, mainoties temperatūrai. Ne pārāk lieliem temperatūras intervāliem relatīvās tilpuma izmaiņas DV / V0 ir proporcionālas temperatūras izmaiņām DT:

Koeficientu in sauc par tilpuma izplešanās temperatūras koeficientu. Šķidrumiem šis koeficients ir desmit reizes lielāks nekā cietām vielām. Ūdenī, piemēram, 20 ° C temperatūrā in? 2 10-4 K-1, tēraudam vst? 3.6 10-5 K-1, kvarca stiklam vkv? 9 10-6 K-1.

ir interesanta un svarīga anomālija dzīvībai uz Zemes. Temperatūrā zem 4°C ūdens izplešas, temperatūrai pazeminoties (in< 0). Максимум плотности св = 103 кг/м3 вода имеет при температуре 4 °С.

Visinteresantākā šķidrumu īpašība ir brīvas virsmas klātbūtne. Šķidrums, atšķirībā no gāzēm, neaizpilda visu trauka tilpumu, kurā tas tiek ielejams. Starp šķidrumu un gāzi (vai tvaiku) veidojas saskarne, kas atrodas īpašos apstākļos salīdzinājumā ar pārējo šķidruma masu. Šķidruma robežslāņa molekulas, atšķirībā no molekulām tā dziļumā, nav ieskautas ar citām viena un tā paša šķidruma molekulām no visām pusēm. Starpmolekulārās mijiedarbības spēki, kas iedarbojas uz vienu no šķidruma iekšpusē esošajām molekulām no blakus esošajām molekulām, vidēji tiek savstarpēji kompensēti. Jebkuru robežslāņa molekulu piesaista šķidruma iekšpusē esošās molekulas (var neņemt vērā spēkus, kas iedarbojas uz konkrēto šķidruma molekulu no gāzes (vai tvaiku) molekulām). Rezultātā parādās zināms spēks, kas tiek virzīts dziļi šķidrumā. Virsmas molekulas šķidrumā ievelk starpmolekulārās pievilkšanās spēki. Bet visām molekulām, ieskaitot robežslāņa molekulas, jābūt līdzsvara stāvoklī. Šis līdzsvars tiek sasniegts, pateicoties zināmam attālumam starp virsmas slāņa molekulām un to tuvākajiem kaimiņiem šķidruma iekšpusē. Kā redzams no att. 1, samazinoties attālumam starp molekulām, rodas atgrūšanas spēki. Ja vidējais attālums starp molekulām šķidruma iekšpusē ir vienāds ar r0, tad virsmas slāņa molekulas ir nedaudz blīvāk iepakotas, un tāpēc tām ir papildu potenciālās enerģijas rezerve salīdzinājumā ar iekšējām molekulām (sk. 2. att.). Jāpatur prātā, ka ārkārtīgi zemās saspiežamības dēļ blīvāk iesaiņota virsmas slāņa klātbūtne neizraisa nekādas ievērojamas šķidruma tilpuma izmaiņas. Ja molekula pārvietojas no virsmas šķidrumā, starpmolekulārās mijiedarbības spēki veiks pozitīvu darbu. Gluži pretēji, lai izvilktu noteiktu skaitu molekulu no šķidruma dziļuma uz virsmu (t.i., palielinātu šķidruma virsmas laukumu), ārējiem spēkiem ir jāveic pozitīvs darbs DAext, kas ir proporcionāls izmaiņām DS virsmas laukums:

Koeficientu y sauc par virsmas spraiguma koeficientu (y > 0). Tādējādi virsmas spraiguma koeficients ir vienāds ar darbu, kas nepieciešams, lai palielinātu šķidruma virsmas laukumu nemainīgā temperatūrā par vienu vienību.

SI, virsmas spraiguma koeficientu mēra džoulos uz kvadrātmetru (J/m2) vai ņūtonos uz metru (1 N/m = 1 J/m2).

Līdz ar to šķidruma virsmas slāņa molekulām ir pārmērīga potenciālā enerģija, salīdzinot ar molekulām šķidruma iekšpusē. Šķidruma virsmas potenciālā enerģija Er ir proporcionāla tās laukumam:

ūdens anomālijas blīvuma spriegums

No mehānikas ir zināms, ka sistēmas līdzsvara stāvokļi atbilst tās potenciālās enerģijas minimālajai vērtībai. No tā izriet, ka šķidruma brīvajai virsmai ir tendence samazināt savu laukumu. Šī iemesla dēļ brīvs šķidruma piliens iegūst sfērisku formu. Šķidrums uzvedas tā, it kā spēki iedarbotos tangenciāli uz tā virsmu, samazinot (savelkot) šo virsmu. Šos spēkus sauc par virsmas spraiguma spēkiem.

Virsmas spraiguma spēku klātbūtne liek šķidruma virsmai izskatīties kā elastīgai izstieptai plēvei, ar vienīgo atšķirību, ka elastīgie spēki plēvē ir atkarīgi no tās virsmas laukuma (t.i., no tā, kā plēve tiek deformēta), bet virsmas spraiguma spēki ir atkarīgi no tās virsmas laukuma. nav atkarīgs no šķidruma virsmas laukuma.

Daži šķidrumi, piemēram, ziepjūdens, spēj veidot plānas kārtiņas. Visiem labi zināmajiem ziepju burbuļiem ir pareiza sfēriska forma - tas arī izpaužas virsmas spraiguma spēku darbībā. Ja ziepju šķīdumā ir nolaists stieples rāmis, kura viena no malām ir kustīga, tad tas viss tiks pārklāts ar šķidruma plēvi (3. att.).

Virsmas spraiguma spēki mēdz saīsināt plēves virsmu. Lai līdzsvarotu rāmja kustīgo pusi, tai jāpieliek ārējs spēks. Ja spēka iedarbībā šķērsstienis virzās uz Dx, tad darbs tiks veikts Davn \u003d FvnDx \u003d DEp \u003d uDS, kur ДS \u003d 2LDx ir ziepju plēves abu pušu virsmas laukuma pieaugums. Tā kā spēku un moduļi ir vienādi, mēs varam rakstīt:

Tādējādi virsmas spraiguma koeficientu y var definēt kā virsmas spraiguma spēka moduli, kas iedarbojas uz virsmu ierobežojošās līnijas garuma vienību.

Secinājums

Ūdens ir visvairāk pētīta viela uz Zemes. Bet tas tā nav. Piemēram, zinātnieki nesen atklāja, ka ūdens spēj pārnēsāt informāciju, kas tiek izdzēsta, ja ūdens vispirms tiek sasaldēts un pēc tam atkausēts. Tāpat zinātnieki nevar izskaidrot faktu, ka ūdens spēj uztvert mūziku. Piemēram, klausoties Čaikovski, Mocartu, Bahu un pēc tam sasalstot, veidojas pareizas formas kristāli, un pēc hārdroka kaut kas bezveidīgs. Tas pats ir novērojams, salīdzinot māti Terēzi un Hitleru; vārdi "mīlestība", "cerība" un vārds "muļķis". Turklāt zinātnieki salīdzināja ūdens enerģiju, un izrādījās, ka ūdens no Āfrikas galda kalniem tiek uzlādēts daudz spēcīgāk nekā krāna ūdens, un ūdens milzīgās pudelēs, lai cik tīrs būtu, ir miris. Tomēr, lai cik paradoksāli tas būtu, sadegšana nav iespējama bez ūdens! Galu galā ūdens ir atrodams visur, un tas daudz saka. Ja no benzīna noņemsit visu ūdeni, tas pilnībā pārtrauks degt. Pat ūdens pats deg! Patiesība nav tik intensīva, bet tomēr fakts paliek fakts.

Daudzi cilvēki zina, ka ūdens ar eļļu var izveidot ļoti stabilu savienojumu, kas nav piemērots apstrādei. Taču krievu zinātnieki ir izdomājuši veidu, kā tās atdalīt. Lai to izdarītu, eļļas substrāts nedēļu tika pakļauts elektromagnētiskajam laukam. Un pēc derīguma termiņa beigām tas tika sadalīts eļļā un ūdenī. Bet pats interesantākais ir tas, ka lauka frekvence bija vienāda ar sirds biostrāvu frekvenci.

Hidrosfēra ir Zemes ūdens apvalks: 3/4 planētas virsmas klāj ūdens.Kopējais ūdens rezervju apjoms ir 1 400 000 000 km3, no kuriem:

97% - okeānu sālsūdens;

2,2% - pārklāj ledājus un kalnu un peldošo ledu;

Detalizēti ģeoloģiskie mērījumi ir parādījuši, ka 80-100 miljonu gadu laikā visa zemes zeme tiek aiznesta ar ūdens noteci Pasaules okeānā. Šī procesa virzītājspēks – ūdens cikls dabā – ir viens no galvenajiem planētu procesiem.

Reibumā saules enerģija Pasaules okeāns minūtē iztvaiko apmēram 1 miljardu tonnu ūdens. Paceļoties atmosfēras augšējos aukstajos slāņos, ūdens tvaiki kondensējas mikropilienos, kas pamazām kļūst lielāki un veido mākoņus. Vidējais mākoņa kalpošanas laiks ir 8-9 dienas. Par to

laika vējš to var pārvietot 5-10 tūkstošus km, tāpēc ievērojama mākoņu daļa atrodas virs sauszemes.

Mitināts vietnē Allbest.ru

Līdzīgi dokumenti

Ūdens fizikālās īpašības, tā viršanas temperatūra, ledus kušana. Izklaidējoši eksperimenti ar ūdeni, informatīvi un Interesanti fakti. Ūdens virsmas spraiguma koeficienta, ledus kušanas īpatnējā siltuma, ūdens temperatūras mērīšana piemaisījumu klātbūtnē.

radošais darbs, pievienots 12.11.2013


Ūdens molekulu strukturālā struktūra tās trīs agregācijas stāvokļos. Ūdens šķirnes, tā anomālijas, fāzu pārvērtības un stāvokļu diagramma. Ūdens un ledus struktūras modeļi, kā arī ledus kopējie veidi. Ledus un tā molekulu termiskās modifikācijas.

kursa darbs, pievienots 12.12.2009


Ūdens strukturālo īpašību izpēte ātras pārdzesēšanas laikā. Algoritmu izstrāde ūdens molekulārās dinamikas modelēšanai, pamatojoties uz modeli mW-potenciāls. Ūdens tvaiku ūdens pilienu virsmas spraiguma temperatūras atkarības aprēķins.

diplomdarbs, pievienots 06.09.2013


Virsmas spraiguma fenomena izpēte un noteikšanas metode. Virsmas spraiguma koeficienta noteikšanas pazīmes, izmantojot vērpes svarus. Ūdens virsmas spraiguma koeficienta un piemaisījumu ietekmes uz tā indeksu aprēķins.

prezentācija, pievienota 01.04.2016


Ūdeņraža saite ūdenī. Uz Zemes nav absolūti tīra ūdens kā sekas un problēma. Ūdens un ledus blīvums. Rupji, koloidāli, molekulāri, jonu piemaisījumi ūdenī, to bīstamība un nosēdumu sekas. Ūdens ir spēcīgs polārs šķīdinātājs.

lekcija, pievienota 10.12.2013


Ūdens nozīme dabā un cilvēka dzīvē. Tās molekulārās struktūras izpēte. Ūdens kā unikālas enerģētiskās vielas izmantošana apkures sistēmās, atomelektrostaciju ūdens reaktoros, tvaika dzinējos, kuģniecībā un kā izejvielu ūdeņraža enerģijā.

raksts, pievienots 01.04.2011


Ūdens fizikālās un ķīmiskās īpašības. Ūdens sadalījums uz zemes. Ūdens un dzīvie organismi. Eksperimentāls pētījums par ūdens viršanas laika atkarību no tā kvalitātes. Rentablākā ūdens sildīšanas veida noteikšana.

kursa darbs, pievienots 18.01.2011


Vēsturiskā informācija par ūdeni. Ūdens cikls dabā. Izglītības veidi no dažādām izmaiņām. Ūdens atjaunošanas ātrums, tā veidi un īpašības. Ūdens kā dipols un šķīdinātājs. Ūdens viskozitāte, siltumietilpība, elektrovadītspēja. Mūzikas ietekme uz ūdens kristāliem.

abstrakts, pievienots 13.11.2014


Tahometriskā ūdens skaitītāja darbības princips. Kolektīvā, vispārējā un individuālā mērierīce. Mitrā tipa ūdens skaitītāji. Kā apturēt, attīt un maldināt ūdens skaitītāju. Aukstā un karstā ūdens tarifi iedzīvotājiem. Ūdens patēriņa normas.

tests, pievienots 17.03.2017


Ūdens izplatība, fizikālās īpašības un īpašības, tā agregācijas stāvoklis, virsmas spraigums. Ūdens molekulas veidošanās shēma. Ūdenstilpju siltumietilpība un to nozīme dabā. Fotogrāfijas ar sasalušu ūdeni. Attēla laušana tajā.