Vesi on ebatavaline aine, mis väärib üksikasjalikku uurimist. Nõukogude akadeemik I. V. Petrjanov kirjutas sellest hämmastavast ainest raamatu "Maailma kõige ebatavalisem aine". Millised kõrvalekalded vee füüsikalistes omadustes pakuvad erilist huvi? Otsime koos sellele küsimusele vastust.
Huvitavaid fakte
Mõtleme harva sõna "vesi" tähendusele. Meie planeedil hõivavad üle 70% kogu pindalast jõed ja järved, mered ja ookeanid, jäämäed, liustikud, sood, lumi mägede tippudel, aga ka igikelts. Vaatamata nii suurele veekogusele on ainult 1% joodav.
Bioloogiline tähtsus
Inimese keha koosneb 70–80% ulatuses veest. See aine tagab kõigi elutähtsate protsesside voolu, eriti tänu sellele eemaldatakse sellest toksiinid, taastatakse rakud. Vee põhifunktsioon elusrakuson struktuurne ja energeetiline, selle kvantitatiivse sisalduse vähenemisega inimkehas see "tõmbub kokku".
Elusorganismis pole sellist süsteemi, mis toimiks ilma H2Ota. Vaatamata vee anomaaliatele on see standard soojushulga, massi, temperatuuri ja kõrguse määramisel.
Põhimõisted
H2O - vesinikoksiid, mis sisaldab massi järgi 11,19% vesinikku, 88,81% hapnikku. See on värvitu vedelik, millel pole lõhna ega maitset. Vesi on tööstusprotsesside oluline komponent.
Esimest korda sünteesis selle aine 18. sajandi lõpus G. Cavendish. Teadlane plahvatas hapniku ja vesiniku segu elektrikaarega. G. Galileo analüüsis jää ja vee tiheduse erinevust esmakordselt 1612. aastal.
1830. aastal lõid Prantsuse teadlased P. Dulong ja D. Arago aurumasina. See avastus võimaldas uurida küllastumise auru rõhu ja temperatuuri seost. 1910. aastal avastasid Ameerika teadlane P. Bridgman ja sakslane G. Tamman kõrge rõhu all jääs mitu polümorfset modifikatsiooni.
1932. aastal avastasid Ameerika teadlased G. Urey ja E. Washburn raske vee. Selle aine füüsikaliste omaduste kõrvalekalded avastati tänu seadmete ja uurimismeetodite täiustamisele.
Mõned vastuolud füüsikalistes omadustes
Puhas vesi on selge, värvitu vedelik. Selle tihedus vedelikuks muundamisel alatestahke aine sisaldus suureneb, see näitab vee omaduste anomaaliat. Kuumutamine 0-40 kraadini suurendab tihedust. Vee anomaaliana tuleb märkida suurt soojusmahtuvust. Kristalliseerumistemperatuur on 0 kraadi Celsiuse järgi ja keemistemperatuur on 100 kraadi.
Selle anorgaanilise ühendi molekulil on nurkstruktuur. Selle tuumad moodustavad võrdhaarse kolmnurga, mille põhjas on kaks prootonit ja tipus hapnikuaatom.
Tiheduse anomaaliad
Teadlased on suutnud tuvastada umbes nelikümmend H2O-le iseloomulikku tunnust. Veeanomaaliad väärivad põhjalikku tähelepanu ja uurimist. Teadlased püüavad selgitada iga teguri põhjuseid, et anda sellele teaduslik seletus.
Vee tiheduse anomaalia seisneb selles, et selle aine maksimaalne tiheduse väärtus algab +3, 98°C juures. Järgneval jahutamisel, vedelikust tahkesse olekusse üleminekul, täheldatakse tiheduse vähenemist.
Teiste ühendite puhul väheneb vedelike tihedus temperatuuri langedes, kuna temperatuuri tõus aitab kaasa molekulide kineetilise energia suurenemisele (nende liikumiskiirus suureneb), mis toob kaasa aine suurema rabeduse.
Arvestades selliseid vee anomaaliaid, tuleb märkida, et ka selle kiirus kipub temperatuuri tõustes suurenema, kuid tihedus väheneb ainult kõrgetel temperatuuridel.
Pärast jää tiheduse vähendamist on see veepinnal. Seda nähtust saab seletada asjaoluga, et kristalli molekulidel on korrapärane struktuur, millel on ruumiline perioodilisus.
Kui tavalistes ühendites on molekulid tihed alt kristallides pakitud, siis peale aine sulamist kaob korrapärasus. Sarnast nähtust täheldatakse ainult siis, kui molekulid asuvad märkimisväärsel kaugusel. Tiheduse vähenemine metallide sulamisel on tühine väärtus, hinnanguliselt 2-4%. Vee tihedus ületab jää oma 10 protsendi võrra. Seega on see veeanomaalia ilming. Keemia seletab seda nähtust nii dipoolstruktuuri kui ka kovalentse polaarse sidemega.
Tihendatavuse anomaaliad
Jätkame rääkimist vee omadustest. Seda iseloomustab ebatavaline temperatuuri käitumine. Selle kokkusurutavust, st mahu vähenemist rõhu tõustes, võib pidada vee füüsikaliste omaduste anomaalia näiteks. Milliseid konkreetseid omadusi tuleks siin tähele panna? Muid vedelikke on rõhu all palju lihtsam kokku suruda ja vesi omandab sellised omadused ainult kõrgel temperatuuril.
Soojusmahtuvuse temperatuurikäitumine
See anomaalia on vee puhul üks tugevamaid. Soojusvõimsus näitab, kui palju soojust on vaja temperatuuri tõstmiseks 1 kraadi võrra. Paljude ainete puhul suureneb vedeliku soojusmahtuvus pärast sulamist mitte rohkem kui 10 protsenti. Ja vee puhul pärast jää sulamist see füüsikaline kogus kahekordistub. Mitte ükski ainesellist soojusmahtuvuse suurenemist ei registreeritud.
Jääs kulub sellele kütteks antav energia enamasti molekulide liikumiskiiruse suurendamiseks (kineetiline energia). Soojusmahtuvuse märkimisväärne suurenemine pärast sulamist viitab sellele, et vees toimuvad muud energiamahukad protsessid, mis nõuavad soojuse sisestamist. Need on suurenenud soojusmahtuvuse põhjuseks. See nähtus on tüüpiline kogu temperatuurivahemikule, kus vesi on agregeerunud vedelas olekus.
Niipea, kui see muutub auruks, kaob anomaalia. Praegu tegelevad paljud teadlased ülejahutatud vee omaduste analüüsiga. See seisneb selle võimes jääda vedelaks allpool kristallisatsioonitemperatuuri 0 °C.
Vett on täiesti võimalik ülejahutada õhukestes kapillaarides, aga ka mittepolaarses keskkonnas pisikeste tilkadena. Tekib loomulik küsimus, mida sellises olukorras tiheduseanomaaliaga täheldatakse. Vee ülejahtumisel väheneb vee tihedus märkimisväärselt, temperatuuri langedes kaldub see jää tiheduse juurde.
Väljumise põhjused
Kui küsitakse: "Nimeta veeanomaaliaid ja kirjeldage nende põhjuseid", tuleb need seostada ehitise ümberkorraldamisega. Osakeste paigutuse mis tahes aine struktuuris määravad selles olevate osakeste (aatomite, ioonide, molekulide) vastastikuse paigutuse tunnused. Veemolekulide vahel toimivad vesiniku jõud, mis eemaldavad selle vedeliku keemis- ja sulamispunktide sõltuvusest,iseloomulik teistele vedelas olekus agregeerunud ainetele.
Need ilmuvad elektrontiheduse jaotuse iseärasuste tõttu antud anorgaanilise ühendi molekulide vahele. Vesinikuaatomitel on teatud positiivne laeng, hapnikuaatomitel aga negatiivne laeng. Selle tulemusena on veemolekulil korrapärase tetraeedri kuju. Sarnast struktuuri iseloomustab sidenurk 109,5°. Kõige soodsam on hapniku ja vesiniku paigutamine samale liinile, millel on erinevad laengud, mistõttu vesiniksidemele on iseloomulik elektrostaatiline iseloom.
Niisiis on vee ebatavalised (anomaalsed) omadused selle molekuli erilise elektroonilise struktuuri tagajärg.
Vee mälu
On olemas arvamus, et veel on mälu, see suudab koguda ja edastada energiat, toites keha virtuaalse teabega. Pikka aega tegeles selle probleemiga Jaapani teadlane Masaru Emoto. Dr Emoto avaldas oma uurimistöö tulemused raamatus Messages from Water. Teadlased viisid läbi katsed, mille käigus ta külmutas esm alt tilga vett 5 kraadi juures ja seejärel analüüsis mikroskoobi all kristallide struktuuri. Tulemuste salvestamiseks kasutas ta mikroskoopi, millesse oli ehitatud kaamera.
Katse osana mõjutas Masau Emoto vett mitmel viisil, seejärel külmutas selle uuesti ja tegi fotosid. Tal õnnestus leida seos jääkristallide kuju ja muusika vahel,mida vesi kuulas. Üllataval kombel salvestas teadlane klassikalise ja rahvamuusika abil kõige harmoonilisemad lumehelbed.
Moodsa muusika kasutamine Masau sõnul "reostab" vett, nii et need olid fikseeritud ebakorrapärase kujuga kristallid. Huvitav fakt on Jaapani teadlase tuvastamine kristallide kuju ja inimenergia vahelise seose kohta.
Vesi on kõige hämmastavam aine, mida meie planeedil suurtes kogustes leidub. Raske on ette kujutada ühtegi kaasaegse inimese tegevusvaldkonda, milles ta aktiivselt ei osaleks. Selle aine mitmekülgsuse määravad kõrvalekalded, mis on põhjustatud vee tetraeedrilisest struktuurist.
