Kandidat i Shkencave Teknike V. BELYANIN, studiues kryesor në Qendrën Kërkimore Ruse "Instituti Kurchatov", E. ROMANOVA, studente në MADI (GTU).
Studiuesit gjejnë raporte të përmasave të arta në strukturën morfologjike të bimëve, zogjve, kafshëve dhe njerëzve. Modelet e proporcionit të artë gjenden gjithashtu në organizimin e natyrës së pajetë. Në këtë artikull, bazuar në një analizë të molekulës së ujit në gjendje të ndryshme grumbullimi, hipotezohet se struktura e saj në gjendjen e ujit të shkrirë praktikisht korrespondon me trekëndëshin e proporcionit të artë.
Shkenca dhe jeta // Ilustrime
Kapaciteti termik i ujit arrin vlerën e tij minimale në një temperaturë prej rreth 37 gradë O ME.
Shkenca dhe jeta // Ilustrime
I sëmurë. 1. Dendësia e ujit së pari rritet me uljen e temperaturës, duke arritur një maksimum në 4 O C dhe fillon të ulet.
Shkenca dhe jeta // Ilustrime
Në momentin e shkrirjes, vëllimi i plumbit rritet menjëherë nga 1 në 1.003, dhe vëllimi i ujit zvogëlohet papritur nga 1.1 në 1.0.
Shkenca dhe jeta // Ilustrime
Uji ka pika anormale të larta vlimi dhe ngrirjeje në krahasim me përbërjet e tjera të hidrogjenit triatomik.
Shkenca dhe jeta // Ilustrime
Në ujin e lëngshëm, molekulat H 2 O mund të kombinohet në formacione komplekse - grupime, struktura e të cilave i ngjan akullit.
Shkenca dhe jeta // Ilustrime
Paraqitja skematike e një molekule uji në një plan.
Ndarja e një segmenti në raporte ekstreme dhe mesatare, ose proporcioni i artë. Segmenti është i ndarë në dy pjesë në mënyrë që CB:AC = AC:AB.
"Trekëndëshi i Artë". Raporti i tij i pamjes është OA:AB = OB:AB ≈ 0.618,
Shkenca dhe jeta // Ilustrime
Shkenca dhe jeta // Ilustrime
Shkenca dhe jeta // Ilustrime
Tabela 1.
Tabela 2.
Ujit iu dha fuqia magjike për t'u bërë lëngu i jetës në Tokë.
Leonardo da Vinci
Uji është një nga substancat më unike dhe misterioze në Tokë. Natyra e kësaj substance ende nuk është kuptuar plotësisht. Nga pamja e jashtme, uji duket mjaft i thjeshtë, dhe për këtë arsye për një kohë të gjatë konsiderohej një element i pandashëm. Vetëm në 1766 G. Cavendish (Angli) dhe më pas në 1783 A. Lavoisier (Francë) treguan se uji nuk është një element i thjeshtë kimik, por një përbërje e hidrogjenit dhe oksigjenit në një proporcion të caktuar. Pas këtij zbulimi, elementi kimik i caktuar si H mori emrin "hidrogjen" (Hidrogjen - nga gjenet e hidrogjenit grek), i cili mund të interpretohet si "ujë gjenerues".
Hulumtimet e mëtejshme treguan se pas formulës së thjeshtë kimike të H 2 O qëndron një substancë me një strukturë unike dhe jo më pak veti unike. Studiuesit që janë përpjekur për më shumë se dy shekuj për të zbuluar sekretet e ujit, shpesh kanë arritur në një rrugë pa krye. Edhe tani, shkencëtarët e kuptojnë se uji mbetet një objekt i vështirë për kërkime; vetitë e tij ende nuk janë gjithmonë plotësisht të parashikueshme.
Magji misterioze e ujit. Pse uji i lëngshëm ka veti të pazakonta? Përgjigja tradicionale mund të jetë: për shkak të vetive të atomeve të oksigjenit dhe hidrogjenit, për shkak të rregullimit të tyre strukturor në molekulë, për shkak të sjelljes së caktuar të elektroneve në molekulë, etj.
Pra, cilat janë vetitë misterioze dhe të pazakonta të ujit të lëngshëm të njohur? Para së gjithash, fakti është se pothuajse të gjitha vetitë e ujit janë anormale dhe shumë prej tyre nuk i binden logjikës së atyre ligjeve të fizikës që rregullojnë substancat e tjera. Le të përmendim shkurtimisht ato që përcaktojnë ekzistencën e jetës në Tokë.
Së pari, rreth tre tipare të vetive termike të ujit.
Karakteristika e parë: uji është substanca e vetme në Tokë (përveç merkurit) për të cilën varësia e kapacitetit specifik të nxehtësisë nga temperatura ka një minimum.
Për shkak të faktit se nxehtësia specifike e ujit ka një minimum prej rreth 37 o C, temperatura normale e trupit të njeriut, që është dy të tretat e ujit, është në intervalin e temperaturës 36-38 o C (organet e brendshme kanë një temperatura më e lartë se ato të jashtme).
Karakteristika e dytë: kapaciteti i nxehtësisë së ujit është anormalisht i lartë. Për të ngrohur një sasi të caktuar të tij me një shkallë, është e nevojshme të shpenzoni më shumë energji sesa kur ngrohni lëngje të tjera - të paktën dy herë më shumë sesa për substancat e thjeshta. Kjo rezulton në aftësinë unike të ujit për të mbajtur nxehtësinë. Shumica dërrmuese e substancave të tjera nuk e kanë këtë veti. Kjo veçori e jashtëzakonshme e ujit ndihmon në ruajtjen e temperaturës normale të trupit të një personi në të njëjtin nivel si gjatë një dite të nxehtë ashtu edhe gjatë një nate të freskët.
Kështu, uji luan një rol dominues në proceset e rregullimit të shkëmbimit të nxehtësisë njerëzore dhe i lejon atij të mbajë një gjendje të rehatshme me një minimum të kostove të energjisë. Në temperaturën normale të trupit, një person është në gjendjen më të favorshme të energjisë.
Temperatura e gjitarëve të tjerë me gjak të ngrohtë (32-39 o C) gjithashtu lidhet mirë me temperaturën e kapacitetit minimal të nxehtësisë specifike të ujit.
Tipari i tretë: uji ka një nxehtësi të lartë specifike të shkrirjes, domethënë është shumë e vështirë të ngrijë ujin dhe të shkrihet akulli. Falë kësaj, klima në Tokë në tërësi është mjaft e qëndrueshme dhe e butë.
Të tre tiparet e vetive termike të ujit lejojnë një person të ekzistojë në mënyrë optimale në një mjedis të favorshëm.
Ka edhe veçori në sjelljen e vëllimit të ujit. Dendësia e shumicës së substancave - lëngjeve, kristaleve dhe gazeve - zvogëlohet kur nxehet dhe rritet kur ftohet, deri në procesin e kristalizimit ose kondensimit. Dendësia e ujit kur ftohet nga 100 në 4 o C (më saktë, në 3,98 o C) rritet, si me shumicën dërrmuese të lëngjeve. Megjithatë, duke arritur vlerën maksimale në një temperaturë prej 4 o C, dendësia fillon të ulet me ftohjen e mëtejshme të ujit. Me fjalë të tjera, dendësia maksimale e ujit ndodh në një temperaturë prej 4 o C (një nga anomalitë unike të ujit), dhe jo në pikën e ngrirjes prej 0 o C.
Ngrirja e ujit shoqërohet me një rënie të menjëhershme(!) të densitetit me më shumë se 8%, ndërsa për shumicën e substancave të tjera procesi i kristalizimit shoqërohet me rritje të densitetit. Në këtë drejtim, akulli (uji i ngurtë) zë një vëllim më të madh se uji i lëngshëm dhe mbetet në sipërfaqen e tij.
Kjo sjellje e pazakontë e densitetit të ujit është jashtëzakonisht e rëndësishme për ruajtjen e jetës në Tokë.
Duke mbuluar ujin nga lart, akulli luan në natyrë rolin e një lloj batanije lundruese, duke mbrojtur lumenjtë dhe rezervuarët nga ngrirja e mëtejshme dhe duke ruajtur jetën në botën nënujore. Nëse dendësia e ujit do të rritej kur ngrinte, akulli do të ishte më i rëndë se uji dhe do të fillonte të fundosej, gjë që do të çonte në vdekjen e të gjitha krijesave të gjalla në lumenj, liqene dhe oqeane, të cilat do të ngrinin plotësisht, duke u shndërruar në blloqe akulli, dhe Toka do të bëhej një shkretëtirë akulli, e cila është e pashmangshme do të çonte në vdekjen e të gjitha gjallesave.
Le të vëmë re disa veçori të tjera të ujit.
Nga jashtë, uji është i lëvizshëm dhe i lakueshëm dhe mund të mbyllet në çdo enë. Megjithatë, duke depërtuar në të çara në shkëmbinj dhe duke u zgjeruar gjatë ngrirjes, uji ndan shkëmbinj të çdo fortësie, të cilët gradualisht shpërbëhen në grimca gjithnjë e më të vogla. Kështu fillon rikthimi i shkëmbinjve të fosilizuar në ciklin jetësor: në fusha ngrirja e shtresave sipërfaqësore të tokës me përbërësit e saj organikë ndihmon në formimin e tokës pjellore.
Procesi i përfshirjes së lëndëve të ngurta në ciklin e madh të natyrës së gjallë përshpejtohet nga vetia e mrekullueshme e ujit për t'i tretur ato. Uji me përbërës të tretur të lëndëve të ngurta bëhet një mjet ushqyes dhe furnizues i mikroelementeve të nevojshëm për jetën e bimëve, kafshëve dhe njerëzve.
Uji shfaq vetitë e një tretësi universal më fort se lëngjet e tjera. Nëse i jepet kohë e mjaftueshme, mund të shpërndajë pothuajse çdo të ngurtë. Është pikërisht për shkak të aftësisë unike të tretjes së ujit që askush nuk ka arritur ende të marrë ujë kimikisht të pastër - ai gjithmonë përmban material të tretur nga ena. Uji është absolutisht thelbësor për të gjitha sistemet kyçe të mbështetjes së jetës njerëzore. Gjendet në gjakun e njeriut (79%) dhe nxit transportin e tretur të mijëra substancave të nevojshme për jetën përmes sistemit të qarkullimit të gjakut. Uji përmbahet në limfë (96%), e cila bart lëndët ushqyese nga zorrët në indet e një organizmi të gjallë (shih Tabelën 1).
Vetitë e listuara dhe roli i veçantë i ujit në sigurimin e jetës në Tokë nuk mund të lënë indiferent asnjë mendje kureshtare, edhe nëse ai beson në aksidente të lumtura. "Fillimi i gjithçkaje është uji," vuri në dukje me të drejtë Thales nga Mileti në shekullin e 6 para Krishtit.
Mrekullia e lëngshme. Le të ndalojmë së renditur vetitë e çuditshme, por jetike të ujit, prej të cilave ka një duzinë të tjera, dhe të kthejmë vëmendjen te sekretet e strukturës së pazakontë të molekulës së tij. Është analiza e strukturës së molekulës së ujit që na lejon të kuptojmë ekskluzivitetin e saj në natyrën e gjallë dhe të pajetë. Pra, rruga drejt së vërtetës kalon përmes strukturës së një molekule të vetme uji.
Para së gjithash, vërejmë se molekula e ujit është më e vogla midis molekulave të ngjashme triatomike (në lidhje me homologët, d.m.th., komponimet e hidrogjenit si H 2 S, H 2 Se, H 2 Te, me vetitë e të cilave vetitë e uji krahasohet tradicionalisht). Në kushte normale, molekula të tilla formojnë gazra, dhe molekulat e ujit formojnë lëng. Pse?
Komuniteti kaotik i molekulave të ujit të gaztë gjatë kondensimit, domethënë gjatë formimit të fazës së lëngshme, formon një substancë të lëngshme me kompleksitet të mahnitshëm. Kjo është kryesisht për shkak të faktit se molekulat e ujit kanë vetinë unike të kombinimit në grupe (grupe) (H 2 O) x. Një grup zakonisht kuptohet si një grup atomesh ose molekulash të bashkuar nga ndërveprimi fizik në një ansambël të vetëm, por që ruajnë sjelljen individuale brenda tij. Mundësitë për vëzhgimin e drejtpërdrejtë të grupimeve janë të kufizuara, dhe për këtë arsye eksperimentuesit kompensojnë mangësitë instrumentale me intuitë dhe konstruksione teorike.
Në temperaturën e dhomës shkalla e lidhjes X për ujin, sipas të dhënave moderne, është nga 3 në 6. Kjo do të thotë se formula e ujit nuk është vetëm H 2 O, por mesatarja midis H 6 O 3 dhe H 12 O 6. Me fjalë të tjera, uji është një lëng kompleks "i përbërë" nga grupe të përsëritura që përmbajnë tre deri në gjashtë molekula të vetme. Si rezultat, uji ka vlera jonormale të ngrirjes dhe pikës së vlimit në krahasim me homologët e tij. Nëse uji u bindej rregullave të përgjithshme, ai duhet të ngrijë në një temperaturë prej rreth -100 o C dhe të vlojë në një temperaturë prej rreth +10 o C.
Nëse uji do të mbetej në formën e H 6 O 3, H 8 O 4 ose H 12 O 6 gjatë avullimit, atëherë avulli i ujit do të ishte shumë më i rëndë se ajri, në të cilin dominojnë molekulat e azotit dhe të oksigjenit. Në këtë rast, sipërfaqja e gjithë Tokës do të mbulohej me një shtresë të përjetshme mjegull. Është pothuajse e pamundur të imagjinohet jeta në një planet të tillë.
Njerëzit janë shumë me fat: grumbullimet e ujit shpërbëhen gjatë avullimit dhe uji shndërrohet praktikisht në një gaz të thjeshtë me formulën kimike H 2 O (sasia e vogël e dimerëve H 4 O 2 të zbuluara së fundmi në avull nuk bën dallim). Dendësia e ujit të gaztë është më e vogël se dendësia e ajrit, dhe për këtë arsye uji është në gjendje të ngopë atmosferën e tokës me molekulat e tij, duke krijuar kushte të motit që janë të rehatshme për njerëzit.
Nuk ka substanca të tjera në Tokë që janë të pajisura me aftësinë për të qenë një lëng në temperaturat e ekzistencës njerëzore dhe në të njëjtën kohë të formojnë një gaz që është jo vetëm më i lehtë se ajri, por edhe i aftë të kthehet në sipërfaqen e tij në formë të reshjeve.
Gjeometri e mahnitshme. Pra, cila është molekula më e vogël triatomike? Molekula e ujit ka një formë simetrike V, pasi dy atome të vogla hidrogjeni ndodhen në njërën anë të një atomi relativisht të madh të oksigjenit. Kjo dallon shumë një molekulë uji nga molekulat lineare, për shembull H 2 Be, në të cilën të gjithë atomet janë të rregulluar në një zinxhir. Është ky rregullim i çuditshëm i atomeve në molekulën e ujit që e lejon atë të ketë shumë veti të pazakonta.
Nëse shqyrtoni me kujdes parametrat gjeometrikë të një molekule uji, do të gjeni një harmoni të caktuar në të. Për ta parë atë, le të ndërtojmë një trekëndësh dykëndësh H-O-H me protone në bazë dhe oksigjen në krye. Një trekëndësh i tillë kopjon në mënyrë skematike strukturën e një molekule uji, projeksioni i së cilës në një plan tregohet në mënyrë konvencionale në figurë.
Gjatësia e brinjëve të këtij trekëndëshi dhe këndi i lidhjes ndërmjet dy lidhjeve O-H ndryshojnë me ndryshimet në gjendjen e grumbullimit të ujit. Le t'i paraqesim këto parametra (shih tabelën 2).
Le të komentojmë të dhënat që karakterizojnë gjendje të ndryshme të ujit.
Parametrat e një molekule uji në gjendje avulli janë marrë në bazë të përpunimit të spektrave të saj të përthithjes. Rezultatet janë rafinuar disa herë, por në thelb gjatësitë e lidhjes dhe këndi i lidhjes në molekulën e ujit në gjendjen e avullit janë vlerësuar saktë.
Struktura kristalore e akullit në presion normal është mjaft e lirshme me një rrjet të çuditshëm lidhjesh midis molekulave të ujit. Skematikisht, rrjeta kristalore e akullit të zakonshëm mund të ndërtohet nga atomet e oksigjenit, secila prej të cilave merr pjesë me atomet fqinje në katër lidhje hidrogjeni të drejtuara afërsisht në majat e një tetraedri të rregullt.
Le të kujtojmë se një lidhje hidrogjeni është një lidhje midis atomeve në një molekulë ose midis molekulave fqinje, e cila ndodh përmes një atomi hidrogjeni. Lidhja e hidrogjenit luan një rol jashtëzakonisht të rëndësishëm në strukturën jo vetëm të ujit, por edhe të shumicës së molekulave biologjike - karbohidrateve, proteinave, acideve nukleike, etj.
Nëse akulli kristalor është i renditur mirë në oksigjen, nuk mund të thuhet e njëjta gjë për hidrogjenin: ekziston një çrregullim i fortë në renditjen e joneve të hidrogjenit (protoneve). Pozicioni i tyre nuk është i përcaktuar qartë, dhe për këtë arsye akulli mund të konsiderohet i çrregullt në hidrogjen.
Akulli ka shumë veçori mahnitëse, prej të cilave do të shënojmë dy.
Së pari, është gjithmonë shumë i pastër kimikisht. Praktikisht nuk ka papastërti në strukturën e akullit: kur ngrihen, ato futen me forcë në lëng. Kjo është arsyeja pse flokët e borës janë gjithmonë të bardha, dhe thekonet e akullit në sipërfaqen e një pellgu të ndotur janë pothuajse transparente. Në përgjithësi, çdo kristal në rritje përpiqet të krijojë një rrjetë kristalore ideale dhe zhvendos substancat e huaja. Por në një shkallë planetare, është fenomeni i jashtëzakonshëm i ngrirjes dhe shkrirjes së ujit që luan rolin e një procesi gjigant pastrimi - uji në Tokë pastrohet vazhdimisht.
Së dyti, akulli dhe veçanërisht bora kanë reflektim shumë të lartë. Falë kësaj, rrezatimi diellor nuk shkakton ngrohje të dukshme të rajoneve polare dhe, si rezultat, planeti ynë kursehet nga përmbytjet sezonale dhe rritja e nivelit të detit.
Përcaktimi eksperimental i parametrave të një molekule të vetme uji në fazën e lëngshme ende has në vështirësi të pakapërcyeshme, pasi uji i lëngshëm është një përzierje e elementeve strukturore, domethënë grupimeve të ndryshme që janë në ekuilibër dinamik me njëri-tjetrin. Nuk ka ende një qartësi të plotë në lidhje me ndërveprimet e tyre, dhe është e pamundur të ndash një përzierje të tillë në përbërës individualë: lëngu "i thjeshtë" H 2 O nuk po nxiton të zbulojë sekretet e tij të brendshme.
Le të kthehemi te figura, e cila përshkruan strukturën e një molekule uji. Ajo ka simetri, e cila luan një rol themelor në përpjekjet për të shpjeguar në mënyrë gjithëpërfshirëse botën fizike, dhe asimetri, e cila i jep kësaj molekule aftësinë për të lëvizur dhe lidhjen e saj me raportin e artë. Prandaj, le të kujtojmë shkurtimisht atë që quhet proporcion i artë në matematikë.
Raporti i artë. Ky koncept lind kur zgjidhet problemi gjeometrik i gjetjes në një segment AB një pikë të tillë ME, kështu që lidhja qëndron NE:AC = AC:AB.
Zgjidhja e këtij problemi çon në marrëdhënie NE:AC= (-1+√5)/2, që quhet proporcion i artë, dhe ndarja gjeometrike përkatëse e segmentit AB pika ME quhet raporti i artë. Nëse e marrim të gjithë segmentin si një, atëherë AC= 0.618033... dhe NE = 0,381966....
Koha ka treguar se proporcioni i artë mishëron marrëdhënien e përsosur dhe harmonike të dy sasive. Në interpretimin gjeometrik, rezulton në një marrëdhënie proporcionale dhe tërheqëse midis dy segmenteve të pabarabarta.
Studiuesit e proporcionit të artë që nga kohërat e lashta e deri në ditët e sotme kanë admiruar gjithmonë dhe vazhdojnë të admirojnë vetitë e tij, të cilat manifestohen në strukturën e elementeve të ndryshëm të botës fizike dhe biologjike. Proporcioni i artë gjendet kudo ku respektohen parimet e harmonisë.
Çfarë ka të përbashkët raporti i artë me molekulën e ujit? Për t'iu përgjigjur kësaj pyetjeje, merrni parasysh një imazh dy-dimensional të raportit të artë në formën e një trekëndëshi.
Në marrëdhënien e trekëndëshit të artë OA:AB = OB:AB afërsisht e barabartë me 0,618, këndi α = 108,0 o. Për akullin, raporti i gjatësisë së lidhjes O-H me H-H është 0,100:0,163 = 0,613 dhe këndi α = 109,5 o, për avullin - përkatësisht 0,631 dhe 104,5 o. Është thjesht e pamundur të mos njohësh prototipin e strukturës së një molekule uji në trekëndëshin e artë! Është për t'u habitur që deri më tani kaq pak vëmendje i është kushtuar mundësisë së një interpretimi të tillë të strukturës së tij.
Dhe me të vërtetë, duke vendosur në një trekëndësh AOB tek pikat A Dhe NË atomet e hidrogjenit, dhe në pikën O - një atom oksigjeni, marrim, në një përafrim të parë, një molekulë uji të lëngët të ndërtuar në bazë të proporcionit të artë. Një elegancë e tillë e molekulës magjeps dhe kënaqet. Pra, roli i molekulës së ujit në natyrë dhe jetë nuk mund të vlerësohet si duhet pa marrë parasysh bukurinë e formës së saj.
Harmonia e jashtëzakonshme. Le të sigurohemi që molekula e lëngshme e ujit është e vetmja substancë triatomike që ka përmasa karakteristike të proporcionit të artë.
Në molekulat homologe triatomike, të ngjashme në përbërjen kimike me molekulën e ujit (H 2 S, H 2 Se dhe H 2 Te), këndi i lidhjes është afërsisht 90 o. Për shembull, molekula H 2 S ka parametrat e mëposhtëm gjeometrikë:
Gjatësia e lidhjes S-H, nm........................ 0,1345
Gjatësia e lidhjes H-H, nm........................ 0,1938
këndi i lidhjes Н-S-Н, deg............... 92.2
Raporti i gjatësisë së lidhjes S-H me H-H është 0,694, që është larg raportit të artë. Llogaritjet kimike kuantike tregojnë se nëse uji do të ishte i ngjashëm me substancat e lidhura me të, atëherë këndi i lidhjes së molekulës së tij duhet të ishte afërsisht i njëjtë me atë të H 2 S, ose më i madh për një maksimum prej 5 o.
Por uji, siç rezulton, nuk i pëlqen ngjashmëritë; ai është gjithmonë heroi i një romani tjetër. Nëse këndi i lidhjes së ujit do të ishte në rendin 90-95 o, do të duhej të harronim raportin e artë dhe uji do të ishte në të njëjtin bashkësi me përbërjet e tjera të hidrogjenit.
Por uji është unik, molekula e tij praktikisht ka cilësi estetike të verifikuara, dhe për këtë arsye vetitë e tij ndonjëherë duhen interpretuar, duke shkuar përtej paradigmës tradicionale shkencore. Dhe pastaj disa nga misteret e ujit mund të shpjegohen me një koncept të tillë "joshkencor" si harmonia.
Dikush mund të kundërshtojë arsyetimin e mësipërm: matjet eksperimentale të parametrave gjeometrikë të një molekule uji kanë një gabim të caktuar, dhe për këtë arsye marrëdhënia e proporcionit të artë mund të mos plotësohet rreptësisht. Por edhe nëse futet një gabim edhe më i madh në matjet eksperimentale, molekula e ujit do të mbetet ende substanca e vetme triatomike që ka praktikisht përmasa harmonike "të arta".
Në këtë drejtim, le t'i kushtojmë vëmendje misterit të ujit të shkrirë, i cili, sipas besimit të përhapur, ka një efekt fiziologjik të ndryshëm nga uji i zakonshëm.
Ujë i shkrirë i mrekullueshëm. Ajo lind kur shkrihet akulli dhe ruan një temperaturë prej 0 o C derisa të shkrihet i gjithë akulli. Specifikimi i ndërveprimeve ndërmolekulare, karakteristikë e strukturës së akullit, ruhet edhe në ujin e shkrirë, pasi kur kristali shkrihet, vetëm 15% e të gjitha lidhjeve hidrogjenore shkatërrohen. Prandaj, lidhja midis secilës molekulë uji dhe katër molekulave fqinje të natyrshme në akull ("rendi me rreze të shkurtër") kryesisht nuk është ndërprerë, megjithëse vërehet turbullim më i madh i rrjetës së kornizës së oksigjenit.
Kështu, uji i shkrirë ndryshon nga uji i zakonshëm në bollëkun e grupimeve multimolekulare, në të cilat struktura të lirshme të ngjashme me akullin ruhen për ca kohë. Pasi të gjithë akulli shkrihet, temperatura e ujit rritet dhe lidhjet hidrogjenore brenda grupimeve nuk i rezistojnë më vibracioneve termike në rritje të atomeve. Madhësitë e grupimeve ndryshojnë, dhe për këtë arsye vetitë e ujit të shkrirë fillojnë të ndryshojnë: konstanta dielektrike vjen në gjendjen e saj të ekuilibrit pas 15-20 minutash, viskoziteti - pas 3-6 ditësh. Aktiviteti biologjik i ujit të shkrirë zvogëlohet, sipas disa të dhënave, në afërsisht 12-16 orë, sipas të tjerëve - brenda një dite.
Pra, vetitë fiziko-kimike të ujit të shkrirë ndryshojnë spontanisht me kalimin e kohës, duke iu afruar vetive të ujit të zakonshëm: gradualisht "harron" se ishte vetëm akull kohët e fundit.
Akulli dhe avulli janë gjendje të ndryshme agregate të ujit, dhe për këtë arsye është logjike të supozohet se në fazën e ndërmjetme të lëngshme, këndi i lidhjes së një molekule uji individuale qëndron në intervalin midis vlerave në fazën e ngurtë dhe në avull. Në një kristal akulli, këndi i lidhjes së një molekule uji është afër 109,5 o. Kur akulli shkrihet, lidhjet ndërmolekulare të hidrogjenit dobësohen, distanca H-H shkurtohet disi dhe këndi i lidhjes zvogëlohet. Kur uji i lëngshëm nxehet, struktura e grumbullit çrregullohet dhe ky kënd vazhdon të ulet. Në gjendjen e avullit, këndi i lidhjes së një molekule uji është tashmë 104.5 o.
Kjo do të thotë që për ujin e zakonshëm të lëngshëm, këndi i lidhjes mund të ketë një vlerë mesatare midis 109.5 dhe 104.5 o, domethënë afërsisht 107.0 o. Por meqenëse uji i shkrirë është afër akullit në strukturën e tij të brendshme, këndi i lidhjes së molekulës së tij duhet të jetë më afër 109.5 o, ka shumë të ngjarë rreth 108.0 o.
Sa më sipër mund të formulohet në formën e një hipoteze: për shkak të faktit se uji i shkrirë është shumë më i strukturuar se uji i zakonshëm, molekula e tij ka shumë të ngjarë të ketë një strukturë sa më afër një trekëndëshi harmonik të proporcionit të artë me një kënd lidhjeje. afër 108 o, dhe me raportin e gjatësisë së lidhjes është afërsisht 0.618-0.619.
Autorët nuk kanë konfirmim eksperimental të kësaj hipoteze, as nuk kanë ndonjë teori për ta vërtetuar atë. Ekziston vetëm një hamendje e shprehur në këto faqe, e cila, natyrisht, mund të kundërshtohet.
Fuqia misterioze e ujit të shkrirë. Që nga kohra të lashta, njeriu ka njohur vetitë e mahnitshme të ujit të shkrirë. Prej kohësh është vërejtur se afër burimeve të shkrirjes, bimësia e livadheve alpine është gjithmonë më e harlisur, dhe jeta lulëzon fuqishëm në skajin e shkrirjes së akullit në detet e Arktikut. Ujitja me ujë të shkrirë rrit rendimentet e të korrave dhe përshpejton mbirjen e farës. Kur pini ujë të shkrirë, shtimi i peshës në prodhimin blegtoral rritet vazhdimisht dhe zhvillimi i pulave përshpejtohet. Dihet me çfarë lakmie pinë kafshët ujë të shkrirë në pranverë, dhe zogjtë fjalë për fjalë lahen në pellgjet e para të borës së shkrirë.
Uji i shkrirë, ndryshe nga uji i zakonshëm, është shumë i ngjashëm në strukturë me lëngun që gjendet në qelizat e bimëve dhe organizmave të gjallë. Kjo është arsyeja pse struktura "akullore" e ujit të shkrirë, në të cilën molekulat kombinohen në grupime të hapura, është më e përshtatshme për njerëzit. Kjo veti unike e ujit të shkrirë kontribuon në përthithjen e tij të lehtë nga trupi; është biologjikisht aktiv. Kjo është arsyeja pse perimet dhe frutat janë kaq të dobishme - ato dërgojnë ujë në trup, i cili ka një strukturë të ngjashme.
Kur pini ujë të shkrirë, trupi rimbushet me substancat më harmonike nga të gjitha në Tokë. Përmirëson metabolizmin dhe rrit qarkullimin e gjakut, zvogëlon sasinë e kolesterolit në gjak dhe qetëson dhimbjet në zemër, rrit aftësitë adaptive të trupit dhe ndihmon në zgjatjen e jetës. Një gllënjkë uji i pastër i shkrirë tonifikon më mirë se lëngu i pasterizuar; ka një ngarkesë energjie, energjie dhe lehtësie.
Një nga autorët e kësaj vepre vazhdimisht pi ujë të shkrirë me floku lundrues akulli dhe beson se kjo është arsyeja pse ai kurrë nuk është ftohur në tre vjet. Uji i shkrirë freskon dhe rinovon lëkurën, e cila nuk ka më nevojë për kremra dhe kremra.
Studimi teorik i vetive të ujit të shkrirë është ende në nivelin e hipotezave. Nuk ka asnjë opinion të pranuar përgjithësisht për arsyet që shkaktojnë efekte të pazakonta kur përdoren. Ekzistojnë disa probleme me anën e dëshmisë së aktivitetit biologjik të ujit të shkrirë. Hulumtimi në këtë drejtim ndonjëherë shkakton diskutime të nxehta. Kompleksiteti i problemit, mungesa e qartësisë - e gjithë kjo nuk duhet të trembë, por të tërheqë dhe të kontribuojë në shfaqjen e ideve, hipotezave dhe teorive të reja. Kjo është rruga shpesh me gjemba e zhvillimit shkencor.
Le të theksojmë: hipoteza e mësipërme nuk pretendon të deshifrojë gjëegjëzën e ujit të shkrirë. Ajo të lejon vetëm të shkosh përtej të menduarit tradicional dhe të shikosh dashurinë e ndërsjellë për jetën dhe ujin nga një anë e pazakontë - nga ana e harmonisë dhe bukurisë, nga ana e vetive të veçanta të ujit të shkrirë, duke shtuar veçori në molekulën e tij elegante. molekulat e tjera nuk posedojnë.
LITERATURA
Auerbach F. Shtatë anomali të ujit. - Shën Petersburg, 1919.
Gabuda S.P. Ujë i lidhur. Fakte dhe hipoteza. - Novosibirsk: Shkencë, 1982.
Zatsepina G. N. Vetitë fizike dhe struktura e ujit. - M.: MSU, 1998.
Sinyukov V.V. Uji i njohur dhe i panjohur. - M.: Dituria, 1987.
Belyanin V.S., Romanova E. Proporcioni i artë. Pamje e re // Shkenca dhe jeta, 2003, nr. 6.
Uji: struktura, gjendja, solvatizimi. Arritjet e viteve të fundit. - M.: Nauka, 2003.
Titrat për ilustrime
I sëmurë. 1. Dendësia e akullit është pothuajse 10% më e vogël se ajo e ujit, dhe vëllimi specifik është po aq më i madh. Prandaj, akulli noton, dhe uji, duke u ngrirë në çarjet e shkëmbinjve, i ndan ato.
Opsioni 1.
1. A janë të ndryshme molekulat e akullit dhe ujit nga njëra-tjetra?
1) janë të njëjta; 2) molekula e akullit është më e ftohtë; 3) molekula e akullit është më e vogël;
4) molekula e ujit është më e vogël
2. Çfarë është difuzioni?
Molekulat e një tjetri; 3) lëvizja kaotike e molekulave të materies;
4) përzierjen e substancave
4. Kur një substancë ftohet, molekulat lëvizin:
Lloji i substancës
5. Shpejtësia e lëvizjes së molekulave të hidrogjenit është rritur. Ku
Temperatura…
Pa pergjigje
6. Nëse hidhni ujë nga një gotë në një pjatë, atëherë...
Forma dhe vëllimi
7. Në cilin ujë difuzioni ndodh më shpejt?
Po ndodh
8. Në cilat substanca difuzioni ndodh më ngadalë kur jo
Në çfarë kushtesh?
Të gjitha substancat
9. Molekulat e një substance ndodhen në distanca të mëdha,
Tërhiqen fort dhe lëkunden rreth pozicionit të ekuilibrit
Kjo substancë...
1) i gaztë; 2) lëngu; 3) e vështirë; 4) një substancë e tillë nuk ekziston
Opsioni numër 2.
1. A janë molekulat e akullit dhe avullit të ujit të ndryshme nga njëra-tjetra?
1) molekula e akullit është më e ftohtë; 2) janë të njëjta; 3) molekula e akullit
Më pak; 4) molekula e akullit është më e madhe
2. Difuzioni është...
1) depërtimi i molekulave të një lënde në molekulat e një tjetri;
2) depërtimi i molekulave të një lënde në hapësirat ndërmjet
Molekulat e një tjetri; 3) lëvizja kaotike e molekulave të substancave
Va; 4) përzierjen e substancave
3. Ndërmjet molekulave të çdo substance ekziston:
1) tërheqje reciproke; 2) zmbrapsja e ndërsjellë; 3) e ndërsjellë
Tërheqja dhe zmbrapsja; 4) substanca të ndryshme kanë të ndryshme
4. Kur uji nxehet, molekulat lëvizin:
1) me të njëjtën shpejtësi; 2) më i ngadalshëm; 3) më shpejt; 4) varet nga
Lloji i substancës
5. Shpejtësia e lëvizjes së molekulave të oksigjenit është ulur. Ku
Temperatura…
1) nuk ka ndryshuar; 2) ulur; 3) rritur; 4) e saktë
Pa pergjigje
6. Nëse hidhni ujë nga një pjatë në një gotë, atëherë...
1) forma dhe vëllimi i ujit do të ndryshojnë; 2) forma do të ndryshojë, vëllimi do të ndryshojë
Të ruajtura; 3) forma do të mbetet e njëjtë, vëllimi do të ndryshojë; 4) do të ruhet
Vëllimi dhe forma
7. Në cilin ujë difuzioni ndodh më ngadalë?
1) në të ftohtë; 2) e nxehtë; 3) e njëjta gjë; 4) difuzioni në ujë nuk është
Po ndodh
8. Në cilat substanca difuzioni ndodh më shpejt në të njëjtën kohë
Cilat janë kushtet tuaja?
1) në të gaztë; 2) në lëng; 3) në trupat e ngurtë; 4) e njëjta gjë në
Të gjitha substancat
9. Molekulat e një lënde ndodhen në distanca të shkurtra, fort
Ata tërhiqen dhe lëkunden rreth pozicionit të ekuilibrit. Kjo
Substanca...
1) i gaztë; 2) lëngu; 3) e vështirë; 4) nuk ka një substancë të tillë
ekziston
V.V. Makhrova, GS(K)OU S(K)OSH (tipi VII) N 561, Shën Petersburg
Koncepti i një molekule (dhe idetë e saj derivatore për strukturën molekulare të materies, strukturën e vetë molekulës) na lejon të kuptojmë vetitë e substancave që krijojnë botën. Hulumtimi fizik dhe kimik modern, si ai i hershëm, mbështetet dhe bazohet në një zbulim madhështor rreth strukturës atomike dhe molekulare të materies. Një molekulë është një "detaj" i vetëm i të gjitha substancave, ekzistenca e të cilave u sugjerua nga Demokriti. Prandaj, është struktura dhe marrëdhënia e tij me molekulat e tjera (duke formuar një strukturë dhe përbërje të caktuar) që përcakton/shpjegon të gjitha ndryshimet midis substancave, llojin dhe vetitë e tyre.
Vetë molekula, duke mos qenë përbërësi më i vogël i një substance (që është një atom), ka një strukturë dhe veti të caktuara. Struktura e një molekule përcaktohet nga numri i atomeve të caktuara të përfshira në të dhe nga natyra e lidhjes (kovalente) midis tyre. Kjo përbërje mbetet e pandryshuar, edhe nëse substanca shndërrohet në një gjendje tjetër (siç ndodh, për shembull, me ujin - kjo do të diskutohet më vonë).
Struktura molekulare e një substance fiksohet nga një formulë që jep informacion për atomet dhe numrin e tyre. Përveç kësaj, molekulat që përbëjnë një substancë/trup nuk janë statike: ato vetë janë të lëvizshme - atomet rrotullohen, duke ndërvepruar me njëri-tjetrin (tërheqin/zmbrapsin).
Karakteristikat e ujit, gjendja e tij
Përbërja e një substance të tillë si uji (si dhe formula e tij kimike) është e njohur për të gjithë. Secila prej molekulave të saj përbëhet nga tre atome: një atom oksigjeni, i shënuar me shkronjën "O" dhe atomet e hidrogjenit - latinishtja "H", në sasinë 2. Forma e molekulës së ujit nuk është simetrike (e ngjashme me një trekëndësh izosceles).
Uji, si një substancë, molekulat e tij përbërëse, reagon ndaj "situatës" së jashtme, treguesve mjedisorë - temperaturës, presionit. Në varësi të kësaj të fundit, uji mund të ndryshojë gjendjen e tij, nga të cilat janë tre:
- Gjendja më e zakonshme, natyrore për ujin është e lëngshme. Një strukturë molekulare (dihydrol) e një rendi të veçantë në të cilën molekula të vetme mbushin (me lidhje hidrogjenore) zbrazëtitë.
- Një gjendje avulli në të cilën struktura molekulare (hidroli) përfaqësohet nga molekula të vetme midis të cilave nuk krijohen lidhje hidrogjenore.
- Gjendja e ngurtë (vetë akulli) ka një strukturë molekulare (trihydrol) me lidhje të forta dhe të qëndrueshme hidrogjeni.
Përveç këtyre dallimeve, natyrisht, ndryshojnë edhe metodat e "kalimit" të një substance nga një gjendje (e lëngshme) në të tjerat. Këto kalime e transformojnë substancën dhe provokojnë transferimin e energjisë (çlirim/thithje). Midis tyre ka procese të drejtpërdrejta - shndërrimi i ujit të lëngshëm në avull (avullim), në akull (ngrirje) dhe procese të kundërta - në lëng nga avulli (kondensimi), nga akulli (shkrirja). Gjithashtu, gjendjet e ujit - avulli dhe akulli - mund të shndërrohen në njëra-tjetrën: sublimimi - akulli në avull, sublimimi - procesi i kundërt.
Specifikimi i akullit si gjendje uji
Dihet gjerësisht se akulli ngrin (transformohet nga uji) kur temperatura kalon kufirin zbritës prej zero gradë. Edhe pse, ky fenomen i kuptueshëm ka nuancat e veta. Për shembull, gjendja e akullit është e paqartë; llojet dhe modifikimet e tij janë të ndryshme. Ato ndryshojnë kryesisht në kushtet në të cilat lindin - temperatura, presioni. Ka deri në pesëmbëdhjetë modifikime të tilla.
Akulli në llojet e tij të ndryshme ka një strukturë molekulare të ndryshme (molekulat janë të padallueshme nga molekulat e ujit). Akulli natyror dhe natyror, në terminologjinë shkencore i shënuar si akull Ih, është një substancë me strukturë kristalore. Kjo do të thotë, secila molekulë me katër "fqinjë" përreth (distanca midis të gjithëve është e barabartë) krijon një figurë gjeometrike, një tetraedron. Fazat e tjera të akullit kanë një strukturë më komplekse, për shembull struktura shumë e renditur e akullit trigonal, kubik ose monoklinik.
Dallimet kryesore midis akullit dhe ujit në nivelin molekular
Diferenca e parë dhe jo drejtpërdrejt me strukturën molekulare të ujit dhe akullit ndërmjet tyre është treguesi i densitetit të substancës. Struktura kristalore e natyrshme në akull, kur formohet, kontribuon në një ulje të njëkohshme të densitetit (nga pothuajse 1000 kg/m³ në 916.7 kg/m³). Dhe kjo stimulon një rritje të vëllimit me 10%. 
Dallimi kryesor në strukturën molekulare të këtyre gjendjeve agregate të ujit (të lëngëta dhe të ngurta) është numri, lloji dhe forca e lidhjeve hidrogjenore ndërmjet molekulave. Në akull (gjendje e ngurtë), ato bashkojnë pesë molekula, dhe vetë lidhjet e hidrogjenit janë më të forta.
Vetë molekulat e substancave të ujit dhe të akullit, siç u përmend më herët, janë të njëjta. Por në molekulat e akullit, atomi i oksigjenit (për të krijuar një "rrjetë" kristalore të substancës) formon lidhje hidrogjeni (dy) me molekula "fqinj".
Ajo që e dallon substancën e ujit në gjendjet e tij të ndryshme (agregati) nuk është vetëm struktura e renditjes së molekulave (struktura molekulare), por edhe lëvizja e tyre, forca e ndërlidhjes/tërheqjes ndërmjet tyre. Molekulat e ujit në gjendje të lëngshme tërhiqen mjaft dobët, duke siguruar rrjedhshmërinë e ujit. Në akullin e ngurtë, tërheqja e molekulave është më e fortë, dhe për këtë arsye aktiviteti i tyre motorik është i ulët (siguron qëndrueshmërinë e formës së akullit).
Prezantimi
1. Struktura e molekulave të ujit
2. Struktura e ujit në tre gjendjet e tij të grumbullimit
3. Llojet e ujit
4. Vetitë anormale të ujit
5. Shndërrimet fazore dhe diagrami i gjendjes së ujit
6. Modele të strukturës së ujit dhe akullit
7. Llojet agregate të akullit
konkluzioni
Bibliografi
Prezantimi
Uji është substanca më e rëndësishme në Tokë pa të cilën asnjë organizëm i gjallë nuk mund të ekzistojë dhe nuk mund të ndodhin reaksione biologjike, kimike apo procese teknologjike.
Uji (oksidi i hidrogjenit) është një lëng pa erë, pa shije dhe ngjyrë (i kaltërosh në shtresa të trasha); H2O, mol. m. 18.016, lidhja më e thjeshtë e qëndrueshme. hidrogjen me oksigjen.
Uji është një nga substancat më të zakonshme në natyrë. Ajo mbulon rreth 3/4 e të gjithë sipërfaqes së tokës, duke formuar bazën e oqeaneve, deteve, liqeneve, lumenjve, ujërave të palodhur dhe kënetave. Një sasi e madhe uji gjendet gjithashtu në atmosferë. Bimët dhe organizmat e gjallë përmbajnë 50-96% ujë.
Molekulat e ujit janë zbuluar në hapësirën ndëryjore. Uji është pjesë e kometave, shumica e planetëve në sistemin diellor dhe satelitëve të tyre. Sasia e ujit në sipërfaqen e Tokës vlerësohet në 1.39 * 10 18 ton, pjesa më e madhe e tij gjendet në dete dhe oqeane. Sasia e ujit të ëmbël në dispozicion për përdorim në lumenj, liqene, këneta dhe rezervuarë është 2 * 10 4 ton. Masa e akullnajave në Antarktidë, Antarktidë dhe rajonet e larta malore është 2.4 * 10 16 ton (masa totale e borës dhe akullit të shpërndarë mbi sipërfaqen e Tokës arrin afërsisht 2,5-3,010 16 tonë, që është vetëm 0,0004% e masës së gjithë planetit tonë. Megjithatë, një sasi e tillë mjafton për të mbuluar të gjithë sipërfaqen e Tokës me një shtresë 53 metra dhe nëse e gjithë kjo masë do të shkrihej papritmas, duke u shndërruar në ujë, niveli i Oqeanit Botëror do të ishte rritur me rreth 64 metra në krahasim me atë aktual.), ka përafërsisht të njëjtën sasi të ujërave nëntokësore, dhe vetëm një pjesë e vogël e tij është të freskëta. Në atmosferë ka përafërsisht. 1.3*10 13 ton ujë. Uji është pjesë e shumë mineraleve dhe shkëmbinjve (balta, gipsi, etj.), është i pranishëm në tokë dhe është një përbërës thelbësor i të gjithë organizmave të gjallë.
Dendësia e H 2 O = 1 g/cm3 (në 3,98 gradë), t pl. = 0 gradë, dhe t kip = 100 gradë. Kapaciteti termik i ujit është 4,18 J/(g/K) Mr (H 2 O) = 18 dhe korrespondon me formulën e tij më të thjeshtë. Megjithatë, pesha molekulare e ujit të lëngshëm, e përcaktuar duke studiuar zgjidhjet e tij në tretës të tjerë, rezulton të jetë më e lartë. Kjo tregon se në ujin e lëngshëm ekziston një lidhje e molekulave, d.m.th., ato kombinohen në agregate më komplekse. Uji është substanca e vetme në natyrë që, në kushte tokësore, ekziston në të tre gjendjet e grumbullimit: Shumë ujë është në gjendje të gaztë në formën e avullit në atmosferë; ai shtrihet në formën e masave të mëdha të borës dhe akullit gjatë gjithë vitit në majat e maleve të larta dhe në vendet polare. Në zorrët e tokës ka edhe ujë që ngop tokën dhe shkëmbinjtë
Klima varet nga uji. Gjeofizikantët pohojnë se Toka do të ishte ftohur shumë kohë më parë dhe do të ishte kthyer në një copë guri të pajetë nëse nuk do të ishte uji. Ka një kapacitet shumë të lartë të nxehtësisë. Kur nxehet, thith nxehtësinë; duke u ftohur, e jep. Uji i tokës thith dhe kthen shumë nxehtësi dhe në këtë mënyrë "e barazon" klimën. Dhe ajo që e mbron Tokën nga i ftohti kozmik janë ato molekula uji që shpërndahen në atmosferë - në re dhe në formë avulli... Nuk mund të bësh pa ujë - kjo është substanca më e rëndësishme në Tokë.
Uji është një substancë e njohur dhe e pazakontë. Shkencëtar i famshëm sovjetik
Akademiku I.V. Petryanov e quajti librin e tij shkencor të njohur për ujin "substanca më e jashtëzakonshme në botë". Dhe "Fiziologjia argëtuese", shkruar nga Doktori i Shkencave Biologjike B.F. Sergeev, fillon me një kapitull rreth ujit - "Substanca që krijoi planetin tonë".
1. Struktura e një molekule uji
Nga të gjithë lëngjet e zakonshme, uji është tretësi më universal, lëngu me vlerat maksimale të tensionit sipërfaqësor, konstantës dielektrike, nxehtësisë së avullimit dhe nxehtësisë më të lartë (pas amoniakut) të shkrirjes. Ndryshe nga shumica e substancave, uji zgjerohet kur ngrin në presion të ulët.
Këto veti specifike të ujit lidhen me strukturën e veçantë të molekulës së tij. Formula kimike e ujit, H 2 0, është jashtëzakonisht e thjeshtë. Në një molekulë uji, bërthamat e atomeve të hidrogjenit janë të vendosura në mënyrë asimetrike në lidhje me bërthamën e atomit të oksigjenit dhe elektroneve. Nëse atomi i oksigjenit është në qendër të tetraedrit, qendrat e masës së dy atomeve të hidrogjenit do të jenë në qoshet e tetraedrit, dhe qendrat e ngarkesës së dy palëve të elektroneve do të zënë dy qoshet e tjera (Fig. 1.1). Kështu, katër elektrone ndodhen në distancën më të madhe të mundshme si nga bërthama e atomit të oksigjenit, ashtu edhe nga bërthamat e atomeve të hidrogjenit, në të cilat ato ende tërhiqen nga bërthama e atomit të oksigjenit. Gjashtë elektronet e tjera të molekulës së ujit janë rregulluar si më poshtë: katër elektrone janë në një pozicion që siguron një lidhje kimike midis bërthamave të atomeve të oksigjenit dhe hidrogjenit, dhe dy të tjerët ndodhen pranë bërthamës së atomit të oksigjenit.
Rregullimi asimetrik i atomeve të një molekule uji shkakton një shpërndarje të pabarabartë të ngarkesave elektrike në të, gjë që e bën molekulën e ujit polare. Kjo strukturë e molekulës së ujit shkakton tërheqjen e molekulave të ujit me njëra-tjetrën si rezultat i formimit të lidhjeve hidrogjenore ndërmjet tyre. Rregullimi i atomeve të hidrogjenit dhe oksigjenit brenda agregateve të formuara të molekulave të ujit është i ngjashëm me renditjen e atomeve të silikonit dhe oksigjenit në kuarc. Kjo vlen për akullin dhe, në një masë më të vogël, për ujin e lëngshëm, agregatet molekulare të të cilit janë gjithmonë në fazën e rishpërndarjes. Kur uji ftohet, molekulat e tij grupohen në agregate, të cilat gradualisht rriten në përmasa dhe bëhen më të qëndrueshme kur temperatura afrohet 4°C, kur uji arrin densitetin maksimal. Në këtë temperaturë, uji nuk ka ende një strukturë të ngurtë dhe, së bashku me zinxhirët e gjatë të molekulave të tij, ka një numër të madh të molekulave individuale të ujit. Me ftohje të mëtejshme, zinxhirët e molekulave të ujit rriten për shkak të shtimit të molekulave të lira në to, si rezultat i të cilave zvogëlohet dendësia e ujit. Kur uji kthehet në akull, të gjitha molekulat e tij hyjnë në një strukturë pak a shumë të ngurtë në formën e zinxhirëve të hapur që formojnë kristale.
Fig. 1.1 Struktura e një molekule uji
Depërtimi i ndërsjellë i atomeve të hidrogjenit dhe oksigjenit. Bërthamat e dy atomeve të hidrogjenit dhe dy palë elektronesh janë të vendosura në qoshet e tetraedrit: në qendër është bërthama e një atomi oksigjeni.
Vlerat e larta të tensionit sipërfaqësor dhe nxehtësisë së avullimit të ujit shpjegohen me faktin se kërkohet një shpenzim relativisht i madh energjie për të ndarë një molekulë uji nga një grup molekulash. Tendenca e molekulave të ujit për të formuar lidhje hidrogjeni dhe polariteti i tyre shpjegojnë tretshmërinë jashtëzakonisht të lartë të ujit. Disa komponime, të tilla si sheqernat dhe alkoolet, mbahen në tretësirë nga lidhjet hidrogjenore. Komponimet që janë shumë të jonizuara, të tilla si kloruri i natriumit, mbahen në tretësirë sepse jonet me ngarkesa të kundërta neutralizohen nga grupet e molekulave të orientuara të ujit.
Një veçori tjetër e molekulës së ujit është se atomet e hidrogjenit dhe oksigjenit mund të kenë masa të ndryshme me të njëjtën ngarkesë bërthamore. Varietetet e një elementi kimik me pesha të ndryshme atomike quhen izotopë të atij elementi. Një molekulë uji zakonisht formohet nga hidrogjeni me peshë atomike 1 (H 1) dhe oksigjen me peshë atomike 16 (O 16). Më shumë se 99% e atomeve të ujit i përkasin këtyre izotopeve. Përveç kësaj, ekzistojnë izotopet e mëposhtme: H 2, H 3, O 14, O 15, O 17, O 18, O 19. Shumë prej tyre grumbullohen në ujë si rezultat i avullimit të pjesshëm të tij dhe për shkak të masës së tyre të madhe. Izotopet H 3, O 14, O 15, O 19 janë radioaktive. Më i zakonshmi prej tyre është tritiumi H 3, i formuar në shtresat e sipërme të atmosferës nën ndikimin e rrezeve kozmike. Ky izotop është grumbulluar gjithashtu si rezultat i shpërthimeve bërthamore gjatë viteve të fundit. Bazuar në këto dhe fakte të tjera rreth izotopeve, analiza e përbërjes izotopike të ujit mund të zbulojë pjesërisht historinë e disa ujërave natyrore. Kështu, përmbajtja e izotopeve të rënda në ujërat sipërfaqësore tregon avullimin afatgjatë të ujit, i cili ndodh, për shembull, në Detin e Vdekur, Liqenin e Madh të Kripur dhe rezervuarë të tjerë të mbyllur. Nivelet e larta të tritiumit në ujërat nëntokësore mund të nënkuptojnë se këto ujëra janë me origjinë meteorike me një shkallë të lartë qarkullimi, sepse gjysma e jetës së këtij izotopi është vetëm 12.4 vjet. Fatkeqësisht, analiza e izotopeve është shumë e shtrenjtë dhe për këtë arsye nuk mund të përdoret gjerësisht në studimet e ujërave natyrore.
Molekula e ujit H2O është e ndërtuar në formën e një trekëndëshi: këndi midis dy lidhjeve oksigjen-hidrogjen është 104 gradë. Por meqenëse të dy atomet e hidrogjenit ndodhen në të njëjtën anë të oksigjenit, ngarkesat elektrike në të shpërndahen. Molekula e ujit është polare, gjë që është arsyeja e ndërveprimit të veçantë midis molekulave të ndryshme të tij.
Atomet e hidrogjenit në molekulën H2O, që kanë një ngarkesë të pjesshme pozitive, ndërveprojnë me elektronet e atomeve të oksigjenit të molekulave fqinje. Kjo lidhje kimike quhet lidhje hidrogjenore. Ai kombinon molekulat H 2 O në polimere unike të një strukture hapësinore; rrafshi në të cilin ndodhen lidhjet hidrogjenore është pingul me rrafshin e atomeve të së njëjtës molekulë H 2 O. Ndërveprimi ndërmjet molekulave të ujit shpjegon kryesisht temperaturat anormalisht të larta të shkrirjes dhe vlimit të tij. Duhet të sigurohet energji shtesë për të liruar dhe më pas shkatërruar lidhjet e hidrogjenit. Dhe kjo energji është shumë domethënëse. Kjo është arsyeja pse kapaciteti i nxehtësisë së ujit është kaq i lartë.
Ashtu si shumica e substancave, uji përbëhet nga molekula, dhe këto të fundit përbëhen nga atome.
Vetitë e ujit
Pse është uji uji?
Ndër larminë e madhe të substancave, uji me vetitë e tij fizike dhe kimike zë një vend shumë të veçantë, të jashtëzakonshëm. Dhe kjo duhet të merret fjalë për fjalë.
Pothuajse të gjitha vetitë fizike dhe kimike të ujit janë përjashtime në natyrë. Është me të vërtetë substanca më e mahnitshme në botë. Uji është i mahnitshëm jo vetëm për shumëllojshmërinë e formave izotopike të molekulës dhe jo vetëm për shpresat që lidhen me të si një burim i pashtershëm energjie për të ardhmen. Përveç kësaj, është e mahnitshme për vetitë e saj shumë të zakonshme.
Si ndërtohet një molekulë uji?
Si është ndërtuar një molekulë uji tani dihet shumë saktë. Është ndërtuar kështu.
Pozicionet relative të bërthamave të atomeve të hidrogjenit dhe oksigjenit dhe distanca ndërmjet tyre janë studiuar dhe matur mirë. Doli se molekula e ujit është jolineare. Së bashku me predha elektronike të atomeve, një molekulë uji, nëse e shikoni "nga ana", mund të përshkruhet kështu:
domethënë, gjeometrikisht, rregullimi i ndërsjellë i ngarkesave në një molekulë mund të përshkruhet si një katërkëndor i thjeshtë. Të gjitha molekulat e ujit me çdo përbërje izotopike janë ndërtuar saktësisht njësoj.
Sa molekula uji ka në oqean?
Një. Dhe kjo përgjigje nuk është tamam një shaka. Sigurisht, çdokush mundet, duke parë një libër referimi dhe duke zbuluar se sa ujë ka në Oqeanin Botëror, të llogarisë lehtësisht sa molekula H2O përmban. Por një përgjigje e tillë nuk do të jetë plotësisht e saktë. Uji është një substancë e veçantë. Për shkak të strukturës së tyre unike, molekulat individuale ndërveprojnë me njëra-tjetrën. Një lidhje e veçantë kimike lind për shkak të faktit se secili prej atomeve të hidrogjenit të një molekule tërheq elektronet e atomeve të oksigjenit në molekulat fqinje. Për shkak të kësaj lidhjeje hidrogjeni, çdo molekulë uji lidhet mjaft ngushtë me katër molekula të tjera fqinje, ashtu siç tregohet në diagram. Vërtetë, ky diagram është shumë i thjeshtuar - është i sheshtë, përndryshe nuk mund të përshkruhet në figurë. Le të imagjinojmë një pamje pak më të saktë. Për ta bërë këtë, duhet të keni parasysh se rrafshi në të cilin ndodhen lidhjet e hidrogjenit (ato tregohen me një vijë me pika) në një molekulë uji drejtohet pingul me rrafshin e vendndodhjes së atomeve të hidrogjenit.
Të gjitha molekulat individuale të H2O në ujë rezulton të jenë të lidhura në një rrjet të vetëm hapësinor të vazhdueshëm - në një molekulë gjigante. Prandaj, pohimi i disa kimistëve fizikë se i gjithë oqeani është një molekulë është mjaft i justifikuar. Por kjo deklaratë nuk duhet marrë shumë fjalë për fjalë. Megjithëse të gjitha molekulat e ujit në ujë janë të lidhura me njëra-tjetrën me lidhje hidrogjeni, ato janë në të njëjtën kohë në një ekuilibër të lëvizshëm shumë kompleks, duke ruajtur vetitë individuale të molekulave individuale dhe duke formuar agregate komplekse. Kjo ide vlen jo vetëm për ujin: një copë diamanti është gjithashtu një molekulë.
Si ndërtohet një molekulë akulli?
Nuk ka molekula të veçanta akulli. Molekulat e ujit, për shkak të strukturës së tyre të jashtëzakonshme, janë të lidhura me njëra-tjetrën në një copë akulli në mënyrë që secila prej tyre të jetë e lidhur dhe e rrethuar nga katër molekula të tjera. Kjo çon në shfaqjen e një strukture shumë të lirshme akulli, në të cilën mbetet shumë vëllim i lirë. Struktura e saktë kristalore e akullit shprehet në hirin e mahnitshëm të flokeve të dëborës dhe bukurinë e modeleve të ngrira në xhamat e ngrirë të dritareve.
Si ndërtohen molekulat e ujit në ujë?
Fatkeqësisht, kjo çështje shumë e rëndësishme ende nuk është studiuar mjaftueshëm. Struktura e molekulave në ujin e lëngshëm është shumë komplekse. Kur akulli shkrihet, struktura e tij e rrjetit ruhet pjesërisht në ujin që rezulton. Molekulat në ujin e shkrirë përbëhen nga shumë molekula të thjeshta - agregate që ruajnë vetitë e akullit. Me rritjen e temperaturës, disa prej tyre shpërbëhen dhe madhësia e tyre bëhet më e vogël.
Tërheqja e ndërsjellë çon në faktin se madhësia mesatare e një molekule komplekse uji në ujë të lëngshëm tejkalon ndjeshëm madhësinë e një molekule të vetme uji. Kjo strukturë e jashtëzakonshme molekulare e ujit përcakton vetitë e tij të jashtëzakonshme fiziko-kimike.
Sa duhet të jetë dendësia e ujit?
A nuk është një pyetje shumë e çuditshme? Mos harroni se si u krijua njësia e masës - një gram. Kjo është masa e një centimetri kub ujë. Kjo do të thotë se nuk mund të ketë dyshim se dendësia e ujit duhet të jetë vetëm ajo që është. A mund të ketë ndonjë dyshim për këtë? Mund. Teoricienët kanë llogaritur se nëse uji nuk do të ruante një strukturë të lirshme, të ngjashme me akullin në gjendje të lëngshme dhe molekulat e tij do të ishin të mbushura fort, atëherë dendësia e ujit do të ishte shumë më e lartë. Në 25°C do të ishte jo e barabartë me 1.0, por me 1.8 g/cm3.
Në çfarë temperature duhet të vlojë uji?
Kjo pyetje është gjithashtu, natyrisht, e çuditshme. Në fund të fundit, uji vlon në njëqind gradë. Të gjithë e dinë këtë. Për më tepër, të gjithë e dinë se është pika e vlimit të ujit në presion normal atmosferik që u zgjodh si një nga pikat referuese të shkallës së temperaturës, e caktuar në mënyrë konvencionale 100°C.
Megjithatë, pyetja shtrohet ndryshe: në çfarë temperature duhet të vlojë uji? Në fund të fundit, temperaturat e vlimit të substancave të ndryshme nuk janë të rastësishme. Ato varen nga pozicioni i elementeve që përbëjnë molekulat e tyre në tabelën periodike të Mendelejevit.
Nëse krahasojmë përbërjet kimike të elementeve të ndryshëm me të njëjtën përbërje që i përkasin të njëjtit grup të tabelës periodike, vihet re se sa më i vogël të jetë numri atomik i një elementi, aq më e ulët është pesha atomike e tij, aq më e ulët është pika e vlimit të elementit. komponimet e saj. Bazuar në përbërjen e tij kimike, uji mund të quhet një hidrid oksigjeni. H2Te, H2Se dhe H2S janë analoge kimike të ujit. Nëse monitoroni pikat e tyre të vlimit dhe krahasoni se si ndryshojnë pikat e vlimit të hidrideve në grupet e tjera të tabelës periodike, atëherë mund të përcaktoni me saktësi pikën e vlimit të çdo hidridi, ashtu si çdo përbërës tjetër. Vetë Mendeleev ishte në gjendje të parashikonte vetitë e përbërjeve kimike të elementeve të pa zbuluar ende në këtë mënyrë.
Nëse përcaktojmë pikën e vlimit të hidridit të oksigjenit nga pozicioni i tij në tabelën periodike, rezulton se uji duhet të vlojë në -80 ° C. Për rrjedhojë, uji vlon afërsisht njëqind e tetëdhjetë gradë më lart. , se sa duhet të vlojë. Pika e vlimit të ujit - kjo është vetia e tij më e zakonshme - rezulton të jetë e jashtëzakonshme dhe befasuese.
Vetitë e çdo përbërjeje kimike varen nga natyra e elementeve që e formojnë atë dhe, për rrjedhojë, nga pozicioni i tyre në tabelën periodike të elementeve kimike të Mendelejevit. Këta grafikë tregojnë varësinë e temperaturave të vlimit dhe shkrirjes së përbërjeve të hidrogjenit të grupeve IV dhe VI të tabelës periodike. Uji është një përjashtim i mrekullueshëm. Për shkak të rrezes shumë të vogël të protonit, forcat e ndërveprimit ndërmjet molekulave të tij janë aq të mëdha sa është shumë e vështirë t'i ndash ato, prandaj uji vlon dhe shkrihet në temperatura anormalisht të larta.
Grafiku A. Varësia normale e pikës së vlimit të hidrideve të elementeve të grupit IV nga pozicioni i tyre në sistemin periodik.
Grafiku B. Ndër hidridet e elementeve të grupit VI, uji ka veti anormale: uji duhet të vlojë në minus 80 - minus 90 ° C, por vlon në plus 100 ° C.
Grafiku B. Varësia normale e temperaturës së shkrirjes së hidrideve të elementeve të grupit IV nga pozicioni i tyre në sistemin periodik.
Grafiku D. Ndër hidridet e elementeve të grupit VI, uji shkel rendin: duhet të shkrihet në minus 100 ° C, dhe akullnajat të shkrihen në 0 ° C.
Në çfarë temperature ngrin uji?
A nuk është e vërtetë që pyetja nuk është më pak e çuditshme se të mëparshmet? Epo, kush nuk e di që uji ngrin në zero gradë? Kjo është pika e dytë e referencës së termometrit. Kjo është vetia më e zakonshme e ujit. Por edhe në këtë rast mund të pyesim: në çfarë temperature duhet të ngrijë uji në përputhje me natyrën e tij kimike? Rezulton se hidridi i oksigjenit, bazuar në pozicionin e tij në tabelën periodike, duhet të ishte ngurtësuar në njëqind gradë nën zero.
Sa gjendje të lëngshme të ujit ka?
Kjo pyetje nuk është aq e lehtë për t'iu përgjigjur. Sigurisht, ka edhe një gjë - uji i lëngshëm me të cilin të gjithë jemi njohur. Por uji i lëngshëm ka veti aq të jashtëzakonshme sa duhet të pyesim veten nëse një gjë kaq e thjeshtë, në dukje jo provokuese
pa dyshim pergjigja? Uji është e vetmja substancë në botë që, pasi shkrihet, fillimisht tkurret dhe më pas fillon të zgjerohet me rritjen e temperaturës. Në rreth 4°C, uji është në densitetin më të lartë. Kjo anomali e rrallë në vetitë e ujit shpjegohet me faktin se në realitet uji i lëngshëm është një zgjidhje komplekse e një përbërje krejtësisht të pazakontë: është një zgjidhje e ujit në ujë.
Kur akulli shkrihet, fillimisht formohen molekula të mëdha dhe komplekse uji. Ato ruajnë mbetjet e strukturës së lirshme kristalore të akullit dhe treten në ujë të zakonshëm me peshë molekulare të ulët. Prandaj, në fillim dendësia e ujit është e ulët, por me rritjen e temperaturës, këto molekula të mëdha shpërbëhen dhe kështu dendësia e ujit rritet derisa të fillojë zgjerimi normal termik, në atë moment dendësia e ujit bie përsëri. Nëse kjo është e vërtetë, atëherë disa gjendje uji janë të mundshme, por askush nuk di se si t'i ndajë ato. Dhe ende nuk dihet nëse kjo do të jetë e mundur ndonjëherë. Kjo veti e jashtëzakonshme e ujit ka një rëndësi të madhe për jetën. Në rezervuarë, para fillimit të dimrit, uji ftohës bie gradualisht derisa temperatura e të gjithë rezervuarit të arrijë në 4°C. Me ftohje të mëtejshme, uji më i ftohtë mbetet sipër dhe e gjithë përzierja ndalon. Si rezultat, krijohet një situatë e jashtëzakonshme: një shtresë e hollë uji të ftohtë bëhet si një “batanije e ngrohtë” për të gjithë banorët e botës nënujore. Në 4°C ata ndjehen qartë mjaft mirë.
Çfarë duhet të jetë më e lehtë - uji apo akulli?
Kush nuk e di këtë... Në fund të fundit, akulli noton në ujë. Ajsbergë gjigantë notojnë në oqean. Liqenet në dimër mbulohen me një shtresë të vazhdueshme akulli lundrues. Sigurisht, akulli është më i lehtë se uji.
Por pse "sigurisht"? A është kaq e qartë? Përkundrazi, vëllimi i të gjitha lëndëve të ngurta rritet gjatë shkrirjes dhe ato mbyten në shkrirjen e tyre. Por akulli noton në ujë. Kjo veti e ujit është një anomali në natyrë, një përjashtim dhe, për më tepër, një përjashtim absolutisht i shquar.
Ngarkesat pozitive në një molekulë uji lidhen me atomet e hidrogjenit. Ngarkesat negative janë elektronet valente të oksigjenit. Rregullimi i tyre relativ në një molekulë uji mund të përshkruhet si një tetraedron i thjeshtë.
Le të përpiqemi të imagjinojmë se si do të dukej bota nëse uji do të kishte veti normale dhe akulli, siç duhet të jetë çdo substancë normale, më i dendur se uji i lëngshëm. Në dimër, ngrirja më e dendur e akullit nga lart do të fundosej në ujë, duke u zhytur vazhdimisht në fund të rezervuarit. Në verë, akulli, i mbrojtur nga një shtresë uji i ftohtë, nuk mund të shkrihej. Gradualisht, të gjithë liqenet, pellgjet, lumenjtë, përrenjtë do të ngrinin plotësisht, duke u shndërruar në blloqe gjigante akulli. Më në fund, detet do të ngrinin, pasuar nga oqeanet. Bota jonë e bukur dhe e gjelbër e lulëzuar do të bëhej një shkretëtirë e vazhdueshme e akullt, e mbuluar aty-këtu me një shtresë të hollë uji të shkrirë.
Sa akull ka?
Në natyrën në Tokën tonë ekziston vetëm një: akulli i zakonshëm. Akulli është një shkëmb me veti të jashtëzakonshme. Ai është i ngurtë, por rrjedh si një lëng, dhe ka lumenj të mëdhenj akulli që rrjedhin ngadalë nga malet e larta. Akulli është i ndryshueshëm - ai vazhdimisht zhduket dhe formohet përsëri. Akulli është jashtëzakonisht i fortë dhe i qëndrueshëm - për dhjetëra mijëra vjet ruan pa ndryshime trupat e mamuthëve që vdiqën aksidentalisht në çarje akullnajore. Në laboratorët e tij, njeriu arriti të zbulojë të paktën gjashtë akull të tjerë të ndryshëm, jo më pak të mahnitshëm. Ato nuk mund të gjenden në natyrë. Ato mund të ekzistojnë vetëm në presione shumë të larta. Akulli i zakonshëm ruhet deri në një presion prej 208 MPa (megapascals), por në këtë presion ai shkrihet në -22 °C. Nëse presioni është më i lartë se 208 MPa, shfaqet akull i dendur - akull-III. Ai është më i rëndë se uji dhe zhytet në të. Në një temperaturë më të ulët dhe presion më të lartë - deri në 300 MPa - formohet edhe më i dendur akulli-P. Presioni mbi 500 MPa e kthen akullin në akull-V. Ky akull mund të nxehet pothuajse në 0 ° C dhe nuk do të shkrihet, megjithëse është nën presion të madh. Në një presion prej rreth 2 GPa (gigapascals), shfaqet ice-VI. Ky është fjalë për fjalë akull i nxehtë - mund të përballojë temperaturat prej 80° C pa u shkrirë. Ice-VII, i gjetur në presionin 3GP, ndoshta mund të quhet akull i nxehtë. Ky është akulli më i dendur dhe më refraktar i njohur. Shkrihet vetëm në 190° mbi zero.
Ice-VII ka një fortësi jashtëzakonisht të lartë. Ky akull mund të shkaktojë edhe fatkeqësi të papritura. Kushinetat në të cilat rrotullohen boshtet e turbinave të fuqishme të termocentraleve zhvillojnë presion të madh. Nëse edhe pak ujë futet në yndyrë, ajo do të ngrijë, edhe pse temperatura e kushinetave është shumë e lartë. Grimcat e akullit-VII që rezultojnë, të cilat kanë fortësi të madhe, do të fillojnë të shkatërrojnë boshtin dhe kushinetat dhe do t'i shkaktojnë shpejt dështimin e tyre.
Ndoshta ka akull edhe në hapësirë?
Sikur ka, dhe në të njëjtën kohë shumë e çuditshme. Por shkencëtarët në Tokë e zbuluan atë, megjithëse një akull i tillë nuk mund të ekzistojë në planetin tonë. Dendësia e të gjithë akullit të njohur aktualisht, edhe në presione shumë të larta, vetëm shumë pak e kalon 1 g/cm3. Dendësia e modifikimeve gjashtëkëndore dhe kubike të akullit në presione dhe temperatura shumë të ulëta, madje edhe afër zeros absolute, është pak më e vogël se uniteti. Dendësia e tyre është 0,94 g/cm3.
Por doli se në një vakum, në presione të papërfillshme dhe në temperatura nën -170 ° C, në kushtet kur formimi i akullit ndodh kur kondensohet nga avulli në një sipërfaqe të ngurtë të ftohur, shfaqet akull absolutisht i mahnitshëm. Dendësia e tij është... 2,3 g/cm3. I gjithë akulli i njohur deri më tani është kristalor, por ky akull i ri është me sa duket amorf, i karakterizuar nga një rregullim relativ i rastësishëm i molekulave individuale të ujit; Nuk ka një strukturë kristalore specifike. Për këtë arsye, nganjëherë quhet akull xhami. Shkencëtarët janë të bindur se ky akull i mahnitshëm duhet të lindë në kushtet hapësinore dhe të luajë një rol të madh në fizikën e planetëve dhe kometave. Zbulimi i një akulli kaq të dendur ishte i papritur për fizikantët.
Çfarë duhet që akulli të shkrihet?
Shumë nxehtësi. Shumë më tepër sesa do të duhej për të shkrirë të njëjtën sasi të çdo substance tjetër. Nxehtësia jashtëzakonisht e lartë specifike e shkrirjes -80 cal (335 J) për gram akulli është gjithashtu një veti anormale e ujit. Kur uji ngrin, e njëjta sasi nxehtësie lirohet përsëri.
Kur vjen dimri, formohet akulli, bie bora dhe uji kthen nxehtësinë, duke ngrohur tokën dhe ajrin. Ata i rezistojnë të ftohtit dhe zbutin kalimin në dimër të ashpër. Falë kësaj vetie të mrekullueshme të ujit, vjeshta dhe pranvera ekzistojnë në planetin tonë.
Sa nxehtësi nevojitet për të ngrohur ujin?
Shume. Më shumë se sa duhet për të ngrohur një sasi të barabartë të çdo substance tjetër. Duhet një kalori (4.2 J) për të ngrohur një gram ujë një shkallë. Kjo është më shumë se dyfishi i kapacitetit të nxehtësisë së çdo përbërësi kimik.
Uji është një substancë që është e jashtëzakonshme në vetitë e tij më të zakonshme për ne. Sigurisht, kjo aftësi e ujit është shumë e rëndësishme jo vetëm kur gatuani darkën në kuzhinë. Uji është shpërndarësi i madh i nxehtësisë në të gjithë Tokën. E ngrohur nga Dielli nën ekuator, ai transferon nxehtësinë në Oqeanin Botëror me rrjedha gjigante të rrymave detare në rajonet e largëta polare, ku jeta është e mundur vetëm falë kësaj veçorie mahnitëse të ujit.
Pse uji në det është i kripur?
Kjo është ndoshta një nga pasojat më të rëndësishme të një prej vetive më të mahnitshme të ujit. Në molekulën e tij, qendrat e ngarkesave pozitive dhe negative janë zhvendosur fort në lidhje me njëra-tjetrën. Prandaj, uji ka një vlerë jashtëzakonisht të lartë, anormale të konstantës dielektrike. Për ujin, e = 80, dhe për ajrin dhe vakumin, e = 1. Kjo do të thotë se çdo dy ngarkesa të kundërta në ujë tërhiqen reciprokisht nga njëra-tjetra me një forcë 80 herë më të vogël se në ajër. Në fund të fundit, sipas ligjit të Kulombit:
Por gjithsesi, lidhjet ndërmolekulare në të gjithë trupat, të cilat përcaktojnë forcën e trupit, shkaktohen nga bashkëveprimi midis ngarkesave pozitive të bërthamave atomike dhe elektroneve negative. Në sipërfaqen e një trupi të zhytur në ujë, forcat që veprojnë midis molekulave ose atomeve dobësohen nën ndikimin e ujit pothuajse njëqind herë. Nëse forca e mbetur e lidhjes ndërmjet molekulave bëhet e pamjaftueshme për të përballuar efektet e lëvizjes termike, molekulat ose atomet e trupit fillojnë të shkëputen nga sipërfaqja e tij dhe të kalojnë në ujë. Trupi fillon të shpërndahet, duke u ndarë ose në molekula individuale, si sheqeri në një gotë çaj, ose në grimca të ngarkuara - jone, si kripa e tryezës.
Falë konstantës së tij dielektrike anormalisht të lartë, uji është një nga tretësit më të fuqishëm. Madje është në gjendje të shpërndajë çdo shkëmb në sipërfaqen e tokës. Ngadalë dhe në mënyrë të pashmangshme, ai shkatërron edhe granitët, duke nxjerrë prej tyre përbërës lehtësisht të tretshëm.
Përrenjtë, lumenjtë dhe lumenjtë bartin papastërtitë e tretura në ujë në oqean. Uji nga oqeani avullon dhe kthehet përsëri në tokë për të vazhduar punën e tij të përjetshme përsëri dhe përsëri. Dhe kripërat e tretura mbeten në dete dhe oqeane.
Mos mendoni se uji tretet dhe sjell në det vetëm atë që tretet lehtë dhe se uji i detit përmban vetëm kripë të zakonshme që qëndron në tryezën e darkës. Jo, uji i detit përmban pothuajse të gjithë elementët që ekzistojnë në natyrë. Ai përmban magnez, kalcium, squfur, brom, jod dhe fluor. Në të u gjetën hekur, bakër, nikeli, kallaj, uranium, kobalt, madje edhe argjend e ari në sasi më të vogla. Kimistët gjetën mbi gjashtëdhjetë elementë në ujin e detit. Ndoshta do të gjenden edhe të gjithë të tjerët. Shumica e kripës në ujin e detit është kripa e tryezës. Kjo është arsyeja pse uji në det është i kripur.
A është e mundur të vraponi në sipërfaqen e ujit?
Mund. Për ta parë këtë, shikoni sipërfaqen e çdo pellgu apo liqeni gjatë verës. Shumë njerëz të gjallë dhe të shpejtë jo vetëm që ecin në ujë, por edhe vrapojnë. Nëse marrim parasysh se zona mbështetëse e këmbëve të këtyre insekteve është shumë e vogël, atëherë nuk është e vështirë të kuptohet se, pavarësisht peshës së tyre të ulët, sipërfaqja e ujit mund t'i rezistojë presionit të konsiderueshëm pa depërtuar.
A mund të rrjedhë uji lart?
Po ndoshta. Kjo ndodh gjatë gjithë kohës dhe kudo. Uji vetë ngrihet në tokë, duke lagur të gjithë trashësinë e tokës nga niveli i ujërave nëntokësore. Uji vetë ngrihet përmes enëve kapilare të pemës dhe e ndihmon bimën të japë lëndë ushqyese të tretura në lartësi të mëdha - nga rrënjët e fshehura thellë në tokë deri te gjethet dhe frutat. Vetë uji lëviz lart në poret e letrës fshirëse kur duhet të thani një njollë, ose në pëlhurën e një peshqiri kur fshini fytyrën. Në tuba shumë të hollë - në kapilarë - uji mund të rritet në një lartësi prej disa metrash.
Çfarë e shpjegon këtë?
Një veçori tjetër e jashtëzakonshme e ujit është tensioni i tij jashtëzakonisht i lartë sipërfaqësor. Molekulat e ujit në sipërfaqen e tij përjetojnë forcat e tërheqjes ndërmolekulare vetëm në njërën anë, dhe në ujë ky ndërveprim është anormalisht i fortë. Prandaj, çdo molekulë në sipërfaqen e saj tërhiqet në lëng. Si rezultat, lind një forcë që shtrëngon sipërfaqen e lëngut.Në ujë është veçanërisht i fortë: tensioni sipërfaqësor i tij është 72 mN/m (milliewton për metër).
A mund të kujtohet uji?
Kjo pyetje tingëllon, pa dyshim, shumë e pazakontë, por është mjaft serioze dhe shumë e rëndësishme. Bëhet fjalë për një problem të madh fiziko-kimik, i cili në pjesën më të rëndësishme të tij ende nuk është hetuar. Kjo pyetje sapo është shtruar në shkencë, por ende nuk ka gjetur një përgjigje për të.
Pyetja është: a ndikon historia e mëparshme e ujit në vetitë e tij fizike dhe kimike dhe a është e mundur që, duke studiuar vetitë e ujit, të zbulohet se çfarë i ka ndodhur më parë - ta bëjmë vetë ujin të "kujtohet" dhe të na tregojë për të . Po, ndoshta, sado befasuese të duket. Mënyra më e lehtë për ta kuptuar këtë është me një shembull të thjeshtë, por shumë interesant dhe të jashtëzakonshëm - kujtimi i akullit.
Në fund të fundit, akulli është ujë. Kur uji avullon, përbërja izotopike e ujit dhe avullit ndryshon. Uji i lehtë avullon, megjithëse në një masë të parëndësishme, më shpejt se uji i rëndë.
Kur uji natyral avullohet, përbërja ndryshon në përmbajtjen izotopike jo vetëm të deuteriumit, por edhe të oksigjenit të rëndë. Këto ndryshime në përbërjen izotopike të avullit janë studiuar shumë mirë dhe është studiuar mirë edhe varësia e tyre nga temperatura.
Kohët e fundit, shkencëtarët kryen një eksperiment të jashtëzakonshëm. Në Arktik, në trashësinë e një akullnajeje të madhe në Grenlandën veriore, u fundos një pus dhe u shpua dhe u nxor një bërthamë gjigante akulli e gjatë gati një kilometra e gjysmë. Shtresat vjetore të akullit në rritje ishin qartë të dukshme mbi të. Përgjatë gjithë gjatësisë së bërthamës, këto shtresa iu nënshtruan analizës izotopike, dhe në bazë të përmbajtjes relative të izotopeve të rënda të hidrogjenit dhe oksigjenit - deuterium dhe 18O - u përcaktuan temperaturat e formimit të shtresave vjetore të akullit në çdo seksion të bërthamës. Data e formimit të shtresës vjetore u përcaktua me numërim të drejtpërdrejtë. Në këtë mënyrë, situata klimatike në Tokë u rivendos për një mijëvjeçar. Uji arriti të kujtonte dhe regjistronte të gjitha këto në shtresat e thella të akullnajës së Grenlandës.
Si rezultat i analizave izotopike të shtresave të akullit, shkencëtarët ndërtuan një kurbë të ndryshimit të klimës në Tokë. Doli se temperatura jonë mesatare është subjekt i luhatjeve laike. Ishte shumë ftohtë në shekullin e 15-të, në fund të shekullit të 17-të. dhe në fillim të shekullit të 19-të. Vitet më të nxehta ishin 1550 dhe 1930.
Atëherë cili është misteri i "kujtesës" së ujit?
Fakti është se në vitet e fundit, shkenca ka grumbulluar gradualisht shumë fakte mahnitëse dhe plotësisht të pakuptueshme. Disa prej tyre janë të vendosura fort, të tjerat kërkojnë konfirmim sasior të besueshëm dhe të gjithë presin ende për t'u shpjeguar.
Për shembull, askush nuk e di ende se çfarë ndodh me ujin që rrjedh nëpër një fushë të fortë magnetike. Fizikanët teorikë janë absolutisht të sigurt se asgjë nuk mund dhe nuk do t'i ndodhë asaj, duke përforcuar bindjen e tyre me llogaritjet teorike plotësisht të besueshme, nga të cilat rrjedh se pas ndërprerjes së fushës magnetike, uji duhet të kthehet menjëherë në gjendjen e tij të mëparshme dhe të mbetet si ai. ishte . Dhe përvoja tregon se ajo ndryshon dhe bëhet ndryshe.
A ka ndonjë ndryshim të madh? Gjykojeni vetë. Nga uji i zakonshëm në një kazan me avull, kripërat e tretura, të lëshuara, depozitohen në një shtresë të dendur dhe të fortë shkëmbore në muret e tubave të bojlerit dhe nga uji i magnetizuar (siç quhet tani në teknologji) ato bien në formë. të një sedimenti të lirshëm të pezulluar në ujë. Duket sikur ndryshimi është i vogël. Por kjo varet nga këndvështrimi. Sipas punëtorëve në termocentralet, ky ndryshim është jashtëzakonisht i rëndësishëm, pasi uji i magnetizuar siguron funksionimin normal dhe të pandërprerë të termocentraleve gjigante: muret e tubave të kaldajave me avull nuk rriten, transferimi i nxehtësisë është më i lartë dhe prodhimi i energjisë elektrike është më i lartë. Trajtimi magnetik i ujit është instaluar prej kohësh në shumë stacione termike, por as inxhinierët dhe as shkencëtarët nuk e dinë se si dhe pse funksionon. Veç kësaj, në mënyrë eksperimentale është vënë re se pas trajtimit magnetik të ujit, në të përshpejtohen proceset e kristalizimit, tretjes, adsorbimit dhe ndryshimet e lagështimit... megjithatë në të gjitha rastet efektet janë të vogla dhe të vështira për t'u riprodhuar.
Efekti i një fushe magnetike në ujë (domosdoshmërisht me rrjedhje të shpejtë) zgjat për fraksione të vogla të sekondës, por uji e "kujton" këtë për dhjetëra orë. Pse nuk dihet. Në këtë çështje, praktika është shumë përpara shkencës. Në fund të fundit, nuk dihet se çfarë saktësisht ndikon trajtimi magnetik - uji apo papastërtitë që përmbahen në të. Nuk ka gjë të tillë si ujë i pastër.
"Kujtesa" e ujit nuk kufizohet vetëm në ruajtjen e efekteve të ndikimit magnetik. Në shkencë, shumë fakte dhe vëzhgime ekzistojnë dhe po grumbullohen gradualisht, duke treguar se uji duket se "kujton" se më parë ka qenë i ngrirë.
Uji i shkrirë, i formuar së fundmi nga shkrirja e një pjese akulli, gjithashtu duket se është i ndryshëm nga uji nga i cili është formuar kjo copë akulli. Në ujin e shkrirë, farat mbijnë më shpejt dhe më mirë, filizat zhvillohen më shpejt; më tej, pulat që marrin ujë të shkrirë duket se rriten dhe zhvillohen më shpejt. Përveç vetive mahnitëse të ujit të shkrirë, të përcaktuara nga biologët, dihen edhe dallime thjesht fizike dhe kimike, për shembull, uji i shkrirë ndryshon në viskozitet dhe konstante dielektrike. Viskoziteti i ujit të shkrirë merr vlerën e tij të zakonshme për ujin vetëm 3-6 ditë pas shkrirjes. Pse është kështu (nëse është kështu), askush tjetër nuk e di.
Shumica e studiuesve e quajnë këtë zonë të fenomeneve "kujtesa strukturore" e ujit, duke besuar se të gjitha këto manifestime të çuditshme të ndikimit të historisë së mëparshme të ujit në vetitë e tij shpjegohen nga ndryshimet në strukturën e imët të gjendjes së tij molekulare. Ndoshta është kështu, por... ta emërtosh nuk do të thotë ta shpjegosh. Ekziston ende një problem i rëndësishëm në shkencë: pse dhe si uji "kujton" atë që i ndodhi.
Nga erdhi uji në Tokë?
Rrjedhat e rrezeve kozmike - rryma grimcash me energji të madhe - po përshkojnë përgjithmonë Universin në të gjitha drejtimet. Shumica e tyre përmbajnë protone - bërthamat e atomeve të hidrogjenit. Në lëvizjen e tij në hapësirë, planeti ynë vazhdimisht i nënshtrohet "bombardimit me proton". Duke depërtuar në shtresat e sipërme të atmosferës së tokës, protonet kapin elektrone, shndërrohen në atome hidrogjeni dhe menjëherë reagojnë me oksigjenin për të formuar ujë. Llogaritjet tregojnë se çdo vit pothuajse një ton e gjysmë ujë i tillë "kozmik" lind në stratosferë. Në lartësi të mëdha në temperatura të ulëta, elasticiteti i avullit të ujit është shumë i vogël dhe molekulat e ujit, duke u grumbulluar gradualisht, kondensohen në grimcat e pluhurit kozmik, duke formuar retë misterioze noktile. Shkencëtarët sugjerojnë se ato përbëhen nga kristale të vogla akulli që lindën nga uji i tillë "kozmik". Llogaritjet treguan se uji që u shfaq në këtë mënyrë në Tokë gjatë gjithë historisë së saj do të mjaftonte për të lindur të gjithë oqeanet e planetit tonë. Pra, uji erdhi në Tokë nga hapësira? Por...
Gjeokimistët nuk e konsiderojnë ujin një mysafir qiellor. Ata janë të bindur se ajo është me origjinë tokësore. Shkëmbinjtë që përbëjnë mantelin e tokës, i cili shtrihet midis bërthamës qendrore të Tokës dhe kores së tokës, shkrihen në vende nën ndikimin e nxehtësisë së akumuluar të prishjes radioaktive të izotopeve. Prej tyre u lëshuan përbërës të paqëndrueshëm: azot, klor, karboni dhe komponime squfuri, dhe mbi të gjitha u lëshuan avujt e ujit.
Sa mund të lëshojnë të gjithë vullkanet gjatë shpërthimeve gjatë gjithë ekzistencës së planetit tonë?
Shkencëtarët e kanë llogaritur edhe këtë. Doli se një ujë i tillë "gjeologjik" i shpërthyer do të ishte gjithashtu i mjaftueshëm për të mbushur të gjithë oqeanet.
Në pjesët qendrore të planetit tonë, duke formuar thelbin e tij, ndoshta nuk ka ujë. Nuk ka gjasa që të mund të ekzistojë atje. Disa shkencëtarë besojnë se më tej, edhe nëse oksigjeni dhe hidrogjeni janë të pranishëm atje, atëherë ata, së bashku me elementë të tjerë, duhet të formojnë të reja për shkencën, forma të panjohura metalike të përbërjeve që kanë një densitet të lartë dhe janë të qëndrueshme në presionet dhe temperaturat e mëdha. që mbretërojnë në qendër të globit.
Studiues të tjerë janë të sigurt se thelbi i globit përbëhet nga hekuri. Ajo që në fakt nuk është aq larg nga ne, nën këmbët tona, në thellësi që tejkalojnë 3 mijë km, askush nuk e di ende, por ndoshta nuk ka ujë atje.
Pjesa më e madhe e ujit në brendësi të Tokës gjendet në mantelin e saj - shtresa të vendosura nën koren e tokës dhe që shtrihen në një thellësi prej afërsisht 3 mijë km. Gjeologët besojnë se të paktën 13 miliardë metra kub janë të përqendruar në mantel. km ujë.
Shtresa më e lartë e guaskës së tokës - korja e tokës - përmban afërsisht 1.5 miliardë metra kub. km ujë. Pothuajse i gjithë uji në këto shtresa është në një gjendje të lidhur - është pjesë e shkëmbinjve dhe mineraleve, duke formuar hidrate. Ju nuk mund të laheni në këtë ujë dhe nuk mund ta pini atë.
Hidrosfera, guaska ujore e globit, formohet nga afërsisht 1.5 miliardë metra kub të tjerë. km ujë. Pothuajse e gjithë kjo sasi gjendet në Oqeanin Botëror. Ajo zë rreth 70% të të gjithë sipërfaqes së tokës, sipërfaqja e saj është mbi 360 milion metra katrorë. km. Nga hapësira, planeti ynë nuk duket aspak si një glob, por më tepër si një tullumbace uji.
Thellësia mesatare e Oqeanit është rreth 4 km. Nëse e krahasojmë këtë "thellësi pa fund" me madhësinë e vetë globit, diametri mesatar i të cilit është i barabartë me km, atëherë, përkundrazi, do të duhet të pranojmë se jetojmë në një planet të lagësht, ai është vetëm pak i lagur. me ujë, dhe madje jo në të gjithë sipërfaqen. Uji në oqeane dhe dete është i kripur - nuk mund ta pini.
Ka shumë pak ujë në tokë: vetëm rreth 90 milionë metra kub. km. Nga këto, më shumë se 60 milionë metra kub. km është nën tokë, pothuajse e gjitha është me ujë të kripur. Rreth 25 milionë metër kub. km ujë të ngurtë shtrihet në rajonet malore dhe akullnajore, në Arktik, Grenlandë dhe Antarktidë. Këto rezerva ujore në botë janë të mbrojtura.
Të gjithë liqenet, kënetat, rezervuarët e krijuar nga njeriu dhe toka përmbajnë 500 mijë metra kub të tjerë. km ujë.
Uji është gjithashtu i pranishëm në atmosferë. Gjithmonë ka shumë avuj uji në ajër, edhe në shkretëtirat më të thata, ku nuk ka asnjë pikë ujë dhe nuk bie kurrë shi. Përveç kësaj, retë notojnë gjithmonë nëpër qiell, retë po mblidhen, bie borë, bie shi dhe mjegulla përhapet mbi tokë. Të gjitha këto rezerva uji në atmosferë janë llogaritur me saktësi: të gjitha së bashku arrijnë në vetëm 14 mijë metra kub. km.