Suyun buza çevrilmə nöqtəsi. Suyun anomal xassələri

Dünyada ən sadə, ən geniş yayılmış və eyni zamanda ən sirli, heyrətamiz maddə sudur. Dəyişən sıxlıq, yüksək istilik tutumu və suyun böyük səthi gərginliyi, onun “yaddaş” qabiliyyəti və quruluşu H20 kimi sadə görünən maddənin anormal xüsusiyyətləridir.

Ən maraqlısı odur ki, həyatın suyun anomal xüsusiyyətləri sayəsində mövcuddur uzun müddət fizika və kimya qanunları baxımından izah edilə bilməzdi. Bu, su molekulları arasında hidrogen bağlarının olması ilə bağlıdır. Buna görə də, maye vəziyyətdə su yalnız molekulların qarışığı deyil, su çoxluqlarının mürəkkəb və dinamik dəyişən şəbəkəsidir. Hər bir fərdi çoxluq qısa müddət yaşayır, lakin suyun strukturuna və xüsusiyyətlərinə təsir edən çoxluqların davranışıdır.

Suyun digər ikili hidrogen birləşmələri ilə müqayisədə anormal donma və qaynama temperaturu var. Suya yaxın birləşmələrin ərimə nöqtələrini müqayisə etsək: H2S, H2Te, H2Se, onda H20-nin ərimə nöqtəsinin 90 ilə -120 ° C arasında olması lazım olduğunu güman edə bilərik. Lakin, reallıqda 0 ° C-dir. Qaynama nöqtə oxşardır: H2S üçün -60,8 ° C, H2Se üçün -41,5 ° C, H2Te -18 ° C. Buna baxmayaraq, su ən azı +70 ° C-də qaynamalıdır və +100 ° C-də qaynayır. suyun ərimə və qaynama nöqtələrinin anomal xassələr olmasından belə nəticəyə gəlmək olar ki, planetimizin şəraitində suyun maye və bərk halları da anomaldır. Yalnız qaz və vəziyyətdə normal olmalıdır.

Artıq bilirsiniz ki, cisimlər qızdırıldıqda genişlənir və soyuduqda büzülür. Nə qədər paradoksal görünsə də, su fərqli davranır. 100°C-dən -4°C-yə qədər soyuduqda su büzülür və sıxlığını artırır. +4 ° C temperaturda ən yüksək sıxlığa malikdir. Lakin 0 ° C-yə qədər daha da soyudulması ilə genişlənməyə başlayır və sıxlığı azalır! 0 ° C-də (suyun donma temperaturu) su bərk birləşmə vəziyyətinə çevrilir. Keçid anı həcmdə kəskin artım (təxminən 10%) və sıxlığın müvafiq azalması ilə müşayiət olunur. Bu fenomenin sübutu buzun suyun səthində üzməsidir. Bütün digər maddələr (vismut və qallium istisna olmaqla) ərimə zamanı əmələ gələn mayelərdə batır. Suyun fenomenal dəyişkən sıxlığı balıqlara donan su hövzələrində yaşamağa imkan verir: temperatur -4 ° C-dən aşağı düşəndə, daha az sıx olan soyuq su səthdə qalır və donur, temperatur isə sıfırın altında qalır. buz.

Su maye halında qeyri-adi dərəcədə yüksək istilik tutumuna malikdir. Suyun istilik tutumu buxarın istilik tutumundan iki dəfə, buxarın istilik tutumu isə... buzun istilik tutumuna bərabərdir. İstilik tutumu temperaturu 1 ° C artırmaq üçün tələb olunan istilik miqdarıdır. 0 ° C-dən +35 ° C-ə qədər qızdırıldıqda onun istilik tutumu artmır, əksinə azalır. +35 ° C-dən +100 ° C-ə qədər daha da qızdırıldığında yenidən böyüməyə başlayır. Canlı orqanizmlərin bədən istiliyi suyun istilik tutumunun ən aşağı qiymətləri ilə üst-üstə düşür.

Supersoyutma suyun maye halında qalaraq donma nöqtəsindən aşağı temperaturlara qədər soyuması qabiliyyətidir. Bu əmlak çox təmiz su dondurulması zamanı kristallaşma mərkəzləri kimi xidmət edə biləcək müxtəlif çirklərdən təmizlənmişdir.

Suyun donma temperaturunun təzyiqdən asılılığı da tamamilə anomaldır.

Təzyiq artdıqca donma nöqtəsi azalır, hər 130 atmosfer üçün azalma təxminən 1 ° C-dir. Digər maddələrdə isə əksinə, artan təzyiqlə donma nöqtəsi artır.

Su yüksək səth gərginliyinə malikdir (yalnız civə daha yüksək dəyərə malikdir), Su yüksək ıslatma qabiliyyətinə malikdir - bunun sayəsində kapilyarlıq fenomeni mümkündür, yəni bir mayenin borularda, dar kanallarda səviyyəsini dəyişdirmək qabiliyyəti. sərbəst forma, məsaməli cisimlər.

Su diametri 1 10'9 m-ə yaxın olan nanoborularda heyrətamiz xüsusiyyətlər əldə edir: onun özlülüyü kəskin şəkildə artır və su mütləq sıfıra yaxın temperaturda donmamaq qabiliyyəti əldə edir. -23 ° C temperaturda və 40 min atmosfer təzyiqində nanoborulardakı su molekulları müstəqil olaraq özlərini spiral "nərdivanlara", o cümlədən DNT-nin spiral quruluşunu çox xatırladan ikiqat spirallara düzəldirlər.

Suyun səthi hidroksil ionlarının OH yığılması səbəbindən mənfi elektrik potensialına malikdir - müsbət yüklü hidronium ionları H30 + suyun mənfi yüklü səthinə çəkilərək, ikiqat elektrik təbəqəsi əmələ gətirir.

İsti su soyuq sudan daha tez donur - bu paradoksal fenomen membran effekti adlanır. Bu gün elm hələ bunun izahını verməyib,

-120 ° C-də suya qəribə şeylər gəlməyə başlayır: bəkməz kimi viskoz olur və -135 ° C-dən aşağı temperaturda "şüşə" suya çevrilir - kristal quruluşu olmayan bərk maddə.

Qaynama nöqtəsinə gəlincə, belədir təzyiqdən birbaşa asılıdır: artan təzyiqlə artır (şək. 6). Suyun bu xüsusiyyətindən əvvəllər dağlarda relyefin hündürlüyünü müəyyən etmək üçün istifadə olunurdu. Suda həll olunan maddələrin miqdarının artması ilə qaynama nöqtəsi də artır.
Başqa bir asılılıq müşahidə olunur təzyiq və suyun donma (ərimə) nöqtəsi arasında, artan təzyiqlə aşağı düşür (lakin yalnız 2200 atm təzyiqə qədər). Təzyiqin daha da artması ilə suyun donma nöqtəsi artmağa başlayır: 3530 atm təzyiqdə su mənfi 17-də donur; 6380 atm-də - 0 °C-də, 16.500 atm-də - 60-da və 20.670 atm-də - 76 °C-də. Son iki halda bizdə artıq var isti buz.

Yerin daxili hissəsində belə temperatur və təzyiqlərin birləşməsinin mövcud olması mümkündürmü? Şübhəsiz ki, Yerin süxurlarında sərbəst dövr edən su yoxdur, çünki təzyiqin təxminən 10.000 atm olduğu Mohorovicic sərhədi adlanan aşağı litosfer və yuxarı mantiyanın sərhədində belə temperatur ola bilməz. 30 ° C-ə bərabər olmalıdır və həmişə və hər yerdə əhəmiyyətli dərəcədə yüksək olacaqdır. Beləliklə, burada isti buzun qarşılaşması istisna edilir.
Mohorovicic həddindən yuxarı, isti buzun əmələ gəlməsi üçün zəruri olan 6000 atm-dən yuxarı təzyiqlər tamamilə istisna edilir.

1 atm təzyiqdə suyun donma (ərimə) və qaynama nöqtələri anomaldır (müvafiq olaraq 0 və 100 °C). Mendeleyevin dövri sisteminin VIa qrupunun elementləri olan bir sıra hidrogen birləşmələrini - H2Te, H2Se H2S və H2O - onların nisbi molekulyar çəkisini nəzərə alsaq, suyun donma və qaynama nöqtələrinin uyğun olmadığı ortaya çıxır. daha çox nisbi olan digər üç birləşmə üçün ümumi nümunə molekulyar çəki, qaynama və donma nöqtələri nə qədər yüksəkdir. Suyun donma nöqtəsi mənfi 90 ilə mənfi 120 ° C arasında olmalıdır, lakin əslində ± 0 ° C-dir. Eyni şeyi suyun qaynama nöqtəsi haqqında da demək olar, 75 ilə 100 ° C arasında olmalıdır (şək. 7).

At normal təzyiq su hətta müsbət temperaturda da "dona" bilər. Bu, məsələn, bir qaz kəmərində, ondan keçən qaz (əsasən metan) zəif qurudulmuş, yəni su ehtiva edən zaman müşahidə olunur. Bir qaz molekulunun həcmi su molekulunun həcmi ilə müqayisədə daha böyükdür, bu da daxili təzyiqin azalmasına və donma nöqtəsinin bir neçə dərəcədən 20 ° C-ə qədər artmasına səbəb olur. Düşən "buz" çoxlu qaz (qaz hidrat) ehtiva edir.
Adi suyun mövcudluğu faktı yer səthi Hər üç fazada (bərk, maye və qaz halında) termodinamik şərait bu maddəni son dərəcə təəccüblü və qeyri-adi edir.

Su planetimizdə ən geniş yayılmış və ən sirli maddədir. Qədim dövrlərdən bəri məlum olan sadə xüsusiyyətlərə malikdir. Məhz bu xüsusiyyətləri sayəsində onu “həyatın əsası” adlandırırlar. Bəs bu xassələrin “möcüzəsi” nədir? Gəlin bunu anlayaq.

Mayelik. Bütün mayelərin, o cümlədən suyun əsas xüsusiyyəti. Xarici qüvvələrin təsiri altında istənilən damar şəklini almağa qadirdir. Və bu, onun universal əlçatanlığını təmin edir. Su su borularında axıb göllər, çaylar və dənizlər əmələ gətirir. Və ən əsası, onu həmişə özünüzlə istənilən rahat qablaşdırmada - kiçik şüşədən tutmuş nəhəng bir çənə qədər apara bilərsiniz.

Temperatur xüsusiyyətləri.İsti su soyuq sudan daha yüngüldür və həmişə yüksəlir. Ona görə də şorbanı bir anda hər tərəfdən deyil, yalnız aşağıdan qızdırmaqla şorba bişirə bilərik. "Konveksiya" adlanan bu fenomen sayəsində yerin su hövzələrinin sakinlərinin əksəriyyəti səthə daha yaxın yaşayır.

Ancaq suyun ən vacib temperatur xüsusiyyəti onun yüksək istilik tutumudur - dəmirdən 10 dəfə çoxdur. Bu o deməkdir ki, onu qızdırmaq lazımdır çox sayda enerji, lakin soyuduqda eyni miqdarda enerji ayrılır. Evlərimizdəki istilik sistemləri və sənayedə istifadə olunan soyutma sistemləri bu prinsipə əsaslanır.

Bundan əlavə, dənizlər və okeanlar Yerin istilik tənzimləyicisi rolunu oynayır, mövsümi temperatur dəyişikliklərini yumşaldır, yayda istiliyi udur və qışda buraxır. İstilik tutumu və konveksiyanın birləşməsi ilə siz hətta bütün qitəni qızdıra bilərsiniz! Söhbət “Avropanın əsas batareyası” olan isti Körfəz axınından gedir. Atlantik okeanının səthi ilə hərəkət edən nəhəng isti su axınları onun sahillərində bu enliklər üçün xarakterik olmayan rahat bir temperatur təmin edir.

Dondurma. Suyun donma nöqtəsi şərti olaraq 0 dərəcəyə bərabərdir, lakin əslində bu parametr bir sıra amillərdən asılıdır: atmosfer təzyiqi, suyun qoyulduğu qab, içindəki çirklərin olmasından.

Su özünəməxsusdur ki, digər maddələrdən fərqli olaraq, donduqda genişlənir. Sərt qışlarımızı nəzərə alsaq, bunu bəlkə də mənfi xüsusiyyət adlandırmaq olar. Dondurma və həcmdə artan su (daha doğrusu buz) sadəcə metal boruları cırır.

Beləliklə, bərk vəziyyətə çevrildikdə, su həcmi artır, lakin daha az sıx olur. Buna görə buz həmişə sudan daha yüngüldür və onun səthində yerləşir. Bundan əlavə, istiliyi zəif keçirir: hətta ən çox soyuq qış Planetin su hövzələrində həyat qorunub saxlanılır. Axı, buz "yastığı" nə qədər qalın olarsa, altındakı su daha isti olar. Həmçinin, bu əmlak sayəsində bəzi xalqlar hələ də "buzlaqlar" adlanan yerləri - buzla örtülmüş zirzəmilər və ya mağaralar tikirlər, bu da yayda belə əriməyən və yeməyi çox uzun müddət saxlamağa imkan verir.

Bəzi alimlər hətta döyüş üçün buzdan istifadə etməyi təklif ediblər qlobal istiləşmə. İdeyanın mahiyyəti belədir: xüsusi gəmi Antarktidaya yaxın yerdə sürüşən aysberqi yedəkləyir. Sonra da onu insanların istidən əziyyət çəkdiyi isti bölgələrə sürükləyir. Aysberq əriyir və bütün sahilyanı bölgəyə sərinlik verir. Bu, yalnız insan tərəfindən yaradılan tərs Gulf Stream-dir.

Qaynama. Soyuqdan buzdan keçək isti buxara. Hər kəs suyun 100 dərəcə Selsi temperaturunda qaynadığını bilir. Ancaq bu, yalnız normal hava tərkibi və atmosfer təzyiqi şəraitindədir. Ancaq təzyiqin daha aşağı və havanın daha nazik olduğu Everestin zirvəsində çaydanınız artıq 68 dərəcədə qaynayacaq! Qaynar su zərərli mikroorqanizmləri öldürməyə kömək edir. Buxarda hazırlanmış qidalar da qızardılmış qidalardan çox daha sağlamdır.

Bundan əlavə, su buxarını sivilizasiyanın əsl mühərriki adlandırmaq olar. Buxar maşınları dövründən heç yüz il keçməyib və bir çox insanlar hələ də səhvən dəmir yolu lokomotivlərini (hazırda əsasən elektrik enerjisi ilə işləyən) "buxar lokomotivləri" adlandırırlar.

Yeri gəlmişkən, elektrik haqqında. Buxar olmasaydı, hələ də nadir və bahalı bir maraq olaraq qalacaqdı. Axı, əksər elektrik stansiyalarının iş prinsipi isti buxarın təzyiqi altında rotorun fırlanmasına əsaslanır. Müasir nüvə elektrik stansiyaları Köhnə kömürdən və ya neftdən yalnız suyun istiləşməsi prinsipi ilə fərqlənirlər. Hətta innovativ və təhlükəsiz günəş enerjisi də buxardan istifadə edir: nəhəng güzgülər böyüdücü şüşə kimi günəş şüalarını su çəninə yönəldir və onu elektrik turbinləri üçün buxara çevirir.

Dağılma. Daha bir şey ən mühüm əmlak su, onsuz nəinki elm və sənaye, hətta həyatın özü də qeyri-mümkün olardı! Sizcə, qan plazmasının sevimli soda ilə nə ortaqlığı var? Cavab sadədir: soda sulu məhlul müxtəlif duzlar, minerallar və qazlar. Plazma 90% sudan, həmçinin zülallardan və digər maddələrdən ibarətdir. Canlı orqanizmin hər bir hüceyrəsi ehtiyac duyduğu maddələri sulu məhlul şəklində də alır.

Su ən sadə, ən təhlükəsiz, lakin buna baxmayaraq, ən etibarlı təbii həlledicidir. Demək olar ki, hər hansı bir maddə mobil molekulları arasında - mayelərdən metallara qədər "sendviç" edilə bilər. Bu gözəl mülk bəşəriyyət yaranandan bəri diqqəti cəlb edir. Qədim rəssamlar mağara divarlarına rəsm çəkmək üçün təbii boyaları suda həll edirdilər. Sonra orta əsr kimyagərləri hər hansı bir materialı qızıla çevirəcək bir "fəlsəfə daşı" əldə etmək ümidi ilə müxtəlif maddələri suda həll edərək dəyənəyi götürdülər. İndi bu xüsusiyyət müasir kimyaçılar tərəfindən uğurla istifadə olunur.

Səthi gərginlik.Əksər insanlar suyun səthi gərginliyi haqqında eşidəndə yalnız gölməçənin və ya gölməçənin səthində sürüşən su nəğmə böcəklərini xatırlayırlar. Bu arada suyun bu xüsusiyyəti olmadan əllərinizi belə yumaq mümkün deyil! Məhz bunun sayəsində sabun köpüyü əmələ gəlir. Əllərinizi dəsmalsız dəsmal ilə qurutmaq da çətindir. Axı, bütün emici materiallar (kağız salfet və ya mikrofiber parça olmasından asılı olmayaraq) səthi gərginlik səbəbindən nəmin udulduğu mikroskopik məsamələrə malikdir. Eyni səbəbdən, su bitkilərin köklərinə nüfuz edən ən incə kapilyarlardan keçir. Quru tikinti qarışıqlarının hazırlanması da əlavə edilən suyun səthi gərginliyi hesabına mümkündür.

Su molekulları bir-birinə aktiv şəkildə cəlb olunur, nəticədə müəyyən bir həcm üçün səthi minimuma enir. Buna görə təbii forma hər hansı bir maye topdur. Bu, sıfır çəkisi ilə asanlıqla yoxlanıla bilər. Baxmayaraq ki, belə bir təcrübə üçün kosmosa uçmaq lazım deyil, sadəcə şprisdən istifadə edərək stəkana bir az su yeridin. bitki yağı və toplara necə birləşdiyinə baxın.

Ən təmiz su Finlandiyadadır, isti su soyuq sudan daha tez donur, su +20 °C temperaturda dondura bilər. Bütün bunları və su haqqında digər maraqlı faktları bu nəşrdə oxuyun.

Su çoxdur, amma içməli su yoxdur

Su planetimizin 70%-dən çoxunu əhatə edir və suyun böyük əksəriyyəti duzludur. Planetdəki bütün bu nəhəng miqdarda su ilə ümumi miqdarın yalnız 3% -i içilə bilər. Ən çox yeraltı sularda tapılır.

From ümumi sayı planetdəki suyun 96%-i okeanlar, 1,5%-i yeraltı sular və 1,5%-i buzlaqlardır.

Fin suyu

Alimlər sınaqlar keçirdilər içməli su 122 ştatda və nəticələr göstərdi ki, ən təmiz su Finlandiyada tapılıb, burada su ehtiyatlarının 80%-nin müstəsna dərəcədə təmiz su olduğu düşünülür. Finlandiyadan sonra test nəticələrinə görə ən təmiz su İsveçrə, İsveç və Norveçdə tapılıb. Ölkəmiz ən təmiz suya malik ilk 10 ölkəyə belə daxil deyil.

Amerikalılar su israfçılarıdır

Orta statistik məlumatlara görə, orta amerikalı gündə orta hesabla 90 litr su istifadə edir. Bu ümumi suyun böyük hissəsi, 40%-i tualetin yuyulmasına sərf olunur. Amerikalılar suyun 34%-ni vanna otağı ehtiyacları üçün istifadə edirlər: yuyunmaq və çimmək. Ştat sakinləri suyun 21%-ni camaşırxanaya sərf edirlər. Və 90 litrin yalnız 5%-i amerikalılar tərəfindən yemək bişirməyə sərf olunur.

İsti yemək daha tez dondurulur

İsti suyun soyuq sudan daha tez donduğu təsdiqlənib. Müxtəlif qablara isti və soyuq su qoymağa çalışın. soyuq su göndərməklə dondurucu, və baxın: suyun daha tez donacağı qab. Təəccüblənəcəksiniz, amma nə qədər qəribə olsa da, isti su daha tez donacaq.

Ancaq bununla bağlı ən maraqlısı odur ki, elm adamları bunun niyə baş verdiyini hələ də anlaya bilmirlər. Ən çox ehtimal olunan versiyalardan biri qaynar suda qaynama nəticəsində çökmə səbəbindən daha az duz ehtiva edir, buna görə də belə su daha tez donur.

donmuş su

Su ilə təcrübə aparmaq çox maraqlıdır. Məsələn, -120 °C temperaturda su çox viskoz və yapışqan olur. Su -135 °C-ə qədər dondurulursa, strukturu şüşəyə bənzədiyi zaman "şüşə su" adlanan xarakter alacaq.

Donma nöqtəsi

Hamımız bilirik ki, su borusundakı su yalnız sıfırın altındakı temperaturda dona bilər. Ancaq suyun tərkibində yüksək miqdarda metan varsa, molekulları suya təsir edir, o zaman borudakı su hətta +20 ° C temperaturda da dondura bilər. aşağı təzyiq maye və onun yüksək donma nöqtəsi.

Su yanır

Təsəvvür edirsinizmi ki, su yansın? Təbii ki, bunun qeyri-mümkün olduğunu deyəcəksiniz. Ancaq bu fikrin təkzibi var. Azərbaycanda bir xüsusi və heyrətamiz yer, hansının üstündə açıq sahə su yanır, belə "odlu suya" kibrit təqdim etmək kifayətdir və o, dərhal alovlanacaq.

Duzlu suyun xüsusiyyətləri

Duzlu suyun öz donma və ərimə səviyyələri var. Beləliklə, duzlu su yalnız -1,8 ° C temperaturda donur və əriməsi yalnız +2,3 ° C-ə çatdıqda baş verir.

Suyun mənfi tərəfləri

Su insanlara təkcə yaxşılıq gətirmir. Məlum olub ki, xəstəliklərin təxminən 80%-i su vasitəsilə keçə bilər. Eyni səbəbdən dünyada hər il təxminən 25 milyon insan ölür.

Əriyən buzlaqlar

Alimlər hesablayıblar ki, əgər planetimizdəki bütün buzlaqlar ərisəydi, o zaman yer kürəsinin 1/8 hissəsi su altında qalacaq, üstəlik, dünya okeanlarında suyun səviyyəsi 65 metr artacaq.

Su haqqında hansı maraqlı faktları bilirsiniz?