น้ำเป็นสิ่งแปลกปลอมที่ควรค่าแก่การศึกษาอย่างละเอียด นักวิชาการชาวโซเวียต I. V. Petryanov เขียนหนังสือเกี่ยวกับสารที่น่าอัศจรรย์นี้ สารที่ผิดปกติมากที่สุดในโลก ความผิดปกติใดในคุณสมบัติทางกายภาพของน้ำที่น่าสนใจเป็นพิเศษ? เราจะหาคำตอบสำหรับคำถามนี้ด้วยกัน
ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ
เราไม่ค่อยนึกถึงความหมายของคำว่า "น้ำ" บนโลกของเรา มากกว่า 70% ของพื้นที่ทั้งหมดถูกครอบครองโดยแม่น้ำและทะเลสาบ ทะเลและมหาสมุทร ภูเขาน้ำแข็ง ธารน้ำแข็ง หนองน้ำ หิมะบนยอดเขา เช่นเดียวกับดินที่เย็นจัด แม้ว่าจะมีปริมาณน้ำมากขนาดนี้ แต่ก็สามารถดื่มได้เพียง 1% เท่านั้น
ความสำคัญทางชีวภาพ
ร่างกายมนุษย์มีน้ำ 70-80% สารนี้ช่วยให้แน่ใจว่าการไหลของกระบวนการที่สำคัญทั้งหมดโดยเฉพาะอย่างยิ่งต้องขอบคุณสารพิษที่ถูกกำจัดออกจากมันและเซลล์ได้รับการฟื้นฟู หน้าที่หลักของน้ำในเซลล์ที่มีชีวิตเป็นโครงสร้างและพลังงาน โดยเนื้อหาเชิงปริมาณในร่างกายมนุษย์ลดลง "หดตัว"
ไม่มีระบบดังกล่าวในสิ่งมีชีวิตที่สามารถทำงานได้โดยไม่มี H2O แม้จะมีความผิดปกติของน้ำ แต่ก็เป็นมาตรฐานสำหรับกำหนดปริมาณความร้อน มวล อุณหภูมิ ระดับความสูง
แนวคิดพื้นฐาน
H2O - ไฮโดรเจนออกไซด์ซึ่งมีไฮโดรเจน 11.19% ออกซิเจน 88.81% โดยมวล เป็นของเหลวไม่มีสีไม่มีกลิ่นหรือรส น้ำเป็นองค์ประกอบสำคัญของกระบวนการทางอุตสาหกรรม
เป็นครั้งแรกที่สารนี้ถูกสังเคราะห์ขึ้นเมื่อปลายศตวรรษที่ 18 โดย G. Cavendish นักวิทยาศาสตร์ได้ระเบิดส่วนผสมของออกซิเจนและไฮโดรเจนด้วยอาร์คไฟฟ้า G. กาลิเลโอวิเคราะห์ความแตกต่างในความหนาแน่นของน้ำแข็งและน้ำครั้งแรกในปี 1612
ในปี 1830 เครื่องจักรไอน้ำถูกสร้างขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส P. Dulong และ D. Arago การค้นพบนี้ทำให้สามารถศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างความดันไออิ่มตัวกับอุณหภูมิได้ ในปี 1910 นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน P. Bridgman และ G. Tamman ชาวเยอรมันได้ค้นพบการดัดแปลงหลายรูปแบบในน้ำแข็งที่ความดันสูง
ในปี 1932 นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน G. Urey และ E. Washburn ค้นพบน้ำที่มีน้ำหนักมาก พบความผิดปกติในคุณสมบัติทางกายภาพของสารนี้เนื่องจากการปรับปรุงอุปกรณ์และวิธีการวิจัย
คุณสมบัติทางกายภาพที่ขัดแย้งกัน
น้ำบริสุทธิ์เป็นของเหลวใสไม่มีสี ความหนาแน่นของมันเมื่อเปลี่ยนเป็นของเหลวจากสสารที่เป็นของแข็งเพิ่มขึ้นซึ่งแสดงถึงความผิดปกติในคุณสมบัติของน้ำ การให้ความร้อนตั้งแต่ 0 ถึง 40 องศาจะทำให้ความหนาแน่นเพิ่มขึ้น ความจุความร้อนสูงควรสังเกตว่าเป็นความผิดปกติของน้ำ อุณหภูมิการตกผลึกคือ 0 องศาเซลเซียส และจุดเดือดคือ 100 องศา
โมเลกุลของสารประกอบอนินทรีย์นี้มีโครงสร้างเชิงมุม นิวเคลียสเป็นรูปสามเหลี่ยมหน้าจั่วที่มีโปรตอนสองตัวที่ฐานและอะตอมออกซิเจนที่ปลายยอด
ความหนาแน่นผิดปกติ
นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุลักษณะเด่นของ H2O ได้ประมาณสี่สิบลักษณะ ความผิดปกติของน้ำสมควรได้รับการพิจารณาและศึกษาอย่างใกล้ชิด นักวิทยาศาสตร์พยายามอธิบายสาเหตุของแต่ละปัจจัยเพื่อให้เป็นคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์
ความผิดปกติของความหนาแน่นของน้ำอยู่ที่สารนี้มีค่าความหนาแน่นสูงสุดเริ่มต้นที่ +3, 98°C เมื่อเย็นลงในภายหลัง การถ่ายโอนจากของเหลวไปเป็นสถานะของแข็ง จะสังเกตเห็นความหนาแน่นลดลง
สำหรับสารประกอบอื่นๆ ความหนาแน่นของของเหลวจะลดลงตามอุณหภูมิที่ลดลง เนื่องจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นมีส่วนทำให้พลังงานจลน์ของโมเลกุลเพิ่มขึ้น (ความเร็วในการเคลื่อนที่เพิ่มขึ้น) ซึ่งนำไปสู่ความเปราะบางของสารที่เพิ่มขึ้น
เมื่อพิจารณาถึงความผิดปกติของน้ำดังกล่าวแล้ว ควรสังเกตว่าความเร็วจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเช่นกัน แต่ความหนาแน่นจะลดลงเฉพาะที่อุณหภูมิสูงขึ้นเท่านั้น
ลดความหนาแน่นของน้ำแข็งแล้วจะอยู่บนผิวน้ำปรากฏการณ์นี้สามารถอธิบายได้ด้วยความจริงที่ว่าโมเลกุลในผลึกมีโครงสร้างปกติซึ่งมีคาบเชิงพื้นที่
ถ้าสารประกอบธรรมดามีโมเลกุลที่อัดแน่นในผลึก หลังจากที่สารละลาย ความสม่ำเสมอจะหายไป ปรากฏการณ์ที่คล้ายคลึงกันจะสังเกตได้เฉพาะเมื่อโมเลกุลอยู่ในระยะทางที่ไกลพอสมควร ความหนาแน่นลดลงระหว่างการหลอมโลหะมีค่าเล็กน้อย ประมาณ 2-4% ความหนาแน่นของน้ำสูงกว่าน้ำแข็ง 10 เปอร์เซ็นต์ จึงเป็นอาการผิดปกติของน้ำ เคมีอธิบายปรากฏการณ์นี้ด้วยโครงสร้างไดโพลและพันธะโควาเลนต์
ความผิดปกติในการอัด
มาว่ากันเรื่องคุณสมบัติของน้ำกันต่อครับ เป็นลักษณะพฤติกรรมอุณหภูมิที่ผิดปกติ ความสามารถในการอัดของมัน กล่าวคือ ปริมาตรที่ลดลงเมื่อความดันเพิ่มขึ้น อาจถือได้ว่าเป็นตัวอย่างของความผิดปกติในคุณสมบัติทางกายภาพของน้ำ คุณลักษณะเฉพาะใดที่ควรสังเกตที่นี่ ของเหลวอื่นๆ บีบอัดได้ง่ายกว่ามากภายใต้แรงดัน และน้ำจะมีลักษณะดังกล่าวเฉพาะที่อุณหภูมิสูงเท่านั้น
พฤติกรรมอุณหภูมิของความจุความร้อน
ความผิดปกตินี้เป็นหนึ่งในน้ำที่แรงที่สุด ความจุความร้อนจะบอกคุณว่าต้องใช้ความร้อนเท่าใดในการทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1 องศา สำหรับสารหลายชนิด หลังจากหลอมเหลว ความจุความร้อนของของเหลวจะเพิ่มขึ้นไม่เกิน 10 เปอร์เซ็นต์ และสำหรับน้ำหลังจากการละลายของน้ำแข็ง ปริมาณทางกายภาพนี้จะเพิ่มเป็นสองเท่า ไม่มีสารใดๆไม่มีการบันทึกความจุความร้อนที่เพิ่มขึ้นดังกล่าว
ในน้ำแข็ง พลังงานที่จ่ายไปเพื่อให้ความร้อนนั้นส่วนใหญ่ใช้จ่ายไปกับการเพิ่มความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุล (พลังงานจลน์) ความจุความร้อนที่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญหลังจากการหลอมเหลวบ่งชี้ว่ากระบวนการอื่นๆ ที่ใช้พลังงานมากเกิดขึ้นในน้ำ ซึ่งต้องใช้ความร้อนเข้า เป็นสาเหตุของความจุความร้อนที่เพิ่มขึ้น ปรากฏการณ์นี้เป็นเรื่องปกติสำหรับช่วงอุณหภูมิทั้งหมดซึ่งน้ำมีสถานะการรวมตัวของของเหลว
เมื่อกลายเป็นไอน้ำ ความผิดปกติจะหายไป ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์หลายคนมีส่วนร่วมในการวิเคราะห์คุณสมบัติของน้ำซุปเปอร์คูลลิ่ง มันอยู่ในความสามารถในการคงสภาพของเหลวไว้ต่ำกว่าจุดตกผลึกที่ 0 °C
เป็นไปได้มากทีเดียวที่จะให้น้ำ supercool ในเส้นเลือดฝอยบางๆ เช่นเดียวกับในสื่อที่ไม่มีขั้วเช่นหยดเล็กๆ เกิดคำถามโดยธรรมชาติเกี่ยวกับสิ่งที่สังเกตได้จากความหนาแน่นผิดปกติในสถานการณ์ดังกล่าว เมื่อน้ำเย็นลงมาก ความหนาแน่นของน้ำจะลดลงอย่างเห็นได้ชัด โดยมีแนวโน้มความหนาแน่นของน้ำแข็งเมื่ออุณหภูมิลดลง
เหตุผลในการปรากฏตัว
เมื่อถูกถาม: "บอกชื่อความผิดปกติของน้ำและอธิบายสาเหตุ" จำเป็นต้องเชื่อมโยงสิ่งเหล่านี้กับการปรับโครงสร้างใหม่ การจัดเรียงอนุภาคในโครงสร้างของสารใด ๆ ถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของการจัดเรียงอนุภาค (อะตอม, ไอออน, โมเลกุล) ในนั้น แรงไฮโดรเจนกระทำระหว่างโมเลกุลของน้ำ ซึ่งขจัดของเหลวนี้ออกจากการพึ่งพาอาศัยกันระหว่างจุดเดือดและจุดหลอมเหลวลักษณะของสารอื่นๆ ที่อยู่ในสถานะการรวมตัวของของเหลว
ปรากฏขึ้นระหว่างโมเลกุลของสารประกอบอนินทรีย์ที่กำหนดเนื่องจากลักษณะเฉพาะของการกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอน อะตอมไฮโดรเจนมีประจุบวกในขณะที่อะตอมออกซิเจนมีประจุลบ เป็นผลให้โมเลกุลของน้ำมีรูปร่างของจัตุรมุขปกติ โครงสร้างที่คล้ายกันนี้มีลักษณะเฉพาะด้วยมุมพันธะที่ 109.5° การจัดเรียงที่เหมาะสมที่สุดคือการวางตำแหน่งของออกซิเจนและไฮโดรเจนในแนวเดียวกัน โดยมีประจุต่างกัน ดังนั้นพันธะไฮโดรเจนจึงมีลักษณะเป็นไฟฟ้าสถิต
ดังนั้น คุณสมบัติที่ผิดปกติ (ผิดปกติ) ของน้ำเป็นผลมาจากโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์พิเศษของโมเลกุล
ความจำน้ำ
มีความเห็นว่าน้ำมีความทรงจำ สามารถสะสมและถ่ายโอนพลังงาน ป้อนอาหารร่างกายด้วยข้อมูลเสมือนจริง เป็นเวลานานที่นักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่น Masaru Emoto จัดการกับปัญหานี้ Dr. Emoto ตีพิมพ์ผลงานวิจัยของเขาในหนังสือ Messages from Water นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการทดลองโดยที่เขาทำการแช่แข็งหยดน้ำที่ระดับ 5 องศาก่อน จากนั้นจึงวิเคราะห์โครงสร้างของผลึกภายใต้กล้องจุลทรรศน์ ในการบันทึกผลลัพธ์ เขาใช้กล้องจุลทรรศน์ที่ใช้สร้างกล้อง
ในการทดลอง Masau Emoto ได้ส่งผลกระทบต่อน้ำในรูปแบบต่างๆ จากนั้นนำไปแช่แข็งอีกครั้งและถ่ายภาพ เขาจัดการได้ความสัมพันธ์ระหว่างรูปร่างของผลึกน้ำแข็งและดนตรีที่น้ำฟัง. น่าแปลกที่นักวิทยาศาสตร์บันทึกเกล็ดหิมะที่กลมกลืนกันมากที่สุดโดยใช้ดนตรีคลาสสิกและโฟล์ก
การใช้ดนตรีสมัยใหม่ตามที่ Masau กล่าวไว้ว่า "ทำให้น้ำเป็นมลพิษ" ดังนั้นพวกมันจึงถูกตรึงด้วยคริสตัลที่มีรูปร่างไม่ปกติ ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจคือการระบุโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่นเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างรูปร่างของผลึกกับพลังงานของมนุษย์
น้ำเป็นสารที่น่าอัศจรรย์ที่สุดที่พบในปริมาณมากในโลกของเรา เป็นการยากที่จะจินตนาการถึงขอบเขตของกิจกรรมของบุคคลสมัยใหม่ซึ่งเธอจะไม่มีส่วนร่วม ความเก่งกาจของสารนี้พิจารณาจากความผิดปกติที่เกิดจากโครงสร้างจัตุรมุขของน้ำ