Су - егжей-тегжейлі зерттеуді қажет ететін ерекше зат. Бұл таңғажайып зат туралы кеңес академигі И. В. Петрянов «Әлемдегі ең ерекше зат» кітабын жазды. Судың физикалық қасиеттеріндегі қандай ауытқулар ерекше қызығушылық тудырады? Бұл сұрақтың жауабын бірге іздейміз.
Қызықты фактілер
Біз «су» сөзінің мағынасын сирек ойлаймыз. Біздің планетамызда жалпы аумақтың 70% -дан астамын өзендер мен көлдер, теңіздер мен мұхиттар, айсбергтер, мұздықтар, батпақтар, тау шыңдарындағы қарлар, сонымен қатар мәңгі тоңдар алып жатыр. Судың мұндай үлкен мөлшеріне қарамастан, тек 1% ғана ішуге жарамды.
Биологиялық маңызы
Адам ағзасы 70-80% судан тұрады. Бұл зат барлық өмірлік процестердің ағынын қамтамасыз етеді, атап айтқанда, оның арқасында токсиндер одан шығарылады, жасушалар қалпына келтіріледі. Судың тірі жасушадағы негізгі қызметіқұрылымдық және энергетикалық болып табылады, адам ағзасындағы оның сандық құрамының төмендеуімен ол «жиірейді».
Тірі ағзада H2Oсыз жұмыс істей алатын мұндай жүйе жоқ. Судың ауытқуларына қарамастан, ол жылу мөлшерін, массасын, температурасын, биіктігін анықтауға арналған стандарт болып табылады.
Негізгі ұғымдар
H2O - сутегі оксиді, оның құрамында 11,19% сутегі, 88,81% оттегі бар. Бұл иісі де, дәмі де жоқ түссіз сұйықтық. Су өнеркәсіптік процестердің маңызды құрамдас бөлігі болып табылады.
Алғаш рет бұл затты 18 ғасырдың аяғында Г. Кавендиш синтездеген. Ғалым оттегі мен сутегі қоспасын электр доғасымен жарып жіберді. Г. Галилей мұз бен судың тығыздығының айырмашылығын алғаш рет 1612 жылы талдаған.
1830 жылы француз ғалымдары П. Дюлонг пен Д. Араго бу машинасын жасады. Бұл жаңалық қаныққан бу қысымы мен температура арасындағы байланысты зерттеуге мүмкіндік берді. 1910 жылы американдық ғалым П. Бридгман мен неміс Г. Тэмман жоғары қысымдағы мұзда бірнеше полиморфты модификацияларды ашты.
1932 жылы американдық ғалымдар Г. Урей мен Э. Уошберн ауыр суды ашты. Бұл заттың физикалық қасиеттеріндегі ауытқулар жабдық пен зерттеу әдістерінің жетілдірілуіне байланысты анықталды.
Физикалық қасиеттердегі кейбір қайшылықтар
Таза су – мөлдір, түссіз сұйықтық. Оның сұйыққа айналғандағы тығыздығықатты зат көбейеді, бұл судың қасиеттеріндегі аномалияны көрсетеді. Оны 0-ден 40 градусқа дейін қыздыру тығыздықтың жоғарылауына әкеледі. Судың аномалиясы ретінде жоғары жылу сыйымдылығын атап өту керек. Кристалдану температурасы Цельсий бойынша 0 градус және қайнау температурасы 100 градус.
Бұл бейорганикалық қосылыстың молекуласы бұрыштық құрылымға ие. Оның ядролары түбінде екі протон және шыңында оттегі атомы бар тең қабырғалы үшбұрышты құрайды.
Тығыздық аномалиялары
Ғалымдар H2O-ға тән қырыққа жуық ерекшелікті анықтай алды. Су аномалиялары мұқият қарауға және зерттеуге лайық. Ғалымдар әр фактордың себебін түсіндіруге, оған ғылыми түсініктеме беруге тырысуда.
Су тығыздығының аномалиясы мынада: бұл заттың максималды тығыздық мәні +3, 98°C температурада басталады. Кейінгі салқындату, сұйық күйден қатты күйге көшу кезінде тығыздықтың төмендеуі байқалады.
Басқа қосылыстар үшін сұйықтықтардағы тығыздық температура төмендеген сайын азаяды, өйткені температураның жоғарылауы молекулалардың кинетикалық энергиясының артуына ықпал етеді (олардың қозғалыс жылдамдығы артады), бұл заттың иілгіштігінің жоғарылауына әкеледі.
Судың мұндай ауытқуларын ескере отырып, оның да температураның жоғарылауымен жылдамдықтың ұлғаюға бейім екенін, бірақ тығыздық тек жоғары температурада төмендейтінін атап өткен жөн.
Мұздың тығыздығын азайтқаннан кейін ол судың бетінде болады. Бұл құбылысты кристалдағы молекулалардың кеңістіктік периодтылығы бар тұрақты құрылымға ие болуымен түсіндіруге болады.
Егер қарапайым қосылыстарда кристалдарға тығыз оралған молекулалар болса, онда зат ерігеннен кейін заңдылық жоғалады. Ұқсас құбылыс молекулалар айтарлықтай қашықтықта орналасқанда ғана байқалады. Металдарды балқыту кезіндегі тығыздықтың төмендеуі 2-4%-ға бағаланатын шамалы шама болып табылады. Судың тығыздығы мұздан 10 пайызға асады. Осылайша, бұл су аномалиясының көрінісі. Химия бұл құбылысты дипольдік құрылыммен, сондай-ақ коваленттік полярлық байланыспен түсіндіреді.
Сығылу аномалиялары
Судың ерекшеліктері туралы әңгімені жалғастырайық. Ол әдеттен тыс температура әрекетімен сипатталады. Оның сығымдылығын, яғни қысымның жоғарылауымен көлемнің азаюын судың физикалық қасиеттеріндегі ауытқулардың мысалы ретінде қарастыруға болады. Бұл жерде қандай ерекшеліктерді атап өту керек? Басқа сұйықтықтарды қысыммен қысу әлдеқайда оңай, ал су мұндай сипаттарды тек жоғары температурада алады.
Жылу сыйымдылығының температуралық әрекеті
Бұл аномалия су үшін ең күшті аномалиялардың бірі болып табылады. Жылу сыйымдылығы температураны 1 градусқа көтеру үшін қанша жылу қажет екенін айтады. Көптеген заттар үшін балқығаннан кейін сұйықтықтың жылу сыйымдылығы 10 пайыздан аспайды. Ал мұз ерігеннен кейінгі су үшін бұл физикалық шама екі есе артады. Заттардың ешқайсысыжылу сыйымдылығының мұндай артуы тіркелген жоқ.
Мұзда оны қыздыру үшін берілетін энергия негізінен молекулалардың қозғалыс жылдамдығын арттыруға жұмсалады (кинетикалық энергия). Балқығаннан кейін жылу сыйымдылығының айтарлықтай артуы суда жылуды қажет ететін басқа да энергияны қажет ететін процестердің жүретінін көрсетеді. Олар жылу сыйымдылығын арттырудың себебі болып табылады. Бұл құбылыс судың агрегацияның сұйық күйіне ие болатын барлық температура диапазонына тән.
Буға айналғанда, аномалия жойылады. Қазіргі уақытта өте салқындатылған судың қасиеттерін талдаумен көптеген ғалымдар айналысады. Ол 0°C кристалдану нүктесінен төмен сұйық күйде қалу қабілетінде жатыр.
Суды жұқа капиллярларда, сондай-ақ полярлы емес ортада ұсақ тамшылар түрінде өте салқындату әбден мүмкін. Мұндай жағдайда тығыздық аномалиясымен не байқалады деген табиғи сұрақ туындайды. Су өте салқындаған сайын судың тығыздығы айтарлықтай төмендейді, температура төмендеген сайын мұздың тығыздығына бейім болады.
Сырт болу себептері
: «Су аномалияларын атаңыз және олардың себептерін сипаттаңыз» деп сұрағанда, оларды құрылымды қайта құрылымдаумен байланыстыру қажет. Кез келген заттың құрылымындағы бөлшектердің орналасуы ондағы бөлшектердің (атомдардың, иондардың, молекулалардың) өзара орналасу ерекшеліктерімен анықталады. Сутегі күштері су молекулалары арасында әрекет етеді, бұл сұйықтықты қайнау және балқу нүктелері арасындағы тәуелділіктен алып тастайды,агрегацияның сұйық күйіндегі басқа заттарға тән.
Олар электронды тығыздықтың таралу ерекшеліктеріне байланысты берілген бейорганикалық қосылыс молекулаларының арасында пайда болады. Сутегі атомдарының белгілі бір оң заряды, ал оттегі атомдарының теріс заряды болады. Нәтижесінде су молекуласы дұрыс тетраэдр пішініне ие болады. Ұқсас құрылым 109,5° байланыс бұрышымен сипатталады. Ең қолайлы орналасу оттегі мен сутегінің бір сызықта орналасуы, зарядтары әртүрлі, сондықтан сутектік байланыс электростатикалық сипатқа ие.
Сонымен, судың ерекше (аномальды) қасиеттері оның молекуласының арнайы электрондық құрылымының салдары болып табылады.
Суды есте сақтау
Судың есте сақтау қабілеті бар, энергияны жинақтап, тасымалдай алады, ағзаны виртуалды ақпаратпен қоректендіреді деген пікір бар. Бұл мәселемен ұзақ уақыт бойы жапон ғалымы Масару Эмото айналысты. Доктор Эмото өз зерттеулерінің нәтижелерін Messages from Water кітабында жариялады. Ғалымдар эксперименттер жүргізді, онда ол алдымен су тамшысын 5 градуста мұздатады, содан кейін микроскоптың астында кристалдардың құрылымын талдады. Нәтижелерді жазу үшін ол камера салынған микроскопты пайдаланды.
Тәжірибе бөлігі ретінде Масау Эмото суға әртүрлі тәсілдермен әсер етті, содан кейін оны қайта мұздатып, фотосуретке түсірді. Ол мұз кристалдарының пішіні мен музыка арасындағы байланысты ала алды,Оны су тыңдады. Бір ғажабы, ғалым классикалық және халықтық музыканы пайдалана отырып, ең үйлесімді снежинкаларды жазып алған.
Заманауи музыканы қолдану, Масаудың пікірінше, суды «ластайды», сондықтан олар біркелкі емес пішіндегі бекітілген кристалдар болды. Қызықты факт - жапондық ғалымның кристалдардың пішіні мен адам энергиясы арасындағы байланысты анықтауы.
Су – планетамызда көп мөлшерде кездесетін ең таңғажайып зат. Қазіргі адамның белсенді түрде қатыспайтын кез келген қызмет саласын елестету қиын. Бұл заттың әмбебаптығы судың тетраэдрлік құрылымынан туындаған ауытқулармен анықталады.
