Вода - мистериозната вещество в природата, с уникални свойства, които не само не е напълно обяснено, но не всички известни. Колкото по-дълго своето изследване, толкова повече ние откриваме нови аномалии и мистерии в него. Повечето от тези аномалии, които предоставят възможност за живота на Земята, се обяснява с наличието на водни молекули между водородните връзки, които са много по-силни, отколкото на ван дер Ваалс сили на привличане между молекулите на други вещества, но един порядък по-слаба от йонни и ковалентни връзки между атоми в молекули. Към днешна дата над учи лед и водна пара от вода, за които учените все още дори не са с консенсус за нейната структура, а кристалната структура на лед отдавна е добре проучено.
Фиг. Структурата на водната молекула. Геометрична схема (а) с плосък модел на (б) и пространствена електронен структура (в) мономерните Н2 О. Две от четирите външни черупки електроните на кислородни атома, свързани с въвеждането на ковалентни връзки с водородни атоми, и другите две, образуват силни продълговати електронни орбити чиято равнина перпендикулярна на равнината Н-О-Н.
Специфична топлина на водата най-големият сред всички вещества. Освен това е 2 пъти по-висока от тази на лед, докато по-голямата част от прости вещества (например метали) в специфичната топлина на топене е практически непроменена, докато съединенията многоатомни молекули обикновено намалява по време на топене.
Фиг. Водородното свързване между водните молекули
Повечето изследователи обясняват необичайно висок топлинен капацитет на течна вода, така че топенето на лед, кристалната си структура се разрушава веднага. Течният водата съхранява водородни връзки между молекули. Тя ще остане като фрагменти лед - сътрудници на голям или по-малък брой водни молекули. Въпреки това, за разлика от лед сътрудник всеки кратък съществува. Постоянно има унищожаване на някои и формирането на другите съдружници. За всяка стойност на температурата на водата в динамично равновесие е установено в процеса. А вода при нагряване част от топлината, изразходвано от скъсване на водородни връзки в сътрудници. В тази връзка, всяка сълза консумира 0,26-0,5 ЕГ. Това обяснява аномално висок топлинен капацитет на вода в сравнение с топенето на други вещества, които не образуват водородни връзки. При нагряване на енергия на стопилката се използва само за термична движение на техните атоми или молекули. Водородното свързване между водните молекули е напълно разбити само при прехода на вода в пара. Правилността на тази гледни точки, и факта, че специфичната топлина на водна пара при 100 ° С по същество съвпада със специфична топлина на лед при 0 ° С
Фиг. кристалната структура на лед: водните молекули са свързани редовно шестоъгълници
Но има и друга гледна точка за същността на аномално висок топлинен капацитет на водата. Професор G. N. Zatsepina в забелязали, че моларното специфичната топлина на водата, компонент 18 капки / (мол о степен), точно равен на теоретичния моларен топлина капацитета на твърди вещества с тривалентни кристали. И в съответствие със закона на Dulong и Petit атомен специфична топлина на химически прости (моноатомни) кристални твърди вещества при достатъчно високи температури са еднакви и равни на 6 о kalDmol ° С). За тривалентни, в grammole съдържащ 3 NA решетъчни възли - 3 пъти повече. (Тук, NA - Числото на Авогадро).
Фиг. Кристалната решетка на лед. Водните молекули Н2 О (черни топки) до нейните възли са разположени така, че всеки има четири "съседи".
Това означава, че водата е като кристално тяло, състояща се от триатомен молекули на Н2 0. Това съответства на популярен възприемането на вода като смес на кристални асоциирани с малки количества от свободни водни молекули, Н2 О между тях, броят на които се увеличава с повишаване на температурата. От тази гледна точка, не е изненадващо висока специфична топлина на течна вода, ниска твърд лед. Намаляване на специфичната топлина на вода по време на замразяване поради липсата на напречните термични вибрации на атоми в кристалната решетка на твърд лед, където всеки протон причинява водородна връзка, има само една степен на свобода за топлинни трептения вместо три.
Фиг. Отделна група от вода
Фиг. Клъстери на водните молекули образуват асоциирани
Но поради какво и колко може да бъде голяма промяна на топлинната мощност на вода, без съответните промени на налягането? За да отговорим на този въпрос, ние с нетърпение в хипотезата на кандидата на геоложко-минераложки науки Ю Kolyasnikova структура на водата.
Той посочва, че дори изследователи водородни връзки J. F. Бернал и Фаулър 1932грам структура на течна вода в сравнение с кварцова кристална структура и се посочва, че тези сътрудници, както е споменато по-горе, -.. Е главно тетрамери 4H2 0, в която четири водните молекули са свързани в компактна с дванадесет Tetrahedron вътрешния водородни връзки. Резултатът е четиристранна пирамида - тетраедър.
Водородни връзки в тези тетрамери твърди Kolyasnikov могат да образуват както лявата ръка и pravotak последователност, както кристали на широко кварц (Si02), също с четиристенен структура, има ляво въртене pravoi кристални форми. Тъй като всеки тетрамер е все още вода и четири неизползвани външни водородни връзки (като една молекула вода), на тетрамери могат да бъдат свързани с тези външни връзки вид на полимерна верига. Тъй като само четири външни връзки и вътрешна - 3 пъти, той дава твърди и трайни тетрамери в течна вода огънат, завърта и дори nadlamyvayutsya тези отслабени термични вибрации на външните водородни връзки. Това причинява на водния поток.
Тази структура е вода, съгласно Kolyasnikova е само в течно състояние и евентуално частично изпарен. Но в структурата на ледените кристали, който е добре проучен, tetragidroli свързани твърди equiresistant директни водородни връзки в структура ажурна с големи кухини в тях, което прави плътност лед-малко от плътността на водата.
Когато ледът се топи, някои от водородните връзки в него отслабва и завои, което води до структура прегрупиране описано по-горе прави тетрамери и течни плътна вода от леда. При 4 ° С настъпва състояние, където всички водородни връзки между тетрамери максимално огънати и това предизвиква максимална плътност на вода при тази температура. Отношенията допълнително се огъват никъде.
При температури над 4 ° С, споменатият Kolyasnikov започва разкъсване връзки между отделните тетрамери, и при 36-37 ° С се разкъсва половина водородни връзки. Това определя минимум от кривата на специфичната топлина на водата на температура. Когато температурата е 70 ° С отрязана почти всички връзки mezhtetramernye, заедно с безплатен и тетрамери във водата има само къси откъслечни "полимер" вериги от тях. Накрая, когато настъпва кипене крайния почивка сега единични тетрамери в отделни H20 молекули. А фактът, че специфичната топлина на изпаряване на водата в точно 3 пъти по-голяма от сумата на специфичните топлини на топене на ледена вода и последващо нагряване до 100 ° С, за потвърждение Kolyasnikova предположение. че броят на вътрешните връзки в тетрамера е 3 пъти по-голям от броя на външно.
Kolyasnikov вярва, че такова tetrahedrally-спираловидна структура на водата се дължи на реологичните древна връзка с кварц и други силициево-кислородни минерали, които преобладават в земната кора, от дълбините, които някога се появиха на водата на Земята. Като малък кристал на солта причинява разтвора да кристализира около него в такива кристали, а не в други, тъй като кварц принуди водните молекули състава в четиристенен структура, които са енергично най-изгодна. И в този ера в атмосфера водната пара се кондензира в капчици образуват такава структура, защото в атмосферата е винаги присъстват спрей малки капчици вода, която вече тази структура. Те са центрове на кондензация на водната пара в атмосферата.
Фиг. Елементен правилното силиций-кислород тетраедър SiO4 4-.
Фиг. Начални единици на силиций-кислород-orthogroup SiO4 4- Mg-структура в пироксен enstatite на (а) и 6 diortogruppy Si2 О7 в Ca-piroksenoide воластонит (б).
Фиг. Най-важните видове силициев верига анионни групи (за Белов). metagermanatnaya а-Ь - пироксен, в - batisitovaya, н воластонит, vlasovitovaya-D, Е-melilite, железопътен родонит, S piroksmangitovaya-и-метафосфат, fluoberyllate К, L - barilitovaya.
Фиг. Кондензацията на силиций-кислород аниони в пироксен колан двойно ред амфибол (а), три-ред amfibolopodobnye (б), слоеста талк и затваряне техните аниони (С).
Фиг. Най-важните видове силициев групата групи (по Белов) и - силиманит, амфибол, ksonotlitovaya; б-epididimitovaya; в ортоклаз; Г-н narsarsukitovaya; г-fenakitovaya призматична; д-evklazovaya инкрустации.
Фиг. Фрагмент (елементарен пакет) слоестата кристалната структура на мусковит KAl2 (AlSi3 Ø10 ХОН) 2, илюстрираща редуване alyumokremne-кислородни слоеве многостенни на зацепва с големи алуминиеви и калиеви катиони.
Хипотезата Kolyasnikova също интересно е, че тя предполага еднаква вероятност за съществуването на правото - и лявата ръка водата. Но биолози са наблюдавали дълго, че в биологичните тъкани и структури само да съществуват или ляв - образуване или дясна ръка. Един пример за това - на протеиновите молекули, изградени само от лявата извита винтова аминокиселини и само лявата ръка спирала. Но захар в природата - всичко е само на дясната ръка. Никой не е в състояние да обясни защо дивата природа намери предпочитание за ляво в някои случаи и в дясно - в другата. Наистина, в неживата природа е също толкова вероятно се срещат двете дясно и за левичар молекули.
Разтворете захарта във вода се държат много интересно. Тяхната концентрация се определя чрез измерване на ъгъла на въртене на равнина поляризирана светлина, когато тя преминава през разтвора. Тя се върти, защото захарни молекули, като повечето други органични молекулни съединения са спирални в пространство или kvazispiralnye структура групи от атоми, които са разположени във върховете на тетраедъра. Захарта се получава от захарно цвекло или захарна тръстика, молекулите са усукани причина само на дясната ръка спирала. Тъй равнината на поляризация на преминаваща светлина, като разтвор на захар, се превръща в дясно, а ъгълът на въртене зависи от концентрацията на захар в разтвор. Този метод, отворен френски физик J. Bio гр. През 1815 е напълно неподходяща за измерване на концентрацията на изкуствени захарни разтвори получени синтетично, включително за лявата ръка молекули, съдържащи pravoi еднакво.
Още през 1848 се оказа, който по-късно става известен френски бактериолог Луи Пастьор, кристалите на двата вида изкуствена захар могат да бъдат разграничени един от друг под микроскоп и да се делят, внимателно ги изберете с пинсети. Друг експеримент със захар, лежи в това, че разтвор му подава бактерии. Захар, получена от цвекло, бактерии консумират изцяло. И когато се захранва изкуствена захар, което яде само половината. Разтворът става останалата половина равнина на поляризирана светлина е вече в лявата посока. Бактериите не консумират захар левак! Но как да те направи разграничение дясна ръка срещу лявата ръка? Биолозите отговорът е все още не, и не дава отговор на въпроса, защо живи структури имат само определен helicity.
Хипотезата за структурата на водата показва, че фрагменти от тези вериги на тетрамера, които са винаги присъства в течната вода, когато той е бърз и неравномерен поток в пространството трябва да бъдат създадени и се простират по протежение на вода поточни линии като изготвени водорасли в река посоката си. Това е тяхната хаотичен режим се заменя с един подреден. В този случай, вероятността, че краищата на тетрамери веригите случайно се сблъскват една с друга и са свързани от свободни водородни връзки повишено трикратно в сравнение с нарушено подреждане. Това следва от законите на геометрията. И всеки новосформираната водородна връзка - е 0,26-0,5 ЕГ освободена енергия от водата.
Трябва да се каже, че вода - не само вещество може да образува междумолекулни водородни връзки. Те са общи за много органични съединения. Следователно процесът на полимеризация е описано в завихрящата поток трябва да се извършва и при използване на вода, вместо на разтвори на органични съединения.
Това показва, че вода - не само течност, която може да работи успешно в генераторите на завихряне на топлина. Всъщност експерименти са показали, че масло и дизелово гориво е подходящ за използване като работна течност вихър топлина. Но водата е по-евтино и по-достъпно, по-безопасно и по отношение на пожарната. И резултатите, получени при работа с него, докато много по-добре, отколкото бихте направили с други течности.
Така че, теорията на движение изисква, че водата, която се задвижва от вихъра, изискан възможност да се изтъкне, под формата на емисии на вътрешната си енергия, а водата, образувайки вихрови нови междумолекулни връзки, тя търси възможност да се изтъкне някои от вътрешната си енергия, която се появи необходимост отрицателна енергия връзка!
Sm.prodolzhenie в следващата статия на сайта.
Свързани статии