Maji ni dutu isiyo ya kawaida ambayo inastahili utafiti wa kina. Mwanataaluma wa Kisovieti I. V. Petryanov aliandika kitabu kuhusu dutu hii ya ajabu, Kitu kisicho cha kawaida zaidi duniani. Je, ni hitilafu gani katika sifa za kimaumbile za maji zinazovutia hasa? Kwa pamoja tutatafuta jibu la swali hili.
Hali za kuvutia
Sisi mara chache huwa tunafikiria kuhusu maana ya neno "maji". Katika sayari yetu, zaidi ya 70% ya eneo lote linamilikiwa na mito na maziwa, bahari na bahari, barafu, barafu, mabwawa, theluji kwenye vilele vya mlima, na vile vile permafrost. Licha ya kiasi kikubwa kama hicho cha maji, ni asilimia 1 pekee ya maji ya kunywa.
Umuhimu wa kibayolojia
Mwili wa binadamu una maji kwa asilimia 70-80. Dutu hii inahakikisha mtiririko wa taratibu zote muhimu, hasa, shukrani kwa hilo, sumu huondolewa kutoka humo, seli zinarejeshwa. Kazi kuu ya maji katika seli haini ya kimuundo na nishati, pamoja na kupungua kwa maudhui yake ya kiasi katika mwili wa binadamu, "hupungua".
Hakuna mfumo kama huu katika kiumbe hai ambao unaweza kufanya kazi bila H2O. Licha ya hitilafu za maji, ni kiwango cha kubainisha kiasi cha joto, uzito, halijoto, mwinuko.
Dhana za kimsingi
H2O - oksidi hidrojeni, ambayo ina hidrojeni 11.19%, oksijeni 88.81 kwa wingi. Ni kioevu kisicho na rangi ambacho hakina harufu wala ladha. Maji ni sehemu muhimu ya michakato ya viwanda.
Kwa mara ya kwanza dutu hii iliundwa mwishoni mwa karne ya 18 na G. Cavendish. Mwanasayansi alilipuka mchanganyiko wa oksijeni na hidrojeni na arc ya umeme. G. Galileo alichambua kwanza tofauti ya msongamano wa barafu na maji mnamo 1612.
Mnamo 1830, injini ya stima iliundwa na wanasayansi wa Ufaransa P. Dulong na D. Arago. Ugunduzi huu ulifanya iwezekane kusoma uhusiano kati ya shinikizo la mvuke wa kueneza na halijoto. Mnamo 1910, mwanasayansi wa Kiamerika P. Bridgman na Mjerumani G. Tamman waligundua marekebisho kadhaa ya polymorphic katika barafu kwenye shinikizo la juu.
Mnamo 1932, wanasayansi wa Marekani G. Urey na E. Washburn waligundua maji mazito. Hitilafu katika sifa za kimaumbile za dutu hii ziligunduliwa kutokana na uboreshaji wa vifaa na mbinu za utafiti.
Baadhi ya ukinzani katika sifa halisi
Maji safi ni kioevu kisicho na rangi. Msongamano wake unapobadilishwa kuwa kioevu kutokajambo gumu huongezeka, hii inadhihirisha upungufu katika mali ya maji. Inapokanzwa kutoka digrii 0 hadi 40 husababisha kuongezeka kwa wiani. Uwezo mkubwa wa joto unapaswa kuzingatiwa kama shida ya maji. Halijoto ya kuangazia fuwele ni nyuzi joto 0 Selsiasi na kiwango cha kuchemka ni nyuzi 100.
Molekuli ya kiwanja hiki isokaboni ina muundo wa angular. Viini vyake huunda pembetatu ya isosceles yenye protoni mbili chini yake na atomi ya oksijeni kwenye kilele chake.
Matatizo ya msongamano
Wanasayansi wameweza kubainisha takriban vipengele arobaini vya H2O. Matatizo ya maji yanastahili kuzingatiwa na kujifunza kwa karibu. Wanasayansi wanajaribu kueleza sababu za kila kipengele, ili kuipa maelezo ya kisayansi.
Changamoto ya msongamano wa maji ni ukweli kwamba dutu hii ina thamani yake ya juu zaidi ya msongamano huanza saa +3, 98°C. Pamoja na upoaji unaofuata, uhamishaji kutoka kwa kioevu hadi kwenye hali ngumu, kupungua kwa msongamano huzingatiwa.
Kwa misombo mingine, msongamano katika vimiminika hupungua kwa halijoto inayopungua, kwani ongezeko la halijoto huchangia ongezeko la nishati ya kinetiki ya molekuli (kasi yao ya harakati huongezeka), ambayo husababisha kuongezeka kwa usaidizi wa dutu.
Kwa kuzingatia hitilafu kama hizo za maji, ikumbukwe kwamba pia huwa na kasi ya kuongezeka kwa joto linaloongezeka, lakini msongamano hupungua tu kwa joto la juu.
Baada ya kupunguza msongamano wa barafu, itakuwa juu ya uso wa maji. Jambo hili linaweza kuelezewa na ukweli kwamba molekuli katika fuwele zina muundo wa kawaida, ambao una upimaji wa anga.
Ikiwa misombo ya kawaida ina molekuli zilizopakiwa vizuri katika fuwele, basi baada ya dutu kuyeyuka, ukawaida hutoweka. Jambo kama hilo linazingatiwa tu wakati molekuli ziko kwenye umbali mkubwa. Kupungua kwa wiani wakati wa kuyeyuka kwa metali ni thamani isiyo na maana, inakadiriwa kuwa 2-4%. Msongamano wa maji unazidi ile ya barafu kwa asilimia 10. Kwa hivyo, hii ni dhihirisho la upungufu wa maji. Kemia inaelezea jambo hili kwa muundo wa dipole, pamoja na dhamana ya polar iliyounganishwa.
Matatizo ya kubanwa
Wacha tuendelee kuzungumzia sifa za maji. Inajulikana na tabia isiyo ya kawaida ya joto. Ukandamizaji wake, yaani, kupungua kwa kiasi, shinikizo linapoongezeka, inaweza kuchukuliwa kuwa mfano wa kutofautiana katika mali ya kimwili ya maji. Ni vipengele gani mahususi vinapaswa kuzingatiwa hapa? Vimiminiko vingine ni rahisi zaidi kubana chini ya shinikizo, na maji huchukua sifa kama hizo kwenye joto la juu pekee.
Tabia ya halijoto ya uwezo wa joto
Utata huu ni mojawapo ya nguvu zaidi kwa maji. Uwezo wa joto hukuambia ni kiasi gani cha joto kinahitajika ili kuongeza joto kwa digrii 1. Kwa vitu vingi, baada ya kuyeyuka, uwezo wa joto wa kioevu huongezeka kwa si zaidi ya asilimia 10. Na kwa maji baada ya kuyeyuka kwa barafu, kiasi hiki cha kimwili huongezeka mara mbili. Hakuna dutuhakuna ongezeko kama hilo la uwezo wa joto lililorekodiwa.
Katika barafu, nishati inayotolewa humo kwa ajili ya kupasha joto hutumika zaidi kuongeza kasi ya mwendo wa molekuli (nishati ya kinetic). Ongezeko kubwa la uwezo wa joto baada ya kuyeyuka linaonyesha kuwa michakato mingine ya nishati hutokea katika maji, ambayo inahitaji pembejeo ya joto. Wao ni sababu ya kuongezeka kwa uwezo wa joto. Hali hii ni ya kawaida kwa kiwango kizima cha halijoto ambapo maji huwa na hali ya umajimaji ya mkusanyiko.
Pindi inapobadilika kuwa mvuke, hitilafu hutoweka. Hivi sasa, wanasayansi wengi wanahusika katika uchambuzi wa mali ya maji ya supercooled. Inategemea uwezo wake wa kubaki kioevu chini ya kiwango cha fuwele cha 0°C.
Inawezekana kabisa kupoza maji katika kapilari nyembamba, na pia katika hali isiyo ya polar kama matone madogo. Swali la asili linatokea juu ya kile kinachozingatiwa na upungufu wa wiani katika hali kama hiyo. Maji yanapopozwa kupita kiasi, msongamano wa maji hupungua kwa kiasi kikubwa, huelekea kwenye msongamano wa barafu kadri halijoto inavyopungua.
Sababu za mwonekano
Alipoulizwa: "Taja hitilafu za maji na ueleze sababu zao", ni muhimu kuzihusisha na urekebishaji wa muundo. Mpangilio wa chembe katika muundo wa dutu yoyote imedhamiriwa na sifa za mpangilio wa pamoja wa chembe (atomi, ions, molekuli) ndani yake. Vikosi vya haidrojeni hufanya kazi kati ya molekuli za maji, ambayo huondoa kioevu hiki kutoka kwa utegemezi kati ya viwango vya kuchemsha na kuyeyuka;tabia ya vitu vingine vilivyo katika hali ya umajimaji ya mkusanyiko.
Zinaonekana kati ya molekuli za kiwanja fulani cha isokaboni kutokana na hulka za usambaaji wa msongamano wa elektroni. Atomi za hidrojeni zina chaji fulani chanya, wakati atomi za oksijeni zina chaji hasi. Matokeo yake, molekuli ya maji ina sura ya tetrahedron ya kawaida. Muundo sawa una sifa ya angle ya dhamana ya 109.5 °. Mpangilio unaofaa zaidi ni uwekaji wa oksijeni na hidrojeni kwenye mstari mmoja, ikiwa na chaji tofauti, kwa hivyo, dhamana ya hidrojeni ina sifa ya asili ya kielektroniki.
Kwa hivyo, sifa zisizo za kawaida (zisizo za kawaida) za maji ni tokeo la muundo maalum wa kielektroniki wa molekuli yake.
Kumbukumbu ya maji
Kuna maoni kwamba maji yana kumbukumbu, yanaweza kukusanya na kuhamisha nishati, kulisha mwili kwa taarifa pepe. Kwa muda mrefu, mwanasayansi wa Kijapani Masaru Emoto alishughulikia tatizo hili. Dk. Emoto alichapisha matokeo ya utafiti wake katika kitabu cha Messages from Water. Wanasayansi walifanya majaribio ambayo kwanza aligandisha tone la maji kwa digrii 5, na kisha kuchambua muundo wa fuwele chini ya darubini. Ili kurekodi matokeo, alitumia darubini ambamo kamera ilitengenezwa.
Kama sehemu ya jaribio, Masau Emoto aliathiri maji kwa njia mbalimbali, kisha akayagandisha tena na kupiga picha. Aliweza kupata uhusiano kati ya sura ya fuwele za barafu na muziki,ambayo maji yalisikiliza. Jambo la kushangaza ni kwamba mwanasayansi huyo alirekodi vipande vya theluji vinavyofaa zaidi kwa kutumia muziki wa kitamaduni na wa kitamaduni.
Matumizi ya muziki wa kisasa, kulingana na Masau, "huchafua" maji, kwa hivyo zilikuwa fuwele zisizobadilika za umbo lisilo la kawaida. Jambo la kuvutia ni utambulisho wa mwanasayansi wa Kijapani wa uhusiano kati ya umbo la fuwele na nishati ya binadamu.
Maji ndiyo dutu ya kushangaza zaidi ambayo inapatikana kwa wingi kwenye sayari yetu. Ni ngumu kufikiria nyanja yoyote ya shughuli ya mtu wa kisasa ambayo hangeshiriki kikamilifu. Uwezo mwingi wa dutu hii hubainishwa na hitilafu zinazosababishwa na muundo wa sehemu ya kati ya maji.
