Ջուրը անսովոր նյութ է, որն արժանի է մանրամասն ուսումնասիրության: Խորհրդային ակադեմիկոս Ի. Վ. Պետրյանովը գիրք է գրել այս զարմանալի նյութի մասին՝ «Աշխարհի ամենաանսովոր նյութը»: Ջրի ֆիզիկական հատկությունների ո՞ր անոմալիաներն են առանձնահատուկ հետաքրքրություն ներկայացնում: Միասին մենք կփնտրենք այս հարցի պատասխանը։
Հետաքրքիր փաստեր
Մենք հազվադեպ ենք մտածում «ջուր» բառի նշանակության մասին։ Մեր մոլորակի վրա ընդհանուր տարածքի ավելի քան 70%-ը զբաղեցնում են գետերն ու լճերը, ծովերն ու օվկիանոսները, այսբերգները, սառցադաշտերը, ճահիճները, լեռների գագաթների ձյունը, ինչպես նաև մշտական սառույցը: Չնայած ջրի նման հսկայական քանակին, միայն 1%-ն է խմելու։
Կենսաբանական նշանակություն
Մարդու օրգանիզմի 70-80%-ը ջուր է։ Այս նյութը ապահովում է բոլոր կենսական գործընթացների հոսքը, մասնավորապես, դրա շնորհիվ տոքսինները հեռացվում են դրանից, բջիջները վերականգնվում։ Ջրի հիմնական գործառույթը կենդանի բջիջումկառուցվածքային և էներգետիկ է, մարդու օրգանիզմում քանակական պարունակության նվազմամբ այն «կծկվում է»։
Կենդանի օրգանիզմում չկա այնպիսի համակարգ, որը կարող է գործել առանց H2O: Չնայած ջրի անոմալիաներին, այն ջերմության, զանգվածի, ջերմաստիճանի, բարձրության քանակի որոշման չափանիշ է։
Հիմնական հասկացություններ
H2O - ջրածնի օքսիդ, որը պարունակում է 11,19% ջրածին, 88,81% թթվածին զանգվածով։ Դա անգույն հեղուկ է, որը ոչ հոտ ունի, ոչ համ։ Ջուրը արդյունաբերական գործընթացների կարևոր բաղադրիչն է։
Առաջին անգամ այս նյութը սինթեզվել է 18-րդ դարի վերջին Գ. Քավենդիշի կողմից։ Գիտնականը էլեկտրական աղեղով պայթեցրել է թթվածնի ու ջրածնի խառնուրդը։ Գ. Գալիլեոն առաջին անգամ վերլուծել է սառույցի և ջրի խտության տարբերությունը 1612 թվականին։
1830 թվականին ֆրանսիացի գիտնականներ Պ. Դուլոնգը և Դ. Արագոն ստեղծեցին գոլորշու շարժիչ: Այս հայտնագործությունը հնարավորություն տվեց ուսումնասիրել հագեցվածության գոլորշիների ճնշման և ջերմաստիճանի միջև կապը: 1910 թվականին ամերիկացի գիտնական Պ. Բրիջմանը և գերմանացի Գ. Թամմանը սառույցի մի քանի պոլիմորֆ մոդիֆիկացիաներ հայտնաբերեցին բարձր ճնշման տակ:
1932 թվականին ամերիկացի գիտնականներ Գ. Ուրեյը և Է. Ուոշբերնը հայտնաբերեցին ծանր ջուր: Այս նյութի ֆիզիկական հատկությունների անոմալիաներ են հայտնաբերվել սարքավորումների և հետազոտության մեթոդների կատարելագործման շնորհիվ։
Ֆիզիկական հատկությունների որոշ հակասություններ
Մաքուր ջուրը թափանցիկ, անգույն հեղուկ է: Նրա խտությունը, երբ վերածվում է հեղուկիպինդ նյութը մեծանում է, սա դրսևորում է ջրի հատկությունների անոմալիա: 0-ից 40 աստիճան տաքացնելը հանգեցնում է խտության ավելացման։ Բարձր ջերմային հզորությունը պետք է նշել որպես ջրի անոմալիա: Բյուրեղացման ջերմաստիճանը 0 աստիճան Ցելսիուս է, իսկ եռմանը՝ 100 աստիճան։
Այս անօրգանական միացության մոլեկուլն ունի անկյունային կառուցվածք։ Նրա միջուկները կազմում են հավասարաչափ եռանկյունի, որի հիմքում երկու պրոտոն է, իսկ գագաթում՝ թթվածնի ատոմը։
Խտության անոմալիա
Գիտնականները կարողացել են բացահայտել H2O-ին բնորոշ մոտ քառասուն հատկանիշ: Ջրի անոմալիաները արժանի են մանրակրկիտ քննարկման և ուսումնասիրության: Գիտնականները փորձում են բացատրել յուրաքանչյուր գործոնի պատճառները, տալ նրան գիտական բացատրություն։
Ջրի խտության անոմալիան կայանում է նրանում, որ այս նյութի առավելագույն խտության արժեքը սկսվում է +3, 98°C-ից: Հետագա սառեցմամբ, հեղուկից պինդ վիճակի անցնելով, նկատվում է խտության նվազում։
Մյուս միացությունների դեպքում հեղուկների խտությունը նվազում է ջերմաստիճանի նվազման հետ, քանի որ ջերմաստիճանի բարձրացումը նպաստում է մոլեկուլների կինետիկ էներգիայի ավելացմանը (նրանց շարժման արագությունը մեծանում է), ինչը հանգեցնում է նյութի փխրունության բարձրացման:
Հաշվի առնելով ջրի նման անոմալիաները, պետք է նշել, որ այն նաև հակված է արագության աճի ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց, սակայն խտությունը նվազում է միայն բարձր ջերմաստիճանի դեպքում:
Սառույցի խտությունը նվազեցնելուց հետո այն կլինի ջրի մակերեսին։Այս երեւույթը կարելի է բացատրել նրանով, որ բյուրեղի մոլեկուլներն ունեն կանոնավոր կառուցվածք, որն ունի տարածական պարբերականություն։
Եթե սովորական միացություններն ունեն մոլեկուլներ սերտորեն փաթեթավորված բյուրեղներում, ապա նյութի հալվելուց հետո կանոնավորությունը վերանում է: Նմանատիպ երեւույթ նկատվում է միայն այն դեպքում, երբ մոլեկուլները գտնվում են զգալի հեռավորության վրա։ Մետաղների հալման ժամանակ խտության նվազումը աննշան մեծություն է՝ գնահատվում է 2-4%։ Ջրի խտությունը 10 տոկոսով գերազանցում է սառույցին։ Այսպիսով, սա ջրային անոմալիայի դրսեւորում է։ Քիմիան բացատրում է այս երևույթը դիպոլային կառուցվածքով, ինչպես նաև կովալենտային բևեռային կապով։
սեղմելիության անոմալիաներ
Շարունակենք խոսել ջրի առանձնահատկությունների մասին։ Այն բնութագրվում է անսովոր ջերմաստիճանի պահվածքով: Նրա սեղմելիությունը, այսինքն՝ ծավալի նվազումը, երբ ճնշումը մեծանում է, կարելի է համարել ջրի ֆիզիկական հատկությունների անոմալիաների օրինակ։ Ի՞նչ առանձնահատուկ առանձնահատկություններ պետք է նշել այստեղ: Մյուս հեղուկները շատ ավելի հեշտ են սեղմվում ճնշման տակ, և ջուրը նման բնութագրեր է ստանում միայն բարձր ջերմաստիճանի դեպքում:
Ջերմային հզորության ջերմաստիճանային վարքագիծ
Այս անոմալիան ջրի համար ամենաուժեղներից է: Ջերմային հզորությունը ցույց է տալիս, թե որքան ջերմություն է անհրաժեշտ ջերմաստիճանը 1 աստիճանով բարձրացնելու համար: Շատ նյութերի դեպքում հալվելուց հետո հեղուկի ջերմունակությունը մեծանում է ոչ ավելի, քան 10 տոկոսով։ Իսկ ջրի համար սառույցի հալվելուց հետո այս ֆիզիկական մեծությունը կրկնապատկվում է։ Նյութերից ոչ մեկըջերմային հզորության նման աճ չի գրանցվել։
Սառույցում տաքացման համար նրան մատակարարվող էներգիան հիմնականում ծախսվում է մոլեկուլների շարժման արագության բարձրացման վրա (կինետիկ էներգիա): Ջերմային հզորության զգալի աճը հալվելուց հետո ցույց է տալիս, որ ջրում տեղի են ունենում էներգատար այլ գործընթացներ, որոնք պահանջում են ջերմության ներդրում: Դրանք են ջերմային հզորության բարձրացման պատճառը։ Այս երևույթը բնորոշ է ամբողջ ջերմաստիճանի միջակայքին, որտեղ ջուրն ունի ագրեգացման հեղուկ վիճակ։
Հենց գոլորշի է դառնում, անոմալիան վերանում է։ Ներկայումս շատ գիտնականներ զբաղվում են գերսառեցված ջրի հատկությունների վերլուծությամբ։ Այն 0°C բյուրեղացման կետից ցածր հեղուկ մնալու ունակության մեջ է։
Միանգամայն հնարավոր է ջուրը բարակ մազանոթներում, ինչպես նաև ոչ բևեռային միջավայրում մանր կաթիլների տեսքով գերհովացնել: Բնական հարց է ծագում, թե նման իրավիճակում ի՞նչ է նկատվում խտության անոմալիայով։ Քանի որ ջուրը դառնում է գերսառեցված, ջրի խտությունը զգալիորեն նվազում է, այն հակված է սառույցի խտությանը, քանի որ ջերմաստիճանը նվազում է:
Արտաքին տեսքի պատճառներ
Երբ հարցնում են. «Անվանեք ջրային անոմալիաները և նկարագրեք դրանց պատճառները», անհրաժեշտ է դրանք կապել կառույցի վերակառուցման հետ: Ցանկացած նյութի կառուցվածքում մասնիկների դասավորությունը որոշվում է դրանում մասնիկների (ատոմներ, իոններ, մոլեկուլներ) փոխադարձ դասավորության առանձնահատկություններով։ Ջրածնի ուժերը գործում են ջրի մոլեկուլների միջև, որոնք հեռացնում են այս հեղուկը եռման և հալման կետերի միջև կախվածությունից,բնորոշ այլ նյութերի, որոնք գտնվում են հեղուկ ագրեգացման վիճակում։
Առաջանում են տվյալ անօրգանական միացության մոլեկուլների միջև՝ պայմանավորված էլեկտրոնային խտության բաշխման առանձնահատկություններով։ Ջրածնի ատոմներն ունեն որոշակի դրական լիցք, իսկ թթվածնի ատոմները՝ բացասական։ Արդյունքում ջրի մոլեկուլը կանոնավոր քառաեդրոնի տեսք ունի։ Նմանատիպ կառուցվածքը բնութագրվում է 109,5 ° կապի անկյունով: Առավել բարենպաստ դասավորությունը թթվածնի և ջրածնի տեղադրումն է նույն գծում՝ ունենալով տարբեր լիցքեր, հետևաբար ջրածնային կապը բնութագրվում է էլեկտրաստատիկ բնույթով։
Այսպիսով, ջրի անսովոր (անոմալ) հատկությունները նրա մոլեկուլի հատուկ էլեկտրոնային կառուցվածքի հետևանք են։
Ջրի հիշողություն
Կարծիք կա, որ ջուրը հիշողություն ունի, կարող է կուտակել և փոխանցել էներգիա՝ սնուցելով օրգանիզմը վիրտուալ ինֆորմացիայով։ Երկար ժամանակ այս խնդրով զբաղվել է ճապոնացի գիտնական Մասարու Էմոտոն։ Դոկտոր Էմոտոն իր հետազոտության արդյունքները հրապարակել է «Պատգամներ ջրից» գրքում: Գիտնականները փորձեր են անցկացրել, որոնցում նա սկզբում սառեցրել է ջրի մեկ կաթիլը 5 աստիճանով, իսկ հետո մանրադիտակի տակ վերլուծել բյուրեղների կառուցվածքը։ Արդյունքները գրանցելու համար նա օգտագործել է մանրադիտակ, որի մեջ կառուցվել է տեսախցիկ։
Փորձի շրջանակներում Մասաու Էմոտոն տարբեր ձևերով ազդեց ջրի վրա, այնուհետև նորից սառեցրեց այն և լուսանկարեց: Նրան հաջողվել է կապ հաստատել սառցե բյուրեղների ձևի և երաժշտության միջև,որին ջուրը լսեց. Զարմանալիորեն գիտնականը ձայնագրել է ձյան ամենաներդաշնակ փաթիլները՝ օգտագործելով դասական և ժողովրդական երաժշտություն։
Ժամանակակից երաժշտության օգտագործումը, ըստ Մասաուի, «աղտոտում է» ջուրը, ուստի դրանք անկանոն ձևի ֆիքսված բյուրեղներ էին։ Հետաքրքիր փաստ է ճապոնացի գիտնականի կողմից բյուրեղների ձևի և մարդու էներգիայի փոխհարաբերության նույնականացումը:
Ջուրը մեր մոլորակի վրա մեծ քանակությամբ հայտնաբերված ամենազարմանալի նյութն է: Դժվար է պատկերացնել ժամանակակից մարդու գործունեության որևէ ոլորտ, որին նա ակտիվ մասնակցություն չունենա։ Այս նյութի բազմակողմանիությունը որոշվում է անոմալիաներով, որոնք առաջանում են ջրի քառանիստ կառուցվածքով:
