Властивості води: наукові пояснення

В даному матеріалі ми розглянемо дивні і дивовижні властивості води.

“Немає нічого м’якшого і слабкішого, ніж вода, і немає нічого, що б перевершувало її в руйнівній атаці на все тверде й сильне”. Китайський мудрець Лао-Цзи саме так її охарактеризував у одному зі своїх давніх текстів. Він вважав, що здатність води пом’якшувати, живити і омивати контрастує з її грубою силою, яка проявляється, наприклад, на Ніагарському водоспаді або під час цунамі.

Також парадоксально, що вода добре знайома нам (з неї на дві третини складається наше тіло і на три чверті наша планета) і в той же час надзвичайно загадкова. Незважаючи на те, що ви багато про неї знаєте, багато її властивостей можуть вас здивувати. Інші ж є настільки дивними, що до цих пір вислизають від наукового розуміння.

Отже, дивні і дивовижні властивості води:

1. Гаряча вода швидше замерзає
Звичайна людина, виходячи з принципів логіки, може подумати, що для того, щоб замерзнути гарячій воді потрібно більше часу, ніж холодній. Але як не дивно, це якраз не той випадок. Ця особливість води була вперше виявлена танзанійським студентом Ерастом Мпембою (Erasto Mpemba) в 1963 році. Він виявив, що під впливом однаково низьких температур, гаряча вода дійсно замерзає швидше холодної.

І ніхто не знає чому. Одне з можливих пояснень полягає в тому, що ефект Мпемба – це результат процесу циркуляції тепла під назвою конвекція. У посудині з водою тепла вода піднімається наверх, відштовхуючи холодну на дно, і створює тим самим “гарячу верхівку”. Вчені вважають, що конвекція може якимось чином прискорити процес охолодження, що дозволяє гарячій воді швидше заморожуватися, ніж холодній, незважаючи на те, що вона повинна витратити більше «сил» на те, щоб дістатися до точки замерзання.

2. Слизька речовина
Вже півтора століття вчені б’ються над тим, чому лід може змусити вас впасти. Вчені згодні з тим, що тонкий шар води в рідкому стані на поверхні твердого льоду призводить до появи ковзання, і що швидке переміщення рідини ускладнює рух по ньому, навіть якщо шар дуже тонкий. Однак, серед них немає консенсусу щодо того, чому лід на відміну від більшості інших твердих тіл, має такий шар.

Теоретики припускають, що шар з’являється як результат акта ковзання, який при контакті з ковзанами або з чимось іншим починає танути. Інші вважають, що шар утворюється до того, як на льоду з’являється фігурист або звичайна людина, і виявляється він там в результаті внутрішнього руху поверхневих молекул.

3. Акванавт
На Землі кипляча вода створює тисячі крихітних пухирців пари. В космосі, навпаки, вона виробляє один гігантський міхур. Гідродинаміка – це настільки складний процес, що фізики не знали, що станеться з киплячою водою в умовах невагомості, поки, нарешті, в 1992 році на борту космічного човника не був здійснений експеримент. Пізніше фізики вирішили, що кипіння води в космосі – це, ймовірно, результат відсутності конвекції і плавучості, двох явищ, викликаних гравітацією. На Землі ми спостерігаємо цей ефект, коли дивимося на киплячу воду в чайнику.

4. Ширяюча рідина
Коли крапля води потрапляє на поверхню, температура якої набагато вища, ніж точка кипіння води, крапля може ковзати по поверхні набагато довше, ніж ви собі уявляєте. Назване ефектом Лейденфроста, це явище відбувається через те, що коли нижній шар краплі випаровується, молекули газу, що утворюються в цьому шарі, нікуди не зникають, тому їх присутність ізолює інші верстви краплі, і вони, тим самим не стосуються гарячої поверхні. Капля, таким чином, виживає протягом декількох секунд без википання.

5. Божевілля в мембрані
Іноді молекули води кидають виклик законам фізики, тримаючись разом, незважаючи на всі спроби сили тяжіння або тиску їх роз’єднати. Це є сила поверхневого натягу, що змушує верхній шар води і деяких інших рідин вести себе як гнучка мембрана. Поверхневий натяг виникає через те, що молекули води знаходяться у вільному зв’язку одна з одною. Через слабкі зв’язки між ними молекули на поверхні завжди підштовхуються молекулами з нижніх шарів. Вони будуть триматися разом до тих пір, поки щільно пов’язані молекули намагатимуться зруйнувати менш міцні зв’язки.

6. Киплячий сніг
Коли спостерігається величезна різниця між температурою води і температурою повітря на вулиці (наприклад, якщо каструлю з киплячою водою (100 градусів за Цельсієм) “виплеснути” у повітря, температура якого буде – 34 градуса), трапляється дивовижний ефект. Кипляча вода миттєво перетворюється на сніг.

Пояснення: щільність дуже холодного повітря досить висока, і його молекули розташовані так близько один до одного, що там залишається дуже мало місця для того, щоб “нести” водяний пар. Кипляча вода, з іншого боку, випускає дуже багато пари. Коли вода викидається в повітря, вона розбивається на краплі, в яких, навпаки, багато місця для перенесення пари. У цьому-то й заковика. Краплі містять більше пари, ніж повітря може утримувати, тому пар “випадає в осад”, чіпляючись за мікроскопічні частинки в повітрі, такі як натрій або кальцій і формують кристали. Саме так і утворюються сніжинки.

7. Порожній простір
Хоча тверда форма майже кожної речовини щільніша, ніж його рідка форма, у зв’язку з тим, що атоми в твердих тілах звичайно щільно розташовані один одному, у випадку з водою це не справедливо. Коли вода замерзає, її обсяг збільшується приблизно на 8 відсотків. Ця дивина дозволяє перебувати на плаву кубикам льоду і навіть гігантським айсбергам.

Коли вода остигає до точки замерзання, для того, що тримати молекули разом потрібно менше енергії, таким чином, молекули здатні утворювати стійкі водневі зв’язки один з одним, поступово блокуючись в певному положенні. Такий же процес проходить при затвердінні всіх рідин. І так само, як і в інших твердих тілах, зв’язки між молекулами льоду дійсно коротші і жорсткіші, ніж вільні зв’язки в рідкій воді. Різниця полягає в тому, що гексагональна структура кристалів льоду залишає багато вільного простору, що робить лід менш щільним, ніж воду в рідкому стані.

8. Одна в своєму роді
Усім нам відомо, що не існує двох однакових сніжинок. Дійсно за всю історію існування снігу, кожне з цих красивих творінь було абсолютно унікальним. І ось чому: сніжинка починає утворюватися, знаходячи форму простої гексагональної призми. Оскільки при кожному заморожуванні втрачається певна частина молекул через різні температури, вологості і тиск повітря, в таких мінливих умовах сніжинка і знаходить свою унікальну форму. Цих змін достатньо для того, щоб ніколи форма кристала сніжинки не повторилася.

Однак, що не менш дивно, так це шість абсолютно однакових частин сніжинки, які завдяки своїй синхронності створюють ідеальну гексагональну симетрію.

9. А ви звідки родом?
Точне походження води, якою покрито 70 відсотків поверхні Землі, все ще залишається загадкою для вчених. Вони підозрюють, що будь-яка вода, що скупчилася на поверхні планети з моменту її формування 4,5 мільярда років тому, повинна була випаруватися через молоде палаюче Сонце. Це означає, що вода, яка зараз присутня на планеті, з’явилася набагато пізніше.

Як? Можливо, близько 4 мільярдів років тому, масивні об’єкти із зовнішньої частини сонячної системи вдарили Землю і інші внутрішні планети. Ймовірно, ці об’єкти були наповнені водою, а зіткнення призвело до того, що Земля стала гігантським резервуаром для зберігання рідини.

Хочеться сказати, що швидше за все, вам не були відомі такі властивості води.

За матеріалами: www.lifeslittlemysteries.com

Поділитися новиною з друзями в соціальних мережах:



Залишити коментар