तुम्हाला पाण्यातील कोणत्या विसंगती माहित आहेत? पाण्याच्या घनतेतील विसंगती काय स्पष्ट करते

सर्वात सोपा, सर्वात व्यापक आणि त्याच वेळी जगातील सर्वात रहस्यमय, आश्चर्यकारक पदार्थ म्हणजे पाणी. परिवर्तनीय घनता, उच्च उष्णता क्षमता आणि पाण्याचे प्रचंड पृष्ठभाग तणाव, त्याची "मेमरी" करण्याची क्षमता आणि रचना हे H20 सारख्या दिसणाऱ्या साध्या पदार्थाचे सर्व विसंगत गुणधर्म आहेत.

सर्वात मनोरंजक गोष्ट अशी आहे की जीवन पाण्याच्या विसंगत गुणधर्मांमुळे अस्तित्वात आहे, जे भौतिकशास्त्र आणि रसायनशास्त्राच्या नियमांच्या दृष्टिकोनातून बर्याच काळापासून स्पष्ट केले जाऊ शकत नाही. हे पाण्याच्या रेणूंमध्ये हायड्रोजन बंध अस्तित्वात असल्याच्या वस्तुस्थितीमुळे आहे. म्हणून, द्रव अवस्थेत, पाणी हे केवळ रेणूंचे मिश्रण नाही, तर पाण्याचे क्लस्टर्सचे एक जटिल आणि गतिशीलपणे बदलणारे नेटवर्क आहे. प्रत्येक स्वतंत्र क्लस्टर थोड्या काळासाठी जगतो, परंतु हे क्लस्टर्सचे वर्तन आहे जे पाण्याची रचना आणि गुणधर्मांवर परिणाम करते.

इतर बायनरी हायड्रोजन संयुगांच्या तुलनेत पाण्यात असामान्य गोठवणारे आणि उकळणारे तापमान असते. जर आपण पाण्याच्या जवळ असलेल्या संयुगांच्या वितळण्याच्या बिंदूंची तुलना केली: H2S, H2Te, H2Se, तर आपण असे गृहीत धरू शकतो की H20 चा वितळण्याचा बिंदू 90 आणि -120 ° C च्या दरम्यान असावा. तथापि, प्रत्यक्षात तो 0 ° C आहे. उकळणे बिंदू समान आहे: H2S साठी ते -60.8 ° C, H2Se साठी -41.5 ° C, H2Te -18 ° C. असे असूनही, पाणी किमान +70 ° C वर उकळले पाहिजे आणि ते +100 ° C वर उकळले पाहिजे. यावर, पाण्याचे वितळणे आणि उकळणारे बिंदू हे विसंगत गुणधर्म आहेत, आपण असा निष्कर्ष काढू शकतो की आपल्या ग्रहाच्या परिस्थितीत, पाण्याच्या द्रव आणि घन अवस्था देखील विसंगत आहेत. ते फक्त वायू आणि स्थितीसाठी सामान्य असावे.

आपल्याला आधीच माहित आहे की शरीर गरम झाल्यावर विस्तारते आणि थंड झाल्यावर आकुंचन पावते. विरोधाभासी वाटेल तसे, पाणी वेगळ्या पद्धतीने वागते. 100°C ते -4°C पर्यंत थंड केल्यावर, पाणी आकुंचन पावते, त्याची घनता वाढते. +4 डिग्री सेल्सियस तापमानात त्याची घनता सर्वाधिक असते. परंतु 0 डिग्री सेल्सियस पर्यंत थंड झाल्यावर, ते विस्तृत होऊ लागते आणि त्याची घनता कमी होते! 0 डिग्री सेल्सिअस (पाण्याचे अतिशीत तापमान), पाणी एकत्रीकरणाच्या घन अवस्थेत बदलते. संक्रमणाच्या क्षणासह व्हॉल्यूममध्ये तीव्र वाढ (सुमारे 10%) आणि घनतेत संबंधित घट आहे. या घटनेचा पुरावा म्हणजे बर्फ पाण्याच्या पृष्ठभागावर तरंगत आहे. इतर सर्व पदार्थ (बिस्मथ आणि गॅलियमचा अपवाद वगळता) वितळताना तयार झालेल्या द्रवांमध्ये बुडतात. पाण्याची अभूतपूर्व परिवर्तनशील घनता माशांना गोठलेल्या पाण्याच्या शरीरात राहण्यास परवानगी देते: जेव्हा तापमान -4 डिग्री सेल्सियसपेक्षा कमी होते, तेव्हा थंड पाणी, कमी घनतेमुळे, पृष्ठभागावर राहते आणि गोठते, तर तापमान शून्याच्या खाली राहते. बर्फ.

पाण्याची द्रव अवस्थेत कमालीची उष्णता क्षमता असते. पाण्याची उष्णता क्षमता वाफेच्या उष्णता क्षमतेच्या दुप्पट आहे आणि वाफेची उष्णता क्षमता... बर्फाच्या उष्णता क्षमतेइतकी आहे. उष्णतेची क्षमता म्हणजे तापमान 1 डिग्री सेल्सिअसने वाढवण्यासाठी लागणारे उष्णतेचे प्रमाण. जेव्हा 0 डिग्री सेल्सिअस ते +35 डिग्री सेल्सिअस गरम केले जाते तेव्हा त्याची उष्णता क्षमता वाढत नाही, परंतु कमी होते. +35 डिग्री सेल्सिअस ते +100 डिग्री सेल्सियस पर्यंत गरम झाल्यावर ते पुन्हा वाढू लागते. सजीवांच्या शरीराचे तापमान पाण्याच्या उष्णता क्षमतेच्या सर्वात कमी मूल्यांशी जुळते.

सुपर कूलिंग म्हणजे द्रवपदार्थ राहून गोठणबिंदूपेक्षा कमी तापमानापर्यंत पाणी थंड करण्याची क्षमता. या मालमत्तेमध्ये अतिशय शुद्ध पाणी आहे, विविध अशुद्धतेपासून मुक्त आहे जे गोठल्यावर क्रिस्टलायझेशन केंद्र म्हणून काम करू शकते.

दाबावर पाण्याचे अतिशीत तापमानाचे अवलंबित्व देखील पूर्णपणे विसंगत आहे.

दाब वाढत असताना, गोठणबिंदू कमी होतो; प्रत्येक 130 वातावरणासाठी अंदाजे 1 ° से. इतर पदार्थांमध्ये, त्याउलट, वाढत्या दाबाने अतिशीत बिंदू वाढतो.

पाण्यामध्ये पृष्ठभागाचा ताण जास्त असतो (फक्त पारा उच्च मूल्य असतो) पाण्यामध्ये ओले करण्याची उच्च क्षमता असते - यामुळे, केशिकाची घटना शक्य आहे, म्हणजेच, नळ्यांमधील पातळी बदलण्याची द्रव क्षमता, अरुंद. अनियंत्रित आकाराचे चॅनेल आणि सच्छिद्र शरीर.

पाणी नॅनोट्यूबमध्ये आश्चर्यकारक गुणधर्म प्राप्त करते, ज्याचा व्यास 1 10'9 मीटरच्या जवळ आहे: त्याची चिकटपणा झपाट्याने वाढते आणि पूर्ण शून्याच्या जवळच्या तापमानात पाणी गोठू न देण्याची क्षमता प्राप्त करते. नॅनोट्यूबमधील पाण्याचे रेणू -23 डिग्री सेल्सिअस तापमानात आणि 40 हजार वातावरणाच्या दाबाने स्वतंत्रपणे स्वतःला सर्पिल "शिडी" मध्ये व्यवस्थित करतात, ज्यात दुहेरी हेलिकेस समाविष्ट असतात, जे डीएनएच्या हेलिकल संरचनेची आठवण करून देतात,

पाण्याच्या पृष्ठभागावर हायड्रॉक्सिल आयन OH - जमा झाल्यामुळे नकारात्मक विद्युत क्षमता आहे H30 + सकारात्मक चार्ज केलेले हायड्रोनियम आयन पाण्याच्या नकारात्मक चार्ज केलेल्या पृष्ठभागाकडे आकर्षित होतात, ज्यामुळे विद्युत दुहेरी थर तयार होतो.

गरम पाणी थंड पाण्यापेक्षा वेगाने गोठते - या विरोधाभासी घटनेला झिल्ली प्रभाव म्हणतात. आज विज्ञानाने त्याचे स्पष्टीकरण दिलेले नाही,

-120 डिग्री सेल्सिअस तापमानात, पाण्यामध्ये विचित्र गोष्टी घडू लागतात: ते मोलॅसेससारखे चिकट होते आणि -135 डिग्री सेल्सियसपेक्षा कमी तापमानात ते "काच" पाण्यात बदलते - एक घन पदार्थ ज्यामध्ये क्रिस्टलीय रचना नसते.

7. पाणी विसंगती

रासायनिकदृष्ट्या शुद्ध पाण्यात अनेक गुणधर्म आहेत जे ते इतर नैसर्गिक शरीरे आणि रासायनिक ॲनालॉग्स (मेंडेलीव्हच्या नियतकालिक प्रणालीच्या गट 6 च्या घटकांचे हायड्राइड्स) आणि इतर द्रवपदार्थांपासून तीव्रपणे वेगळे करतात. या विशेष गुणधर्मांना पाणी विसंगती म्हणून ओळखले जाते.

पाण्याचा आणि विशेषत: त्याच्या जलीय द्रावणांचा अभ्यास करून, शास्त्रज्ञांना पुन्हा पुन्हा खात्री पटली की पाण्यामध्ये असामान्य - विसंगत गुणधर्म आहेत जे केवळ तिच्यामध्ये अंतर्भूत आहेत, महामहिम - पाणी, ज्याने आम्हाला जीवन आणि विचार करण्याची क्षमता दिली. निसर्गातील, विविध तंत्रज्ञानामध्ये आणि शेवटी आपल्या दैनंदिन जीवनात पाण्याचे असे परिचित आणि नैसर्गिक गुणधर्म अद्वितीय आणि अतुलनीय आहेत याची आम्हाला शंकाही नाही.

घनता

संपूर्ण बायोस्फियरसाठी, पाण्याचे एक अत्यंत महत्त्वाचे वैशिष्ट्य म्हणजे गोठल्यावर त्याचे प्रमाण कमी होण्याऐवजी वाढण्याची क्षमता, म्हणजे. घनता कमी करा. खरंच, जेव्हा कोणतेही द्रव घन अवस्थेत रूपांतरित होते, तेव्हा रेणू एकमेकांच्या जवळ असतात आणि पदार्थ स्वतःच, आकारमानात घटते, घनता बनतो. होय, कोणत्याही मोठ्या प्रमाणात भिन्न द्रवपदार्थांसाठी, परंतु पाणी नाही. येथे पाणी अपवाद आहे. थंड झाल्यावर, पाणी सुरुवातीला इतर द्रवांसारखे वागते: हळूहळू घनतेचे बनते, ते त्याचे प्रमाण कमी करते. ही घटना +3.98°C पर्यंत पाहिली जाऊ शकते. त्यानंतर, तापमानात आणखी घट होऊन 0°C पर्यंत, सर्व पाणी गोठते आणि आकारमानात विस्तारते. परिणामी, बर्फाचे विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण पाण्यापेक्षा कमी होते आणि बर्फ तरंगतो. जर बर्फ तरंगला नाही, परंतु बुडला, तर सर्व पाणी (नद्या, तलाव, समुद्र) तळाशी गोठतील, बाष्पीभवन झपाट्याने कमी होईल आणि सर्व गोड्या पाण्यातील प्राणी आणि वनस्पती मरतील. पृथ्वीवरील जीवन अशक्य होईल. पृथ्वीवरील पाणी हा एकमेव द्रव आहे ज्याचा बर्फ पाण्याच्या आकारमानापेक्षा 1/11 जास्त असल्यामुळे तो बुडत नाही.

पृष्ठभाग तणाव

पाण्याचे गोल गोळे अतिशय लवचिक असल्यामुळे पाऊस पडतो आणि दव पडतो. ही कोणती आश्चर्यकारक शक्ती आहे जी दव थेंब टिकवून ठेवते आणि कोणत्याही डबक्यातील पाण्याचा पृष्ठभाग लवचिक आणि तुलनेने टिकाऊ बनवते?

हे ज्ञात आहे की जर स्टीलची सुई बशीमध्ये ओतलेल्या पाण्याच्या पृष्ठभागावर काळजीपूर्वक ठेवली तर सुई बुडत नाही. पण धातूचे विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण हे पाण्यापेक्षा खूप जास्त असते. पाण्याचे रेणू पृष्ठभागाच्या तणावाच्या शक्तीने बांधलेले असतात, ज्यामुळे त्यांना गुरुत्वाकर्षणाच्या शक्तीवर मात करून केशिका वर येऊ शकतात. पाण्याच्या या गुणधर्माशिवाय, पृथ्वीवरील जीवन देखील अशक्य आहे.

उष्णता क्षमता

जगातील कोणताही पदार्थ पाण्याइतकी उष्णता पर्यावरणात शोषून घेत नाही किंवा सोडत नाही. पाण्याची उष्णता क्षमता स्टीलच्या उष्णता क्षमतेपेक्षा 10 पट जास्त आणि पारा पेक्षा 30 पट जास्त आहे. पाणी पृथ्वीवरील उष्णता टिकवून ठेवते.

समुद्र, महासागर आणि जमिनीच्या पृष्ठभागावरून दरवर्षी ५२०,००० घन किलोमीटर पाण्याचे बाष्पीभवन होते, जे घनरूप झाल्यावर थंड आणि ध्रुवीय प्रदेशांना भरपूर उष्णता देते.

मानवी शरीरात पाणी 70-90% बनते. शरीराच्या वजनापासून. जर पाण्यामध्ये आताच्यासारखी उष्णता क्षमता नसेल तर उबदार आणि थंड रक्ताच्या जीवांमध्ये चयापचय अशक्य होईल.

पाणी सर्वात सहजतेने गरम होते आणि मानवी शरीराचे तापमान +37 डिग्री सेल्सिअसशी संबंधित असलेल्या "तापमानाच्या खड्ड्या" मध्ये सर्वात लवकर थंड होते.

पाण्याचे आणखी काही विसंगत गुणधर्म आहेत:

कोणताही द्रव पाण्याइतका लोभी वायू शोषून घेत नाही. पण ती त्यांनाही सहज देते. पावसामुळे वातावरणातील सर्व विषारी वायू विरघळतात. पाणी हे त्याचे शक्तिशाली नैसर्गिक फिल्टर आहे, जे वातावरणाला सर्व हानिकारक आणि विषारी वायूंपासून शुद्ध करते. जेव्हा चुंबकीय क्षेत्राच्या संपर्कात येते तेव्हा पाण्याचा आणखी एक आश्चर्यकारक गुणधर्म दिसून येतो. चुंबकीय उपचारांच्या अधीन असलेल्या पाण्यामुळे क्षारांची विद्राव्यता आणि रासायनिक अभिक्रियांचा दर बदलतो.

परंतु पाण्याचा सर्वात आश्चर्यकारक गुणधर्म म्हणजे जवळजवळ सार्वत्रिक सॉल्व्हेंटचा गुणधर्म. आणि जर काही पदार्थ त्यात विरघळले नाहीत, तर जीवनाच्या उत्क्रांतीमध्ये याने देखील मोठी भूमिका बजावली: बहुधा, जलीय वातावरणात जीवनाचे स्वरूप आणि विकास प्राथमिक जैविक झिल्लीच्या हायड्रोफोबिक गुणधर्मांवर अवलंबून असतो.

पाणी ज्ञात आणि अज्ञात. पाण्याची आठवण

ब्रोमाइन पाणी हे पाण्यात Br2 चे संतृप्त द्रावण आहे (3.5% वजनाने Br2). ब्रोमाइन पाणी हे ऑक्सिडायझिंग एजंट आहे, विश्लेषणात्मक रसायनशास्त्रातील ब्रोमिनेटिंग एजंट. कच्चा कोक ओव्हन वायू पाण्याच्या संपर्कात आल्यावर अमोनियाचे पाणी तयार होते...

रासायनिक प्रक्रियेसाठी एक अभिकर्मक आणि माध्यम म्हणून पाणी (पाण्याचे विषम गुणधर्म)

आधुनिक विज्ञान आणि तंत्रज्ञानामध्ये पाण्याची भूमिका खूप मोठी आहे. येथे फक्त काही क्षेत्रे आहेत जिथे पाणी वापरले जाऊ शकते. 1. झाडांना पाणी देण्यासाठी आणि जनावरांना खायला देण्यासाठी शेतीमध्ये 2. आम्ल, बेस, सेंद्रिय पदार्थ तयार करण्यासाठी रासायनिक उद्योगात. ३...

जीवन देणारे पाणी

पाणी हे सर्वात महत्त्वाचे रासायनिक संयुग आहे जे पृथ्वीवरील जीवनाची शक्यता ठरवते. एका व्यक्तीचे दररोज पिण्याचे पाणी सरासरी 2 लिटर असते...

हायड्रोजन - भविष्यातील इंधन

पुढील समस्या जिथे वजनहीनतेने स्वतःला पुन्हा सांगितले ते म्हणजे इंधन सेलमध्ये तयार झालेले पाणी काढून टाकण्याची समस्या. जर ते काढले नाही, तर ते इलेक्ट्रोडला फिल्मने झाकून टाकेल आणि गॅसला त्यात प्रवेश करणे कठीण होईल...

पाण्याची माहिती-संरचनात्मक स्मृती

पाण्याचा रेणू हा एक लहान द्विध्रुव असतो ज्याच्या ध्रुवांवर सकारात्मक आणि नकारात्मक शुल्क असते. ऑक्सिजन न्यूक्लियसचे वस्तुमान आणि चार्ज हायड्रोजन न्यूक्लियसपेक्षा जास्त असल्याने, इलेक्ट्रॉन मेघ ऑक्सिजन न्यूक्लियसकडे खेचला जातो ...

कॉम्प्लेक्समेट्रिक पद्धतीचा वापर करून पाण्याच्या कडकपणाचे निर्धारण

कॅल्शियमच्या व्यापक घटनेमुळे, त्याचे क्षार जवळजवळ नेहमीच नैसर्गिक पाण्यात आढळतात. नैसर्गिक कॅल्शियम क्षारांपैकी, फक्त जिप्सम पाण्यात काही प्रमाणात विरघळते, तथापि, जर पाण्यात कार्बन डायऑक्साइड असेल तर ...

बाष्पीभवन वनस्पतीची गणना आणि निवड

कंडेन्सरच्या थर्मल बॅलन्सवरून Gv निर्धारित केला जातो: Gv=W3(hbk-svtk)/cv(tk-tn), जेथे hbk हे बॅरोमेट्रिक कंडेन्सरमधील वाफेचे एन्थॅल्पी आहे; tн = 200С - थंड पाण्याचे प्रारंभिक तापमान; Cv = 4...

दुहेरी-प्रभाव बाष्पीभवन वनस्पतीची गणना आणि डिझाइन

कूलिंग वॉटर फ्लो रेट GB कंडेन्सरच्या थर्मल बॅलन्सवरून निर्धारित केला जातो: , जेथे IBK हे बॅरोमेट्रिक कंडेन्सरमध्ये वाष्पाचे एन्थॅल्पी आहे, जे? tн - थंड पाण्याचे प्रारंभिक तापमान, 0С...

सॉर्टिव्ह वॉटर शुध्दीकरण

उत्पादनामध्ये ते तांत्रिक प्रक्रियेच्या आवश्यकतांवर अवलंबून स्थापित केले जाते. उत्पादनात वापरलेले पाणी...

सॉर्टिव्ह वॉटर शुध्दीकरण

उष्मा एक्सचेंजर्समध्ये तसेच पाइपलाइनमध्ये जीवाणूजन्य जैविक दूषणाचा विकास रोखण्यासाठी, वेळोवेळी पाण्याचे क्लोरीनेशन दिवसातून 3-4 वेळा वापरण्याची शिफारस केली जाते, प्रत्येक कालावधी 40-60 मिनिटे टिकतो...

सॉर्टिव्ह वॉटर शुध्दीकरण

वॉटर कंडिशनिंगच्या सर्वात सामान्य प्रकारांपैकी एक म्हणजे त्याचे मऊ करणे. कडकपणाचे क्षार काढून टाकण्याची पहिली औद्योगिक पद्धत सोडा-चुना होती...

कॅल्शियम सल्फेट, क्रिस्टल हायड्रेट आणि निर्जल मीठ

आश्चर्यकारक पदार्थ - पाणी

जलविज्ञान हे एक शास्त्र आहे जे नैसर्गिक पाण्याचा अभ्यास करते, त्यांचे वातावरण आणि लिथोस्फियर यांच्याशी होणारे परस्परसंवाद तसेच त्यांच्यामध्ये घडणाऱ्या घटना आणि प्रक्रिया (बाष्पीभवन, अतिशीत इ.) यांचा अभ्यास करते. जलविज्ञानाच्या अभ्यासाचा विषय म्हणजे महासागरातील सर्व प्रकारचे जलमंडल...

पाण्याच्या भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांमधील विसंगती

(पाण्यातील असामान्य उच्च माहिती सामग्रीचे वैशिष्ट्य)

घटकांच्या आवर्त सारणीमध्ये D.I. मेंडेलीव्हचा ऑक्सिजन वेगळा उपसमूह बनवतो. त्यात असलेले ऑक्सिजन, सल्फर, सेलेनियम आणि टेल्युरियम यांच्या भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांमध्ये बरेच साम्य आहे. उपसमूहाच्या सदस्यांनी तयार केलेल्या समान प्रकारच्या संयुगेसाठी, नियमानुसार गुणधर्मांची समानता शोधली जाऊ शकते. तथापि, पाणी नियमांपासून विचलनाचे वैशिष्ट्य आहे.

ऑक्सिजन उपसमूहाच्या हलक्या संयुगांपैकी (आणि हे हायड्राइड्स आहेत), पाणी सर्वात हलके आहे. हायड्राइड्सची भौतिक वैशिष्ट्ये, इतर प्रकारच्या रासायनिक संयुगांप्रमाणे, संबंधित उपसमूहाच्या घटकांच्या सारणीतील स्थितीनुसार निर्धारित केली जातात. अशा प्रकारे, उपसमूहाचा घटक जितका हलका असेल तितका त्याच्या हायड्राइडची अस्थिरता जास्त असेल. म्हणून, ऑक्सिजन उपसमूहात, पाण्याची अस्थिरता—ऑक्सिजन हायड्राइड—सर्वात जास्त असली पाहिजे. हाच गुणधर्म पाण्याच्या बऱ्याच वस्तूंना “चिकटून” ठेवण्याच्या, म्हणजेच त्यांना ओले करण्याच्या क्षमतेमध्ये अगदी स्पष्टपणे प्रकट होतो.

या घटनेचा अभ्यास करताना असे आढळून आले की पाण्याने सहज ओले होणारे सर्व पदार्थ (माती, वाळू, काच, कागद इ.) मध्ये ऑक्सिजनचे अणू नक्कीच असतात. ओलेपणाचे स्वरूप स्पष्ट करण्यासाठी, ही वस्तुस्थिती महत्त्वाची ठरली: पाण्याच्या पृष्ठभागाच्या थराचे ऊर्जावान असंतुलित रेणू "विदेशी" ऑक्सिजन अणूंसह अतिरिक्त हायड्रोजन बंध तयार करण्यास सक्षम आहेत. पृष्ठभागावरील ताण आणि ओले करण्याच्या क्षमतेमुळे, अरुंद उभ्या वाहिन्यांमध्ये पाणी गुरुत्वाकर्षणाने परवानगी दिलेल्या उंचीपेक्षा जास्त उंचीपर्यंत वाढू शकते, म्हणजेच पाण्यामध्ये केशिकाचा गुणधर्म असतो.

पृथ्वीवर होणाऱ्या अनेक नैसर्गिक प्रक्रियांमध्ये कॅपिलॅरिटी महत्त्वाची भूमिका बजावते. याबद्दल धन्यवाद, पाणी जमिनीच्या थराला ओले करते, जे भूजल सारणीच्या वर लक्षणीय असते आणि वनस्पतींच्या मुळांना पोषक द्रावण वितरीत करते. सजीवांमध्ये रक्त आणि ऊतक द्रव्यांच्या हालचालीसाठी केशिका जबाबदार आहे.

परंतु पाणी त्याच्या गुणधर्मांच्या विशिष्ट वैशिष्ट्यांद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहे. उदाहरणार्थ, पाण्याची सर्वोच्च वैशिष्ट्ये तंतोतंत ती वैशिष्ट्ये आहेत जी सर्वात कमी असावीत: उकळते आणि गोठणारे तापमान, बाष्पीभवन आणि वितळण्याची उष्णता.

ऑक्सिजन उपसमूहाच्या घटकांच्या हायड्राइड्सचे उकळत्या आणि गोठण्याचे बिंदू चित्रात चित्रात सादर केले आहेत. १.७. हायड्राइड्सपैकी सर्वात जड
ते ऋण आहेत: ०°C च्या वर हे संयुग वायूयुक्त आहे. जसे आपण हलक्या हायड्राइड्सकडे जातो (
,
) उकळत्या आणि गोठवणारे तापमान वाढत्या प्रमाणात कमी होत आहे. जर हा पॅटर्न कायम राहिल्यास, पाणी -70 डिग्री सेल्सिअसवर उकळले पाहिजे आणि -90 डिग्री सेल्सिअस तापमानात गोठले पाहिजे अशी अपेक्षा केली जाईल. या प्रकरणात, स्थलीय परिस्थितीत ते घन किंवा द्रव स्थितीत कधीही अस्तित्वात असू शकत नाही. एकमेव संभाव्य अवस्था ही वायू (वाष्प) अवस्था असेल. परंतु हायड्राइड्ससाठी त्यांच्या आण्विक वजनाचे कार्य म्हणून गंभीर तापमानाच्या अवलंबित्वाच्या आलेखावर, अनपेक्षितपणे तीक्ष्ण वाढ होते - पाण्याचा उत्कलन बिंदू +100 डिग्री सेल्सिअस आहे, अतिशीत बिंदू 0 डिग्री सेल्सियस आहे. हा सहवासाचा एक स्पष्ट फायदा आहे - अस्तित्वाची विस्तृत तापमान श्रेणी, आपल्या ग्रहाच्या परिस्थितीनुसार सर्व अवस्था लक्षात घेण्याची क्षमता.

पाण्याची संगती त्याच्या बाष्पीभवनाच्या उच्च विशिष्ट उष्णतेवर देखील परिणाम करते. आधीच 100°C पर्यंत गरम केलेल्या पाण्याचे बाष्पीभवन करण्यासाठी, त्याच वस्तुमानाचे पाणी 80°C (20 ते 100°C पर्यंत) गरम करण्यापेक्षा सहापट जास्त उष्णता आवश्यक आहे.

दर मिनिटाला, जलमंडलातील दहा लाख टन पाण्याचे सौर तापाने बाष्पीभवन होते. परिणामी, वातावरणात प्रचंड उष्णता सतत सोडली जाते, जी प्रत्येकी 1 अब्ज किलोवॅट क्षमतेच्या 40 हजार वीज प्रकल्पांद्वारे तयार केली जाईल.

जेव्हा बर्फ वितळतो तेव्हा बर्फाच्या स्फटिकांच्या सहयोगी बंधांवर मात करण्यासाठी बरीच ऊर्जा खर्च होते, जरी पाण्याचे बाष्पीभवन होण्याच्या तुलनेत सहा पट कमी असते. रेणू
प्रत्यक्षात त्याच वातावरणात राहतात, फक्त पाण्याची अवस्था बदलते.

बर्फाच्या फ्यूजनची विशिष्ट उष्णता अनेक पदार्थांपेक्षा जास्त असते; ती 1 ग्रॅम पाणी 80 डिग्री सेल्सिअस (20 ते 100 डिग्री सेल्सिअस पर्यंत) गरम करताना वापरल्या जाणाऱ्या उष्णतेच्या समतुल्य असते. जेव्हा पाणी गोठते, तेव्हा उष्णतेची एक समान मात्रा वातावरणात प्रवेश करते आणि जेव्हा बर्फ वितळते तेव्हा ते शोषले जाते. म्हणून, बर्फाचे द्रव्य, बाष्पयुक्त पाण्याच्या वस्तुमानापेक्षा वेगळे, सकारात्मक तापमान असलेल्या वातावरणात एक प्रकारचे उष्णता शोषक असतात.

पाण्याच्या बाष्पीभवनाची विशिष्ट उष्णता आणि बर्फ वितळण्याच्या विशिष्ट उष्णतेची असामान्य उच्च मूल्ये मानव औद्योगिक क्रियाकलापांमध्ये वापरतात. या भौतिक वैशिष्ट्यांच्या नैसर्गिक वैशिष्ट्यांचे ज्ञान कधीकधी ठळक आणि प्रभावी तांत्रिक उपाय सुचवते. अशा प्रकारे, विविध प्रकारच्या तांत्रिक प्रक्रियांमध्ये सोयीस्कर आणि परवडणारे शीतलक म्हणून उत्पादनात पाण्याचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. वापरल्यानंतर, पाणी नैसर्गिक जलाशयात परत केले जाऊ शकते आणि नवीन भागाने बदलले जाऊ शकते किंवा विशेष उपकरणांमध्ये - कूलिंग टॉवर्समध्ये थंड केल्यानंतर ते पुन्हा उत्पादनासाठी पाठविले जाऊ शकते. बऱ्याच मेटलर्जिकल वनस्पतींमध्ये, थंड पाण्याऐवजी उकळते पाणी, शीतलक म्हणून वापरले जाते. वाष्पीकरणाच्या उष्णतेचा वापर करून कूलिंग होते - प्रक्रियेची कार्यक्षमता अनेक पटींनी वाढते आणि मोठ्या प्रमाणात कूलिंग टॉवर्स बांधण्याची गरज नसते. अर्थात, 100 डिग्री सेल्सिअसपेक्षा जास्त तापलेल्या वस्तूंना थंड करण्यासाठी आवश्यक असेल तिथे उकळत्या पाण्याचा-कूलर वापरला जातो.

शीतलक म्हणून पाण्याचा व्यापक वापर केवळ त्याच्या उपलब्धता आणि स्वस्ततेद्वारे स्पष्ट केला जात नाही. वास्तविक कारण त्याच्या शारीरिक वैशिष्ट्यांमध्ये देखील शोधले पाहिजे. असे दिसून आले की पाण्यात आणखी एक उल्लेखनीय क्षमता आहे - उच्च उष्णता क्षमता. मोठ्या प्रमाणात उष्णता शोषून घेते, पाणी स्वतःच लक्षणीय गरम होत नाही. पाण्याची विशिष्ट उष्णता वाळूपेक्षा पाचपट जास्त आणि लोखंडापेक्षा दहापट जास्त असते. औष्णिक ऊर्जेचा मोठा साठा जमा करण्याची पाण्याची क्षमता वर्षाच्या वेगवेगळ्या वेळी आणि दिवसाच्या वेगवेगळ्या वेळी पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर तापमानातील तीव्र चढउतार सुलभ करणे शक्य करते. याबद्दल धन्यवाद, पाणी हे आपल्या ग्रहाच्या थर्मल शासनाचे मुख्य नियामक आहे.

हे मनोरंजक आहे की पाण्याची उष्णता क्षमता केवळ त्याच्या मूल्यातच विसंगत आहे. विशिष्ट उष्णता क्षमता वेगवेगळ्या तापमानात भिन्न असते आणि विशिष्ट उष्णता क्षमतेमध्ये तापमान बदलाचे स्वरूप अद्वितीय असते: तापमान 0 ते 37 डिग्री सेल्सिअस पर्यंत वाढते आणि तापमानात आणखी वाढ झाल्याने ते कमी होते. . पाण्याच्या विशिष्ट उष्णता क्षमतेचे किमान मूल्य 36.79 डिग्री सेल्सियस तापमानात आढळले, जे मानवी शरीराच्या सामान्य तापमानाशी संबंधित आहे. जवळजवळ सर्व उबदार रक्ताच्या सजीवांचे सामान्य तापमान देखील या बिंदूजवळ असते.

असे दिसून आले की या तापमानात मायक्रोफेसचे परिवर्तन देखील "लिक्विड-क्रिस्टल" प्रणालीमध्ये होते, म्हणजेच "पाणी-बर्फ". हे स्थापित केले गेले आहे की जेव्हा तापमान 0 ते 100 डिग्री सेल्सिअस पर्यंत बदलते, तेव्हा पाण्यामध्ये अशी पाच परिवर्तने होतात. त्यांना मायक्रोफेस असे म्हणतात, कारण क्रिस्टल्सची लांबी सूक्ष्म असते, ०.२...०.३ एनएम पेक्षा जास्त नसते. संक्रमणाची तापमान मर्यादा 0, 15, 30, 45, 60 आणि 100°C आहे.

उबदार रक्ताच्या प्राण्यांच्या जीवनाची तापमान श्रेणी तिसऱ्या टप्प्याच्या (30...45°C) मर्यादेत असते. इतर प्रकारचे जीव इतर तापमान श्रेणींशी जुळवून घेतात. उदाहरणार्थ, मासे, कीटक, मातीचे जिवाणू दुसऱ्या टप्प्याच्या (२३...२५ डिग्री सेल्सिअस) मध्यभागी असलेल्या तापमानात पुनरुत्पादित होतात, बियाणांच्या वसंत ऋतूच्या जागरणाचे प्रभावी तापमान पहिल्या टप्प्याच्या मध्यभागी असते (५. ..10°C).

हे वैशिष्ट्यपूर्ण आहे की तापमानातील बदलादरम्यान पाण्याच्या विशिष्ट उष्णता क्षमतेच्या किमान माध्यमातून जाण्याच्या घटनेची एक विलक्षण सममिती असते: नकारात्मक तापमानात किमान हे वैशिष्ट्य देखील आढळते. ते - 20 डिग्री सेल्सियस वर येते.

0°C पेक्षा कमी पाणी गोठलेले राहिल्यास, उदाहरणार्थ, बारीक विखुरलेले असल्यास, -20°C च्या आसपास त्याची उष्णता क्षमता झपाट्याने वाढते. अमेरिकन शास्त्रज्ञांनी सुमारे 5 मायक्रॉन व्यास असलेल्या पाण्याच्या थेंबाद्वारे तयार केलेल्या जलीय इमल्शनच्या गुणधर्मांचा अभ्यास करून हे स्थापित केले.

रासायनिकदृष्ट्या शुद्ध पाण्यात अनेक गुणधर्म आहेत जे ते इतर नैसर्गिक शरीरे आणि रासायनिक ॲनालॉग्स (मेंडेलीव्हच्या नियतकालिक प्रणालीच्या गट 6 च्या घटकांचे हायड्राइड्स) आणि इतर द्रवपदार्थांपासून तीव्रपणे वेगळे करतात. या विशेष गुणधर्मांना पाणी विसंगती म्हणून ओळखले जाते.

पाण्याचा आणि विशेषत: त्याच्या जलीय द्रावणांचा अभ्यास करून, शास्त्रज्ञांना पुन्हा पुन्हा खात्री पटली की पाण्यामध्ये असामान्य - विसंगत गुणधर्म आहेत जे केवळ तिच्यामध्ये अंतर्भूत आहेत, महामहिम - पाणी, ज्याने आम्हाला जीवन आणि विचार करण्याची क्षमता दिली. निसर्गातील, विविध तंत्रज्ञानामध्ये आणि शेवटी आपल्या दैनंदिन जीवनात पाण्याचे असे परिचित आणि नैसर्गिक गुणधर्म अद्वितीय आणि अतुलनीय आहेत याची आम्हाला शंकाही नाही.

घनता

संपूर्ण बायोस्फियरसाठी, पाण्याचे एक अत्यंत महत्त्वाचे वैशिष्ट्य म्हणजे गोठल्यावर त्याचे प्रमाण कमी होण्याऐवजी वाढण्याची क्षमता, म्हणजे. घनता कमी करा. खरंच, जेव्हा कोणतेही द्रव घन अवस्थेत रूपांतरित होते, तेव्हा रेणू एकमेकांच्या जवळ असतात आणि पदार्थ स्वतःच, आकारमानात घटते, घनता बनतो. होय, कोणत्याही मोठ्या प्रमाणात भिन्न द्रवपदार्थांसाठी, परंतु पाणी नाही. येथे पाणी अपवाद आहे. थंड झाल्यावर, पाणी सुरुवातीला इतर द्रवांसारखे वागते: हळूहळू घनतेचे बनते, ते त्याचे प्रमाण कमी करते. ही घटना +3.98°C पर्यंत पाहिली जाऊ शकते. त्यानंतर, तापमानात आणखी घट होऊन 0°C पर्यंत, सर्व पाणी गोठते आणि आकारमानात विस्तारते. परिणामी, बर्फाचे विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण पाण्यापेक्षा कमी होते आणि बर्फ तरंगतो. जर बर्फ तरंगला नाही, परंतु बुडला, तर सर्व पाणी (नद्या, तलाव, समुद्र) तळाशी गोठतील, बाष्पीभवन झपाट्याने कमी होईल आणि सर्व गोड्या पाण्यातील प्राणी आणि वनस्पती मरतील. पृथ्वीवरील जीवन अशक्य होईल. पृथ्वीवरील पाणी हा एकमेव द्रव आहे ज्याचा बर्फ पाण्याच्या आकारमानापेक्षा 1/11 जास्त असल्यामुळे तो बुडत नाही.

पृष्ठभाग तणाव

पाण्याचे गोल गोळे अतिशय लवचिक असल्यामुळे पाऊस पडतो आणि दव पडतो. ही कोणती आश्चर्यकारक शक्ती आहे जी दव थेंब टिकवून ठेवते आणि कोणत्याही डबक्यातील पाण्याचा पृष्ठभाग लवचिक आणि तुलनेने टिकाऊ बनवते?

हे ज्ञात आहे की जर स्टीलची सुई बशीमध्ये ओतलेल्या पाण्याच्या पृष्ठभागावर काळजीपूर्वक ठेवली तर सुई बुडत नाही. पण धातूचे विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण हे पाण्यापेक्षा खूप जास्त असते. पाण्याचे रेणू पृष्ठभागाच्या तणावाच्या शक्तीने बांधलेले असतात, ज्यामुळे त्यांना गुरुत्वाकर्षणाच्या शक्तीवर मात करून केशिका वर येऊ शकतात. पाण्याच्या या गुणधर्माशिवाय, पृथ्वीवरील जीवन देखील अशक्य आहे.

उष्णता क्षमता

जगातील कोणताही पदार्थ पाण्याइतकी उष्णता पर्यावरणात शोषून घेत नाही किंवा सोडत नाही. पाण्याची उष्णता क्षमता स्टीलच्या उष्णता क्षमतेपेक्षा 10 पट जास्त आणि पारा पेक्षा 30 पट जास्त आहे. पाणी पृथ्वीवरील उष्णता टिकवून ठेवते.

समुद्र, महासागर आणि जमिनीच्या पृष्ठभागावरून दरवर्षी ५२०,००० घन किलोमीटर पाण्याचे बाष्पीभवन होते, जे घनरूप झाल्यावर थंड आणि ध्रुवीय प्रदेशांना भरपूर उष्णता देते.

मानवी शरीरात पाणी 70-90% बनते. शरीराच्या वजनापासून. जर पाण्यामध्ये आताच्यासारखी उष्णता क्षमता नसेल तर उबदार आणि थंड रक्ताच्या जीवांमध्ये चयापचय अशक्य होईल.

पाणी सर्वात सहजतेने गरम होते आणि मानवी शरीराचे तापमान +37 डिग्री सेल्सिअसशी संबंधित असलेल्या "तापमानाच्या खड्ड्या" मध्ये सर्वात लवकर थंड होते.

पाण्याचे आणखी काही विसंगत गुणधर्म आहेत:

कोणताही द्रव पाण्याइतका लोभी वायू शोषून घेत नाही. पण ती त्यांनाही सहज देते. पावसामुळे वातावरणातील सर्व विषारी वायू विरघळतात. पाणी हे त्याचे शक्तिशाली नैसर्गिक फिल्टर आहे, जे वातावरणाला सर्व हानिकारक आणि विषारी वायूंपासून शुद्ध करते. जेव्हा चुंबकीय क्षेत्राच्या संपर्कात येते तेव्हा पाण्याचा आणखी एक आश्चर्यकारक गुणधर्म दिसून येतो. चुंबकीय उपचारांच्या अधीन असलेल्या पाण्यामुळे क्षारांची विद्राव्यता आणि रासायनिक अभिक्रियांचा दर बदलतो.

परंतु पाण्याचा सर्वात आश्चर्यकारक गुणधर्म म्हणजे जवळजवळ सार्वत्रिक सॉल्व्हेंटचा गुणधर्म. आणि जर काही पदार्थ त्यात विरघळले नाहीत, तर जीवनाच्या उत्क्रांतीमध्ये याने देखील मोठी भूमिका बजावली: बहुधा, जलीय वातावरणात जीवनाचे स्वरूप आणि विकास प्राथमिक जैविक झिल्लीच्या हायड्रोफोबिक गुणधर्मांवर अवलंबून असतो.

विभाग I.
पाण्यासाठी विहिरींची रचना
धडा 1. पाण्याबद्दल काही माहिती

पाणी विसंगती

बर्फाच्या रचनेत ट्रायहायड्रोल रेणूंचे वर्चस्व असते, पाण्याच्या वाफेच्या रचनेत (100 डिग्री सेल्सियसपेक्षा जास्त तापमानात) - हायड्रोल रेणू आणि थेंब-द्रव पाण्यात - हायड्रोल, डायहाइड्रोल आणि ट्रायहायड्रोल यांचे मिश्रण, ज्यामधील गुणोत्तर बदलतात. तापमान

खालील विसंगती पाण्याच्या संरचनेच्या वैशिष्ट्यांद्वारे निर्धारित केल्या जातात:

1) पाण्याची घनता सर्वात जास्त 4 डिग्री सेल्सिअस असते, तापमानात 0 डिग्री सेल्सिअस पर्यंत घट किंवा 100 डिग्री सेल्सिअस पर्यंत वाढ झाल्यास, त्याची घनता कमी होते;

2) अतिशीत दरम्यान पाण्याचे प्रमाण अंदाजे 10% वाढते, तर घन अवस्था द्रवापेक्षा हलकी होते;

3) पाण्याची उच्च विशिष्ट उष्णता क्षमता असते, जी वाढत्या तापमानासह 40 °C पर्यंत कमी होते आणि नंतर पुन्हा वाढते;

4) पाण्यामध्ये खूप जास्त विशिष्ट आंतरिक ऊर्जा असते (318.8 J/kg);

5) पाणी 0 °C वर गोठते, वाढत्या दाबाने अतिशीत बिंदू कमी होतो आणि 211.5 MPa च्या दाबाने त्याचे किमान मूल्य (-22 °C) पोहोचते;

6) 100 डिग्री सेल्सिअस तापमानात पाण्यामध्ये सर्वाधिक विशिष्ट प्रमाणात उष्णता (2156 J/kg) असते;

7) पाण्यामध्ये सर्वाधिक डायलेक्ट्रिक स्थिरांक 20 °C आहे;

8) इतर द्रव्यांच्या तुलनेत पाण्यामध्ये पृष्ठभागावरील ताण सर्वाधिक असतो.

अल्कलीशी संवाद साधताना, पाणी आम्लासारखे वागते आणि आम्लांशी संवाद साधताना ते बेससारखे वागते. सक्रिय धातू आणि पाण्याच्या प्रतिक्रिया दरम्यान, हायड्रोजन सोडला जातो. पाणी काही विशिष्ट क्षारांशी संवाद साधून एक्सचेंज विघटन (हायड्रोलिसिस) प्रक्रियेस कारणीभूत ठरते.