Rendellenes víz - hipotézisek és tények
Levelező tagja, a Szovjetunió Tudományos Akadémia B. Deryagina
Úgy tűnik számomra, hogy a történelem, a tanulmány a rendhagyó víz érdekeltek lehetnek sokféle olvasók. Jelenség kutatói által felfedezett, szokatlan és váratlan; útkeresés, ny elhaladtak, tárgya lehet mérlegelés azok számára, akik érdeklődnek a módszer a tudomány.
Meg kell kezdeni a felismerés, hogy a neve „rendhagyó víz” meglehetősen egyértelmű, mivel a leggyakoribb a víz úgy viselkedik, sok tekintetben, mint a többi folyadékot, és mert ő példája az anomália (rendellenesség - az eltérést a norma). Éppen ellenkezőleg, anomális vizet, amelyet a későbbiekben további, bizonyos tekintetben, például kapcsolatban a hőtágulási viselkedés „normális”.
Sima víz szabadul fel elsődlegesen hőtágulás jellemzőit. Tól tankönyvek ismert, hogy szinte az összes szerv bővíteni hevítve, és összezsugorodik, ha lehűtjük. Víz másképp viselkedik. Ez csökkenti annak térfogata hűtés hatására 100 ° és 4 °, de a tartományban 4 ° C és 0 ° ismét tágulni kezd. A legnagyobb felel meg a víz sűrűsége át + 4 °.
A további hűtés, a víz bejut a szilárd állapotban. Abban a pillanatban, az átmenet kíséretében hirtelen növekmény mennyiségben (körülbelül 10%), és ennek megfelelően kisebb sűrűségű. Ezért a jég úszik a vízen. Minden más anyagok (ritka kivételtől eltekintve) mosogató folyadékokban során kialakult az olvadási.
anomáliák a víz nagy jelentőséggel bírnak a megőrzése az élet a vizekben. Ice úszik a vízen, és védi annak alacsony hővezető a teljes tó a fagytól.
Kevesebb víz ismert egy másik funkció - egy szokatlan változás annak hőkapacitása (hőmennyiség szükséges, hogy a hőmérséklet 1 °). Általános szabály, hogy a hőkapacitása a test - ingadozik. ez is növeli a hőmérséklet növekedésével. A vízben végzett melegítéssel 0 ° és 35 ° nem növeli a fajhő, és esik. Azonban, a tartományban 35 ° és 100 ° fajhő kezd ismét emelkedni.
Amint a fenti példákból, hogy ki lehetne terjeszteni, a víz nem úgy viselkedik, mint egy közönséges folyadék. Ennek az az oka viselkedését víz a melegítés során az különösen a szerkezete, azaz a kölcsönös elrendezése a szomszédos molekulák.
Míg kristály molekulák elrendezése egy szabályos rácspontjain szigorú sorrendben, amelyekre még széles körben elválasztott molekulák. folyadékok, csak a rövid távú rendezettséget.
Jég és víz különböznek más folyadékok laza szerkezete, amely szintén változik élesen hőmérsékleten. Ez magyarázza az anomália normál víz. Az viszont, koptatási szerkezete jég és víz hatása által okozott úgynevezett „hidrogénkötések”. A hidrogénatom, mint egy híd, tartja a két oxigénatomot, tartozó két különböző molekula víz. Az energia, amely elvégzi ezt a kapcsolatot, köztes között az energia egy hagyományos kémiai kötés (eljárva például közötti O atomot tartalmaz a H ugyanabban a molekulában a víz) és az energia a molekuláris vonzási a szomszédos molekulák. Oxigénatom, egy része az egyes víz molekula képes összekötő hidrogén hidakat négy másik oxigénatomot tartalmaz. Kommunikációs végezzük négy hidrogénatom; kettő a kémiai összetétele a molekula, és a másik két tartozhat két különböző molekulák. Így, mintegy mblekul víz a térben elhelyezkedő négy hidrogénatomot hidak (ábra. 1). A legtisztább formában és teljes egy ilyen rendszer a hidrogén-hidak képződnek a kristály közönséges jég. Ebben, minden molekula kombinálva hidrogénkötés pontosan négy legközelebbi szomszédok. Általában, a kristály egy vázszerkezetet, amely az „rács” hidrogénkötések több teret eredményeznek. Ez akkor fordul elő olyan szerkezet, amely a legkényesebb szerkezet a jég, ami részben megmagyarázhatja a tulajdonságait, különösen a képesség, hogy lebegnek a vízen. Tekintettel quasichemical (azaz, ha a vegyi) jellege a hidrogénkötés, a jégkristályok lehet mondani, hogy ez egy egyetlen polimer molekula, amelyben az oxigén „mintha” a négy vegyértékű. Upon olvadó jég ideális helyes elrendezését a vízmolekulák és a hidrogénkötés szerkezete a rács van törve. Minél magasabb a hőmérséklet emelkedik, a növekvő számú hidrogén-hidak által elpusztított termikus mozgás molekulák elfoglalják egyre sűrű. Üregek a víz szerkezetét csökkenés. Ezért a víz tömörített, annak ellenére, hogy a termikus mozgás ugyanakkor igyekszik növelni az átlagos távolság a molekulák közötti. Csak a fenti + 40 ° C-on a legújabb trend átveszi, és a víz elkezd terjeszkedni.
Ábra. 1 vízmolekula (például központ) van csatlakoztatva négy szomszédos molekulák blizhayshchmi hidrogénkötések.
Ábra. 2 hőtágulása oszlopok víz kapillárisok különböző sugarú. Curve namerchennaya kettős vonal - a kapilláris sugara 2 MICROBRIDGE. A szaggatott görbe - 0,1 mikron a kapilláris sugara. A folytonos vonal - 0,02 mikron a kapilláris sugara.
Ábra. 3. születés és a növekedés másodlagos oszlopok vizet.
Ábra. 4 oszlop ugyancsak eltérő viselkedést víz hűtés közben. A görbe mutatja a viselkedése normál víz. van egy minimális térfogatú, 4 ° C-on nulla alá nem azonnal megfagy (ez jellemző a viselkedését a kis mennyiségű víz), és a növekedés folytatódik a csökkenő hőmérséklettel. És végül, egy bizonyos ponton átfordul jég, éles ugrás változó annak hatálya alá. Ha egy oszlop jég melegítjük, az éles olvadási és lerövidíti az oszlop történhet pontosan 0 ° C-on A görbék B, C, D megfelelnek az üzenetét, amelyben a koncentráció a kóros komponens megnövekedett. A nagyobb hordozó koncentrációja rendellenességet, a nagyobb expanziós görbe különbözik a görbe a tiszta víz. A görbe (nettó anomális víz) után kapott meghosszabbított inkubációs kiindulási oszlopon vákuumban, ami a normál víz elpárolgása. Ennek eredményeként, bármilyen hőmérsékleten nem lehet látni, sem felhő, se hirtelen növekedésének. Hűtés után a hőmérséklet - 45 ° - 50 ° C monoton görbe megy keresztül tömörítés törje, egyre majdnem vízszintes. Az ilyen viselkedés jellemző összes folyadékok, amelyek nem kristályosodnak hűtés hatására, és átalakult az üvegtest állapotban (például glicerin, gyanta) miatt egy hatalmas viszkozitás növekedést.
Hirtelen, a tudósok szembesülnek a hiánya ezt az anomáliát, amely vált tankönyv példa. Ez történt 1959-ben, amikor N. Fedyakin megfigyelhető bővülése a víz oszlopok ultravékony hajszálerek. A 2. ábra egy sor görbék ábrázoló növekedése az oszlop hossza a víz, a hőmérséklettől függően üveg kapillárisokba különböző sugarak. A kapillárisok a sugara nagyobb, mint 1 mikron, vízzel versenyek, szélesedő, mivel ismert, a tankönyvek, felfedve egy minimális hossza, és ennek következtében a sűrűség maximuma + 4 ° C-on Nagyon keskeny kapillárisok tágulási már másképp. A legszűkebb - változó felismerhetetlenségig. Számukra eltűnik minimális hosszát tágulási együttható az egész vizsgált hőmérséklet-tartományban állandó, ezért a víz tágulási anomália teljesen eltűnik.
N. Fedyakina kísérletek a következőképpen magyarázható. Egy nagyon szűk kapilláris hatása miatt a falak a szövetváz gátolt kialakulását hidrogén hidak vízmolekulák közötti. Ez eltávolítja a korlátot a blyazhayashih szomszédok, és lehetővé teszi a molekulák közelebb helyezkedhetnek el. Ezért, a hőmérséklet emelkedik további tömítő mint abban az esetben a normális állapot a víz közel nulla fok, de a víz a szűk kapillárisokban kitágul, mint a „normális” folyadék. Fan görbék a 2. ábrán látható, lehet beszerezni csak N. Fedyakin s kifejlesztett egy figyelemre méltó technikát rajz és kalibrálása a legfinomabb kapillárisok, sugarú akár 160 Angström. Azonban a legfontosabb megfigyelés tett viszonylag széles kapillárisok sugara körülbelül egy mikrométernél vagy több.
Zapaivaya a kapilláris sugara körülbelül mikron oszlop vízzel vagy más folyadékkal (metanol, ecetsav, aceton), N. Fedyakin megfigyelt őket hosszú ideig. Tudomásul vették, az új, gyermek oszlopok jelentek meg (lásd a 3. ábrát> bizonyos távolságban a meniszkusz az eredeti oszlop, és nőtt lerövidítésével utolsó rendszeres jellegű ez a jelenség magyarázatot követelt, és N. Fedyakin megállapította: ... A növekedés gyermek oszlopok miatt szülő jelzi, hogy a gőznyomás alatt van az első „normális” áll a legújabb különböző gőznyomás az azonos kémiai összetételű vezetett látszólag az egyetlen lehetséges következtetést. elsődleges és tórikus oszlopok különböző szerkezetek.
Ezt megerősítette a kísérletek alacsony hőmérsékleten végezzük (lásd. Ábrán látható görbéket. 4). Összehasonlítva a normál víz (A görbe) megtiltja a víz kondenzációs termékei A gőz (például, B görbe) eltérően viselkednek. hossza legalább általuk balra mozog, és a hossza a folytatásban, amikor fagyasztás kevesebb, és egy sima csökkenése a hossza a megfigyelt fűtés. Mint látható a grafikonon, a hurok zárt bár volt néhány negatív hőmérséklet. Rendellenes rudak után hirtelen bővülése a zavaros, és ez élesen megkülönbözteti őket a közönséges. A további melegítés, nyilvánvalóvá válik, hogy a tartalmát a oszlopok áll kóros kapelnovidnyh zárványok. Az törésmutatója kisebb, mint a többi folyadékot. Növekvő hőmérséklettel, a száma és mérete zárványok csökkennek - mintha olvad. A valóságban, amint azt a közelebbi vizsgálata, ezek a zárványok részecskék tiszta jég. Körülvett anomális vizet, az utolsó darab jég olvad egy bizonyos hőmérsékleten fagypont alatt.
Ábra. 5 kamera V. Karasev és Luzskov maximális nettó rendellenes vizet. Ez egy rekeszt tartalmazó több száz kvarc kapillárisok szigetelt egy vékony üvegből elválasztó fal egy gőz forrás (vyparieatelya). Miután elhúzódó vákuumban, melegítés 400 ° C-partíciót szünetek és elkezdi kapilláris érintkezve vízgőz, amely tart egy pár hétig. Ennek eredményeként, részben a kapilláris oszlopok vannak kialakítva rendellenes vizet.
Mi az oka a rendellenes viselkedés víz csodálatos? Az egyik hipotézis, meg kell keresni a stabil komplexek képzése molekuláris összetételű (H2 O) n, ami a kondenzációs gőz a felületeken az üveg vagy olvasztott kvarcból. Elpárologtatása után a közönséges víz molekulák csak azok komplexek amelyek szerint a hipotézist, hogy mi lesz a rövidség nevezhető víz II. Ha kívánatos, hogy hagyja azt a kérdést, a készítmény a felfedezés, akkor jobb, ha használják a „rendellenes komponenst”.
Víz II (szupersűrű víz Polivoda vagy ahogy néha a West) kapott nyomokban - a sorrendben mikrogramm az oszlopban. Azonban, ő kitartóan állítja, annak tulajdonságait. Ennek eredményeként a precíz kísérletek (amelynek részleteit lenne rendkívül túlterhelt a történet) mértük sűrűségű rendellenes alkatrészre, és annak törésmutatója. A sűrűséget találtuk 1.4. A következő törésmutató: 1,48-1,49.
Érdekes, hogy a törésmutató és a sűrűség, és egy közönséges víz fordult II együtt egy sorban, ami lehetővé tette a növekedés a víz törésmutatója közé tartozik a képességét II képest teljesen vízre I növelésével vízmolekulák száma egységnyi térfogatra.
A következő fontos kérdés: mennyit is nagy az ellenállás molekulák rendellenes komponens, hogy erejét a cement? - adott válasz kísérletek J. és M. Rabinowitz Talaeva, amely megtiltja az anomális-víz desztillált egyik végét a kapilláris a többi. Melegítés hatására a kezdeti víz oszlop a bal oldalon a kapilláris hőmérséklet fölé 50-80 fok a víz koncentrációját az oszlopban II növekedett, mert a nem-volatilitás ezen a hőmérsékleten, és a gőz kondenzátum egy tiszta víz. Ez az eljárás képes volt elválasztani a vizet a II I. Amikor a hőmérséklet fölé emelkedik 150 fok, és a víz elkezd desztillálni II. 300 fok végződik desztillációs meglehetősen gyorsan, a kondenzátum (jobb oldali oszlop) hozzávetőleg azonos tulajdonságokkal (törésmutatója és olvadáspontja lezárás), az eredeti oszlopot. Ez ahhoz a következtetéshez vezet, hogy a vízmolekulák 11 bepárlással és desztillációval nem pusztulnak - különben kondenzációs lenne tulajdonságai közelebb a normál víz, mint az eredeti oszlop. Még biztosítja vízdesztillációhoz keresztül hőszigetelő réteg - a zónát, amelyben a kapilláris melegítjük a külső tekercs. Amikor a hőmérséklet magasabb, mint az akadály a 700-800 fok, a kondenzvíz nem különbözik a normál víz. Ebből az következik, hogy amikor egy pár rendellenes hőmérséklet-komponens szétesnek, közönséges víz a felbomlása terméket.
Térjünk át a tényeket. Először triviális magyarázatát a jelenség ellentétes a jelenléte a vízben oldható szennyeződéseket, hogy változtatni tulajdonságait, a folyadék akkor csak különleges körülmények között A gőz kondenzációja a kvarc felületén viszonylag alacsony hőmérsékleten (- (-. 30 ° -40 ° C) Ezt az eredményt nem lehetett elérni, ha juttatunk be ugyanazon kapilláris folyékony víz alatt is hosszabb érintkezés nagy - akár 400 fok - hőmérséklete még hosszabb érintkezés rendkívül fejlett (azaz, egy kiterjedt terület) felületén a pórusok. shka szilícium-dioxid (SiO 2), magasabb hőmérsékleten a közönséges víz nem változik jelentősen a tulajdonságait. Mégis, ezek érvek mellett a szerkezet hipotézisek „polimer” molekulák abnormális komponens kissé indirekt. közvetlen bizonyíték lenne megszerezni vízminták II ilyen kis keverékei, szerves vagy szervetlen anyagokra, amelyek jelenléte nem tudott magyarázatot adni a csodálatos tulajdonságokkal rendelkezik. ez azonban nem volt lehetséges, amíg a közelmúltban elvégzésére elég megbízhatóan.
Legutóbb a laboratóriumban technikát fejlesztettek ki, amely lehetővé teszi egy és ugyanazon minta vizsgálatára koncentrációja sokféle „szennyező anyag” tartalmaz, amely pontosabb információt a készítmény az asztal Bykov.
Végül úgy tűnik, hogy a vízben oldott I kóros kapott kondenzátumot mind az általunk és Brummer Laboratórium (USA) van egy bizonyos molekulatömeg körülbelül tízszer nagyobb, mint a molekulatömege H2 O.
Ez azt jelenti, hogy egységnyi területen állítják elő „betakarítás” sokszor nagyobb, mint a felszínen a kvarc. Jelenleg ez az üzenet van jelölve számunkra.
Megválaszolatlan marad kérdés: mi az a mechanizmus, előfordulási vízmolekulák II a vízgőz lecsapódása a felszínen I olvasztott kvarc vagy üveg?
Nyilvánvaló, hogy ott kell lennie a kérdés, egy új típusú katalízis - kondenzációs katalízis, az egyszerű érintkezés folyékony víz azonos felületek nem vezet tartós változásokat. A szerepe a felszínen csak szignifikánsnak: a vízgőz lecsapódása felszínén kvarc vagy üveg, van már egy film a sima víz „Polivoda” nem merül fel.
Összefoglalva, a válasz általában feltett kérdésre: miért a víz II még nem találtak előtt a természetben, például tanulmányok izotópösszetétel természetes vizek, ahol a sűrűséget akár a 4. vagy 5. tizedes?
Ahhoz, hogy ezt a tudunk válaszolni, hogy mielőtt tisztítjuk precíziós módszereit tárja fel természetes víz a szennyeződések (sók, talajkolloidok és szerves anyagok) desztillációval 100 ° C-on víz molekulák II, mint egy nem illékony, továbbra is ezen a hőmérsékleten, szennyező és nem esnek kutatás. Így a kérdés, hogy létezik a víz a Föld II nyitva marad.