Uji i pastër është një lëng transparent pa ngjyrë. Dendësia e ujit gjatë kalimit të tij nga një gjendje e ngurtë në një gjendje të lëngshme nuk zvogëlohet, si në pothuajse të gjitha substancat e tjera, por rritet. Kur uji nxehet nga 0 në 4°C, rritet edhe dendësia e tij. Në 4°C, uji ka një densitet maksimal dhe vetëm me ngrohje të mëtejshme zvogëlohet dendësia e tij.

Nëse, me një ulje të temperaturës dhe gjatë kalimit nga një gjendje e lëngshme në një gjendje të ngurtë, dendësia e ujit ndryshoi në të njëjtën mënyrë siç ndodh me shumicën dërrmuese të substancave, atëherë kur afrohet dimri, shtresat sipërfaqësore. ujërat natyrore ftohur. në 0°C dhe zhytet në fund, duke krijuar vend për shtresat më të ngrohta dhe kjo do të vazhdonte derisa e gjithë masa e rezervuarit të kishte fituar një temperaturë prej 0°C. Më tej, uji do të fillonte të ngrinte, flotat e akullit që do të rezultonin do të fundosen në fund dhe rezervuari do të ngrinte në të gjithë thellësinë e tij. Në të njëjtën kohë, shumë forma të jetës në ujë do të ishin të pamundura. Por meqenëse uji arrin densitetin më të madh në 4 °C, lëvizja e shtresave të tij, e shkaktuar nga ftohja, përfundon kur arrihet kjo temperaturë. Me një ulje të mëtejshme të temperaturës, shtresa e ftohur, e cila ka një densitet më të ulët, mbetet në sipërfaqe, ngrin dhe në këtë mënyrë mbron shtresat e poshtme nga ftohja dhe ngrirja e mëtejshme.

Me rëndësi të madhe në jetën e natyrës është fakti që uji. ka një kapacitet anormalisht të lartë të nxehtësisë, prandaj gjatë natës, si dhe gjatë kalimit nga vera në dimër, uji ftohet ngadalë, dhe gjatë ditës ose gjatë kalimit nga dimri në verë, ai gjithashtu nxehet ngadalë, duke qenë kështu Rregullatori i temperaturës në botë.

Për shkak të faktit se kur akulli shkrihet, vëllimi i zënë nga uji zvogëlohet, presioni ul pikën e shkrirjes së akullit. Kjo rrjedh nga parimi i Le Chatelier. Në të vërtetë, le. akulli dhe uji i lëngshëm janë në ekuilibër në 0°C. Me rritjen e presionit, ekuilibri, sipas parimit të Le Chatelier, do të zhvendoset drejt formimit të asaj faze, e cila në të njëjtën temperaturë zë një vëllim më të vogël. Kjo fazë në këtë rast është e lëngshme. Kështu, një rritje e presionit në 0 ° C shkakton shndërrimin e akullit në një lëng, që do të thotë se pika e shkrirjes së akullit zvogëlohet.

Molekula e ujit ka një strukturë këndore; bërthamat e përfshira në përbërjen e tij formojnë një trekëndësh izoscelular, në bazën e të cilit ka dy protone, dhe në krye - bërthama e atomit të oksigjenit, Internuclear Distancat O-N afër 0,1 nm, distanca midis bërthamave të atomeve të hidrogjenit është afërsisht 0,15 nm. Nga tetë elektronet që përbëjnë shtresën e jashtme elektronike të atomit të oksigjenit në molekulën e ujit, dy çifte elektronike formojnë kovalente Lidhjet O-N, dhe katër elektronet e mbetura janë dy çifte elektronike të pandarë.

Atomi i oksigjenit në molekulën e ujit është në gjendje -aea?eaecaoee. Prandaj, këndi i lidhjes HOH (104.3°) është afër tetraedralit (109.5°). Elektronet që formojnë lidhje O-H zhvendosen në atomin më elektronegativ të oksigjenit. Si rezultat, atomet e hidrogjenit fitojnë efektivitet ngarkesa pozitive, kështu që në këto atome krijohen dy pole pozitive. qendrat ngarkesa negativeÇiftet e vetme elektronike të atomit të oksigjenit, të cilat janë në orbitale hibride, zhvendosen në raport me bërthamën e atomit dhe krijojnë dy pole negative.

Pesha molekulare e ujit me avull është 18 dhe korrespondon me formulën e tij më të thjeshtë. Megjithatë, pesha molekulare e ujit të lëngshëm, e përcaktuar duke studiuar zgjidhjet e tij në tretës të tjerë, rezulton të jetë më e lartë. Kjo tregon se në ujin e lëngshëm ekziston një lidhje e molekulave, d.m.th., kombinimi i tyre në agregate më komplekse. Ky përfundim konfirmohet edhe nga vlerat anormalisht të larta të pikave të shkrirjes dhe vlimit të ujit. Lidhja e molekulave të ujit shkaktohet nga formimi i lidhjeve hidrogjenore ndërmjet tyre.

Në ujin e ngurtë (akulli), atomi i oksigjenit i secilës molekulë është i përfshirë në formimin e dy lidhjeve hidrogjenore me molekulat fqinje të ujit sipas skemës në të cilën lidhjet hidrogjenore tregohen me një vijë me pika. Diagrami i strukturës vëllimore të akullit është paraqitur në figurë. Formimi i lidhjeve hidrogjenore çon në një rregullim të tillë të molekulave të ujit, në të cilat ato janë në kontakt me njëra-tjetrën me polet e tyre të kundërta. Molekulat formojnë shtresa, secila prej të cilave shoqërohet me tre molekula që i përkasin të njëjtës shtresë, dhe me një nga shtresa ngjitur. Struktura e akullit i përket strukturave më pak të dendura, ka zbrazëtira në të, madhësitë e strukturave më pak të dendura, ka zbrazëtira në të, dimensionet e të cilave disi tejkalojnë dimensionet e molekulës.

Kur akulli shkrihet, struktura e tij shkatërrohet. Por edhe në ujin e lëngshëm, lidhjet e hidrogjenit midis molekulave ruhen: formohen lidhje - si fragmente të strukturës së akullit - të përbërë nga një numër më i madh ose më i vogël molekulash uji. Megjithatë, ndryshe nga akulli, çdo asociacion ekziston për një kohë shumë të shkurtër: shkatërrimi i disave dhe formimi i agregateve të tjera po ndodh vazhdimisht. Në zbrazëtirat e agregateve të tillë "akulli", mund të vendosen molekula të vetme uji; në këtë rast, paketimi i molekulave të ujit bëhet më i dendur. Kjo është arsyeja pse kur akulli shkrihet, vëllimi i zënë nga uji zvogëlohet, dhe dendësia e tij rritet.

Ndërsa uji nxehet, fragmentet e strukturës së akullit në të bëhen gjithnjë e më pak, gjë që çon në një rritje të mëtejshme të densitetit të ujit. Në intervalin e temperaturës nga 0 deri në 4°C, ky efekt mbizotëron mbi zgjerimin termik, kështu që dendësia e ujit vazhdon të rritet. Megjithatë, kur nxehet mbi 4°C, efekti i rritjes së lëvizjes termike të molekulave mbizotëron dhe dendësia e ujit zvogëlohet. Prandaj, në 4°C, uji ka një densitet maksimal.

Kur uji nxehet, një pjesë e nxehtësisë shpenzohet për thyerjen e lidhjeve hidrogjenore (energjia e thyerjes së një lidhjeje hidrogjeni në ujë është afërsisht 25 kJ/mol). Kjo shpjegon kapacitetin e lartë të nxehtësisë së ujit.

Lidhjet e hidrogjenit midis molekulave të ujit prishen plotësisht vetëm kur uji kalon në avull.

Gjendjet agregate të ujit

Vetitë fizike të ujit janë anormale, gjë që shpjegohet nga të dhënat e mësipërme për bashkëveprimin midis molekulave të ujit. Uji është substanca e vetme në Tokë që ekziston në natyrë në të tre gjendjet e grumbullimit - të lëngët, të ngurtë dhe të gaztë.

Dendësia e ujit në gjendje të ngurtë dhe të lëngët

Shkrirja e akullit në presionin atmosferik shoqërohet me një ulje të vëllimit me 9%. Dendësia e ujit të lëngshëm në një temperaturë afër zeros është më e madhe se ajo e akullit. Në 0°C, 1 gram akull zë një vëllim prej 1,0905 centimetra kub, dhe 1 gram ujë i lëngshëm zë një vëllim prej 1,0001 centimetra kub. Dhe akulli noton, kjo është arsyeja pse trupat e ujit zakonisht nuk ngrijnë, por mbulohen vetëm me një mbulesë akulli.

Koeficienti i temperaturës së zgjerimit vëllimor të akullit dhe ujit të lëngshëm është negativ në temperatura nën - 2100 C dhe + 3.980 C, respektivisht.

Kapaciteti termik i ujit

Kapaciteti i nxehtësisë gjatë shkrirjes pothuajse dyfishohet dhe në intervalin nga 00 C deri në 1000 C është pothuajse i pavarur nga temperatura

Pikat e shkrirjes dhe vlimit të ujit në krahasim me përbërjet e tjera të hidrogjenit të elementeve të nëngrupit kryesor YI të tabelës periodike

Uji ka pika shkrirjeje dhe vlimi anormalisht të larta në krahasim me përbërjet e tjera të hidrogjenit të elementeve të nëngrupit kryesor të grupit VI të tabelës periodike.

Diagrami i gjendjes së ujit

Diagrami i gjendjes (ose diagrami fazor) është imazh grafik varësitë ndërmjet madhësive që karakterizojnë gjendjen e sistemit dhe transformimeve fazore në sistem (kalimi nga gjendja e ngurtë në gjendje të lëngët, nga gjendja e lëngët në gjendje të gaztë, etj.). Diagramet e gjendjes përdoren gjerësisht në kimi. Për sistemet me një komponent, zakonisht përdoren diagramet e gjendjes që tregojnë varësinë transformimet fazore në temperaturë dhe presion; quhen diagrame të gjendjes P-T.

Figura tregon në një formë skematike (pa respektim të rreptë të shkallës) një diagram të gjendjes së ujit. Çdo pikë në diagram korrespondon me vlera të caktuara të temperaturës dhe presionit.

Diagrami tregon ato gjendje të ujit që janë termodinamikisht të qëndrueshme në temperatura dhe presione të caktuara. Ai përbëhet nga tre kthesa që kufizojnë të gjitha temperaturat dhe presionet e mundshme në tre rajone që korrespondojnë me akullin, lëngun dhe avullin.

Le të shqyrtojmë secilën prej kthesave në më shumë detaje. Le të fillojmë me lakoren OA (Fig. 3), e cila ndan rajonin e avullit nga rajoni i gjendjes së lëngët. Imagjinoni një cilindër nga i cili hiqet ajri, pas së cilës futet në të një sasi e caktuar e ujit të pastër, pa substanca të tretura, përfshirë gazrat; cilindri është i pajisur me një pistoni, i cili është i fiksuar në një pozicion të caktuar. Pas ca kohësh, një pjesë e ujit do të avullojë dhe avulli i ngopur do të jetë mbi sipërfaqen e tij. Mund të matni presionin e tij dhe të siguroheni që ai të mos ndryshojë me kalimin e kohës dhe të mos varet nga pozicioni i pistonit. Nëse rritni temperaturën e të gjithë sistemit dhe përsëri matni presionin avull i ngopur, rezulton se është rritur. Duke i përsëritur këto matje në temperatura të ndryshme, gjejmë varësinë e presionit të avullit të ujit të ngopur nga temperatura. Kurba OA është një grafik i kësaj varësie: pikat e kurbës tregojnë ato çifte vlerash të temperaturës dhe presionit në të cilat uji i lëngshëm dhe avulli i ujit janë në ekuilibër me njëri-tjetrin - bashkëjetojnë. Kurba e OA quhet kurba e ekuilibrit lëng-avull ose kurba e vlimit. Tabela tregon vlerat e presionit të avullit të ujit të ngopur në disa temperatura.

fig.3 (lart)

Le të përpiqemi të realizojmë në cilindër një presion të ndryshëm nga ai i ekuilibrit, për shembull, më i vogël se ai i ekuilibrit. Për ta bërë këtë, lëshoni pistonin dhe ngrini atë. Në momentin e parë, presioni në cilindër me të vërtetë do të bjerë, por së shpejti ekuilibri do të rikthehet: një sasi shtesë uji do të avullojë dhe presioni do të arrijë përsëri vlerën e ekuilibrit. Vetëm kur i gjithë uji të ketë avulluar mund të realizohet një presion më i vogël se ekuilibri. Nga kjo rrjedh se rajoni i avullit korrespondon me pikat që shtrihen në diagramin fazor më poshtë ose në të djathtë të kurbës OA. Nëse përpiqeni të krijoni një presion që tejkalon ekuilibrin, atëherë kjo mund të arrihet vetëm duke ulur pistonin në sipërfaqen e ujit. Me fjalë të tjera, pikat e diagramit që shtrihen sipër ose në të majtë të kurbës OA korrespondojnë me rajonin e gjendjes së lëngshme.

Sa kohë shtrihen rajonet e gjendjes së lëngshme dhe të avullit në të majtë? Le të përshkruajmë një pikë në të dyja zonat dhe do të lëvizim prej tyre horizontalisht në të majtë. Kjo lëvizje e pikave në diagram korrespondon me ftohjen e një lëngu ose avulli në presion konstant. Dihet që nëse ftohni ujin në presion normal atmosferik, atëherë kur të arrijë 0 ° C, uji do të fillojë të ngrijë. Duke kryer eksperimente të ngjashme në presione të tjera, arrijmë në kurbën OS që ndan rajonin e ujit të lëngshëm nga rajoni i akullit. Kjo kurbë është kurba e ekuilibrit gjendje e ngurtë- lakorja e lëngshme ose e shkrirjes - tregon ato çifte vlerash të temperaturës dhe presionit në të cilat akulli dhe uji i lëngshëm janë në ekuilibër.

Duke lëvizur horizontalisht majtas në zonën e avullit (në pjesën e poshtme të diagramit), në mënyrë të ngjashme do të arrijmë në kurbën 0V. Kjo është kurba e ekuilibrit në gjendje të ngurtë-avull, ose kurba e sublimimit. Ai korrespondon me ato çifte vlerash të temperaturës dhe presionit në të cilat akulli dhe avulli i ujit janë në ekuilibër.

Të tre kthesat priten në pikën O. Koordinatat e kësaj pike janë çifti i vetëm i vlerave të temperaturës dhe presionit. në të cilat të tre fazat mund të jenë në ekuilibër: akulli, uji i lëngshëm dhe avulli. Ajo quhet pika e trefishtë.

Lakorja e shkrirjes është studiuar deri në presione shumë të larta.Në këtë rajon janë gjetur disa modifikime të akullit (nuk tregohen në diagram).

Në të djathtë, kurba e vlimit përfundon në pikë kritike. Në temperaturën që korrespondon me këtë pikë, temperatura kritike, sasitë karakterizuese vetitë fizike lëngu dhe avulli bëhen të njëjta, kështu që dallimi midis lëngut dhe avullit zhduket.

Ekzistenca e një temperature kritike u vendos në 1860 nga D. I. Mendeleev, duke studiuar vetitë e lëngjeve. Ai tregoi se në temperatura mbi atë kritike, një substancë nuk mund të jetë në gjendje të lëngshme. Në 1869, Andrews, duke studiuar vetitë e gazeve, arriti në një përfundim të ngjashëm.

Temperatura dhe presioni kritik për substancave të ndryshme të ndryshme. Pra, për hidrogjenin = -239,9 °N, = 1,30 MPa, për klorin = 144 ° C, = 7,71 MPa, për ujin = 374,2 ° C, = 22,12 MPa.

Një nga veçoritë e ujit që e dallon atë nga substancat e tjera është ulja e pikës së shkrirjes së akullit me rritjen e presionit. Kjo rrethanë pasqyrohet në diagram. Kurba e shkrirjes OC në diagramin e gjendjes së ujit shkon lart majtas, ndërsa për pothuajse të gjitha substancat e tjera shkon lart në të djathtë.

Transformimet që ndodhin me ujin në presionin atmosferik pasqyrohen në diagram nga pikat ose segmentet e vendosura në horizontale që korrespondojnë me 101.3 kPa (760 mm Hg). Pra, shkrirja e akullit ose kristalizimi i ujit korrespondon me pikën D, vlimi i ujit korrespondon me pikën E, ngrohja ose ftohja e ujit korrespondon me segmentin DE, etj.

Diagramet e gjendjes janë studiuar për një sërë substancash me rëndësi shkencore ose praktike. Në parim, ato janë të ngjashme me diagramin e konsideruar të gjendjes së ujit. Sidoqoftë, diagramet e gjendjes së substancave të ndryshme mund të kenë veçori. Kështu, substancat janë të njohura pikë e trefishtë e cila shtrihet në një presion më të madh se presioni atmosferik. Në këtë rast, ngrohja e kristaleve në presionin atmosferik nuk çon në shkrirjen e kësaj substance, por në sublimimin e saj - shndërrimin e fazës së ngurtë drejtpërdrejt në një të gaztë.

Ujë i rëndë

Gjatë elektrolizës së ujit të zakonshëm, i cili përmban, së bashku me molekulat HO, edhe një sasi të parëndësishme të molekulave DO të formuara nga izotopi i rëndë i hidrogjenit, dekompozohen kryesisht molekulat HO, prandaj gjatë elektrolizës afatgjatë të ujit, mbetjet gradualisht zbërthehen. pasuruar me molekula DO.Nga një mbetje e tillë pas përsëritjes së përsëritur të elektrolizës në vitin 1933 Për herë të parë, u bë e mundur të izolohej një sasi e vogël uji që përbëhet nga pothuajse 100% molekula D O dhe të quajtur ujë i rëndë.

Sipas vetive të tij, uji i rëndë ndryshon dukshëm nga uji i zakonshëm (tabela). Reaksionet me ujin e rëndë zhvillohen më ngadalë sesa me ujin e zakonshëm. Uji i rëndë përdoret si një moderator neutron në reaktorët bërthamorë.

Përbërja izotopike

Ekzistojnë nëntë lloje të qëndrueshme izotopike të ujit. Përmbajtja mesatare e tyre në ujë të ëmbël është si më poshtë:

1H216O - 99,73%, 1H218O - 0,2%,

1H217O - 0,04%, 1H2H16O - 0,03%. Pesë speciet izotopike të mbetura janë të pranishme në ujë në sasi të papërfillshme.

"Nuk ka asgjë më të butë dhe më të dobët se uji, por nuk ka asgjë më të mirë për të punuar shumë dhe gjëra të forta."

Ky paradoks u formulua nga i urti kinez Lao Tzu në tekstin e lashtë Tao-Te-King, ose Shkrimi mbi Moralin. Në të vërtetë, aftësia e ujit për të larë, qetësuar dhe ushqyer është në kontrast me fuqinë e pandalshme, siç ilustrohet nga Ujëvara e Niagarës, Kanioni i Madh (i gdhendur gjatë shekujve nga lumi Kolorado) dhe cunami.

Po aq paradoksalisht, uji është edhe krejtësisht i njohur – ai përbën rreth dy të tretat e trupit tonë dhe mbulon tre të katërtat e planetit – dhe krejtësisht misterioz. Edhe pse mendon se e njeh shumë mirë, shumë vetitë e ujit do të habiteni shumë. Dhe disa prej tyre janë aq të çuditshme saqë ende nuk janë kuptuar plotësisht nga shkenca.

Garë tatëpjetë

Një person logjik do të supozojë se uji i nxehtë do të marrë më shumë kohë për t'u ftohur në 0 gradë Celsius dhe për të ngrirë sesa uji i ftohtë. Por e çuditshmja është se kjo nuk është gjithmonë e vërtetë. Në vitin 1963, një student tanzanian i quajtur Erasto Mpemba e vuri re këtë në realitet ujë i nxehtë ngrin më shpejt se uji i ftohtë kur dy trupa ujorë ekspozohen ndaj të njëjtave kushte nën zero.

Dhe askush nuk e di pse.

Supozimi i vetëm është se efekti Mpemba rezulton nga një proces i qarkullimit të nxehtësisë i quajtur konvekcion. Në enë, uji i ngrohtë ngrihet, duke zhvendosur ujin e ftohtë dhe duke krijuar një "majë të izoluar". Shkencëtarët spekulojnë se konvekcioni mund të përshpejtojë disi procesin e ftohjes, duke lejuar që uji i ngrohtë të ngrijë më shpejt se uji i ftohtë, pa marrë parasysh sa merkur duhet të udhëtojë për të arritur në pikën e ngrirjes.

substancë e rrëshqitshme

një shekull e gjysmë kërkimin shkencor kurrë nuk dha një përgjigje pse mund të biesh në akull. Shkencëtarët pajtohen që një shtresë e hollë e ujit të lëngshëm sipër akull i fortë bëhet shkak i rrëshqitjes dhe lëvizshmëria e lëngut e bën të vështirë lëvizjen, edhe nëse vitet janë të holla. Por nuk ka konsensus se pse akulli, ndryshe nga shumica të ngurta ka një shtresë të tillë.

Teoricienët sugjerojnë se është procesi i rrëshqitjes, domethënë kontakti me akullin, ai që shkakton shkrirjen e sipërfaqes së tij. Të tjerë besojnë se shtresa e lëngshme ekziston edhe para se të shfaqet objekti rrëshqitës dhe se ajo është formuar për shkak të lëvizjes së brendshme të molekulave sipërfaqësore.

Padyshim që ju po kërkoni fajtorin, i shtrirë në shpinë dhe i zier nga inati, por, për fat të keq, ai ende nuk është gjetur.

Aquanaut

Në Tokë, uji i vluar krijon mijëra flluska të vogla avulli. Në hapësirë, krijohet një flluskë gjigante lëkundëse.

Dinamika e lëngjeve është aq komplekse saqë fizikanët nuk mund të imagjinonin se çfarë do të ndodhte me ujin e vluar në gravitetin zero derisa u krye një eksperiment në bord në vitin 1992. anije kozmike. Pas kësaj, fizikanët vendosën që forma e thjeshtuar e vlimit në hapësirë ​​lidhet padyshim me mungesën e konvekcionit dhe forcë ngritëse Të dyja këto dukuri janë gravitetit. Në Tokë, këto efekte shkaktojnë flluska që shohim në një çajnik.

lëng lundrues

Kur një pikë uji godet një sipërfaqe shumë më të nxehtë se pika e saj e vlimit, ajo mund të notojë në sipërfaqe për shumë më gjatë se sa do të prisnit. Ky është efekti Leidenfrost dhe vjen nga fakti se kur shtresa e poshtme e pikës avullon, molekulat e gazta uji në këtë shtresë nuk ka ku të shkojë, dhe prania e tyre izolon pjesën e mbetur të pikës dhe e pengon atë të prekë sipërfaqen e nxehtë. Kështu, rënia ekziston për disa sekonda përpara se të avullojë plotësisht.

Predha e jashtëzakonshme

Ndonjëherë, uji duket se sfidon ligjet e fizikës, duke e mbajtur veten të mos shpërbëhet, edhe pse graviteti apo edhe presioni i objekteve të rënda po përpiqet ta copëtojë atë.

Është tensioni sipërfaqësor, vetia që bën që shtresa e jashtme e një trupi uji (dhe disa lëngjeve të tjera) të sillet si një guaskë fleksibël. Tensioni sipërfaqësor ndodh për faktin se molekulat e ujit janë të lidhura dobët me njëra-tjetrën. Për shkak të kësaj, molekulat sipërfaqësore përjetojnë përpjekje të brendshme nga molekulat poshtë tyre. Uji do të mbetet i paprekur derisa forca që e copëton të kapërcejë forcën e këtyre lidhjeve të dobëta dhe të çajë sipërfaqen.

Për shembull, në foton e mësipërme, një kapëse letre qëndron në sipërfaqen e ujit. Edhe pse metali është më i dendur se uji dhe për këtë arsye duhet të zhytet, tensioni sipërfaqësor pengon kapësen e letrës të depërtojë në sipërfaqen e ujit.

borë e vluar

Kur ka një ndryshim të madh të temperaturës midis ujit dhe ajrit të jashtëm, ndodh një efekt i mahnitshëm - le të themi, nëse derdhni një tenxhere me ujë të valë (100 gradë Celsius) në ajër me temperaturë minus 34 gradë Celsius, atëherë vlimi uji do të shndërrohet menjëherë në borë dhe do të shpërndahet.

Shpjegim: Ajri jashtëzakonisht i ftohtë është shumë i dendur, distanca midis molekulave të tij është aq e vogël sa nuk ka hapësirë ​​​​të mjaftueshme për transportin e avullit të ujit. Uji i vluar, nga njëra anë, lëshon avull shumë aktivisht. Kur hidhet në ajër, shpërbëhet në pika, gjë që krijon edhe më shumë hapësirë ​​për përhapjen e avullit. Kjo paraqet një problem. emetuar më shumë avull se sa mund të mbajë ajrin, dhe kështu ai përhapet, duke u bashkuar me grimcat mikroskopike në ajër, si soda ose kalciumi, dhe duke formuar kristale. Kështu formohen flokët e borës.

Hapësirë ​​boshe

Megjithëse gjendja e ngurtë e pothuajse çdo substance është më e dendur se gjendja e lëngshme, pasi atomet në trupat e ngurtë zakonisht janë të paketuar fort së bashku, kjo nuk vlen për H2O. Kur uji ngrin, vëllimi i tij rritet me pothuajse 8 për qind. Kjo është një veti e çuditshme që lejon kubat e akullit dhe madje edhe ajsbergët e mëdhenj të notojnë.

Kur uji ftohet deri në pikën e ngrirjes, ka më pak energji që molekulat të ngjiten së bashku, dhe për këtë arsye ato mund të formojnë lidhje më të forta hidrogjeni me fqinjët e tyre dhe gradualisht të fiksohen. I njëjti proces bën që të gjitha lëngjet të ngurtësohen. Dhe, si në lëndët e tjera të ngurta, lidhjet ndërmjet molekulave të akullit janë me të vërtetë më të shkurtra dhe më të forta se në ujin e lëngshëm; ndryshimi është se struktura gjashtëkëndore kristalet e akullit lë shumë hapësirë ​​boshe, duke e bërë akullin në përgjithësi më pak të dendur se uji.

Vëllimi i tepërt ndonjëherë mund të shihet në formën e kreshtave në majë të kubeve të akullit në frigoriferin tuaj. Këto zgjatime përbëhen nga uji i tepërt i shtrydhur nga kubi duke ngrirë (dhe zgjeruar) akullin. Në një enë, uji ngrin nga anët dhe nga fundi në qendër dhe lart, dhe akulli zgjerohet drejt qendrës.

Një i një lloji

Siç thotë shprehja, nuk ka dy fjolla dëbore të njëjta. Në të vërtetë, gjatë historisë së eksplorimit të borës, çdo strukturë e bukur ka qenë absolutisht unike. Dhe ja pse: një flok dëbore lind në formën e një prizmi të thjeshtë gjashtëkëndor. Teksa bie, ajo ndeshet me kushte që nuk përsëriten që ndryshojnë formën e tyre, duke përfshirë temperatura të ndryshme, nivelet e lagështisë dhe Presioni i atmosferës. Këta faktorë të ndryshueshëm janë të mjaftueshëm për të siguruar që formimi i kristalit të mos ndodhë kurrë dy herë në të njëjtin model.

Dhe ajo që është më interesante për flokë dëbore është se të gjashtë degët e tyre rriten në sinkroni të përsosur, duke krijuar simetri gjashtëkëndore, sepse secila degë përjeton të njëjtat kushte si të gjitha të tjerat.

Nga është ajo?

Origjina e saktë e ujit në planetin tonë, e cila mbulon rreth 70 për qind të sipërfaqes, është ende një mister për shkencëtarët. Ata dyshojnë se çdo ujë që është grumbulluar në sipërfaqen e planetit gjatë formimit të tij mbi 4.5 miliardë vjet do të ishte avulluar për shkak të nxehtësisë intensive të Diellit të ri. Kjo do të thotë se uji që kemi tani duhet të ketë ardhur më vonë.

Si? Gjatë një periudhe të quajtur Bombardimi i vonë i rëndë rreth 4 miliardë vjet më parë, objekte masive, ndoshta nga sisteme të tjera, ranë në Tokë dhe planetë. sistem diellor. Është e mundur që objekte të tilla të jenë mbushur me ujë dhe këto përplasje mund të sjellin vëllime të mëdha të kësaj substance në planetin tonë.

Kometat - grumbuj akulli dhe shkëmbi me bishta akulli në avullim, që rrotullohen rreth Diellit në orbita të gjata - mund të jenë fare mirë mbetjet e asaj që ra në planet. Megjithatë, ekziston një problem: studimet në distancë të ujit që avullohet nga disa kometa të mëdha kanë zbuluar se ato përbëhen nga uji i një lloji tjetër të H2O (që përmban një izotop më të rëndë hidrogjeni) se ai i Tokës, prandaj kometa të tilla nuk mund të jenë burimi i gjithë ujin tonë të mrekullueshëm.

Vetitë fizike anormale të ujit janë aq të përditshme dhe të natyrshme sa që ne zakonisht as nuk dyshojmë për ekzistencën e tyre, duke harruar plotësisht se këto veti janë një dhuratë nga natyra për të gjithë jetën në Tokë.

Është shkruar shumë për ujin. Shkruani shkencëtarë të specialiteteve të ndryshme - fizikanë, kimistë, gjeologë, biologë, astronomë. Ekziston madje një traditë e caktuar në shkrimin e statujave për ujin për të filluar historinë me një përshkrim të vetive të pazakonta, anormale të këtij lëngu.

Pika e shkrirjes dhe e vlimit të ujit

Vetia më befasuese dhe e lumtur e ujit për natyrën e gjallë është aftësia e tij për të qenë një lëng në kushte "normale". Molekulat e komponimeve shumë të ngjashme me ujin (për shembull, molekulat H 2 S ose H 2 Se) janë shumë më të rënda, por formojnë një gaz në të njëjtat kushte. Kështu, uji duket se kundërshton ligjet e tabelës periodike, e cila, siç e dini, parashikon kur, ku dhe cilat veti të substancave do të jenë afër.

Në rastin tonë, nga tabela rezulton se vetitë komponimet e hidrogjenit Elementet (të quajtura hidride) të vendosura në të njëjtat kolona vertikale duhet të ndryshojnë në mënyrë monotonike me rritjen e masës së atomeve. Oksigjeni është një element i grupit të gjashtë të kësaj tabele. Në të njëjtin grup janë squfuri S (me peshë atomike 32), seleni Se (me peshë atomike 79), teluri Te (me peshë atomike 128) dhe polonium Po (me peshë atomike 209). Për rrjedhojë, vetitë e hidrideve të këtyre elementeve duhet të ndryshojnë në mënyrë monotone kur kalojnë nga elementët e rëndë në ato më të lehta, d.m.th. në sekuencën H 2 Po → H 2 Te → H 2 Se → H 2 S → H 2 O. Çfarë ndodh, por vetëm me katër hidridet e para. Për shembull, pikat e vlimit dhe shkrirjes rriten me rritjen e peshës atomike të elementeve. Në figurë, kryqet shënojnë pikat e vlimit të këtyre hidrideve, dhe rrathët shënojnë pikat e shkrirjes.

Ndërsa pesha atomike zvogëlohet, temperaturat ulen në një mënyrë krejtësisht lineare. Rajoni i ekzistencës së fazës së lëngshme të hidrideve bëhet gjithnjë e më "i ftohtë", dhe nëse hidridi i oksigjenit H 2 O do të ishte një përbërje normale, e ngjashme me fqinjët e tij në grupin e gjashtë, atëherë uji i lëngshëm do të ekzistonte në intervalin prej - 80 ° C deri -95 ° C. Në temperatura më të larta, H 2 O do të ishte gjithmonë një gaz. Për fat të mirë për ne dhe gjithë jetën në Tokë, uji është anormal, nuk njeh një model periodik, por ndjek ligjet e veta.

Kjo shpjegohet mjaft thjesht - shumica e molekulave të ujit janë të lidhura me lidhje hidrogjeni. Janë këto lidhje që dallojnë ujin nga hidridet e lëngëta H 2 S, H 2 Se dhe H 2 Te. Nëse nuk do të ishin, atëherë uji do të vlonte tashmë në minus 95 ° C. Energjia e lidhjeve hidrogjenore është mjaft e lartë dhe ato mund të thyhen vetëm në një temperaturë shumë më të lartë. Edhe ne gjendje e gaztë numër i madh Molekulat H 2 O ruajnë lidhjet e tyre hidrogjenore, duke u bashkuar në dimerë (H 2 O) 2 . Lidhjet plotësisht hidrogjenore zhduken vetëm në një temperaturë të avullit të ujit prej 600 °C.

Kujtoni se zierja konsiston në faktin se flluskat e avullit formohen brenda një lëngu të valë. Në presion normal, uji i pastër vlon në 100 "C. Nëse nxehtësia furnizohet përmes sipërfaqes së lirë, procesi i avullimit të sipërfaqes do të përshpejtohet, por avullimi vëllimor karakteristik i vlimit nuk ndodh. Zierja mund të kryhet edhe duke ulur pjesën e jashtme. presion, pasi në këtë rast avulli i presionit i barabartë me presionin e jashtëm arrihet në një temperaturë më të ulët. Në krye është shumë mal i lartë presioni dhe, në përputhje me rrethanat, pika e vlimit janë aq të ulëta saqë uji bëhet i papërshtatshëm për gatimin e ushqimit - temperatura e kërkuar e ujit nuk arrihet. Me një presion mjaft të lartë, uji mund të nxehet mjaftueshëm për të shkrirë plumbin (327°C) dhe ende të mos vlojë.

Përveç pikave super të mëdha të vlimit të shkrirjes (dhe procesi i fundit kërkon shumë nxehtësi shkrirjeje për një lëng kaq të thjeshtë), vetë diapazoni i ekzistencës së ujit është anormal - njëqind gradë me të cilën këto temperatura ndryshojnë - një diapazon mjaft i madh. për një lëng me peshë molekulare kaq të ulët si uji. Kufijtë e vlerave të lejuara të hipotermisë dhe mbinxehjes së ujit janë jashtëzakonisht të mëdha - me ngrohje ose ftohje të kujdesshme, uji mbetet i lëngshëm nga -40 ° C në +200 ° C. Kjo e zgjeron gamën e temperaturës në të cilën uji mund të mbetet i lëngshëm në 240 °C.

Kur akulli nxehet, temperatura e tij fillimisht rritet, por që nga momenti i formimit të përzierjes së ujit dhe akullit, temperatura do të mbetet e pandryshuar derisa i gjithë akulli të shkrihet. Kjo shpjegohet me faktin se nxehtësia e furnizuar me shkrirjen e akullit shpenzohet kryesisht vetëm në shkatërrimin e kristaleve. Temperatura e shkrirjes së akullit mbetet e pandryshuar derisa të gjitha kristalet të shkatërrohen (shih nxehtësinë latente të shkrirjes).

Dendësia e ujit dhe akullit

Jetësore për të gjithë biosferën është aftësia e ujit për t'u ulur sesa për të rritur densitetin e tij kur ngrin (siç ndodh pothuajse me të gjitha substancat e tjera). Bismuti sillet si uji në këtë aspekt, por është një nga përjashtimet jashtëzakonisht të rralla rregull i përgjithshëm. G. Galileo ishte i pari që i kushtoi vëmendje kësaj vetie të pazakontë të ujit. Në fakt, kur një lëng kalon në një gjendje të ngurtë, molekulat e një substance duket se janë më afër njëra-tjetrës dhe vetë substanca duhet të bëhet më e dendur. Normalisht gjërat sillen kështu. Por uji është një përjashtim. Nëse merrni ujë të zakonshëm dhe, duke e ftohur gradualisht, ndiqni ndryshimin e densitetit, do të vini re se në fillim do të ndodhë një proces krejtësisht normal dhe natyral - uji bëhet më i dendur dhe më i dendur ndërsa ftohet dhe nuk do të shohim asnjë devijim. nga norma deri sa uji të ftohet në 4°C. Nën këtë temperaturë, pavarësisht ide të përgjithshme uji befas bëhet më i lehtë, dhe kur ngrin bëhet edhe më i lehtë dhe formon akull që noton në sipërfaqen e ujit. Me ngrirje, uji zgjerohet me 9% në raport me vëllimin e mëparshëm. Ky zgjerim mund të jetë fatal për furnizimin me ujë në rast të ngricave të papritura. Ngrirja e ujit në tuba do t'i thyejë ato.

Është kjo veçori e ujit, siç dihet, që mbron liqenet dhe pellgjet nga ngrirja e vazhdueshme në dimër të ashpër dhe në këtë mënyrë shpëton jetën në këto rezervuarë. Ajri i vjeshtës ftoh shtresat sipërfaqësore të liqenit, ato bëhen më të rënda dhe zhyten në fund. Liqeni po ftohet. Por ky proces vazhdon vetëm derisa temperatura e ujit të arrijë 4 °C. Nëse tani shtresat sipërfaqësore bëhen edhe më të ftohta, atëherë ato nuk zhyten më në fund, pasi dendësia e këtyre shtresave është më e vogël se dendësia e ujit të thellë, ku ruhet një temperaturë prej 4 ° C. Dallimet në densitet nuk janë të mëdha - këto dallime shfaqen vetëm në shifrën e katërt dhjetore - por këto dallime janë mjaft të mjaftueshme në mënyrë që uji me një temperaturë afër 0 ° C të mos mund të depërtojë në thellësitë e liqenit. Procesi i ftohjes shtresat sipërfaqësore ai do të ecë më shpejt tani dhe së shpejti sipërfaqja e plumbit e liqenit do të mbulohet me akullin e parë të brishtë. Akulli është një përcjellës i dobët i nxehtësisë, ai do të fshehë me siguri jetën e liqenit nga ngricat e tmerrshme të dimrit. Ky qarkullim shpjegon pse akulli formohet më herët në pjesët më të cekëta të liqenit dhe më i trashë më vonë.

Diferenca në temperaturat e shtresave të sipërme dhe të poshtme të ujit përdoret kur gërmuesit funksionojnë në kushte dimërore. Me ndihmën e pompave nga pjesa më e thellë e rezervuarit, uji pompohet në shtresat sipërfaqësore, gjë që parandalon formimin e akullit në njësinë operative.

Por uji i detit(i cili, siç e dini, është një shëllirë, çdo litër i së cilës përmban rreth 35 gram kripëra) sillet krejtësisht ndryshe kur ftohet: dendësia më e lartë vërehet në temperatura më të ulëta se uji i ëmbël, përkatësisht në -3,5 ° C. Por uji i detit ngrin në -1.9 ° C, d.m.th. ai shndërrohet në akull para se të arrijë dendësinë maksimale.

Nëse, gjatë shkrirjes së akullit, vëllimi i lëngut të marrë është më i vogël se vëllimi i akullit të marrë, atëherë mund të supozohet se kalimi i akullit në gjendje e lëngshme do të lehtësohet nëse akulli i nënshtrohet presionit, d.m.th. duke i afruar kristalet. Në fakt, nëse presioni i lartë ushtrohet në akull, pika e shkrirjes së tij zvogëlohet. Pra, nën një presion prej 2045 atm (për 1 cm 2), akulli do të shkrihet në një temperaturë prej -22 ° C. Një rritje e mëtejshme e presionit nuk e zvogëlon më pikën e shkrirjes, pasi formohen forma të reja akulli me veti të reja. Aftësia e akullit për t'u shkrirë në një temperaturë më të ulët presion i madh shpjegon gjithashtu se në akullnajat, trashësia e të cilave është e madhe, shkrirja në bazë fillon më herët sesa në sipërfaqe.

kapaciteti termik i ujit

Sasia e nxehtësisë e nevojshme për të ngrohur 1 g ujë me 1° është e mjaftueshme për të ngrohur 9,25 g hekur, 10,3 g bakër me 1°. Kapaciteti anormalisht i lartë i nxehtësisë i ujit i kthen detet dhe oqeanet në një termostat gjigant, duke zbutur luhatjet ditore të temperaturës së ajrit. Për më tepër, jo vetëm masat e mëdha të ujit, si detet, janë mënyra për të zbutur këto luhatje, por edhe avujt e zakonshëm të ujit të atmosferës. Luhatjet e mprehta ditore të temperaturës në rajonet e shkretëtirave të mëdha shoqërohen me mungesën e avullit të ujit në ajër. Ajri i thatë i shkretëtirës është pothuajse i lirë nga avujt e ujit, i cili mund të përmbajë ftohjen e shpejtë të natës të rërës që është ngrohur gjatë ditës, kështu që temperatura e ajrit nuk mund të jetë më shumë se 5 ° C.

Kapaciteti termik i ujit shpjegon dukurinë e ngrohjes së ndryshme të ujit dhe tokës: meqenëse kapaciteti termik i shkëmbinjve të ngurtë që përbëjnë sipërfaqen e tokës dhe kapaciteti i nxehtësisë së ujit ndryshojnë ndjeshëm, sasi të ndryshme të nxehtësisë do të kërkohen për të ngrohur ujin dhe rërë në të njëjtën temperaturë, kështu që gjatë ditës temperatura e rërës është më e lartë se uji. Uji ftohet më ngadalë se shkëmbi i fortë, kështu që rëra është më e ftohtë gjatë natës se uji. Siç e dini, ajri nxehet jo drejtpërdrejt nga rrezet e diellit, por nga transferimi i nxehtësisë nga sipërfaqja e nxehtë e tokës dhe ujit. AT koha e verës midis sipërfaqes së tokës dhe ujit krijohet një ndryshim i konsiderueshëm i temperaturës, për shkak të të cilit ajri lëviz në drejtimin e përcaktuar nga ndryshimi i temperaturës midis ujërave të deteve dhe oqeaneve dhe tokës ngjitur me to.

Kapaciteti i nxehtësisë së ujit (1 cal), nga rruga, është 2 herë më i madh se kapaciteti i nxehtësisë i akullit (0,5 cal), dhe për të gjitha substancat e tjera, shkrirja nuk ka pothuajse asnjë efekt në këtë vlerë.

Pse kjo vlerë tregon një vlerë kaq të madhe në rastin e ujit? Kapaciteti specifik i nxehtësisë është sasia e nxehtësisë që duhet t'i jepet një gram substanca në mënyrë që të rritet temperatura e saj me një gradë Celsius. Rrjedhimisht, uji kërkon një sasi jonormale të madhe nxehtësie për ngrohjen e tij. Meqenëse një rritje e temperaturës nënkupton një rritje të shpejtësisë mesatare të lëvizjes së molekulave, në gjuhën molekulare, kapaciteti i lartë i nxehtësisë së ujit do të thotë që molekulat e tij janë shumë inerte. Për të zmadhuar Shpejtësia mesatare Molekulat H 2 O, për disa arsye ato duhet të japin mjaft energji, megjithëse vetë molekulat janë relativisht të vogla për sa i përket shkallëve molekulare. Gjithçka shpjegohet me ekzistencën e lidhjeve hidrogjenore. Meqenëse shumica e molekulave janë të lidhura në komplekse mjaft të mëdha, një molekulë e veçantë "mesatare" H 2 O mund të rrisë energjia kinetike në njërën nga dy mënyrat. Ai, së pari, pasi është çliruar nga të gjitha lidhjet e tij të hidrogjenit, mund të fillojë të lëvizë në mënyrë të pavarur. Dhe së dyti, përshpejtimi i të gjithë kompleksit të molekulave, natyrisht, do të çojë në një rritje të shpejtësisë së secilës molekulë H 2 O të përfshirë në këtë kompleks. Natyrisht, të dyja këto metoda kërkojnë kosto të konsiderueshme të energjisë, gjë që çon në rëndësi të madhe ngrohje specifike ujë.

· Nxehtësia latente shkrirja dhe avullimi i ujit

Nëse temperatura e lëndës së ngurtë është rritur në pikën e shkrirjes ose nëse lëngu ka arritur pikën e vlimit, atëherë fillon një fazë kalimtare, sikur një pauzë, gjatë së cilës ekzistojnë dy faza (të ngurta dhe të lëngëta ose të lëngëta dhe të gazta) njëkohësisht. Gjatë kësaj periudhe kohore, e cila vazhdon derisa trupi i ngurtë të lëngëzohet plotësisht ose të lëngohet në avull, nxehtësia e thithur nuk shkakton asnjë ndryshim në temperaturën e trupit. Kjo nxehtësi quhet nxehtësi latente dhe sasia e saj ndryshon nga substanca në substancë. Nxehtësia latente e shkrirjes, si dhe avullimi, është jashtëzakonisht e lartë në ujë; kjo rrethanë ka një rëndësi të madhe për temperaturën e sipërfaqes së tokës. Fjala "e fshehur" që përdorim tashmë përmban disa aludime për një ligj fizik që duhet theksuar: nxehtësia e thithur nga uji nuk zhduket askund. Siç e dini, një nga ligjet bazë të natyrës është ligji i ruajtjes dhe transformimit të energjisë. Në shumë pamje e përgjithshme ky ligj është formuluar si më poshtë: energjia nga një formë kalon në një tjetër (për shembull, energji termale mund të shndërrohet në mekanik) pa u shkatërruar; në sistem i mbyllur sasia totale e energjisë mbetet konstante. Këtë ligj e vërteton edhe rasti që kemi përmendur. Kur themi se uji ka një kapacitet të jashtëzakonshëm nxehtësie, thjesht po themi se uji si substancë mund të ruajë më shumë energji termike me më pak lëvizje të atomeve dhe molekulave (dhe kjo është pikërisht ajo që matet me temperaturë) se çdo substancë tjetër e përhapur. Energjia qëndron në vend, në ujë; do të çlirohet si nxehtësi kur temperatura e ambientit të bjerë; si rezultat, ulja e temperaturës nuk do të jetë aq e mprehtë. Kur uji ngrin, lëshon të njëjtën sasi nxehtësie që thith kur shkrihet akulli. Ne e dimë se është më e vështirë të durosh motin e nxehtë, por të lagësht me një temperaturë prej rreth 30 °, sesa motin e thatë dhe të kthjellët me edhe më shumë. temperaturë të lartë. Arsyeja për këtë është e dyfishtë: së pari, djersa jonë, duke avulluar, na ftoh, duke larguar nxehtësinë nga sipërfaqja e lëkurës dhe nga ajri përreth, por nuk mund të avullojë në atmosferën e një dite të lagësht të ngopur me avujt e ujit; së dyti, kur avulli i ujit kondensohet dhe shndërrohet në ujë, lëshohet saktësisht aq nxehtësi sa është harxhuar për avullim.

Uji ka nxehtësinë më të lartë latente të avullimit dhe nxehtësinë latente të shkrirjes në botën e mineraleve. Duhet pesë herë e gjysmë më shumë nxehtësi për të vluar ujin nga një kazan sesa për ta zier atë. Nëse nuk do të ishte për këtë pronë - edhe në vapë që të avullohej ngadalë, shumë liqene dhe lumenj do të thaheshin deri në fund gjatë verës. Duhet shumë nxehtësi për të shkrirë akullin. Nxehtësia latente e shkrirjes (sasia e nxehtësisë që kërkohet për të shkrirë 1 g akull në 0°C) është 79,4 kalori. Kjo është arsyeja pse shkrirja pranverore e akullit është e ngadaltë dhe na shpëton nga përmbytjet e mëdha (edhe pse jo gjithmonë).

Konstanta dielektrike e ujit

Kryesor karakteristikë elektrike e çdo mediumi - konstanta dielektrike - në rastin e ujit tregon tipare të pazakonta për një lëng. Së pari, është shumë i madh, për fushat elektrike statike është 81, ndërsa për shumicën e substancave të tjera nuk i kalon 10. Nëse ndonjë substancë ekspozohet ndaj një fushe elektrike alternative, atëherë konstanta dielektrike do të pushojë së qeni. vlerë konstante, por varet nga frekuenca e fushës së aplikuar, duke u ulur fuqishëm për fushat me frekuencë të lartë. Por lejueshmëria e ujit zvogëlohet jo vetëm në fusha që ndryshojnë nga koha, por edhe në hapësirë. fusha të ndryshueshme, d.m.th. uji është një mjedis jo i polarizueshëm lokalisht.

Rëndësi e madhe lejueshmëria për shkak të veçorive të molekulës H 2 O. Vlera e madhe e lejueshmërisë statike të ujit ε = 81 është për faktin se uji është një lëng shumë polar dhe për këtë arsye ka një shkallë të butë orientimi lirie (d.m.th. rrotullimi i dipoleve molekulare ). Çdo molekulë uji ka një moment të rëndësishëm dipol. Në mungesë të një fushe elektrike, dipolet janë të orientuara rastësisht dhe fusha elektrike totale e krijuar prej tyre është zero. Nëse uji vendoset në një fushë elektrike, atëherë dipolet do të fillojnë të riorientohen në mënyrë që të dobësojnë fushën e aplikuar. Një pamje e tillë vërehet edhe në çdo lëng tjetër polar, por uji, për shkak të vlerës së madhe të momentit dipol të molekulave H 2 O, është në gjendje të dobësojë shumë fuqishëm (80 herë) fushën e jashtme. Kështu reagon uji ndaj një fushe elektrike të jashtme nëse fusha e aplikuar është konstante në kohë dhe ndryshon pak (ose nuk ndryshon fare) në hapësirën e mbushur me ujë. Në variabla fushat elektrike konstanta dielektrike e ujit zvogëlohet me rritjen e frekuencës së fushës së aplikuar, duke arritur vlerën 4-5 për frekuenca më të mëdha se 10 12 Hz. Në vitin 1929, P. Debye propozoi përshkrimin e reagimit të ujit ndaj një fushe elektrike të jashtme duke përdorur lejueshmërinë komplekse:

ε(ω) = ε ∞ + (ε ο - ε ∞)/(1 + i ω τ)

ku ω është frekuenca e fushës elektrike të jashtme, i është njësia imagjinare, τ është koha karakteristike e relaksimit, ε ∞ ≈ 4÷5 është lejueshmëria e ujit në frekuencën më të lartë të fushës së jashtme.

Megjithëse Debye përdori një model mjaft artificial të strukturës së ujit në nxjerrjen e formulës së tij, kjo shprehje është në përputhje të mirë me të dhënat eksperimentale. Siç mund ta shohim, me rritjen e frekuencës së fushës së jashtme, lejueshmëria dielektrike bie ndjeshëm. Shpjegimi molekular për këtë fenomen është mjaft i thjeshtë. Çdo lëvizje individuale e molekulës H 2 O kufizohet fort nga lidhjet hidrogjenore. Në fushat elektrike alternative, dipolet molekulare priren të ndjekin fushën në ndryshim. Në frekuenca të ulëta, ata kanë sukses. Megjithatë, me rritjen e frekuencës, bëhet gjithnjë e më e vështirë për të lundruar. Përfundimisht, dipolet pushojnë së reaguari plotësisht ndaj fushës së jashtme. Leshmëria tani përcaktohet vetëm nga një mekanizëm i shpejtë i rishpërndarjes atomike-molekulare ngarkesë elektrike, e cila është e natyrshme në të gjitha substancat. Mekanizma të tillë funksionojnë në ujë edhe në rastin e fushave konstante, por kontributi i tyre në vlera e përgjithshme konstanta dielektrike është e vogël, vetëm 4-5 njësi.

Tensioni sipërfaqësor i ujit

Ju e shihni manifestimin e tij sa herë që shikoni ujin që pikon ngadalë nga një rubinet. Një film uji del nga rubineti dhe fillon të shtrihet, si një guaskë e hollë gome, nën peshën e lëngut që përmban. Ky film, i ngjitur në hapjen e rubinetit, zgjat gradualisht derisa pesha e tij befas bëhet shumë e madhe. Filmi, megjithatë, nuk prishet, pasi një prestar do të thyhej nëse mbingarkohej. Në vend të kësaj, ajo "rrëshqet" nga koksiku i rubinetit dhe, sikur të përqafon një sasi të vogël uji, formon një pikëz që bie lirshëm. Pa dyshim, ju keni vërejtur më shumë se një herë se pikat që bien marrin një formë pothuajse sferike. Nëse nuk do të kishte forca të jashtme, ato do të ishin rreptësisht sferike. Ajo që po vëzhgoni është një nga manifestimet e aftësisë së pazakontë të ujit për t'u "kontraktuar", "vetëkompaktuar", ose, me fjalë të tjera, aftësia e tij për kohezion (kohezion). Një pikë uji që pikon nga një rubinet zvogëlohet në një top të vogël dhe një top të gjitha të mundshme trupat gjeometrikë ka sipërfaqen më të vogël për një vëllim të caktuar.

Për shkak të ngjitjes, në sipërfaqen e ujit formohet tension dhe për të thyer sipërfaqen e ujit, duhet forca fizike, dhe, çuditërisht, mjaft domethënëse. Një sipërfaqe ujore e patrazuar mund të mbajë objekte që janë shumë më "më të rënda" se uji, si një gjilpërë çeliku ose një brisk rroje, ose disa insekte që rrëshqasin nëpër ujë sikur të mos ishte një lëng, por një trup i fortë.

Nga të gjitha lëngjet përveç merkurit, uji ka tensionin më të lartë sipërfaqësor.

Brenda lëngut, tërheqja e molekulave me njëra-tjetrën është e balancuar. Por jo në sipërfaqe. Molekulat e ujit që shtrihen më thellë tërheqin molekulat më të larta. Prandaj, një pikë uji, si të thuash, tenton të tkurret sa më shumë që të jetë e mundur. Tërhiqet së bashku nga forcat e tensionit sipërfaqësor.

Fizikanët llogaritën saktësisht se cila peshë duhet të varet nga një kolonë uji me trashësi tre centimetra për ta thyer atë. Pesha do të duhet një e madhe - më shumë se njëqind ton! Por kjo është kur uji është jashtëzakonisht i pastër. Nuk ka ujë të tillë në natyrë. Gjithmonë ka diçka në të. Lërini të paktën pak, por substancat e huaja të thyejnë lidhjet në zinxhirin e fortë të molekulave të ujit dhe forcat kohezive midis tyre zvogëlohen.

Nëse pikat e merkurit vendosen në një pjatë qelqi dhe pika uji në një pjatë parafine, atëherë pikat shumë të vogla do të kenë formën e një topi, ndërsa ato më të mëdhatë do të rrafshohen pak nga graviteti.

Ky fenomen shpjegohet me faktin se midis merkurit dhe qelqit, si dhe midis parafinës dhe ujit, lindin forca tërheqëse (ngjitje) që janë më të vogla se midis vetë molekulave (kohezioni). Kur uji bie në kontakt me xhamin e pastër dhe merkuri me pllakë metalike ne vërejmë një shpërndarje pothuajse uniforme të të dy substancave në pllaka, pasi forcat e tërheqjes midis molekulave të qelqit dhe ujit, molekulave të metalit dhe merkurit janë më të mëdha se tërheqja midis molekulave individuale të ujit dhe merkurit. Ky fenomen, kur lëngu shpërndahet në mënyrë të barabartë në sipërfaqe trup i fortë, quhet lagim. Kjo do të thotë që uji lag xhamin e pastër, por nuk lag parafinën. Lagshmëria në një rast të veçantë mund të tregojë shkallën e ndotjes së sipërfaqes. Për shembull, në një pjatë të larë pastër (porcelani, faiane), uji përhapet në një shtresë të barabartë, në një balonë të larë pastër muret mbulohen në mënyrë të barabartë me ujë, por nëse uji në sipërfaqe merr formën e pikave, kjo tregon se sipërfaqja e enës është e mbuluar me një shtresë të hollë të një lënde që nuk lag ujin, më shpesh yndyrë.

Shembuj të strukturës së ujit:

1. Një kristal uji i distiluar, i paprekur.

2. Ujë burimi.

3. Akulli i Antarktidës.

4. Kështu duket një kristal uji pas dëgjimit të "Pastoral" të Beethoven.

5. Një kristal i formuar pas dëgjimit të rock-ut të metalit.

6. Kristali pas ekspozimit ndaj fjalëve "Ti je një budalla" është shumë i ngjashëm me kristalin pas ekspozimit ndaj muzikës "hard rock".

7. Fjala “Engjëll”.

8. Fjala “Djall”.

9. Uji mori një kërkesë për "Bëje atë".

10. Uji mori urdhrin “Bëje”.

11. Fjalët “Më mërzite. Do te te vras".

12. Uji i marrë rrezatimi elektromagnetik dashuri dhe mirënjohje

17. Fjalët "Dashuri dhe Mirënjohje" të shqiptuara në anglisht.

18. Fjalët "Dashuri dhe Mirënjohje" të shqiptuara në japonisht.

19. Fjalët "Dashuri dhe mirënjohje" të folura gjermanisht

Substancat amfifilike:

Të gjithë e dinë që peshqit ndihen rehat vetëm në ujë, dhe shumica e maceve i trajtojnë procedurat e ujit me pakënaqësi të dukshme, por kafshët si bretkosa ose triton janë mjaft të afta të notojnë në një lumë ose një pellg dhe të lëvizin lirshëm në tokë! Këto kafshë quhen amfibë ose amfibë. Amfibët e tyre, të aftë për t'u tretur si në hidrofilë ashtu edhe në hidrofobikë, molekulat e përbërjeve amfifilike janë të ngjashme me një pulëz: ato përbëhen nga një bisht i gjatë hidrokarbur (zakonisht i ndërtuar nga më shumë se dhjetë grupe CH 2), i cili siguron tretshmëri në jopolare. media, dhe një kokë polare, përgjegjëse për vetitë hidrofile. Kështu, komponimet amfifilike njëkohësisht "e duan" si ujin (d.m.th., ata janë hidrofilë) ashtu edhe tretësit jopolarë (tregojnë veti hidrofobike).

Në varësi të llojit të grupit hidrofil, izolohen komponimet amfifilike që kanë një grup funksional të ngarkuar kationik ose anionik dhe komponimet amfifilike me një grup funksional të pa ngarkuar. Shumica dërrmuese e përbërjeve organike të njohura mbartin më shumë se një grup funksional të ngarkuar. Një shembull i substancave të tilla janë komponimet makromolekulare - proteinat, lipoproteinat, kopolimerët bllok, etj. Prania e një strukture terciare në molekulat e proteinave, e cila formohet si rezultat i ndërveprimeve intramolekulare të grupeve funksionale (polare ose jopolare) me njëri-tjetrin, tregon në vetvete natyrën amfifilike të këtyre përbërjeve.

Një shembull tjetër i komponimeve amfifilike janë shumica e barnave, molekulat e të cilave kombinojnë një grup grupesh të caktuara funksionale të nevojshme për lidhjen efektive me receptorin e synuar.

Roli i komponimeve amfifilike në marrjen e nanomaterialeve dhe produkteve nanoteknologjike është i vështirë të mbivlerësohet. Komponimet amfifilike janë shpesh surfaktantët. Molekulat e tyre "vetë-montohen" (vetë-montohen) në ndërfaqe të ndryshme, duke formuar shtresa të hollë të monoshtresave vetë-montuese me trashësi vetëm një molekulë, duke formuar sisteme "micellare".

Komponimet amfifile luajnë rol të veçantë në natyrën e gjallë. Asnjë kafshë apo bimë nuk mund të ekzistojë pa to! Është nga molekulat amfifilike që përbëhet membrana qelizore, e cila ndan një organizëm të gjallë nga një armiqësor. mjedisi i jashtëm. Janë këto molekula që përbëjnë organelet e brendshme të qelizës, marrin pjesë në procesin e ndarjes së saj, përfshihen në metabolizmin me mjedisi. Molekulat amfifile shërbejnë si ushqim për ne dhe formohen në trupin tonë, marrin pjesë në rregullimin e brendshëm dhe ciklin e acideve biliare. Trupi ynë përmban më shumë se 10% molekula amfifilike. Kjo është arsyeja pse surfaktantët sintetikë mund të jenë të rrezikshëm për organizmat e gjallë dhe, për shembull, mund të shpërndajnë membranën qelizore dhe të çojnë në vdekjen e saj.