“Sudan daha yumuşak ve daha zayıf hiçbir şey yoktur, ancak yine de sıkı ve güçlü şeyler çalışmak için daha iyi bir şey yoktur.”

Bu paradoks, Çinli bilge Lao Tzu tarafından eski metin Tao-Te-King veya Scripture on Morality'de formüle edilmiştir. Gerçekten de, suyun yıkama, yatıştırma ve besleme yeteneği, durdurulamaz güçle zıtlıkları, Niagara Şelalesi, Büyük Kanyon (yüzyıllar boyunca Colorado Nehri tarafından oyulmuş) ve tsunami ile örneklenir.

Aynı şekilde paradoksal olarak, su hem son derece tanıdıktır -vücudumuzun yaklaşık üçte ikisini oluşturur ve gezegenin dörtte üçünü kaplar- hem de tamamen gizemlidir. Her ne kadar size bunu çok iyi biliyormuşsunuz gibi görünse de suyun birçok özelliği sizi çok şaşırtacak. Ve bazıları o kadar tuhaf ki bilim tarafından hala tam olarak anlaşılmış değiller.

İniş yarışı

Mantıklı bir kişi, sıcak suyun 0 santigrat dereceye kadar soğumasının ve donmasının soğuk sudan daha uzun süreceğini varsayacaktır. Ama garip olan, bunun her zaman doğru olmamasıdır. 1963 yılında Erasto Mpemba adlı Tanzanyalı bir öğrenci, gerçekte sıcak su iki su kütlesi aynı sıfırın altındaki koşullara maruz kaldığında soğuk sudan daha hızlı donar.

Ve kimse nedenini bilmiyor.

Tek varsayım, Mpemba etkisinin konveksiyon adı verilen bir ısı sirkülasyonu sürecinden kaynaklandığıdır. Kapta, ılık su yükselir, soğuk suyun yerini alır ve "yalıtımlı bir üst kısım" oluşturur. Bilim adamları, konveksiyonun bir şekilde soğutma sürecini hızlandırabileceğini ve donmadan önce ne kadar cıva gitmesi gerektiğine bakılmaksızın daha sıcak suyun soğuk sudan daha hızlı donmasına izin verebileceğini düşünüyorlar.

kaygan madde

bir buçuk yüzyıl bilimsel araştırma neden buzun üzerine düşebileceğine dair bir cevap vermedi. Bilim adamları, üstte ince bir sıvı su tabakasının olduğu konusunda hemfikirler. katı buz kayganlığa neden olur ve sıvının hareketliliği, yıllar ince olsa bile hareket etmeyi zorlaştırır. Ancak çoğu kişinin aksine buzun neden olduğu konusunda bir fikir birliği yoktur. katılar böyle bir katman var.

Teorisyenler, yüzeyinin erimesine neden olan şeyin kayma, yani buzla temas süreci olduğunu öne sürüyorlar. Diğerleri, sıvı katmanın, kayan nesne ortaya çıkmadan önce bile var olduğuna ve yüzey moleküllerinin iç hareketi nedeniyle oluştuğuna inanır.

Şüphesiz suçluyu arıyorsun, sırt üstü yatıp öfkeden köpürüyor, ama ne yazık ki henüz bulunamadı.

akuanot

Yeryüzünde kaynayan su binlerce küçük buhar kabarcığı oluşturur. Uzayda dev bir salınan balon oluşur.

Bir akışkanın dinamiği o kadar karmaşıktır ki, fizikçiler 1992'de gemide bir deney yapılıncaya kadar sıfır yerçekiminde kaynayan suya ne olacağını hayal edemezlerdi. uzay gemisi. Bundan sonra fizikçiler, uzayda kaynamanın basitleştirilmiş biçiminin, açıkça konveksiyon yokluğu ile ilişkili olduğuna karar verdiler. kaldırma kuvveti- bu fenomenlerin her ikisi de yerçekimi tarafından oluşturulur. Dünya'da bu etkiler, bir çaydanlıkta gördüğümüz köpürmeye neden olur.

yüzen sıvı

Bir damla su kaynama noktasından çok daha sıcak bir yüzeye çarptığında, yüzeyde beklediğinizden çok daha uzun süre yüzebilir. Bu Leidenfrost etkisidir ve damlacığın alt tabakasının buharlaşması gerçeğinden kaynaklanır. gaz molekülleri bu katmandaki suyun gidecek yeri yoktur ve onların varlığı damlanın geri kalanını izole eder ve sıcak yüzeye dokunmasını engeller. Bu nedenle, damla tamamen buharlaşmadan önce birkaç saniye var olur.

Olağanüstü Kabuk

Zaman zaman, su fizik yasalarına meydan okuyor gibi görünüyor, yerçekimi veya ağır nesnelerin basıncı onu parçalamaya çalışsa bile kendisini parçalanmaktan alıkoyuyor.

Bir su kütlesinin (ve diğer bazı sıvıların) dış tabakasının esnek bir kabuk gibi davranmasını sağlayan özellik olan yüzey gerilimidir. Yüzey gerilimi Su moleküllerinin birbirine zayıf bir şekilde bağlanması nedeniyle oluşur. Bu nedenle, yüzey molekülleri deneyimi iç çaba altındaki moleküllerden. Su, onu parçalayan kuvvet bu zayıf bağların kuvvetini yenene ve yüzeyi kırana kadar bozulmadan kalacaktır.

Örneğin, yukarıdaki fotoğrafta, suyun yüzeyinde bir ataş duruyor. Metal sudan daha yoğun olmasına ve bu nedenle batması gerekmesine rağmen, yüzey gerilimi atacın su yüzeyinden kırılmasını engeller.

kaynayan kar

Su ile dışarıdaki hava arasında çok büyük bir sıcaklık farkı olduğunda, inanılmaz bir etki meydana gelir - diyelim ki, bir tencere kaynar suyu (100 santigrat derece) eksi 34 santigrat derecede havaya dökerseniz, kaynar su anında dönüşecektir. kar ve saçılma.

Açıklama : Aşırı soğuk hava çok yoğundur, molekülleri arasındaki mesafe o kadar küçüktür ki su buharının taşınması için yeterli alan kalmaz. Kaynar su, bir yandan çok aktif olarak buhar yayar. Havaya atıldığında, buharın yayılması için daha da fazla alan yaratan damlacıklara ayrılır. Bu bir sorun sunuyor. yayılan daha fazla buhar havayı tutabilir ve böylece yayılır, havadaki soda veya kalsiyum gibi mikroskobik parçacıklara yapışır ve kristaller oluşturur. Kar taneleri bu şekilde oluşur.

Boş alan

Rağmen katı hal hemen hemen her madde bir sıvıdan daha yoğundur, çünkü katılardaki atomlar genellikle birbirine sıkıca oturur, bu H2O için işe yaramaz. Su donduğunda hacmi neredeyse yüzde 8 artar. Bu, buz küplerinin ve hatta devasa buzdağlarının yüzmesine izin veren garip bir özelliktir.

Su donma noktasına kadar soğuduğunda, moleküllerin birbirine yapışmasına neden olacak daha az enerji vardır ve bu nedenle komşularıyla daha güçlü hidrojen bağları oluşturabilir ve yavaş yavaş sabitlenebilirler. Aynı işlem tüm sıvıların katılaşmasına neden olur. Ve diğer katılarda olduğu gibi, buz molekülleri arasındaki bağlar gerçekten de sıvı sudakinden daha kısa ve güçlüdür; Aradaki fark, buz kristallerinin altıgen yapısının çok fazla boş alan bırakması ve buzu genel olarak sudan daha az yoğun hale getirmesidir.

Fazla hacim bazen dondurucunuzdaki buz küplerinin üzerinde çıkıntılar şeklinde görülebilir. Bu çıkıntılar, buzun dondurulması (ve genleşmesi) ile küpten sıkılan fazla sudan oluşur. Bir kapta, su kenarlardan ve alttan merkeze ve üste doğru donar ve buz merkeze doğru genişler.

Türünün tek örneği

Söylediği gibi, iki kar tanesi aynı değildir. Gerçekten de, kar keşfi tarihi boyunca, her güzel yapı kesinlikle benzersiz olmuştur. Ve işte nedeni: basit bir altıgen prizma şeklinde bir kar tanesi doğar. Düşerken, şeklini değiştiren, tekrarlanmayan koşullarla karşılaşır. farklı sıcaklıklar, nem seviyeleri ve atmosfer basıncı. Bu değişken faktörler, kristal oluşumunun asla aynı modelde iki kez meydana gelmemesini sağlamak için yeterlidir.

Ve kar taneleriyle ilgili en ilginç şey, dallarının altısının da mükemmel bir eşzamanlılık içinde büyümesi ve altıgen simetri yaratmasıdır, çünkü her dal diğerleriyle aynı koşulları yaşar.

O nereli?

Yüzeyin yaklaşık yüzde 70'ini kaplayan gezegenimizdeki suyun kesin kökeni bilim adamları için hala bir gizem. 4.5 milyar yıllık oluşumu sırasında gezegenin yüzeyinde biriken suyun, genç Güneş'in yoğun ısısı nedeniyle buharlaşacağından şüpheleniyorlar. Bu, şu anda sahip olduğumuz suyun daha sonra gelmiş olması gerektiği anlamına gelir.

Nasıl? Yaklaşık 4 milyar yıl önce Geç Ağır Bombardıman olarak adlandırılan bir dönemde, muhtemelen diğer sistemlerden gelen devasa nesneler Dünya'ya ve gezegenlere düştü. Güneş Sistemi. Bu tür nesnelerin suyla dolu olması mümkündür ve bu çarpışmalar bu maddenin büyük hacimlerini gezegenimize ulaştırabilir.

Kuyruklu yıldızlar - uzun yörüngelerde Güneş'in etrafında dönen buharlaşan buz kuyruklu buz ve kaya kümeleri - gezegene düşenlerin kalıntıları olabilir. Bununla birlikte, bir sorun var: birkaç büyük kuyruklu yıldızdan buharlaşan suyun uzaktan çalışmaları, bunların Dünya'nınkinden farklı bir H2O türünden (daha ağır bir hidrojen izotopu içeren) sudan oluştuğunu ortaya çıkardı, bu nedenle bu tür kuyruklu yıldızlar kaynağı olamaz. tüm harika suyumuz.

anormal fiziksel özellikler Sular o kadar günlük ve doğaldır ki, bu özelliklerin doğanın dünyadaki tüm yaşama bir armağan olduğunu tamamen unutarak varlıklarından genellikle şüphelenmeyiz.

Su hakkında çok şey yazıldı. Farklı uzmanlık alanlarından bilim adamları yazın - fizikçiler, kimyagerler, jeologlar, biyologlar, astronomlar. Suyla ilgili heykeller yazmanın, hikayeye olağandışı, anormal özellikler bu sıvı.

Suyun erime ve kaynama noktası

Suyun canlı doğa için en şaşırtıcı ve mutluluk verici özelliği, "normal" koşullarda sıvı olabilme özelliğidir. Suya çok benzeyen bileşiklerin molekülleri (örneğin, H2S veya H2Se molekülleri) çok daha ağırdır, ancak aynı koşullar altında bir gaz oluşturur. Böylece su, bildiğiniz gibi, maddelerin ne zaman, nerede ve hangi özelliklerinin yakın olacağını tahmin eden periyodik tablonun yasalarıyla çelişiyor gibi görünüyor.

Bizim durumumuzda, tablodan, aynı dikey sütunlarda yer alan elementlerin (hidrürler olarak adlandırılan) hidrojen bileşiklerinin özelliklerinin, artan atom kütlesi ile monoton olarak değişmesi gerektiği sonucu çıkar. Oksijen, bu tablonun altıncı grubunun bir elementidir. Aynı grupta kükürt S (atom ağırlığı 32), selenyum Se (atom ağırlığı 79), tellür Te (128 atom ağırlığı ile) ve pollonyum Po (209 atom ağırlığı ile) bulunur. Sonuç olarak, bu elementlerin hidritlerinin özellikleri, ağır elementlerden daha hafif elementlere geçerken monoton bir şekilde değişmelidir, yani. H 2 Po → H 2 Te → H 2 Se → H 2 S → H 2 O dizisinde. Olan budur, ancak yalnızca ilk dört hidritle. Örneğin, elementlerin atom ağırlığı arttıkça kaynama ve erime noktaları yükselir. Şekilde, çarpılar bu hidritlerin kaynama noktalarını, daireler ise erime noktalarını göstermektedir.

Atom ağırlığı azaldıkça, sıcaklıklar mükemmel doğrusal bir şekilde azalır. Hidritlerin sıvı fazının varlık alanı giderek daha fazla "soğuk" hale gelir ve oksijen hidrit H2O, altıncı gruptaki komşularına benzer normal bir bileşik olsaydı, o zaman aralıkta sıvı su bulunurdu. -80 °C'den -95 °C'ye. Daha yüksek sıcaklıklarda H 2 O her zaman bir gaz olacaktır. Neyse ki biz ve dünyadaki tüm yaşam için su anormaldir, periyodik bir kalıp tanımaz, ancak kendi yasalarını takip eder.

Bu oldukça basit bir şekilde açıklanır - su moleküllerinin çoğu hidrojen bağlarıyla bağlanır. Suyu H2S, H2Se ve H2Te sıvı hidritlerinden ayıran bu bağlardır. Olmasaydı, su zaten eksi 95 ° C'de kaynardı. Hidrojen bağlarının enerjisi oldukça yüksektir ve ancak çok daha yüksek bir sıcaklıkta kırılabilirler. Hatta gaz hali Büyük sayı H 2 O molekülleri, dimerler (H 2 O) 2 halinde birleşerek hidrojen bağlarını korurlar. Tamamen hidrojen bağları sadece 600 °C su buharı sıcaklığında kaybolur.

Kaynamanın, kaynayan bir sıvının içinde buhar kabarcıklarının oluşması gerçeğinden oluştuğunu hatırlayın. Normal basınçta saf su 100 "C'de kaynar. Serbest yüzeyden ısı verilirse yüzey buharlaşma süreci hızlanır, ancak kaynamanın hacimsel buharlaşma özelliği oluşmaz. basınç, çünkü bu durumda dış basınca eşit basınçlı buhar daha düşük bir sıcaklıkta elde edilir.Üstte çok yüksek dağ basınç ve buna bağlı olarak kaynama noktası o kadar düşüktür ki su yemek pişirmek için uygun olmaz - gerekli su sıcaklığına ulaşılmaz. Yeterince yüksek bir basınçla su, kurşunu eritecek kadar ısıtılabilir (327°C) ve yine de kaynamaz.

Süper yüksek kaynama noktalarına ek olarak (ve ikinci işlem böyle basit bir sıvı için çok fazla füzyon ısısı gerektirir), suyun varlık aralığı anormaldir - bu sıcaklıkların farklı olduğu yüz derece - bir su gibi düşük moleküler ağırlıklı bir sıvı için oldukça geniş bir aralık. İzin verilen hipotermi değerlerinin sınırları ve suyun aşırı ısınması alışılmadık derecede büyüktür - dikkatli ısıtma veya soğutma ile su -40 ° C ila +200 ° C arasında sıvı kalır. Bu, suyun sıvı kalabileceği sıcaklık aralığını 240 °C'ye kadar uzatır.

Buz ısıtıldığında önce sıcaklığı yükselir, ancak su ve buz karışımı oluştuğu andan itibaren tüm buz eriyene kadar sıcaklık değişmeden kalacaktır. Bu, eriyen buza sağlanan ısının öncelikle yalnızca kristallerin yok edilmesi için harcanması gerçeğiyle açıklanır. Eriyen buzun sıcaklığı, tüm kristaller yok olana kadar değişmeden kalır (bkz. gizli füzyon ısısı).

Su ve buzun yoğunluğu

Tüm biyosfer için hayati önem taşıyan, suyun donduğu zaman yoğunluğunu artırmaktan ziyade azaltma yeteneğidir (neredeyse tüm diğer maddelerde olduğu gibi). Bizmut bu konuda su gibi davranır, ancak son derece nadir istisnalardan biridir. Genel kural. G. Galileo, suyun bu olağandışı özelliğine dikkat eden ilk kişi oldu. Gerçekten de, bir sıvının katı hale geçişi sırasında, bir maddenin molekülleri daha yakın yerleştirilmiş gibi görünmeli ve maddenin kendisi daha yoğun hale gelmelidir. Normalde işler böyle davranır. Ancak su bir istisnadır. Sıradan su alır ve yavaş yavaş soğutursanız, yoğunluktaki değişikliği takip ederseniz, başlangıçta tamamen normal ve doğal bir sürecin meydana geleceğini fark edeceksiniz - su soğudukça daha yoğun hale gelir ve herhangi bir sapma görmeyeceğiz. normdan su 4°C'ye soğuyana kadar. rağmen bu sıcaklığın altında genel fikirler su aniden hafifler ve donduğunda daha da hafifler ve suyun yüzeyinde yüzen buz oluşturur. Donma, su önceki hacme göre %9 genişler. Bu genleşme, beklenmedik don olaylarında su temini için ölümcül olabilir. Borularda su donması onları kıracaktır.

Bilindiği gibi, şiddetli kışlarda gölleri ve göletleri sürekli donmaktan koruyan ve böylece bu rezervuarlarda hayat kurtaran suyun bu özelliğidir. Sonbahar havası gölün yüzey katmanlarını soğutur, ağırlaşır ve dibe çöker. Göl soğuyor. Ancak bu işlem ancak su sıcaklığı 4 °C'ye ulaşana kadar devam eder. Şimdi yüzey katmanları daha da soğursa, o zaman artık dibe batmazlar, çünkü bu katmanların yoğunluğu, 4 ° C'lik bir sıcaklığın korunduğu derin su yoğunluğundan daha azdır. Yoğunluktaki farklılıklar büyük değildir - bu farklılıklar yalnızca dördüncü ondalık basamakta görünür - ancak bu farklılıklar, 0 ° C'ye yakın bir sıcaklığa sahip suyun gölün derinliklerine girememesi için yeterlidir. Soğutma işlemi yüzey katmanlarışimdi daha hızlı gidecek ve yakında gölün kurşun yüzeyi ilk kırılgan buzla kaplanacak. Buz, zayıf bir ısı iletkenidir, gölün ömrünü korkunç kış donlarından güvenilir bir şekilde gizleyecektir. Bu sirkülasyon, buzun neden gölün daha sığ kısımlarında daha erken oluştuğunu ve daha sonra daha kalın olduğunu açıklar.

Suyun üst ve alt katmanları arasındaki sıcaklık farkı, tarak gemileri kış koşullarında çalışırken kullanılır. Rezervuarın daha derin kısmından gelen pompalar yardımıyla yüzey katmanlarına su pompalanarak çalışma ünitesinde buz oluşumunun önüne geçilir.

Ancak deniz suyu (bildiğiniz gibi, her litresi yaklaşık 35 gram tuz içeren bir tuzlu sudur) soğutulduğunda tamamen farklı davranır: en yüksek yoğunluğa tatlı sudan daha düşük sıcaklıklarda, yani - 3.5°C'de sahiptir. Ancak deniz suyu -1.9 ° C'de donar, yani. maksimum yoğunluğuna ulaşmadan buza dönüşür.

Buzun erimesi sırasında elde edilen sıvının hacmi alınan buzun hacminden daha az ise, buz basınca tabi tutulursa, yani buzun sıvı hale geçişinin kolaylaşacağı varsayılabilir. kristalleri birbirine yaklaştırır. Aslında buza yüksek basınç uygulanırsa erime noktası düşer. Böylece, 2045 atm basınç altında (1 cm 2 başına), buz -22 ° C sıcaklıkta erir. Basıncın daha da artması, yeni özelliklere sahip yeni buz formları oluştuğundan erime noktasını artık düşürmez. Buzun daha düşük bir sıcaklıkta erime yeteneği büyük baskı kalınlığı muazzam olan buzullarda tabanda erimenin yüzeye göre daha erken başladığını da açıklıyor.

suyun ısı kapasitesi

1 gr suyu 1° ısıtmak için gereken ısı miktarı 9.25 gr demiri, 10.3 gr bakırı 1° ısıtmak için yeterlidir. Suyun anormal derecede yüksek ısı kapasitesi, denizleri ve okyanusları dev bir termostata dönüştürerek, hava sıcaklığındaki günlük dalgalanmaları yumuşatır. Üstelik, denizler gibi yalnızca büyük su kütleleri değil, aynı zamanda atmosferin olağan su buharı da bu dalgalanmaları yumuşatmanın yollarıdır. Büyük çöl bölgelerinde sıcaklıktaki keskin günlük dalgalanmalar, havadaki su buharının yokluğu ile ilişkilidir. Çölün kuru havası, gün boyunca ısınan kumun hızlı gece soğumasını içerebilecek su buharından neredeyse yoksundur, bu nedenle hava sıcaklığı 5 ° C'den fazla olamaz.

Suyun ısı kapasitesi, suyun ve toprağın farklı şekilde ısıtılması olgusunu açıklar: kara yüzeyini oluşturan katı kayaçların ısı kapasitesi ile suyun ısı kapasitesi keskin bir şekilde farklılık gösterdiğinden, suyu ve toprağın ısıtılması için farklı miktarlarda ısı gerekecektir. kum aynı sıcaklığa, bu nedenle gün boyunca kumun sıcaklığı sudan daha yüksektir. Su, katı kayadan daha yavaş soğur, bu nedenle kum geceleri sudan daha soğuktur. Bildiğiniz gibi, hava doğrudan güneş ışınlarıyla değil, ısınan kara ve su yüzeyinden ısı transferi ile ısıtılır. AT yaz saati havanın denizlerin ve okyanusların suları ile bunlara bitişik karalar arasındaki sıcaklık farkı tarafından belirlenen yönde hareket etmesi nedeniyle kara yüzeyi ile su arasında önemli bir sıcaklık farkı yaratılır.

Bu arada suyun ısı kapasitesi (1 cal), buzun ısı kapasitesinden (0,5 cal) 2 kat daha fazladır ve diğer tüm maddeler için erimenin bu değer üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur.

Su söz konusu olduğunda bu değer neden bu kadar büyük bir değer gösteriyor? Özgül ısı kapasitesi, sıcaklığını bir santigrat derece artırmak için bir gram maddeye verilmesi gereken ısı miktarıdır. Sonuç olarak, su, ısınması için anormal derecede büyük miktarda ısı gerektirir. Sıcaklıktaki bir artış, moleküllerin ortalama hareket hızında bir artış anlamına geldiğinden, moleküler dilde, suyun yüksek ısı kapasitesi, moleküllerinin çok inert olduğu anlamına gelir. büyütmek için ortalama sürat H 2 O molekülleri, bir nedenden dolayı oldukça fazla enerji vermeleri gerekir, ancak moleküllerin kendileri moleküler ölçekler açısından nispeten küçüktür. Her şey hidrojen bağlarının varlığıyla açıklanır. Moleküllerin çoğu oldukça büyük komplekslere bağlı olduğundan, ayrı bir "ortalama" H 2 O molekülü kinetik enerji iki yoldan biriyle. İlk olarak, kendisini tüm hidrojen bağlarından kurtardıktan sonra bağımsız olarak hareket etmeye başlayabilir. İkinci olarak, tüm molekül kompleksinin hızlanması, elbette, bu komplekse dahil olan her bir H2O molekülünün hızında bir artışa yol açacaktır. Açıkçası, bu yöntemlerin her ikisi de önemli enerji maliyetleri gerektirir ve bu da aşağıdakilere yol açar: büyük önem özısı su.

· Gizli ısı eriyen ve buharlaşan su

Katının sıcaklığı erime noktasına yükseldiyse veya sıvı kaynama noktasına ulaştıysa, o zaman bir duraklama gibi, iki fazın (katı ve sıvı veya sıvı ve gaz) aynı anda var olduğu bir geçiş fazı başlar. Katı cismin tamamen sıvılaşmasına veya sıvılaşarak buharlaşmasına kadar geçen bu süre zarfında, emilen ısı cismin sıcaklığında herhangi bir değişikliğe neden olmaz. Bu ısıya gizli ısı denir ve miktarı çeşitli maddeler eşit olmayan şekilde. Gizli füzyon ısısı ve ayrıca buharlaşma, suda alışılmadık derecede yüksektir; bu durum dünya yüzeyinin sıcaklığı için büyük önem taşımaktadır. Kullandığımız "gizli" kelimesi, vurgulanması gereken bir fiziksel yasaya ilişkin bazı imalar içeriyor: Su tarafından emilen ısı hiçbir yerde kaybolmaz. Bildiğiniz gibi, doğanın temel yasalarından biri enerjinin korunumu ve dönüşümü yasasıdır. çok Genel görünüm bu yasa şu şekilde formüle edilir: bir biçimden gelen enerji, yok edilmeden diğerine geçer (örneğin, termal enerji mekanik enerjiye dönüştürülebilir); içinde kapalı sistem toplam enerji miktarı sabit kalır. Bahsettiğimiz olay da bu yasayı teyit etmektedir. Suyun olağanüstü bir ısı kapasitesine sahip olduğunu söylediğimizde, basitçe suyun bir madde olarak daha az atom ve molekül hareketiyle (ve bu tam olarak sıcaklıkla ölçülen şeydir) diğer yaygın maddelerden daha fazla termal enerji depolayabileceğini belirtiyoruz. Enerji yerinde, suda kalır; ortam sıcaklığı düştüğünde ısı olarak salınacak; sonuç olarak, sıcaklıktaki düşüş çok keskin olmayacaktır. Su donduğunda, buz eridiğinde emdiği ısı miktarını verir. Sıcak, ancak yaklaşık 30 ° sıcaklıktaki nemli havaya dayanmanın, daha da yüksek sıcaklığa sahip kuru ve açık havaya göre daha zor olduğunu biliyoruz. Bunun nedeni iki yönlüdür: Birincisi, buharlaşan terimiz bizi serinletir, deri yüzeyinden ve çevredeki havadan ısı alır, ancak su buharına doymuş nemli bir günün atmosferinde buharlaşamaz; ikinci olarak, su buharı yoğunlaşıp suya dönüştüğünde, buharlaşmaya harcanan ısı kadar ısı açığa çıkar.

Su, mineraller dünyasında en yüksek gizli buharlaşma ısısına ve gizli füzyon ısısına sahiptir. Bir su ısıtıcısından su kaynatmak, kaynatmaktan beş buçuk kat daha fazla ısı gerektirir. Bu özellik olmasaydı - sıcağın yavaş yavaş buharlaşmasına rağmen, yaz aylarında birçok göl ve nehir dibe kadar kurur. Buzu eritmek için çok fazla ısı gerekir. Gizli ergime ısısı (0°C'de 1 g buzu eritmek için gereken ısı miktarı) 79.4 cal'dir. Bu nedenle, buzun ilkbaharda erimesi yavaştır ve bizi büyük sellerden kurtarır (her zaman olmasa da).

suyun dielektrik sabiti

Ana elektriksel karakteristik herhangi bir ortamın - dielektrik sabiti - su durumunda, bir sıvı için olağandışı özellikler gösterir. İlk olarak, çok büyüktür, statik elektrik alanları için 81'dir, diğer birçok madde için 10'u geçmez. Herhangi bir madde alternatif bir elektrik alanına maruz kalırsa, geçirgenlik sona erecektir. sabit değer, ancak uygulanan alanın frekansına bağlıdır, yüksek frekanslı alanlar için güçlü bir şekilde azalır. Ancak suyun geçirgenliği yalnızca zamanla değişen alanlarda değil, aynı zamanda uzayda da azalır. değişken alanlar, yani su, yerel olarak polarize edilemeyen bir ortamdır.

Büyük önem geçirgenlik H 2 O molekülünün özelliklerinden dolayı Suyun ε = 81 statik geçirgenliğinin büyük değeri, suyun oldukça polar bir sıvı olması ve bu nedenle yumuşak bir oryantasyon serbestlik derecesine sahip olmasından kaynaklanmaktadır (yani moleküler dipoller). Her su molekülünün önemli bir dipol momenti vardır. Elektrik alanının yokluğunda, dipoller rastgele yönlendirilir ve bunların yarattığı toplam elektrik alanı sıfırdır. Su bir elektrik alanına yerleştirilirse, uygulanan alanı zayıflatmak için dipoller yeniden yönlenmeye başlayacaktır. Böyle bir resim, diğer herhangi bir polar sıvıda da gözlenir, ancak H2O moleküllerinin dipol momentinin büyük değeri nedeniyle su, dış alanı çok güçlü bir şekilde (80 kez) zayıflatabilir. Uygulanan alan zamanla sabitse ve suyla dolu boşlukta çok az değişiyorsa (veya hiç değişmiyorsa) suyun harici bir elektrik alanına tepkimesi bu şekildedir. değişkenlerde elektrik alanları suyun dielektrik sabiti, uygulanan alanın frekansı arttıkça azalır ve 10 12 Hz'den büyük frekanslar için 4-5 değerine ulaşır. 1929'da P. Debye, karmaşık geçirgenliği kullanarak suyun bir dış elektrik alanına tepkimesini tanımlamayı önerdi:

ε(ω) = ε ∞ + (ε ο - ε ∞)/(1 + ben ω τ)

burada ω dış elektrik alanın frekansıdır, i hayali birimdir, τ karakteristik gevşeme süresidir, ε ∞ ≈ 4÷5 dış alanın en yüksek frekansında suyun geçirgenliğidir.

Debye, formülünü türetirken suyun yapısının oldukça yapay bir modelini kullanmasına rağmen, bu ifade deneysel verilerle iyi bir uyum içindedir. Gördüğümüz gibi, dış alanın frekansı arttıkça, dielektrik geçirgenliği keskin bir şekilde düşer. Bu fenomenin moleküler açıklaması oldukça basittir. H2O molekülünün herhangi bir bireysel hareketi, hidrojen bağları ile güçlü bir şekilde sınırlandırılır. Alternatif elektrik alanlarında, moleküler dipoller değişen alanı takip etme eğilimindedir. Düşük frekanslarda başarılı olurlar. Bununla birlikte, frekans arttıkça gezinmek giderek daha zor hale gelir. Sonunda, dipoller dış alana tamamen yanıt vermeyi bırakır. Geçirgenlik artık yalnızca hızlı bir atomik-moleküler yeniden dağıtım mekanizması tarafından belirlenir. elektrik şarjı, tüm maddelerin doğasında var. Bu tür mekanizmalar, sabit alanlar durumunda da suda çalışır, ancak katkıları ortalama değer dielektrik sabiti küçüktür, sadece 4-5 birimdir.

Suyun yüzey gerilimi

Musluktan yavaşça damlayan suyu her izlediğinizde onun tezahürünü görürsünüz. Musluktan bir su tabakası çıkar ve içindeki sıvının ağırlığı altında ince bir kauçuk kabuk gibi esnemeye başlar. Musluk açıklığına takılan bu film, ağırlığı birdenbire çok büyük olana kadar yavaş yavaş uzar. Bununla birlikte, aşırı yüklenirse bir kesici kırılacağı için film kırılmaz. Bunun yerine, musluğun kuyruk kemiğinden "kayar" ve sanki az miktarda suyu kucaklıyormuş gibi serbestçe düşen bir damlacık oluşturur. Düşen damlacıkların neredeyse küre şeklini aldığını hiç şüphesiz defalarca gözlemlemişsinizdir. olmasaydı dış kuvvetler, kesinlikle küresel olurdu. Gözlemlediğiniz şey, suyun olağandışı "büzülme", ​​"kendini sıkıştırma" yeteneğinin veya başka bir deyişle kohezyon (kohezyon) yeteneğinin tezahürlerinden biridir. Musluktan damlayan bir damla su, küçülerek küçük bir top haline gelir ve mümkün olan tüm geometrik cisimler belirli bir hacim için en küçük yüzey alanına sahiptir.

Yapışma nedeniyle suyun yüzeyinde gerilim oluşur ve suyun yüzeyini kırmak için Fiziksel gücü, ve, garip bir şekilde, oldukça önemli. Bozulmamış bir su yüzeyi, çelik bir iğne veya bir jilet gibi sudan çok daha "ağır" olan nesneleri veya suyun içinde sıvı değil de katı bir cisimmiş gibi kayan bazı böcekleri tutabilir.

Cıva dışındaki tüm sıvılar arasında su en yüksek yüzey gerilimine sahiptir.

Sıvının içinde moleküllerin birbirini çekmesi dengelenir. Ama yüzeyde değil. Daha derinde yatan su molekülleri en üstteki molekülleri aşağı çeker. Bu nedenle, bir damla su, mümkün olduğu kadar küçülme eğilimindedir. Yüzey gerilimi kuvvetleri tarafından birlikte çekilir.

Fizikçiler, onu kırmak için üç santimetre kalınlığındaki bir su sütununa tam olarak hangi ağırlığın asılması gerektiğini hesapladılar. Ağırlığın çok büyük bir şeye ihtiyacı olacak - yüz tondan fazla! Ancak bu, suyun son derece temiz olduğu zamandır. Doğada böyle bir su yoktur. İçinde her zaman bir şeyler vardır. En azından biraz olsun, ancak yabancı maddeler güçlü su molekülleri zincirindeki bağlantıları koparır ve aralarındaki kohezyon kuvveti azalır.

Bir cam plakaya cıva damlaları ve bir parafine su damlaları uygulanırsa, çok küçük damlacıklar bir top şeklinde olacak, daha büyük olanlar ise yerçekimi ile hafifçe düzleşecektir.

Bu fenomen, cıva ve cam arasında ve ayrıca parafin ve su arasında, moleküllerin kendilerinden (kohezyon) daha küçük olan çekici kuvvetlerin (yapışma) ortaya çıkmasıyla açıklanır. Su, temiz camla ve cıva ile temas ettiğinde metal tabak cam ve su molekülleri, metal ve cıva molekülleri arasındaki çekim kuvvetleri, tek tek su ve cıva molekülleri arasındaki çekimden daha büyük olduğundan, her iki maddenin plakalar üzerinde neredeyse tek tip bir dağılımını gözlemliyoruz. Bir sıvının bir katının yüzeyine eşit olarak dağıldığı bu olaya ıslanma denir. Bu, suyun temiz camı ıslattığı, ancak parafini ıslatmadığı anlamına gelir. Belirli bir durumda ıslanabilirlik, yüzeyin kirlenme derecesini gösterebilir. Örneğin, temiz yıkanmış bir tabakta (porselen, fayans) su eşit bir tabaka halinde yayılır, temiz yıkanmış bir şişede duvarlar eşit şekilde su ile kaplanır, ancak yüzeydeki su damla şeklini alırsa, bu gösterir. tabağın yüzeyi, suyu ıslatmayan, çoğunlukla yağ olan ince bir madde tabakasıyla kaplıdır.

Suyun yapısına örnekler:

1. Etkilenmemiş bir damıtılmış su kristali.

2. Kaynak suyu.

3. Antarktika buzu.

4. Beethoven'ın Pastoral'ını dinledikten sonra bir su kristali böyle görünüyor.

5. Heavy metal rock dinledikten sonra oluşan bir kristal.

6. "Sen bir aptalsın" sözlerine maruz kaldıktan sonraki kristal, "hard rock" müziğine maruz kaldıktan sonraki kristale çok benzer.

7. "Melek" kelimesi.

8. "Şeytan" kelimesi.

9. Su, "Yap" talebi aldı.

10. Su "Yap" emrini aldı.

11. “Beni sıktın. Seni öldüreceğim".

12. Alınan su Elektromanyetik radyasyon sevgi ve şükran

17. İngilizce'de konuşulan "Sevgi ve Şükran" kelimeleri.

18. Japonca'da konuşulan "Sevgi ve Şükran" kelimeleri.

19. Üzerinde konuşulan "Sevgi ve şükran" sözleri Almanca

Amfifilik maddeler:

Herkes balıkların yalnızca suda kendilerini rahat hissettiklerini bilir ve çoğu kedi su prosedürlerini bariz bir hoşnutsuzlukla karşılar, ancak kurbağa veya semender gibi hayvanlar hem nehirde hem de su birikintisinde yüzebilir ve yerde serbestçe hareket edebilir! Bu hayvanlara amfibiler veya amfibiler denir. Hem hidrofilik hem de hidrofobik olarak çözülebilen amfibiler, amfifilik bileşiklerin moleküllerinin kendileri bir iribaşa benzerler: uzun bir hidrokarbon kuyruğundan (genellikle ondan fazla CH2 grubundan oluşur) oluşurlar, bu da polar olmayan suda çözünürlük sağlar. ortam ve hidrofilik özelliklerden sorumlu bir kutup başı. Bu nedenle, amfifilik bileşikler aynı anda hem suyu (yani hidrofiliktirler) hem de polar olmayan çözücüleri (hidrofobik özellikler gösterirler) "sevirler".

Hidrofilik grubun tipine bağlı olarak, yüklü bir katyonik veya anyonik fonksiyonel grup taşıyan amfifilik bileşikler ve yüksüz bir fonksiyonel gruba sahip amfifilik bileşikler izole edilir. Bilinen organik bileşiklerin büyük çoğunluğu birden fazla yüklü fonksiyonel grup taşır. Bu tür maddelere örnek olarak makromoleküler bileşikler - proteinler, lipoproteinler, blok kopolimerler vb. Fonksiyonel grupların (polar veya polar olmayan) birbirleriyle molekül içi etkileşimleri sonucu oluşan protein moleküllerinde üçüncül bir yapının varlığı, bu bileşiklerin amfifilik doğasını kendi içinde göstermektedir.

Amfifilik bileşiklerin başka bir örneği, molekülleri hedef reseptöre etkili bağlanma için gerekli olan bir dizi belirli fonksiyonel grubu birleştiren çoğu ilaçtır.

Nanomalzemelerin ve nanoteknolojik ürünlerin elde edilmesinde amfifilik bileşiklerin rolünü abartmak zordur. Amfifilik bileşikler genellikle yüzey aktif maddeler. Molekülleri farklı arayüzlerde "kendiliğinden birleşir" (kendi kendine birleşir), sadece bir molekül kalınlığında kendi kendine birleşen tek tabakaların ince filmlerini oluşturarak "misel" sistemler oluşturur.

Amfifilik bileşikler oynamak özel rol canlı doğada. Hiçbir hayvan veya bitki onlarsız var olamaz! Amfifilik moleküllerden, canlı bir organizmayı düşman olandan ayıran hücre zarı oluşur. dış ortam. Hücrenin iç organellerini oluşturan, bölünme sürecine katılan, metabolizmaya katılan bu moleküllerdir. çevre. Amfifilik moleküller bizim için besin görevi görür ve vücudumuzda oluşur, safra asitlerinin iç düzenlemesine ve döngüsüne katılır. Vücudumuz %10'dan fazla amfifilik molekül içerir. Bu nedenle sentetik sürfaktanlar canlı organizmalar için tehlikeli olabilir ve örneğin hücre zarını çözerek ölümüne yol açabilir.

Saf su renksiz şeffaf bir sıvıdır. Katı halden sıvı hale geçişi sırasında suyun yoğunluğu, hemen hemen tüm diğer maddelerde olduğu gibi azalmaz, aksine artar. Su 0'dan 4°C'ye ısıtıldığında yoğunluğu da artar. 4°C'de suyun maksimum yoğunluğu vardır ve ancak daha fazla ısıtma ile yoğunluğu azalır.

Sıcaklıktaki bir düşüşle ve bir sıvıdan katı bir duruma geçiş sırasında, suyun yoğunluğu, maddelerin büyük çoğunluğunda olduğu gibi değiştiyse, kış yaklaştığında, yüzey katmanları doğal sular soğudu. 0°C'ye ve daha sıcak katmanlara yer açarak dibe batar ve bu, rezervuarın tüm kütlesi 0°C'lik bir sıcaklık elde edene kadar devam ederdi. Ayrıca su donmaya başlayacak, ortaya çıkan buz kütleleri dibe çökecek ve rezervuar tüm derinliğine kadar donacaktır. Aynı zamanda, suda birçok yaşam formu imkansız olurdu. Ama o zamandan beri en yüksek yoğunluk su 4 °C'ye ulaşır, daha sonra soğumadan kaynaklanan katmanlarının hareketi bu sıcaklığa ulaşıldığında sona erer. Sıcaklığın daha da düşmesiyle, daha düşük yoğunluğa sahip olan soğutulmuş tabaka yüzeyde kalır, donar ve böylece alttaki tabakaları daha fazla soğumaya ve donmaya karşı korur.

Doğanın yaşamında büyük önem taşıyan su gerçeğidir. anormal derecede yüksek bir ısı kapasitesine sahiptir, bu nedenle geceleri ve yazdan kışa geçiş sırasında su yavaş soğur ve gündüz veya kıştan yaza geçiş sırasında da yavaş ısınır, bu nedenle sıcaklık dünya üzerindeki regülatör.

Buz eridiğinde suyun kapladığı hacim azaldığından, basınç buzun erime noktasını düşürür. Bu, Le Chatelier ilkesinden kaynaklanmaktadır. Gerçekten, izin ver. buz ve sıvı su 0°C'de dengededir. Artan basınçla, Le Chatelier ilkesine göre denge, aynı sıcaklıkta daha küçük bir hacim kaplayan bu fazın oluşumuna doğru kayacaktır. Bu faz bu durumda sıvıdır. Böylece 0°C'de basıncın artması buzun sıvıya dönüşmesine neden olur, bu da buzun erime noktasının düşmesi anlamına gelir.

Su molekülü açısal bir yapıya sahiptir; bileşimine dahil edilen çekirdekler, tabanında iki proton bulunan bir ikizkenar üçgen ve üstte - oksijen atomunun çekirdeği, Internükleer O-N mesafeleri 0.1 nm'ye yakın, hidrojen atomlarının çekirdekleri arasındaki mesafe yaklaşık 0.15 nm'dir. Su molekülündeki oksijen atomunun dış elektron katmanını oluşturan sekiz elektrondan iki elektron çifti kovalent oluşturur. O-N bağlantıları, ve kalan dört elektron iki paylaşılmamış elektron çiftidir.

Su molekülündeki oksijen atomu -aea?eaecaoee durumundadır. Bu nedenle, HOH bağ açısı (104.3°) tetrahedrale (109.5°) yakındır. O-H bağlarını oluşturan elektronlar, daha elektronegatif oksijen atomuna kaydırılır. Sonuç olarak, hidrojen atomları etkili olur pozitif masraflar, böylece bu atomlar üzerinde iki pozitif kutup oluşur. Merkezler negatif masraflar Oksijen atomunun hibrit orbitallerde bulunan yalnız elektron çiftleri, atomun çekirdeğine göre yer değiştirir ve iki negatif kutup oluşturur.

Buharlı suyun moleküler ağırlığı 18'dir ve en basit formülüne karşılık gelir. Bununla birlikte, diğer çözücülerdeki çözeltileri incelenerek belirlenen sıvı suyun moleküler ağırlığının daha yüksek olduğu ortaya çıkıyor. Bu, sıvı suda bir molekül ilişkisi olduğunu, yani bunların daha karmaşık agregalar halinde birleştiğini gösterir. Bu sonuç, suyun erime ve kaynama noktalarının anormal derecede yüksek değerleri ile de doğrulanır. Su moleküllerinin birleşmesi, aralarındaki hidrojen bağlarının oluşumundan kaynaklanır.

Katı suda (buz), her molekülün oksijen atomu, hidrojen bağlarının noktalı çizgilerle gösterildiği şemaya göre komşu su molekülleriyle iki hidrojen bağının oluşumunda rol oynar. Buzun hacimsel yapısının diyagramı şekilde gösterilmiştir. Hidrojen bağlarının oluşumu, zıt kutuplarıyla birbirleriyle temas halinde oldukları böyle bir su molekülü düzenlemesine yol açar. Moleküller, her biri aynı katmana ait üç molekül ve bitişik katmandan bir molekül ile ilişkili olan katmanlar oluşturur. Buzun yapısı en az yoğun yapılara aittir, içinde boşluklar vardır, en az yoğun yapıların boyutları vardır, boyutları molekülün boyutlarını biraz aşan boşluklar vardır.

Buz eridiğinde yapısı bozulur. Ancak sıvı suda bile, moleküller arasındaki hidrojen bağları korunur: daha fazla veya daha az sayıda su molekülünden oluşan - buz yapısının parçaları gibi - ortaklar oluşur. Bununla birlikte, buzun aksine, her bir ortak çok kısa bir süre için var olur: bazılarının yok edilmesi ve diğer kümelerin oluşumu sürekli olarak gerçekleşir. Bu tür "buz" kümelerinin boşluklarına tekli su molekülleri yerleştirilebilir; bu durumda, su moleküllerinin paketlenmesi daha yoğun hale gelir. Bu nedenle buz eridiğinde suyun kapladığı hacim azalır ve yoğunluğu artar.

Su ısındıkça, içindeki buz yapısının parçaları daha az olur ve bu da suyun yoğunluğunun daha da artmasına neden olur. 0 ila 4°C arasındaki sıcaklık aralığında, bu etki termal genleşmeye üstün gelir, böylece suyun yoğunluğu artmaya devam eder. Bununla birlikte, 4°C'nin üzerinde ısıtıldığında, moleküllerin artan termal hareketinin etkisi hakimdir ve suyun yoğunluğu azalır. Bu nedenle, 4°C'de su maksimum yoğunluğa sahiptir.

Su ısıtıldığında, ısının bir kısmı hidrojen bağlarını kırmak için harcanır (sudaki bir hidrojen bağını kırma enerjisi yaklaşık 25 kJ/mol'dür). Bu, suyun yüksek ısı kapasitesini açıklar.

Su molekülleri arasındaki hidrojen bağları ancak su buhara geçtiğinde tamamen kopar.

Suyun toplu halleri

Suyun fiziksel özellikleri, su molekülleri arasındaki etkileşime ilişkin yukarıdaki verilerle açıklanan anormaldir. Su, doğada sıvı, katı ve gaz olmak üzere üç kümelenme durumunda da var olan dünyadaki tek maddedir.

Katı ve sıvı haldeki suyun yoğunluğu

Eriyen buz atmosferik basınç hacimde% 9'luk bir azalma ile birlikte. Sıfıra yakın bir sıcaklıkta sıvı suyun yoğunluğu buzdan daha büyüktür. 0°C'de 1 gram buz 1.0905 santimetre küp hacim kaplar ve 1 gram sıvı su 1.0001 santimetre küp hacim kaplar. Ve buz yüzer, bu yüzden su kütleleri genellikle donmaz, sadece bir buz örtüsü ile kaplanır.

Buzun ve sıvı suyun hacimsel genleşme sıcaklık katsayısı sırasıyla - 2100 C ve + 3.980 C'nin altındaki sıcaklıklarda negatiftir.

Suyun ısı kapasitesi

Erime sırasındaki ısı kapasitesi neredeyse iki katına çıkar ve 00 C ila 1000 C aralığında neredeyse sıcaklıktan bağımsızdır.

Periyodik tablonun ana alt grubu YI grubunun elementlerinin diğer hidrojen bileşikleri ile karşılaştırıldığında suyun erime ve kaynama noktaları

Su düzensizdir yüksek sıcaklıklar diğerlerine kıyasla erime ve kaynama hidrojen bileşikleri periyodik tablonun VI. grubunun ana alt grubunun elemanları.

Su Durum Şeması

Durum diyagramı (veya faz diyagramı) grafik görüntü sistemin durumunu karakterize eden miktarlar ile sistemdeki faz dönüşümleri arasındaki bağımlılıklar (katı halden sıvı hale, sıvıdan gaz haline geçiş, vb.). Durum diyagramları kimyada yaygın olarak kullanılmaktadır. Tek bileşenli sistemler için, genellikle bağımlılığı gösteren durum diyagramları kullanılır. faz dönüşümleri sıcaklık ve basınç üzerine; bunlara P-T durum diyagramları denir.

Şekil, şematik bir biçimde (ölçeğe sıkı sıkıya bağlı kalmadan) su durumunun bir diyagramını göstermektedir. Diyagramdaki herhangi bir nokta, belirli sıcaklık ve basınç değerlerine karşılık gelir.

Diyagram, belirli sıcaklık ve basınçlarda termodinamik olarak kararlı olan su durumlarını göstermektedir. Buz, sıvı ve buhara karşılık gelen tüm olası sıcaklıkları ve basınçları üç bölgeye sınırlayan üç eğriden oluşur.

Eğrilerin her birini daha ayrıntılı olarak ele alalım. Buhar bölgesini sıvı halden ayıran OA eğrisi (Şekil 3) ile başlayalım. İçinden havanın çıkarıldığı bir silindir hayal edin, bundan sonra içine gazlar da dahil olmak üzere çözünmüş maddelerden arınmış belirli bir miktarda saf su verilir; silindir, belirli bir konumda sabitlenmiş bir piston ile donatılmıştır. Bir süre sonra suyun bir kısmı buharlaşacak ve doymuş buhar yüzeyinin üzerinde olacaktır. Basıncını ölçebilir ve zamanla değişmediğinden ve pistonun konumuna bağlı olmadığından emin olabilirsiniz. Tüm sistemin sıcaklığını yükseltirseniz ve basıncı tekrar ölçerseniz doymuş buhar, arttığı ortaya çıktı. Bu tür ölçümleri farklı sıcaklıklarda tekrarlayarak, doymuş su buharının basıncının sıcaklığa bağımlılığını buluruz. OA eğrisi bu bağımlılığın bir grafiğidir: eğri noktaları, sıvı su ve su buharının birbiriyle dengede olduğu - bir arada var olan sıcaklık ve basınç değerleri çiftlerini gösterir. OA eğrisi, sıvı-buhar denge eğrisi veya kaynama eğrisi olarak adlandırılır. Tablo, çeşitli sıcaklıklarda doymuş su buharı basıncının değerlerini göstermektedir.

şek.3(üst)

Silindirde denge basıncından farklı, örneğin denge basıncından daha düşük bir basınç gerçekleştirmeye çalışalım. Bunu yapmak için pistonu serbest bırakın ve kaldırın. İlk anda, silindirdeki basınç gerçekten düşecek, ancak kısa süre sonra denge yeniden sağlanacak: ek bir miktar su buharlaşacak ve basınç tekrar denge değerine ulaşacaktır. Sadece tüm su buharlaştığında, dengeden daha düşük bir basınç gerçekleştirilebilir. Bundan, aşağıdaki faz diyagramında veya OA eğrisinin sağında bulunan noktaların buhar bölgesine karşılık geldiği sonucu çıkar. Dengeyi aşan bir basınç oluşturmaya çalışırsanız, bu ancak pistonu su yüzeyine indirerek başarılabilir. Başka bir deyişle, OA eğrisinin üstünde veya solunda yer alan diyagramın noktaları, sıvı haldeki bölgeye karşılık gelir.

Sıvı ve buhar halinin bölgeleri sola doğru ne kadar uzanır? Her iki alanda da bir nokta çizelim ve onlardan yatay olarak sola doğru hareket edeceğiz. Diyagramdaki noktaların bu hareketi, bir sıvının veya buharın soğumasına karşılık gelir. sabit basınç. Suyu normal atmosfer basıncında soğutursanız, 0 ° C'ye ulaştığında suyun donmaya başlayacağı bilinmektedir. Diğer basınçlarda benzer deneyler yaparak, sıvı su bölgesini buz bölgesinden ayıran OS eğrisine ulaşıyoruz. Bu eğri, katı-sıvı denge eğrisi veya erime eğrisi, buz ve sıvı suyun dengede olduğu sıcaklık ve basınç değerleri çiftlerini gösterir.

Buhar alanında (şemanın alt kısmında) sola yatay olarak hareket ederek, benzer şekilde 0V eğrisine ulaşacağız. Bu, katı hal-buhar denge eğrisi veya süblimleşme eğrisidir. Buz ve su buharının dengede olduğu sıcaklık ve basınç değerleri çiftlerine karşılık gelir.

Her üç eğri de O noktasında kesişir. Bu noktanın koordinatları, sıcaklık ve basınç değerlerinin tek çiftidir. üç fazın hepsinin dengede olabileceği: buz, sıvı su ve buhar. Üçlü nokta denir.

Erime eğrisi çok yüksek basınçlara kadar incelenmiştir.Bu bölgede birkaç buz modifikasyonu bulunmuştur (şemada gösterilmemiştir).

Sağda, kaynama eğrisi biter kritik nokta. Bu noktaya karşılık gelen sıcaklıkta, kritik sıcaklıkta, sıvı ve buharın fiziksel özelliklerini karakterize eden miktarlar aynı olur, böylece sıvı ve buhar halleri arasındaki fark ortadan kalkar.

Kritik bir sıcaklığın varlığı, sıvıların özelliklerini inceleyen D. I. Mendeleev tarafından 1860 yılında kuruldu. Kritik sıcaklığın üzerindeki sıcaklıklarda bir maddenin ortamda bulunamayacağını gösterdi. sıvı hal. 1869'da, gazların özelliklerini inceleyen Andrews benzer bir sonuca vardı.

Farklı maddeler için kritik sıcaklık ve basınç farklıdır. Yani hidrojen için = -239.9 °N, = 1.30 MPa, klor için = 144 °C, = 7.71 MPa, su için = 374.2 °C, = 22.12 MPa.

Suyu diğer maddelerden ayıran özelliklerinden biri de artan basınçla buzun erime noktasının düşmesidir. Bu durum şemaya yansıtılmıştır. Suyun durum diyagramında OC erime eğrisi sola, hemen hemen tüm diğer maddeler için sağa doğru gider.

Atmosfer basıncında su ile meydana gelen dönüşümler, 101,3 kPa'ya (760 mm Hg) karşılık gelen yatayda yer alan noktalar veya segmentler ile diyagramda yansıtılmaktadır. Böylece, buzun erimesi veya suyun kristalleşmesi D noktasına, suyun kaynaması E noktasına, suyun ısıtılması veya soğutulması DE segmentine, vb.

Durum diyagramları, bilimsel veya pratik öneme sahip bir dizi madde için incelenmiştir. Prensip olarak, su durumunun dikkate alınan diyagramına benzerler. Ancak, çeşitli maddelerin durum diyagramlarının özellikleri olabilir. Böylece maddeler bilinir üçlü nokta atmosfer basıncından daha büyük bir basınçta bulunur. Bu durumda, kristallerin atmosferik basınçta ısıtılması, bu maddenin erimesine değil, süblimleşmesine yol açar - katı fazın doğrudan gaz haline dönüştürülmesi.

Ağır su

H2O molekülleri ile birlikte hidrojenin ağır izotopu tarafından oluşturulan önemsiz miktarda DO molekülleri içeren sıradan suyun elektrolizi sırasında, H2O molekülleri ağırlıklı olarak ayrışır.Bu nedenle, suyun uzun süreli elektrolizi sırasında, kalıntı yavaş yavaş ayrılır. 1933'te elektrolizin tekrarlanmasından sonra böyle bir kalıntıdan, ilk kez, neredeyse %100 DO moleküllerinden oluşan ve ağır su olarak adlandırılan az miktarda suyu izole etmek mümkün oldu.

Özelliklerine göre, ağır su, sıradan sudan (tablo) belirgin şekilde farklıdır. Ağır su ile reaksiyonlar, normal suya göre daha yavaş ilerler. Ağır su, nükleer reaktörlerde nötron moderatörü olarak kullanılır.

izotopik kompozisyon

Dokuz kararlı izotopik su çeşidi vardır. Onları içeride tutmak temiz su ortalama olarak aşağıdakiler:

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

1H217O - %0.04, 1H2H16O - %0.03. Kalan beş izotop türü suda ihmal edilebilir miktarlarda bulunur.