Air adalah zat yang tidak biasa yang perlu dipelajari secara mendetail. Akademisi Soviet I. V. Petryanov menulis sebuah buku tentang zat yang menakjubkan ini, Zat yang Paling Tidak Biasa di Dunia. Anomali apa dalam sifat fisik air yang menarik? Bersama-sama kita akan mencari jawaban atas pertanyaan ini.
Fakta menarik
Kita jarang memikirkan arti kata "air". Di planet kita, lebih dari 70% dari total area ditempati oleh sungai dan danau, laut dan samudera, gunung es, gletser, rawa, salju di puncak gunung, serta lapisan es. Meskipun airnya sangat banyak, hanya 1% yang bisa diminum.
Signifikansi biologis
Tubuh manusia terdiri dari 70-80% air. Zat ini memastikan aliran semua proses vital, khususnya, berkat itu, racun dikeluarkan darinya, sel dipulihkan. Fungsi utama air dalam sel hidupadalah struktural dan energi, dengan penurunan kandungan kuantitatifnya dalam tubuh manusia, ia "menyusut".
Tidak ada sistem seperti itu dalam organisme hidup yang dapat berfungsi tanpa H2O. Terlepas dari anomali air, ini adalah standar untuk menentukan jumlah panas, massa, suhu, ketinggian.
Konsep dasar
H2O - hidrogen oksida, yang mengandung 11,19% hidrogen, 88,81% oksigen berdasarkan massa. Ini adalah cairan tidak berwarna yang tidak memiliki bau atau rasa. Air adalah komponen penting dari proses industri.
Untuk pertama kalinya zat ini disintesis pada akhir abad ke-18 oleh G. Cavendish. Ilmuwan meledakkan campuran oksigen dan hidrogen dengan busur listrik. G. Galileo pertama kali menganalisis perbedaan massa jenis es dan air pada tahun 1612.
Pada tahun 1830, sebuah mesin uap diciptakan oleh ilmuwan Prancis P. Dulong dan D. Arago. Penemuan ini memungkinkan untuk mempelajari hubungan antara tekanan uap jenuh dan suhu. Pada tahun 1910, ilmuwan Amerika P. Bridgman dan ilmuwan Jerman G. Tamman menemukan beberapa modifikasi polimorfik dalam es pada tekanan tinggi.
Pada tahun 1932, ilmuwan Amerika G. Urey dan E. Washburn menemukan air berat. Anomali sifat fisik zat ini ditemukan karena perbaikan peralatan dan metode penelitian.
Beberapa kontradiksi dalam sifat fisik
Air murni adalah cairan yang jernih dan tidak berwarna. Kepadatannya ketika diubah menjadi cairan darimateri padat meningkat, ini memanifestasikan anomali dalam sifat-sifat air. Memanaskannya dari 0 hingga 40 derajat menyebabkan peningkatan kepadatan. Kapasitas panas yang tinggi harus dicatat sebagai anomali air. Suhu kristalisasi 0 derajat Celcius dan titik didih 100 derajat.
Molekul senyawa anorganik ini memiliki struktur bersudut. Inti atomnya membentuk segitiga sama kaki dengan dua proton di dasarnya dan atom oksigen di puncaknya.
Anomali densitas
Para ilmuwan telah mampu mengidentifikasi sekitar empat puluh ciri khas H2O. Anomali air layak dipertimbangkan dan dipelajari dengan cermat. Para ilmuwan mencoba menjelaskan penyebab setiap faktor, untuk memberikan penjelasan ilmiah.
Anomali massa jenis air terletak pada kenyataan bahwa zat ini memiliki nilai massa jenis maksimum mulai dari +3, 98°C. Dengan pendinginan berikutnya, mentransfer dari cair ke padat, penurunan kepadatan diamati.
Untuk senyawa lain, kerapatan dalam cairan berkurang dengan penurunan suhu, karena peningkatan suhu berkontribusi pada peningkatan energi kinetik molekul (kecepatan gerakannya meningkat), yang mengarah pada peningkatan kerapuhan zat.
Mempertimbangkan anomali air seperti itu, perlu dicatat bahwa kecepatannya juga cenderung meningkat dengan meningkatnya suhu, tetapi densitasnya berkurang hanya pada suhu tinggi.
Setelah mengurangi kepadatan es, itu akan berada di permukaan air. Fenomena ini dapat dijelaskan dengan fakta bahwa molekul dalam kristal memiliki struktur yang teratur, yang memiliki periodisitas spasial.
Jika senyawa biasa memiliki molekul yang tersusun rapat dalam kristal, maka setelah zat tersebut meleleh, keteraturannya menghilang. Fenomena serupa diamati hanya ketika molekul berada pada jarak yang cukup jauh. Penurunan densitas selama peleburan logam adalah nilai yang dapat diabaikan, diperkirakan 2-4%. Kepadatan air melebihi es sebesar 10 persen. Jadi, ini adalah manifestasi dari anomali air. Kimia menjelaskan fenomena ini dengan struktur dipol, serta ikatan polar kovalen.
Anomali kompresibilitas
Mari kita lanjutkan pembahasan tentang ciri-ciri air. Hal ini ditandai dengan perilaku suhu yang tidak biasa. Kompresibilitasnya, yaitu penurunan volume, dengan meningkatnya tekanan, dapat dianggap sebagai contoh anomali dalam sifat fisik air. Fitur spesifik apa yang harus diperhatikan di sini? Cairan lain jauh lebih mudah dikompresi di bawah tekanan, dan air memiliki karakteristik seperti itu hanya pada suhu tinggi.
Perilaku suhu kapasitas panas
Anomali ini adalah salah satu yang terkuat untuk air. Kapasitas panas memberitahu Anda berapa banyak panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sebesar 1 derajat. Untuk banyak zat, setelah meleleh, kapasitas panas cairan meningkat tidak lebih dari 10 persen. Dan untuk air setelah pencairan es, kuantitas fisik ini berlipat ganda. Tak satu pun dari zattidak ada peningkatan kapasitas panas yang tercatat.
Dalam es, energi yang disuplai untuk pemanasan sebagian besar dihabiskan untuk meningkatkan kecepatan pergerakan molekul (energi kinetik). Peningkatan yang signifikan dalam kapasitas panas setelah peleburan menunjukkan bahwa proses intensif energi lainnya terjadi di air, yang membutuhkan masukan panas. Mereka adalah alasan untuk peningkatan kapasitas panas. Fenomena ini khas untuk seluruh rentang suhu di mana air memiliki keadaan agregasi cair.
Begitu berubah menjadi uap, anomali menghilang. Saat ini, banyak ilmuwan terlibat dalam analisis sifat-sifat air yang sangat dingin. Itu terletak pada kemampuannya untuk tetap cair di bawah titik kristalisasi 0°C.
Sangat mungkin untuk mendinginkan air dalam kapiler tipis, serta dalam media non-polar sebagai tetesan kecil. Sebuah pertanyaan alami muncul tentang apa yang diamati dengan anomali densitas dalam situasi seperti itu. Saat air menjadi sangat dingin, kerapatan air berkurang secara signifikan, ia cenderung ke kerapatan es saat suhu menurun.
Alasan penampilan
Ketika ditanya: "Sebutkan anomali air dan jelaskan penyebabnya", perlu dikaitkan dengan restrukturisasi struktur. Susunan partikel dalam struktur zat apa pun ditentukan oleh fitur-fitur pengaturan timbal balik partikel (atom, ion, molekul) di dalamnya. Gaya hidrogen bekerja antara molekul air, yang menghilangkan cairan ini dari ketergantungan antara titik didih dan titik leleh,karakteristik zat lain yang berada dalam keadaan agregasi cair.
Mereka muncul di antara molekul senyawa anorganik tertentu karena kekhasan distribusi kerapatan elektron. Atom hidrogen memiliki muatan positif tertentu, sedangkan atom oksigen memiliki muatan negatif. Akibatnya, molekul air memiliki bentuk tetrahedron biasa. Struktur serupa dicirikan oleh sudut ikatan 109,5°. Susunan yang paling menguntungkan adalah penempatan oksigen dan hidrogen pada jalur yang sama, memiliki muatan yang berbeda, oleh karena itu ikatan hidrogen bersifat elektrostatik.
Jadi, sifat (anomali) air yang tidak biasa adalah konsekuensi dari struktur elektronik khusus molekulnya.
Memori air
Ada pendapat bahwa air memiliki memori, dapat mengakumulasi dan mentransfer energi, memberi makan tubuh dengan informasi virtual. Untuk waktu yang lama, ilmuwan Jepang Masaru Emoto menangani masalah ini. Dr Emoto mempublikasikan hasil penelitiannya dalam buku Messages from Water. Para ilmuwan melakukan eksperimen di mana ia pertama kali membekukan setetes air pada 5 derajat, dan kemudian menganalisis struktur kristal di bawah mikroskop. Untuk merekam hasilnya, ia menggunakan mikroskop yang dilengkapi dengan kamera.
Sebagai bagian dari eksperimen, Masau Emoto memengaruhi air dengan berbagai cara, lalu membekukannya kembali, dan mengambil foto. Dia berhasil mendapatkan hubungan antara bentuk kristal es dan musik,yang didengar air. Anehnya, ilmuwan merekam kepingan salju paling harmonis menggunakan musik klasik dan folk.
Penggunaan musik modern, menurut Masau, "pencemaran" air, sehingga mereka menjadi kristal tetap dengan bentuk tidak beraturan. Fakta menarik adalah identifikasi oleh ilmuwan Jepang tentang hubungan antara bentuk kristal dan energi manusia.
Air adalah zat paling menakjubkan yang ditemukan dalam jumlah besar di planet kita. Sulit membayangkan bidang aktivitas apa pun dari orang modern di mana dia tidak akan mengambil bagian aktif. Keserbagunaan zat ini ditentukan oleh anomali yang disebabkan oleh struktur tetrahedral air.
