Vanduo yra visiškai unikali, daug anomalių savybių turinti medžiaga, be kurios Žemėje nebūtų gyvybės. Vanduo - tai vandenilio oksidas, viena iš labiausiai paplitusių medžiagų. Vandeniu padengta Žemės paviršiaus dalis yra 2,5 karto didesnė už sausumą. Mūsų organizmo didžiąją dalį apie 62%, o vaikų - net 70-80% sudaro vanduo. Visi medžiagų apykaitos procesai vyksta būtent vandenyje.
Medžiagų tankis priklauso nuo temperatūros. Tankis (žymima ρ) - fizikinis dydis, rodantis medžiagos masę tūrio vienete. Vandens tankis yra apie 1000 kg/m3, t.y. vandens 1 kubinis metras (1 m3) turi masę apie 1000 kilogramų. Tai yra vidutinis vandens tankis kambario temperatūroje.
Vandens molekulinė struktūra ir vandenilinės jungtys
Jos molekulė yra kaip perlenkta lazdelė, nes vandenilio atomai atžvilgiu deguonies išsidėsto 104,5°kampu. Todėl vandens molekulė yra kaip dipolis - deguonies pusėje įkrauta neigiamai, o vandenilio pusėje neigiamai. Krūviai nedideli, tačiau jų pakanka, kad tirpių medžiagų molekulės disocijuotų į jonus. Skystame vandenyje šalia pavienių H2O molekulių yra daug sukibusių tarpusavyje vandens molekulių, kurios vandenilinių jungčių dėka sudaro gana sudėtingus agregatus (Н2О)n, tyrinėtojų pavadintus klasteriais. Būtent vandenilinės jungtys tarp vandens molekulių paaiškina gerai žinomas jos anomalias fizikines savybes.
Tankio anomalija ir didžiausio tankio temperatūra
Kokios temperatūros vanduo yra didžiausio tankio? Didžiausią vandens tankis yra esant 3,98 laipsnio Celsijaus (39,16 laipsnio Farenheito) temperatūrai. Esant tokiai temperatūrai, vandens tankis yra 1 gramas kubiniame centimetre (g/cm³) arba 1000 kilogramų kubiniame metre (kg/m³). Tai reiškia, kad esant tokiai temperatūrai vanduo yra sunkiausias, todėl jis nugrimzta į dugną, pasiekus vandeniui neigiamą temperatūrą, formuojasi ledas. Vandens tankis 20o C lygus 0,9982 g/ml. Didžiausias vandens tankis yra ties 0° С (1 d/cm3). Įdomu, akad ledo tankis yra mažesnis nei skysto vandens - todėl ledas plaukia.
Labai svarbi anomali vandens savybė - sušaldamas į ledą, vanduo plečiasi, tai yra 1 kg ledo užima didesnį tūrį, nei 1 kg skysto vandens. Būtent todėl ledas plauko vandens telkinių paviršiuje, o ne nuskęsta. Jei būtų priešingai, ledas nuskęstų ir visi vandens telkiniai žiemą iššaltų iki dugno.
Taip pat skaitykite: Kaip gauti kompensaciją už šildymą?
Temperatūros įtaka vandens tankiui skirtinguose diapazonuose
Švarus vanduo yra skaidrus, be kvapo ir skonio. Vanduo užšąla prie 0° С. Ir užverda prie 100° С esant normaliam (101 325 Pa) slėgiui. Šalia temperatūros ne mažiau svarbus yra slėgis. Vandens virimo temperatūra gali būti daugiau arba mažiau nei 100 laipsnių Celsijaus.
Kuo mažesnis yra slėgis į vandens paviršių, tuo žemesnė yra vandens virimo temperatūra. Kadangi kylant aukštyn atmosferos slėgis mažėja, tai kartu mažėja ir vandens virimo temperatūra. Tarkim, kad slėgis yra 0,01 (atm), tai vandens virimo temperatūra bus 6,7 C. pavyzdžiui vandens virimo temperatūra Evereste yra 69 °C.
Tankio ir temperatūros duomenys (apibendrinta)
| Temperatūra | Apytikris tankis | Pastaba |
|---|---|---|
| 0 °C | ~0,9998-1,0000 g/ml | Vanduo užšąla prie 0° С |
| 3,98 °C | 1,0000 g/ml | Didžiausią vandens tankis yra esant 3,98 laipsnio Celsijaus |
| 20 °C | 0,9982 g/ml | Vandens tankis 20o C lygus 0,9982 g/ml |
| ~100 °C (1 atm) | ~0,958 g/ml | Užverda prie 100° С esant normaliam slėgiui |
Slėgio ir priemaišų įtaka: ryšys su tankiu per fazines ribas
Atmosferos slėgis - toks slėgis, kuriuo kiekviename atmosferos taške oras suspaudžiamas aukščiau esančių atmosferos sluoksnių ir pats slegia aplinką. Taigi, pavyzdžiui, jei pradėsime kopti į kalnus, sumažės slėgis, vadinasi, sumažės ir virimo temperatūra. Vandens virimo temperatūros priklausomybė nuo slėgio. Kokios dar sąlygos turi įtakos vandens virimo procesui? Gryno vandens gamtoje nėra - jis visad turi priemaišų. Jeigu vandenyje yra ištirpęs nedidelis kiekis kalcio ir magnio druskų, toks vanduo vadinamas kietu, skirtingai nuo minkšto, lietaus vandens. Kietame vandenyje muilas beveik neputoja, o virdamas jis palieka nuosėdas ant indo sienelių.
Labai gryną vandenį gauname distiliavimu. Distiliuotas vanduo, susidedantis iš 11,19 vandenilio ir 88,81% deguonies - pats geriausias tirpiklis gamtoje. Švarus vanduo yra prastas šilumos ir elektros srovės laidininkas.
Šiluminės savybės ir klimatinė reikšmė
Pavyzdžiui, didžiausią tankį vanduo įgauna ne prie 0, o prie 4°С, užverda tik aukštoje 100°C temperatūroje (palyginus su analogiškais junginiais Н20, H2S, Н2Sе) , turi neįtikėtinai didelę specifinę šilumą [4,18 kJ/(g • К)]. Ypač didelę reikšmę turi tai, kad vanduo turi anomaliai didelę specifinę šilumą - net 4,18 [J/(gK)], taigi vandens telkiniai naktį, o dideli telkiniai - ir žiemos metu atvėsta labai pamažu ir išsaugo gyvybei reikalingą šilumą. Tokiu būdu vanduo suminkština Žemės klimatą.
Taip pat skaitykite: Šalto vandens kompensacijos: ar jums priklauso?
Vandens kokybė ir praktiniai aspektai buitėje
Vandens buvimas arba jo trūkumas labai stipriai įtakoja kasdienę žmogaus buitį ir savijautą. Tiekiamas šaltas ir karštas vanduo turi atitikti geriamojo vandens kokybės reikalavimus: Lietuvos higienos norma HN 24:2003 „Geriamojo vandens saugos ir kokybės reikalavimai“. Geriamasis vandentiekio vanduo yra nuolat prižiūrimas ir kontroliuojamas geriamojo vandens laboratorijos. Karšto vandens čiaupe temperatūra turi būti ne žemesnė kaip 50 °C (po 1 min. Legionella - bakterija, kuri sulelia legioneliozę. Legioneliozė - tai ūminė užkrečiamoji liga, kuria užsikrečiama oro lašeliniu būdu arba tiesiogiai sukėlėjui patekus į kvėpavimo takus. Terminis būdas - kuomet visoje karšto vandens sistemoje pakeliama temperatūra iki 66° C ir laikoma 25-30 minučių, po to atsukus visus čiaupus ne trumpiau kaip 5 min.
Papildomos pastabos apie netipinius teiginius
Vanduo - tai atvira, dinamiška, struktūriškai sudėtinga sistema, kurioje pusiausvyros būseną lengvai pažeidžia bet koks išorinis poveikis. Išorinis poveikis sukelia vandenyje struktūros pokyčius, kurie ilgam išsaugo informaciją apie poveikį. 20 a. pabaigoje japonų mokslininkas Emoto Masaru pateikė stulbinamus rezultatus - vanduo gali sugerti, laikyti ir perduoti informaciją apie tai, kas aplinkui vyksta. Vadinasi, vanduo - gyva substancija, turinti atmintį ir galinti gydyti… Vandens molekulės susijungia į klasterius - atminties kekeles, į jas vanduo „užrašo” informaciją. Vienoje molekulėje yra iki 440 tūkstančių informacijos plokštelių. Jei vanduo sugeria pozityvią informaciją, jis įgauna gydomųjų savybių, o jei sugeria negatyvias emocijas - „nuodija”. Mokslininkai mano, kad teigiamai vandens struktūrą veikia meilės, dėkingumo žodžiai, o neigiamai - neapykanta ir abejingumas. Su E. Masaru teiginiais sutinka profesorius iš JAV R. Rojus. M. Emoto tyrimai įtikinamai parodė kaip net mažas vandens lašelis ilgam išlaiko informaciją apie patirtą subtilųjį poveikį - tai gali būti švari gamtinė ar žmogaus sąmoningai skleidžiama energija.
Pavyzdžių rinkinys apie tankį (iliustracinė užduočių atranka)
Aliuminio plokštelė sveria 40,5 g, jos tūris 15 cm3. Mokinys rado aliuminio svarelį ir pamatavo jo tūrį. cm3, tankis - 2,7 g/cm3. Inde yra 5 dm3 gyvsidabrio. Jo tankis 13,55 g/cm3. Raskite 7 g magnio tūrį. Magnio tankis 1,74 g/cm3. Turime dvi dviejų metalų plokšteles, kurių tūris po 2 cm3. Vieno metalo tankis - 7,87 g/cm3, kito - 19,3 g/cm3? Kiek svers šie metalai? Kokie tai metalai?
Santraukos akcentai apie tankio priklausomybę nuo temperatūros
- Medžiagų tankis priklauso nuo temperatūros.
- Didžiausią vandens tankis yra esant 3,98 laipsnio Celsijaus.
- Vandens tankis 20o C lygus 0,9982 g/ml.
- Įdomu, akad ledo tankis yra mažesnis nei skysto vandens - todėl ledas plaukia.
- Vanduo užšąla prie 0° С. Ir užverda prie 100° С esant normaliam (101 325 Pa) slėgiui.
- Kuo mažesnis yra slėgis į vandens paviršių, tuo žemesnė yra vandens virimo temperatūra.
Ši savybių visuma aiškina, kodėl vanduo telkiniuose stratikuojasi taip, kad šaltesnis, bet tankesnis vanduo apie 4 °C grimzta žemyn, o ledas dėl mažesnio tankio plūduriuoja paviršiuje, saugodamas gilesnius sluoksnius nuo iššalimo.
Taip pat skaitykite: Šildymo kompensacijos tvarka
tags: #vandens #turio #priklausomybe #nuo #temperaturos