• Naujienos
  • Apie infa.lt
  • Rinkmenos
  • Galerija

infa.lt

Ko mes iki šiol nežinome apie vandenį

Ko mes iki šiol nežinome apie vandenį

13 liepos
01:01 2015

nautil.us

paveikslėlisKas tokio, apie ką mes dar nežinome, yra vandenyje? Jis šlapias! Skaidrus! Jis atsiranda iš lietaus. Verda. Pavirsta sniegu ir ledu! Nejaugi mūsų vyriausybė eikvoja mokesčių mokėtojų pinigus vandens tyrimams?

Tai ištrauka iš mano paskutinių pokalbių su brangiąja mama, kuri išėjo iš gyvenimo maždaug prieš septynerius metus būdama 99 metų, ir iki paskutinės dienos laikėsi taupumo ir saiko. Jos žodžiai atspindi maždaug pusės pasaulio gyventojų nuomonę: vanduo, – tai nuobodu.

O štai kita gyventojų pusė, suklaidinta pseudomokslininkų ir naujosios epochos žinių, tiki magiškomis vandens galiomis, homeopatija, struktūrizuotu vandeniu, o taip pat ir vandens atmintimi.

Tiesa yra kažkur per vidurį. Taip, vanduo – dalykas įprastas. Iš tikro – trečia molekulė visatoje pagal paplitimą. Nežiūrint į mano motinos nuomonę, ji taipogi apgaulingai sudėtinga. Štai tik keletas mokslinių problemų, susijusių su vandeniu, atsakymai į šiuos klausimus iki šiol nerasti.

1. Kiek ledų rūšių egzistuoja iš viso?

Paskutiniais duomenimis, egzistuoja 17 įvairiausių kristalinių vandens formų kietame pavidale. Tačiau už laboratorijų ribų žemėje plačiai paplitusi tik viena forma – ledas Ih. Antra kristalinė ledo forma yra ledas Ic, nedideliais kiekiais randamas viršutiniuose atmosferos sluoksniuose. O dar 15 formų atsiranda tik esant ypač dideliam slėgiui. (Taip pat daug ledo yra tarpžvaigždinėje erdvėje, bet įprastai tai yra amorfijus, nekristalizuotas trapus ledas, atsirandantis ant dulkių dalelių).

Tokia didelė kristalinio ledo įvairovė yra tetraedralinio stiprių vandenilio junginių tinklo, besiformuojančio tarp šalia esančių vandens molekulių, rezultatas. Kondensavimosi fazėje kiekviena vandens molekulė optimizuoja savo sugebėjimą jungtis su vandeniliu, suformuodamas keturis vandenilinius junginius beveik tetraedraliniu kampu. Vandeniliniai junginiai ledo Ih viduje suformuoja žemo tankumo atvirą trijų plokštumų struktūrą.

Kai tokią tatraedralinę substanciją, kartu su kristaliniu ledu ima veikti slėgis, elementarieji angliavandeniai, silicis ir fosforas gali sugriauti tvirtą mažo tankumo formą, išskaidydamas juos į įvairiausias, tačiau didesnio tankumo, struktūras. Spėjama, jog šis procesas vyksta tol, kol nėra pasiekiama atitinkamo tankumo riba. Tokiu būdu ir susidaro tos 17 kristalinio ledo formų, apie kurias kalbėjome. Tačiau, gal yra ir kitų?

2. Yra dvi skysto vandens rūšys?

01111_2f635a9fe4a4d8d1ec9e3a111cc02f4b

Prieš keletą dešimtmečių japonų mokslininkai pareiškė, jog stebėjo perėjimą tarp dviejų amorfinio ledo, veikiamo aukštu slėgiu, fazių. Kadangi manoma, kad amorfinis ledas yra užšalusi atitinkamo statinio skysčio dauguma , šis pastebėjimas reiškė, jog egzistuoja du skysto vandens tipai: žemo tankumo įprastas vanduo ir kompaktiška aukšto tankumo forma, analogiška amorfiniam ledui, veikiamam aukšto slėgio.

Sekantis modeliavimas patvirtino šiuos teiginius. Mokslininkai tyrinėjo vandenį, kurio temperatūra buvo žemiau užšalimo taško, bet aukščiau, nei „homogeninio garavimo temperatūra“ (tai temperatūra, žemiau kurios skystas vanduo negali egzistuoti). Šioje, taip vadinamoje „gerokai atvėsintoje srityje“ mokslininkai pamatė fazinio perėjimo tarp dviejų skysto vandens formų įrodymą.

Tačiau kiti mokslininkai tvirtina, jog šie rezultatai yra iškraipyti, ir kad remiantis statinės mechanikos principais tokie perėjimai yra mažai tikėtini. Kadangi jie vyksta labai toli nuo pusiausvyros taško, juos sunku stebėti ir modeliuoti. Iš tikro, elgesys, tolimas pusiausvyros būsenai, šiandien yra priešakinėse kondensuotos materijos teorijos linijose.

3. Kaip garuoja vanduo?

Skystos būsenos vandens garavimo greitis yra vienas pagrindinių neapibrėžtumo faktorių šiuolaikiniame klimato modeliavime. Jis veikia vandens lašų pasiskirstymą debesyse pagal dydį ir pagal tai, kaip tie debesys atspindi, sugeria ir išskaido šviesą.

Tačiau vandens garavimo mechanizmas nėra iki galo aiškus. Garavimo greitis tradiciškai įsivaizduojamas kaip molekulių susidūrimo greitis, padaugintas iš pataisinio daugiklio, vadinamo garavimo koeficientu, kurio reikšmė gali būti nuo nulio iki vieno. Šio koeficiento eksperimentinis nustatymas, užsitęsęs keletą dešimtmečių, duoda trijų dydžių skirtumą. Teoriniams paskaičiavimams trukdo tai, jog išgaravimas – gana retas reiškinys, reikalaujantis ilgų ir stambių kompiuterinių imitacijų.

Deividas Čandleris (David Chandler) iš Kalifornijos universiteto Berklyje, kartu su kolegomis vandens išgaravimo koeficiento nustatymui naudojo teoriją, galinčią aprašyti tokius retus reiškinius. Ji vadinasi perėjimo trajektorijos imtis. Jų gauta reikšmė – maždaug vienetas. Tai visiškai atitinka ankstesnių eksperimentų rezultatą su skystinėmis raketomis, kurių rodiklis yra 0,6 įprastam ir sunkiam vandeniui.

Tačiau čia turime keletą kabliukų. Pirma, taip ir lieka neaišku, kodėl eksperimentai, atlikti tinkamesnėmis atmosferinėmis sąlygomis, davė gerokai žemesnį skaičių. Be to, perėjimo trajektorijos imties modeliavimas rodo, jog išgaravimas priklauso nuo didelės kapiliarinės bangos, judančios skysčio paviršiumi. Tokia banga susilpnina ir įtempia vandenilinius junginius, kurie išlieka garuojant vandens molekulėms. Į vandenį įdėjus druskos, stiprėja paviršiaus įsitempimas, o tai malšina kapiliarinės bangos amplitudę. Atitinkamai turėtų sumažėti ir garavimo intensyvumas. Bet eksperimentai rodo, jog įdėjus druskos efektas esti neryškus arba jo visiškai nėra.

4. Skysto vandens paviršius rūgštinis ar šarminis?

Yra šis tas stebinančio vandens garuose aplink Niagaros krioklį. Atskiri lašeliai juda taip, tartum turėtų neigiamą krūvį. Tą patį galima pasakyti apie daugelį krioklių. Šis reiškinys jau seniai aiškinamas kaip įrodymas, jog lašelių paviršiuje susikaupia neigiami vandens oksido jonai (OH-). Tai reiškia, jog vandens paviršius yra šarminis, o pH reikšmė neutraliame vandenyje yra didesnė nei 7. Iš tikro, šis aiškinimas seniai tapo dogma mokslo visuomenėje, užsiimančioje koloidiniais procesais.

Skysto vandens paviršiuje užsilaiko didelis pažeistų vandenilinių junginių kiekis, kurie sudaro šiek tiek kitokią cheminę aplinką, nei ta, kuri randama vandeninėje terpėje. Bet paskutiniai eksperimentai ir skaičiavimai rodo, jog hidronai (H+) iš tikrųjų vandens paviršiuje būna skystu pavidalu, todėl vandens paviršius tampa rūgštinis (pH mažiau nei 7) ir teigiamo krūvio, tik ne šarminis ir ne negatyvaus krūvio.

Daugelis svarbių procesų chemijoje ir biologijoje, tokie, kaip atmosferinio aerozolio ir dujų apykaita, fermentatyvinė katalizė ir transmembraninis protonų perėjimas vyksta kartu su protonų apykaita vandens paviršiuje ir aiškiai priklauso nuo pH reikšmės tame paviršiuje. Bet šiuo metu ši reikšmė yra nežinoma.

5. Nanoorganinis vanduo kažkuo skiriasi?

Vanduo ne visada teliuskuoja milžiniškuose vandenynuose. Ir gamtoje, ir dirbtiniuose telkiniuose jis dažnai apsiriboja neapsakomai mažomis erdvėmis. Tai – atvirkštinės micelės, vandeniliniai nanovamzdeliai, protonų apykaitos membranos, kserogeliai (labai porėti ir stiklakūniai).

Ir eksperimentai, ir paskaičiavimai parodo, jog vanduo, apribotas tvirtomis sienelėmis ir užimantis labai mažai vietos – maždaug tiek, kiek keli šimtai molekulių, pradeda reikšti kvantinės mechanikos efektą, įskaitant delokalizaciją ir kvantinę koherenciją. Šios ypatybės ypač skiriasi nuo dideliais kiekiais esančio vandens ypatybių, ir jos gali paveikti viską, pradedant biologinėmis ląstelėmis ir baigiant geologinėmis struktūromis. Tai gali turėti ir didelę praktinę reikšmę, pavyzdžiui, projektuojant efektyvesnius gėlinimo įrenginius.

Šiuo metu gaunami rezultatai yra šiek tiek dviprasmiai, todėl šioje srityje dar laukia didelis darbas, kad ištirtume vandenį, ribojamą siauros erdvės.

parengė: Darius Dimbelis

 

0 Atsiliepimų

Rašyti Atsiliepimą


Taip pat skaitykite:

Naujienų Prenumerata

-

Gauti naujienlaiškį el-paštu

Įrašykite savo pašto adresą:

Paslauga nuo Google FeedBurner

Reklama

Apklausa

Kaukę dėvite nes:


  • Nenoriu baudos (60%, 67 balsavo)
  • Saugausi viruso (29%, 32 balsavo)
  • Nežinau kodėl (11%, 12 balsavo)

Viso balsavo: 111
Pradėta - 2020 8 lapkričio @ 20:34
Pabaiga - 2020 29 lapkričio @ 20:34

Leidžiama ... Leidžiama ...
Lasvas žodis
Domenai ir hostingas
Pasidalinkite su savo draugais
Sveiki, verta dėmesio: *Ko mes iki šiol nežinome apie vandenį* - nuoroda: https://infa.lt/2404/ko-mes-iki-siol-nezinome-apie-vandeni/