Kas žino vandens formulę nuo mokyklos laikų? Žinoma, viskas. Tikėtina, kad iš viso chemijos kurso daugeliui, kurie vėliau jos nesimoko specializuotai, belieka žinoti, ką reiškia formulė H2O. Bet dabar mes stengsimės kuo išsamiau ir giliau suprasti, kas yra vanduo? Kokios yra pagrindinės jo savybės ir kodėl būtent be jo gyvybė Žemės planetoje neįmanoma.
Vanduo kaip medžiaga
Kaip žinome, vandens molekulė susideda iš vieno deguonies atomo ir dviejų vandenilio atomų. Jo formulė parašyta taip: H2O. Ši medžiaga gali turėti tris būsenas: kieta – ledo pavidalo, dujinė – garų pavidalo ir skysta – kaip medžiaga be spalvos, skonio ir kvapo. Beje, tai vienintelė medžiaga planetoje, kuri natūraliomis sąlygomis gali egzistuoti visose trijose būsenose vienu metu. Pavyzdžiui: Žemės poliuose – ledas, vandenynuose – vanduo, o garavimas po saulės spinduliais yra garai. Šia prasme vanduo yra nenormalus.
Be to, vanduo yra labiausiai paplitusi mūsų medžiagaplaneta. Jis užima beveik septyniasdešimt procentų Žemės planetos paviršių - tai vandenynai, daugybė upių su ežerais ir ledynai. Didžioji dalis planetos vandens yra sūrus. Jis netinkamas gerti ir ūkininkauti. Gėlas vanduo sudaro tik du su puse procento viso vandens kiekio planetoje.
Vanduo yra labai stiprus ir aukštos kokybės tirpiklis. Dėl šios priežasties cheminės reakcijos vandenyje vyksta milžinišku greičiu. Ta pati savybė veikia medžiagų apykaitą žmogaus organizme. Gerai žinomas faktas, kad suaugusio žmogaus kūnas yra septyniasdešimt procentų vandens. Vaikams šis procentas yra dar didesnis. Iki senatvės šis skaičius sumažėja nuo septyniasdešimties iki šešiasdešimties procentų. Beje, ši vandens savybė aiškiai parodo, kad jis yra žmogaus gyvenimo pagrindas. Kuo daugiau vandens organizme – tuo jis sveikesnis, aktyvesnis ir jaunesnis. Todėl visų šalių mokslininkai ir gydytojai nenuilstamai kartoja, kad gerti reikia daug. Tai grynas vanduo, o ne arbatos, kavos ar kitų gėrimų pakaitalas.
Vanduo formuoja planetos klimatą, ir tai nėra perdėta. Šiltos srovės vandenyne šildo ištisus žemynus. Taip yra dėl to, kad vanduo sugeria daug saulės šilumos, o pradėjęs vėsti ją atiduoda. Taigi jis reguliuoja temperatūrą planetoje. Daugelis mokslininkų teigia, kad Žemė jau seniai būtų atvėsusi ir pavirtusi akmeniu, jei žaliojoje planetoje nebūtų tiek daug vandens.
Vandens savybės
Vanduo turi daug labai įdomių savybių.
Pavyzdžiui, vanduo yra judriausia medžiaga po oro. Iš mokyklos kurso daugelis tikrai prisimena tokį dalyką kaip vandens ciklas gamtoje. Pavyzdžiui: upelis išgaruoja veikiamas tiesioginių saulės spindulių, virsta vandens garais. Toliau šį garą kažkur neša vėjas, kaupiasi debesyse ir net perkūnijos debesyse ir krenta kalnuose sniego, krušos ar lietaus pavidalu. Toliau nuo kalnų upelis vėl nuteka žemyn, iš dalies išgaruodamas. Ir taip – ratu – ciklas kartojasi milijonus kartų.
Be to, vanduo turi labai didelę šiluminę talpą. Būtent dėl to vandens telkiniai, ypač vandenynai, pereinant nuo šiltojo sezono ar paros meto į š altąjį, vėsta labai lėtai. Ir atvirkščiai, kai oro temperatūra pakyla, vanduo įšyla labai lėtai. Dėl šios priežasties, kaip minėta aukščiau, vanduo stabilizuoja oro temperatūrą visoje mūsų planetoje.
Po gyvsidabrio vandens paviršiaus įtempis yra didžiausias. Neįmanoma nepastebėti, kad netyčia ant lygaus paviršiaus išsiliejęs lašas kartais tampa įspūdinga dėmele. Tai rodo vandens lankstumą. Dar viena savybė pasireiškia, kai temperatūra nukrenta iki keturių laipsnių. Kai tik vanduo atvėsta iki šios žymos, jis tampa lengvesnis. Todėl ledas visada plūduriuoja vandens paviršiuje ir užšąla pluta, padengdama upes ir ežerus. Dėl šios priežasties žuvys neužšąla vandens telkiniuose, kurie užšąla žiemą.
Vanduo kaip elektros laidininkas
Pirma, turėtumėte sužinoti, kas yra elektros laidumas (įskaitant vandenį). Elektros laidumas yra gebėjimas aarba medžiagos praleidžia elektrą per save. Atitinkamai, vandens elektrinis laidumas yra vandens gebėjimas praleisti srovę. Šis gebėjimas tiesiogiai priklauso nuo druskų ir kitų priemaišų kiekio skystyje. Pavyzdžiui, distiliuoto vandens elektrinis laidumas yra beveik sumažintas dėl to, kad toks vanduo išvalomas nuo įvairių priedų, kurie taip būtini geram elektros laidumui. Puikus srovės laidininkas yra jūros vanduo, kuriame druskų koncentracija labai didelė. Elektros laidumas taip pat priklauso nuo vandens temperatūros. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnis vandens elektrinis laidumas. Šis modelis buvo atskleistas daugelio fizikų eksperimentų dėka.
Vandens elektrinio laidumo matavimas
Yra toks terminas – konduktometrija. Taip vadinamas vienas iš elektrocheminės analizės metodų, pagrįstų tirpalų elektriniu laidumu. Šis metodas naudojamas nustatant druskų ar rūgščių koncentraciją tirpaluose, taip pat kontroliuojant kai kurių pramoninių tirpalų sudėtį. Vanduo turi amfoterinių savybių. Tai yra, priklausomai nuo sąlygų, jis gali turėti ir rūgštines, ir bazines savybes – veikti ir kaip rūgštis, ir kaip bazė.
Šiai analizei naudojamas prietaisas turi labai panašų pavadinimą – konduktometras. Konduktometru matuojamas elektrolitų elektrinis laidumas tirpale, kurio analizė atliekama. Galbūt verta paaiškinti kitą terminą – elektrolitas. Tai medžiaga, kuri, ištirpusi arba ištirpusi,skyla į jonus, dėl kurių vėliau vedama elektros srovė. Jonas yra elektriškai įkrauta dalelė. Tiesą sakant, konduktometras, remdamasis tam tikrais vandens elektrinio laidumo vienetais, nustato jo elektrinį laidumą. Tai reiškia, kad jis nustato tam tikro vandens tūrio, imamo pradiniu vienetu, elektrinį laidumą.
Dar prieš praėjusio amžiaus aštuntojo dešimtmečio pradžią matavimo vienetas „mo“buvo naudojamas elektros laidumui nurodyti, tai buvo išvestinė iš kito dydžio – Ohm, kuris yra pagrindinis varžos vienetas.. Elektros laidumas yra dydis, kuris yra atvirkščiai proporcingas varžai. Dabar jis matuojamas Siemens. Ši vertė pavadinta fiziko iš Vokietijos Wernerio fon Siemenso garbei.
Siemens
Siemens (gali būti žymimas Cm ir S) yra omo, kuris yra elektros laidumo vienetas, atvirkštinė vertė. Vienas cm yra lygus bet kurio laidininko, kurio varža yra 1 omas, elektriniam laidumui. Siemens išreiškia pagal formulę:
Vandens šilumos laidumas
Dabar pakalbėkime apie tai, kas yra šilumos laidumas. Šilumos laidumas – tai medžiagos gebėjimas perduoti šiluminę energiją. Reiškinio esmė slypi tame, kad perkeliama atomų ir molekulių kinetinė energija, lemianti tam tikro kūno ar medžiagos temperatūrą.kitas kūnas ar medžiaga jų sąveikos metu. Kitaip tariant, šilumos laidumas yra šilumos mainai tarp kūnų, medžiagų, taip pat tarp kūno ir medžiagos.
Vandens šilumos laidumas taip pat labai didelis. Žmonės kasdien naudojasi šia vandens savybe to nepastebėdami. Pavyzdžiui, į indą įpilti š alto vandens ir joje vėsinti gėrimus ar maistą. Š altas vanduo paima šilumą iš butelio, talpyklos, užuot š altas, galima ir atvirkštinė reakcija.
Dabar tą patį reiškinį galima lengvai įsivaizduoti planetos mastu. Vasarą vandenynas įšyla, o po to, prasidėjus š altiems orams, pamažu atvėsta ir atiduoda šilumą orui, taip sušildydamas žemynus. Žiemą atvėsęs, vandenynas pradeda šilti labai lėtai, palyginti su sausuma ir atiduoda savo vėsumą žemynams, merdintiems nuo vasaros saulės.
Vandens tankis
Aukščiau buvo pasakyta, kad žuvys žiemą gyvena tvenkinyje dėl to, kad vanduo užšąla ir per visą jų paviršių susidaro pluta. Žinome, kad nulio laipsnių temperatūroje vanduo pradeda virsti ledu. Dėl to, kad vandens tankis yra didesnis nei ledo tankis, ledas paviršiuje plūduriuoja ir užšąla.
Kokios vandens redoksinės savybės
Be to, skirtingomis sąlygomis vanduo gali būti ir oksidatorius, ir reduktorius. Tai yra, vanduo, atsisakydamas savo elektronų, yra teigiamai įkrautas ir oksiduojamas. Arba jis įgyja elektronų ir yra neigiamai įkraunamas, vadinasi, atsistato. Pirmuoju atveju vanduo oksiduojasi ir vadinamas negyvu. Ji turituri labai stiprių baktericidinių savybių, tačiau jo gerti nereikia. Antruoju atveju vanduo yra gyvas. Jis pagyvina, skatina organizmą atsigauti, suteikia ląstelėms energijos. Skirtumas tarp šių dviejų vandens savybių išreiškiamas terminu "redokso potencialas".
Su kuo vanduo gali reaguoti
Vanduo gali reaguoti su beveik visomis Žemėje esančiomis medžiagomis. Vienintelis dalykas yra tai, kad šioms reakcijoms atsirasti reikia užtikrinti tinkamą temperatūrą ir mikroklimatą.
Pavyzdžiui, kambario temperatūroje vanduo gerai reaguoja su tokiais metalais kaip natris, kalis, baris – jie vadinami aktyviaisiais. Halogenai yra fluoras ir chloras. Kaitinamas vanduo gerai reaguoja su geležimi, magniu, anglimi, metanu.
Įvairių katalizatorių pagalba vanduo reaguoja su amidais, karboksirūgščių esteriais. Katalizatorius yra medžiaga, kuri, atrodo, stumia komponentus į abipusę reakciją, ją pagreitindama.
Ar yra vandens kur nors kitur, išskyrus Žemę?
Kol kas vandens nebuvo rasta jokioje Saulės sistemos planetoje, išskyrus Žemę. Taip, jie mano, kad jis yra tokių milžiniškų planetų kaip Jupiteris, Saturnas, Neptūnas ir Uranas, palydovuose, tačiau kol kas mokslininkai neturi tikslių duomenų. Yra dar viena hipotezė, dar iki galo nepatvirtinta apie Marso planetos ir Žemės palydovo – Mėnulio – gruntinius vandenis. Kalbant apie Marsą, buvo pateikta daugybė teorijų, kad kažkada šioje planetoje buvo vandenynas, o galimą jo modelį netgi sukūrė mokslininkai.
Už Saulės sistemos ribų yra daug didelių ir mažų planetų, kuriose, pasak mokslininkų, gali būti vandens. Tačiau kol kas nėra nė menkiausio būdo tuo įsitikinti.
Kaip praktiškai panaudoti vandens šilumos ir elektros laidumą
Dėl to, kad vanduo turi didelę šiluminę galią, jis naudojamas šilumos trasose kaip šilumos nešiklis. Tai užtikrina šilumos perdavimą iš gamintojo vartotojui. Daugelis atominių elektrinių vandenį taip pat naudoja kaip puikų aušinimo skystį.
Medicinoje ledas naudojamas aušinimui, o garai – dezinfekcijai. Ledas taip pat naudojamas maitinimo sistemoje.
Daugelyje branduolinių reaktorių vanduo naudojamas kaip sėkmingos branduolinės grandininės reakcijos moderatorius.
Slėginis vanduo naudojamas skaldyti, praskaldyti ir net pjauti uolienas. Tai aktyviai naudojama statant tunelius, požeminius įrenginius, sandėlius, metro.
Išvada
Iš straipsnio matyti, kad vanduo savo savybėmis ir funkcijomis yra nepakeičiamiausia ir nuostabiausia medžiaga Žemėje. Ar žmogaus ar kitos gyvos būtybės gyvybė Žemėje priklauso nuo vandens? Tikrai taip. Ar ši medžiaga prisideda prie žmogaus mokslinės veiklos? Taip. Ar vanduo turi elektros laidumą, šilumos laidumą ir kitas naudingas savybes? Atsakymas taip pat yra taip. Kitas dalykas – Žemėje vandens vis mažiau, o švaraus – juo labiau. O mūsų užduotis yra ją (taigi ir mūsų visų) išsaugoti ir apsaugotidingimas.
