Buzun kristal quruluşu. Suyun xüsusiyyətləri

Maye suyun üçölçülü vəziyyətini öyrənmək çətindir, lakin buz kristallarının strukturunu təhlil etməklə çox şey öyrənilib. Dörd qonşu hidrogen bağlı oksigen atomu tetraedrin təpələrini tutur (tetra = dörd, hedron = müstəvi). Buzda belə bir əlaqəni qırmaq üçün tələb olunan orta enerji 23 kJ/mol -1 olaraq qiymətləndirilir.

Su molekullarının müəyyən sayda hidrogen zəncirləri yaratmaq qabiliyyəti, eləcə də müəyyən edilmiş güc qeyri-adi yüksək ərimə nöqtəsi yaradır. Əridikdə, strukturu qeyri-müntəzəm olan maye su ilə tutulur. Hidrogen bağlarının çoxu pozulur. Buzun hidrogenlə bağlanmış kristal qəfəsini məhv etmək üçün istilik şəklində böyük miqdarda enerji tələb olunur.

Buz görünüşünün xüsusiyyətləri (Ih)

Bir çox adi insanlar kristal qəfəsli buzun hansı növü ilə maraqlanır. Qeyd etmək lazımdır ki, əksər maddələrin sıxlığı dondurulduqda, molekulyar hərəkətlər yavaşladıqda və sıx yığılmış kristallar əmələ gəldikdə artır. Suyun sıxlığı da 4°C-də (277K) maksimuma qədər soyuduqca artır. Sonra temperatur bu dəyərdən aşağı düşdükdə genişlənir.

Bu artım, hər bir su molekulunun yuxarıdakı element və dörd digər dəyərlə sıx bağlandığı və daha çox kütləyə sahib olmaq üçün kifayət qədər sürətlə hərəkət etdiyi, qəfəs və daha aşağı sıxlığa malik açıq hidrogen bağlı buz kristalının əmələ gəlməsi ilə bağlıdır. Bu hərəkət baş verdikdə, maye yuxarıdan aşağıya doğru donur. Bunun mühüm bioloji nəticələri var, bunun sayəsində gölməçədəki buz təbəqəsi canlıları həddindən artıq soyuqdan qoruyur. Bundan əlavə, suyun iki əlavə xüsusiyyəti onun hidrogen xüsusiyyətləri ilə bağlıdır: xüsusi istilik tutumu və buxarlanma.

Quruluşların ətraflı təsviri

Birinci meyar 1 qram maddənin temperaturunu 1°C yüksəltmək üçün tələb olunan miqdardır. Suyun dərəcələrini yüksəltmək nisbətən böyük bir istilik hissəsini tələb edir, çünki hər bir molekul kinetik enerjinin artması üçün qırılmalı olan çoxsaylı hidrogen bağlarında iştirak edir. Yeri gəlmişkən, bütün böyük çoxhüceyrəli orqanizmlərin hüceyrə və toxumalarında H 2 O-nun bolluğu hüceyrələrin daxilində temperaturun dəyişməsinin minimuma endirilməsi deməkdir. Bu xüsusiyyət vacibdir, çünki əksər biokimyəvi reaksiyalar sürətə həssasdır.

Həm də bir çox digər mayelərdən əhəmiyyətli dərəcədə yüksəkdir. Bu bərki qaza çevirmək üçün çoxlu istilik tələb olunur, çünki hidrogen bağları qırılmalıdır ki, su molekulları bir-birindən ayrılıb qeyd olunan faza daxil olsunlar. Dəyişən cisimlər daimi dipollardır və digər oxşar birləşmələrlə və ionlaşmış və həll olunanlarla qarşılıqlı əlaqədə ola bilər.

Yuxarıda sadalanan digər maddələr yalnız polarite olduqda təmasda ola bilər. Bu elementlərin strukturunda iştirak edən bu birləşmədir. Bundan əlavə, o, elektrolitlərdən əmələ gələn bu hissəciklərin ətrafında düzləşə bilər ki, su molekullarının mənfi oksigen atomları kationlara, müsbət ionlar və hidrogen atomları isə anionlara yönəlsin.

Bir qayda olaraq, molekulyar kristal qəfəslər və atomik olanlar əmələ gəlir. Yəni, yod elə qurulubsa ki, onun tərkibində I 2 olsun, onda bərk karbon qazında, yəni quru buzda kristal qəfəsin düyünlərində CO 2 molekulları var. Bu cür maddələrlə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, buz bir ion kristal şəbəkəsinə malikdir. Məsələn, karbon əsasında atom quruluşuna malik olan qrafit, almaz kimi onu dəyişdirə bilmir.

Xörək duzunun kristalı suda həll edildikdə nə baş verir: qütb molekulları kristaldakı yüklü elementlərə cəlb olunur, bu da onun səthində oxşar natrium və xlorid hissəciklərinin meydana gəlməsinə səbəb olur, nəticədə bu cisimlər bir-birindən ayrılır, və əriməyə başlayır. Buradan buzun ion əlaqəsi olan kristal qəfəsə malik olduğunu müşahidə edə bilərik. Hər həll olunmuş Na+ bir neçə su molekulunun mənfi uclarını, hər həll olunmuş Cl isə müsbət uclarını çəkir. Hər bir ionu əhatə edən qabıq qaçış sferası adlanır və adətən bir neçə qat həlledici hissəciklərdən ibarətdir.

Elementlərlə əhatə olunmuş dəyişənlərə və ya ionlara sulfatlaşdırılmış deyilir. Su həlledici olduqda, belə hissəciklər nəmlənir. Beləliklə, hər hansı bir qütb molekulu maye cismin elementləri tərəfindən həll olunmağa meyllidir. Quru buzda kristal qəfəs növü məcmu vəziyyətdə dəyişməz atom bağları əmələ gətirir. Kristal buz (donmuş su) başqa bir məsələdir. Karboksilazalar və protonlanmış aminlər kimi ion üzvi birləşmələrin hidroksil və karbonil qruplarında həll olma qabiliyyəti olmalıdır. Belə strukturların tərkibində olan hissəciklər molekullar arasında hərəkət edir və onların qütb sistemləri bu cisimlə hidrogen bağları yaradır.

Əlbəttə ki, molekuldakı sonuncu qrupların sayı onun həll olunma qabiliyyətinə təsir edir, bu da elementdəki müxtəlif strukturların reaksiyasından asılıdır: məsələn, bir, iki və üç karbonlu spirtlər suda qarışır, lakin tək hidroksil birləşmələri olan daha böyük karbohidrogenlər mayelərdə daha az seyreltilir.

Altıbucaqlı Ih formasına görə atom kristal şəbəkəsinə bənzəyir. Buz və Yerdəki bütün təbii qarlar üçün tam olaraq belə görünür. Bunu su buxarından (yəni qar dənəciklərindən) yetişdirilən buz kristal şəbəkəsinin simmetriyası sübut edir. 194 ilə P 63/mm kosmik qrupunda yerləşir; D 6h, Laue sinfi 6/mm; 6 spiral oxa çoxlu olan β- kimi (onun boyunca kəsilməyə əlavə olaraq ətrafında fırlanma). Sadə kub (~1/2) və ya üz mərkəzli kub (~3/4) ilə müqayisədə səmərəliliyi aşağı (~1/3) olduğu aşağı sıxlığı olan kifayət qədər açıq struktura malikdir.

Adi buzla müqayisədə CO 2 molekulları ilə bağlanmış quru buzun kristal qəfəsi statikdir və yalnız atomlar parçalandıqda dəyişir.

Şəbəkələrin və onların tərkib elementlərinin təsviri

Kristallar bir-birinin üstünə yığılmış təbəqələrdən ibarət kristal naxışlar kimi düşünülə bilər. Hidrogen bağı əslində təsadüfi olduqda sifariş edilir, çünki protonlar təxminən 5 K-dən yuxarı temperaturda su (buz) molekulları arasında hərəkət edə bilirlər. Həqiqətən də, çox güman ki, protonlar daimi tunel axınında kvant mayesi kimi davranırlar. Bu, oksigen atomları arasında səpilmə sıxlığını göstərən neytronların səpilməsi ilə gücləndirilir, lokalizasiyanı və koordinasiyalı hərəkəti göstərir. Burada buzun atomik, molekulyar kristal qəfəslə oxşarlığı müşahidə olunur.

Molekullar, müstəvidəki üç qonşularına nisbətən hidrogen zəncirinin pilləli düzülüşünə malikdirlər. Dördüncü elementin tutulduğu hidrogen bağı təşkili var. Mükəmməl altıbucaqlı simmetriyadan cüzi bir sapma var, bu zəncirin istiqamətində 0,3% daha qısadır. Bütün molekullar eyni molekulyar mühiti yaşayır. Hər bir "qutu" içərisində interstisial su hissəciklərini saxlamaq üçün kifayət qədər yer var. Ümumiyyətlə nəzərə alınmasa da, bu yaxınlarda toz buz kristal şəbəkəsindən neytron difraksiyası ilə effektiv şəkildə aşkar edilmişdir.

Maddələrin dəyişməsi

Altıbucaqlı gövdə maye və qazlı su 0,01 °C, 612 Pa, bərk elementlər üç -21,985 °C, 209,9 MPa, on bir və iki -199,8 °C, 70 MPa və -34 ,7 °C, 212,9 MPa olan üçlü nöqtələrə malikdir. . Altıbucaqlı buzun dielektrik davamlılığı 97,5-dir.

Bu elementin ərimə əyrisi MPa ilə verilir. Vəziyyət tənlikləri, bunlara əlavə olaraq, altıbucaqlı buzun və onun sulu süspansiyonlarının temperaturu ilə fiziki xassələrin dəyişməsi ilə əlaqəli bəzi sadə bərabərsizliklər mövcuddur. Sərtlik dərəcələrlə dəyişir, 0°C-də gipsdən (≤2) təxminən və ya aşağıda, feldispat səviyyəsinə qədər (-80°C-də 6, mütləq sərtlikdə qeyri-adi dərəcədə böyük dəyişiklik (>24 dəfə)) artır.

Buzun altıbucaqlı kristal qəfəsi altıbucaqlı lövhələr və sütunlar əmələ gətirir, burada üst və alt üzləri 5,57 μJ sm -2 entalpiyası olan bazal müstəvilərdir (0 0 0 1), digər ekvivalent yan müstəvilər isə prizma hissələri adlanır (1). 0 -1 0) 5,94 µJ sm -2 ilə. Konstruksiyaların tərəflərinin əmələ gətirdiyi müstəvilər boyu 6,90 μJ ˣ sm -2 olan ikinci dərəcəli səthlər (1 1 -2 0) əmələ gələ bilər.

Bu struktur artan təzyiqlə (kub və aşağı sıxlıqlı amorf buz kimi) istilik keçiriciliyində anomal azalma göstərir, lakin əksər kristallardan fərqlənir. Bu, buz və suyun kristal qəfəsindəki səsin eninə sürətini azaldan hidrogen bağının dəyişməsi ilə əlaqədardır.

Böyük kristal nümunələrinin və istənilən buz səthinin necə hazırlanacağını təsvir edən üsullar var. Tədqiq olunan altıbucaqlı cismin səthindəki hidrogen bağının toplu sistemin daxilində olduğundan daha nizamlı olacağı güman edilir. Faza-şəbəkə tezlikli salınan variasiya spektroskopiyası altıbucaqlı buzun bazal səthinin yeraltı H2O zəncirində yuxarı iki təbəqə (L1 və L2) arasında struktur asimmetriyasının olduğunu göstərdi. Altıbucaqlıların yuxarı təbəqələrində qəbul edilmiş hidrogen bağları (L1 O ··· HO L2) ikinci təbəqədə yuxarı yığılmaya (L1 OH ··· O L2) qəbul edilənlərdən daha güclüdür. İnteraktiv altıbucaqlı buz strukturları mövcuddur.

İnkişaf xüsusiyyətləri

Buz nüvələşməsi üçün tələb olunan minimum su molekullarının sayı təxminən 275 ± 25-dir, bu, 280-dən ibarət tam ikozahedral klaster üçün olduğu kimidir. Yarama kütləvi suda deyil, hava-su interfeysində 10 10 faktorunda baş verir. Buz kristallarının böyüməsi müxtəlif enerjilərin müxtəlif böyümə sürətlərindən asılıdır. Bioloji nümunələrin, qida və orqanların dondurulması zamanı su donmadan qorunmalıdır.

Bu, adətən, sürətli soyutma dərəcələri, kiçik nümunələrin və kriokonservatorun istifadəsi və buzu nüvələşdirmək və hüceyrə zədələnməsinin qarşısını almaq üçün artan təzyiqlə əldə edilir. Buz/mayenin sərbəst enerjisi atmosfer təzyiqində ~30 mJ/m2-dən 200 MPa-da 40 mJ/m2-ə qədər artır və bu təsirin baş verməsinin səbəbini göstərir.

Alternativ olaraq, onlar prizma səthlərindən (S2), ani donmuş və ya pozulmuş göllərin təsadüfi pozulmuş səthlərində daha sürətlə böyüyə bilər. Üzlərdən böyümə (1 1 -2 0) ən azı eynidır, lakin onları prizmanın əsaslarına çevirir. Buz kristalının inkişafı məlumatları tam tədqiq edilmişdir. Fərqli üzlərin elementlərinin nisbi artım templəri daha böyük dərəcədə birgə nəmləndirmə yaratmaq qabiliyyətindən asılıdır. Ətrafdakı suyun (aşağı) temperaturu buz kristalında budaqlanma dərəcəsini müəyyən edir. Hissəciklərin böyüməsi aşağı dərəcədə supersoyutma zamanı diffuziya sürəti ilə məhdudlaşır, yəni.<2 ° C, что приводит к большему их количеству.

Lakin iynə kimi böyüməyə gətirib çıxaran >4°C-dən daha yüksək səviyyələrdə inkişaf kinetikası ilə məhdudlaşır. Bu forma quru buzun strukturuna (altıbucaqlı quruluşa malik kristal qəfəsə malikdir), səth inkişafının müxtəlif xüsusiyyətlərinə və qar dənəciklərinin düz formalarının arxasında yatan ətrafdakı (supersoyudulmuş) suyun temperaturuna bənzəyir.

Atmosferdə buzun əmələ gəlməsi buludların əmələ gəlməsinə və xassələrinə dərindən təsir edir. Hər il milyonlarla tonla atmosferə daxil olan səhra tozunda tapılan feldispatlar mühüm formalaşma elementləridir. Kompüter simulyasiyaları göstərdi ki, bu, yüksək enerjili səth müstəvilərində prizmatik buz kristallarının müstəvilərinin nüvələşməsi ilə bağlıdır.

Bəzi digər elementlər və qəfəslər

Məhlullar (aralıqlara daxil ola bilən çox az miqdarda helium və hidrogen istisna olmaqla) atmosfer təzyiqində Ih strukturuna daxil edilə bilməz, lakin mikrokristal cismin hissəcikləri arasında səthə və ya amorf təbəqəyə məcbur edilir. Quru buzun kristal qəfəslərinin yerlərində bəzi digər elementlər var: xaotrop ionlar, məsələn, NH 4 + və Cl -, onlar mayenin dondurulmasına digər kosmotroplardan, məsələn, Na + və SO kimi daha asan daxil olurlar. 4 2-, buna görə də kristallar arasında qalan mayenin nazik bir təbəqəsi meydana gətirdiyinə görə onların çıxarılması mümkün deyil. Bu, qalan yükləri tarazlayan səth suyunun dissosiasiyası (bu da maqnit şüalanması ilə nəticələnə bilər) və qalıq maye təbəqələrinin pH-nın dəyişməsi, məsələn, NH 4 2 SO 4 daha çox olması səbəbindən səthin elektrik yüklənməsinə səbəb ola bilər. asidik və NaCl daha qələvi olur.

Onlar buz kristal şəbəkəsinin üzlərinə perpendikulyardır və əlavə edilmiş növbəti təbəqəni (O-qara atomlarla) göstərir. Onlar yavaş-yavaş böyüyən bazal səth (0 0 0 1) ilə xarakterizə olunur, burada yalnız təcrid olunmuş su molekulları bağlanır. Prizmanın sürətlə böyüyən (1 0 -1 0) səthi, burada yeni birləşmiş hissəciklər cütləri bir-biri ilə hidrogenlə (bir bağ/elementin iki molekulu) bağlana bilir. Ən sürətlə böyüyən üz (1 1 -2 0) (ikinci dərəcəli prizmatik), burada yeni birləşən hissəciklərin zəncirləri hidrogen bağı ilə bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə ola bilər. Onun zəncirindən/element molekulundan biri, prizmanın iki tərəfinə çevrilməsini təşviq edən və bölən silsilələr əmələ gətirən formadır.

Sıfır nöqtə entropiyası

kBˣ Ln ( N

Alimlər və onların bu sahədəki işləri

S 0 = kimi müəyyən edilə bilər kBˣ Ln ( N E0), burada k B Boltzman sabitidir, N E enerji E-də konfiqurasiyaların sayı, E0 isə ən aşağı enerjidir. Sıfır kelvində altıbucaqlı buzun entropiyası üçün bu dəyər termodinamikanın üçüncü qanununu pozmur, “Mütləq sıfırda ideal kristalın entropiyası tam olaraq sıfırdır”, çünki bu elementlər və hissəciklər ideal deyil və nizamsız hidrogen bağına malikdirlər.

Bu bədəndə hidrogen bağı təsadüfi və sürətlə dəyişir. Bu strukturlar enerji baxımından tam bərabər deyil, lakin çox sayda enerji baxımından yaxın vəziyyətlərə yayılır və "buz qaydalarına" tabe olur. Sıfır nöqtəli entropiya, material mütləq sıfıra (0 K = -273.15 ° C) qədər soyudulsa belə qalacaq pozğunluqdur. Altıbucaqlı buz üçün eksperimental qarışıqlığa səbəb olur 3.41 (±0.2) ˣ mol -1 ˣ K -1 . Nəzəri olaraq, məlum buz kristallarının sıfır entropiyasını eksperimental olaraq təyin etməkdən daha çox dəqiqliklə (qüsurları və enerji səviyyəsinin səpilməsini nəzərə almadan) hesablamaq mümkün olardı.

Kütləvi buzdakı protonların sırası nizamlanmasa da, səth çox güman ki, sözügedən hissəciklərin sallanan H atomları və O tək cütləri (sifariş edilmiş hidrogen bağları ilə sıfır entropiya) zolaqları şəklində düzülməsinə üstünlük verir. ZPE, J ˣ mol -1 ˣ K -1 və başqalarının sıfır nöqtəsinin pozulması aşkar edilmişdir. Yuxarıda göstərilənlərin hamısından, buz üçün hansı növ kristal qəfəslərin xarakterik olduğu aydın və başa düşüləndir.

O. V. Mosin, İ. İqnatov (Bolqarıstan)

annotasiya Planetimizdəki həyatı dəstəkləmək üçün buzun əhəmiyyətini qiymətləndirmək olmaz. Buz bitki və heyvanların yaşayış şəraitinə və insanın müxtəlif təsərrüfat fəaliyyəti növlərinə böyük təsir göstərir. Su, buz, aşağı sıxlığına görə təbiətdə üzən ekran rolunu oynayır, çayları və su anbarlarını daha da donmadan qoruyur və sualtı sakinlərin həyatını qoruyur. Buzun müxtəlif məqsədlər üçün istifadəsi (qarın saxlanması, buz keçidlərinin və izotermik anbarların tikintisi, saxlama anbarlarının və mədənlərin buzla doldurulması) buz mühəndisliyi, qar mühəndisliyi, daimi dondurma kimi hidrometeorologiya və mühəndislik elmlərinin bir sıra bölmələrinin mövzusudur. mühəndislik, habelə xüsusi buz kəşfiyyat xidmətləri və buzqıran nəqliyyat və qartəmizləmə texnikasının fəaliyyəti. Təbii buzdan qida məhsullarının, bioloji və tibbi preparatların saxlanması və soyudulması üçün istifadə olunur, bunun üçün xüsusi olaraq istehsal olunur və hazırlanır, buzun əridilməsi ilə hazırlanmış əridilmiş su isə xalq təbabətində maddələr mübadiləsini artırmaq və toksinləri orqanizmdən çıxarmaq üçün istifadə olunur. Məqalə oxucunu buzun yeni az tanınan xassələri və modifikasiyaları ilə tanış edir.

Buz, son məlumatlara görə, on dörd struktur modifikasiyası olan suyun kristal formasıdır. Onların arasında buzun kristal qəfəsini əmələ gətirən hidrogen bağları ilə bağlanmış su molekullarının qarşılıqlı düzülüşü və fiziki xassələri ilə bir-birindən fərqlənən kristal (təbii buz) və amorf (kub buz) və metastabil modifikasiyalar var. Onların hamısı, altıbucaqlı qəfəsdə kristallaşan tanış təbii buz I h istisna olmaqla, ekzotik şəraitdə - quru buzun və maye azotun çox aşağı temperaturlarında və minlərlə atmosferin yüksək təzyiqlərində, hidrogen bağlarının açıları bağlandıqda əmələ gəlir. su molekulunda dəyişiklik və altıbucaqlıdan fərqli kristal sistemlər əmələ gəlir. Belə şərtlər kosmosdakı vəziyyətə bənzəyir və Yerdə baş vermir.

Təbiətdə buz əsasən almazın quruluşunu xatırladan, altıbucaqlı qəfəsdə kristallaşan bir kristal çeşidlə təmsil olunur, burada hər bir su molekulu ondan bərabər məsafədə yerləşən, 2,76 angstroma bərabər olan dörd ən yaxın molekulla əhatə olunur və yerləşdirilir. müntəzəm tetraedrin təpələrində. Aşağı koordinasiya sayına görə, buzun quruluşu retikulyardır, bu da onun aşağı sıxlığına təsir göstərir, 0,931 q/sm 3 təşkil edir.

Buzun ən qeyri-adi xüsusiyyəti onun heyrətamiz müxtəlif xarici təzahürləridir. Eyni kristal quruluşu ilə şəffaf dolu və buz sarğıları, tüklü qar lopaları, sıx parlaq buz qabığı və ya nəhəng buzlaq kütlələri şəklində tamamilə fərqli görünə bilər. Buz təbiətdə kontinental, üzən və yeraltı buz, eləcə də qar və şaxta şəklində olur. İnsan məskəninin bütün sahələrində geniş yayılmışdır. Böyük miqdarda yığıldıqda, qar və buz ayrı-ayrı kristalların və ya qar dənələrinin xüsusiyyətlərindən əsaslı şəkildə fərqlənən xüsusiyyətlərə malik xüsusi strukturlar əmələ gətirir. Təbii buz əsasən çöküntü-metamorfik mənşəli buzdan əmələ gəlir, sonradan sıxılma və yenidən kristallaşma nəticəsində bərk atmosfer yağıntılarından əmələ gəlir. Təbii buzun xarakterik xüsusiyyəti dənəvərlik və bantlanmadır. Dənəlik yenidən kristallaşma prosesləri ilə əlaqədardır; Buzlaq buzunun hər dənəsi qeyri-qanuni formalı kristaldır, buz kütləsindəki digər kristallara elə yaxındır ki, bir kristalın çıxıntıları digərinin girintilərinə möhkəm otursun. Bu buz növü polikristal adlanır. Burada hər bir buz kristalı, kristalın optik oxunun istiqamətinə perpendikulyar olan bazal müstəvidə bir-biri ilə üst-üstə düşən ən nazik yarpaqların təbəqəsidir.

Yer kürəsində ümumi buz ehtiyatının təxminən 30 milyon olduğu təxmin edilir. km 3(Cədvəl 1). Ən çox buz təbəqəsi qalınlığı 4-ə çatan Antarktidada cəmləşmişdir km. Günəş sisteminin planetlərində və kometalarda buzun olmasına dair sübutlar da var. Buz planetimizin iqlimi və üzərindəki canlıların yaşayış mühiti üçün o qədər vacibdir ki, elm adamları buz üçün xüsusi bir mühit - sərhədləri atmosferin hündürlüyünə və yer qabığının dərinliyinə qədər uzanan kriosferi təyin etdilər.

Cədvəl 1. Buzun miqdarı, paylanması və istifadə müddəti.

Buz kristalları öz forma və nisbətlərinə görə unikaldır. İstənilən böyüyən təbii kristal, o cümlədən buz kristalı həmişə ideal nizamlı kristal qəfəs yaratmağa çalışır, çünki bu, onun daxili enerjisinin minimumu baxımından faydalıdır. İstənilən çirklər, məlum olduğu kimi, kristalın formasını pozur, buna görə də su kristallaşdıqda, su molekulları əvvəlcə qəfəsdə qurulur və yad atomlar və çirkli molekullar mayenin içinə çıxarılır. Və yalnız çirklərin getmək üçün heç bir yeri olmadıqda, buz kristal onları strukturuna birləşdirməyə başlayır və ya konsentratlaşdırılmış dondurulmayan maye - duzlu su ilə içi boş kapsullar şəklində tərk edir. Buna görə də dəniz buzu təzədir və hətta ən çirkli su hövzələri belə şəffaf və təmiz buzla örtülür. Buz əridikdə, çirkləri duzlu suya köçürür. Planet miqyasında suyun donması və əriməsi fenomeni suyun buxarlanması və kondensasiyası ilə birlikdə Yerdəki suyun daim özünü təmizlədiyi nəhəng bir təmizlənmə prosesi rolunu oynayır.

Cədvəl 2. Buzun bəzi fiziki xassələri I.

Əmlak	Məna	Qeyd
İstilik tutumu, cal/(g °C) Ərimə istiliyi, kal/q Buxarlanma istiliyi, kal/q		Temperaturun azalması ilə çox azalır
Termal genişlənmə əmsalı, 1/°C	9,1 10 -5 (0 °C)	Polikristal buz
İstilik keçiriciliyi, cal/(sm san °C)		Polikristal buz
Kırılma indeksi:		Polikristal buz
Xüsusi elektrik keçiriciliyi, ohm -1 sm -1		Görünən aktivləşmə enerjisi 11 kkal/mol
Səthin elektrik keçiriciliyi, ohm -1		Görünən aktivləşmə enerjisi 32 kkal/mol
Young elastiklik modulu, dyn/sm2	9 10 10 (-5 °C)	Polikristal buz
Müqavimət, MN/m 2: sarsıdıcı		Polikristal buz Polikristal buz Polikristal buz
Dinamik özlülük, duruş		Polikristal buz
Deformasiya və mexaniki relaksasiya zamanı aktivləşmə enerjisi, kkal/mol		Xətti olaraq 0,0361 kkal/(mol °C) 0-dan 273,16 K-ə qədər artır

1 kal/(g °C)=4,186 kJ/(kq K); 1 ohm -1 sm -1 =100 sim/m; 1 din = 10 -5 N ; 1 N = 1 kq m/s²; 1 din/sm=10 -7 N/m; 1 kal/(sm·san°C)=418,68 Vt/(m·K); 1 poise = q/sm s = 10 -1 N san/m 2.

Yer üzündə buzun geniş yayılması ilə əlaqədar olaraq, buzun fiziki xassələrinin digər maddələrin xüsusiyyətlərindən fərqi (cədvəl 2) bir çox təbii proseslərdə mühüm rol oynayır. Buz bir çox digər həyat təmin edən xüsusiyyətlərə və anomaliyalara malikdir - sıxlıq, təzyiq, həcm, istilik keçiricilik anomaliyaları. Su molekullarını bir kristalda birləşdirən hidrogen bağları olmasaydı, buz -90 °C-də əriyərdi. Ancaq bu, su molekulları arasında hidrogen bağlarının olması səbəbindən baş vermir. Sıxlığı sudan daha az olduğuna görə buz suyun səthində üzən örtük əmələ gətirir, çayları və su anbarlarını dib donmasından qoruyur, çünki onun istilik keçiriciliyi suyunkindən xeyli aşağıdır. Bu halda, ən aşağı sıxlıq və həcm +3,98 °C-də müşahidə olunur (şəkil 1). Suyun 0 0 C-ə qədər daha da soyudulması tədricən azalmağa deyil, suyun buza çevrildiyi zaman həcminin təxminən 10% artmasına səbəb olur. Suyun bu davranışı suda iki tarazlıq fazasının - maye və kvazikristalin eyni vaxtda mövcudluğunu göstərir, kristal qəfəsləri yalnız dövri quruluşa malik deyil, həm də mövcudluğu əvvəllər mövcud olan müxtəlif sifarişli simmetriya oxlarına malik olan kvazikristallara bənzəyir. kristalloqrafların fikirləri ilə ziddiyyət təşkil edirdi. İlk dəfə məşhur rus nəzəri fiziki Ya.İ.Frenkel tərəfindən irəli sürülən bu nəzəriyyə maye molekullarının bir hissəsinin kvazikristal quruluş meydana gətirdiyi, qalan molekulların isə qaza bənzər, bütün həcm boyu sərbəst hərəkət etdiyi fərziyyəsinə əsaslanır. Molekulların hər hansı bir sabit su molekulunun kiçik bir yaxınlığında paylanması, daha boş olsa da, kristallığı bir qədər xatırladan müəyyən bir nizama malikdir. Bu səbəbdən suyun quruluşu bəzən kvazikristal və ya kristal kimi adlanır, yəni atomların və ya molekulların nisbi düzülüşündə simmetriya və nizama malikdir.

düyü. 1. Buz və suyun xüsusi həcminin temperaturdan asılılığı

Başqa bir xüsusiyyət ondan ibarətdir ki, buz axınının sürəti aktivləşmə enerjisi ilə düz mütənasib və mütləq temperaturla tərs mütənasibdir, belə ki, temperaturun azalması ilə buz öz xüsusiyyətlərinə görə tamamilə bərk cismə yaxınlaşır. Orta hesabla əriməyə yaxın temperaturlarda buzun axıcılığı süxurlardan 10 6 dəfə yüksək olur. Buz axıcılığına görə bir yerdə yığılmır, buzlaqlar şəklində daim hərəkət edir. Polikristal buz üçün axın sürəti ilə gərginlik arasındakı əlaqə hiperbolikdir; təxminən güc tənliyi ilə təsvir edildikdə, gərginlik artdıqca eksponent artır.

Görünən işıq praktiki olaraq buz tərəfindən udulmur, çünki işıq şüaları buz kristalından keçir, lakin ultrabənövşəyi radiasiyanı və Günəşdən gələn infraqırmızı radiasiyanın əksəriyyətini maneə törədir. Spektrin bu bölgələrində buz tamamilə qara görünür, çünki spektrin bu bölgələrində işığın udulma əmsalı çox yüksəkdir. Buz kristallarından fərqli olaraq qar üzərinə düşən ağ işıq udulmur, əksinə buz kristallarında dəfələrlə sınır və üzlərindən əks olunur. Buna görə qar ağ görünür.

Buz (0,45) və qarın (0,95-ə qədər) çox yüksək əks etdirmə qabiliyyətinə görə, onların əhatə etdiyi ərazi ildə orta hesabla təxminən 72 milyon km-dir. km 2 hər iki yarımkürənin yüksək və orta enliklərində - o, günəş istiliyini normadan 65% az alır və yer səthinin soyudulması üçün güclü mənbədir ki, bu da əsasən müasir enlik iqlim zonasını müəyyən edir. Yaz aylarında, qütb bölgələrində günəş radiasiyası ekvator zonasına nisbətən daha çoxdur, lakin temperatur aşağı olaraq qalır, çünki udulmuş istiliyin əhəmiyyətli bir hissəsi çox yüksək ərimə istiliyinə malik olan buzun əriməsinə sərf olunur.

Buzun digər qeyri-adi xüsusiyyətlərinə onun artan kristalları tərəfindən elektromaqnit şüalanması daxildir. Məlumdur ki, suda həll olunan çirklərin əksəriyyəti buz böyüməyə başlayanda ona ötürülmür; donub qalıblar. Buna görə də, ən çirkli gölməçədə belə, buz təbəqəsi təmiz və şəffafdır. Bu zaman çirklər bərk və maye mühitin sərhəddində, müxtəlif işarəli elektrik yüklərinin iki qatı şəklində toplanır ki, bu da potensialların əhəmiyyətli fərqinə səbəb olur. Yüklənmiş çirklər təbəqəsi gənc buzun aşağı sərhədi ilə birlikdə hərəkət edir və elektromaqnit dalğaları yayır. Bunun sayəsində kristallaşma prosesini ətraflı şəkildə müşahidə etmək olar. Beləliklə, uzunluğu iynə şəklində böyüyən bir kristal, yanal proseslərlə örtülmüş bir kristaldan fərqli olaraq yayır və böyüyən taxılların şüalanması kristalların çatlaması zamanı baş verənlərdən fərqlənir. Radiasiya impulslarının forması, ardıcıllığı, tezliyi və amplitudası ilə buzun hansı sürətlə donduğunu və hansı buz quruluşunun əmələ gəldiyini müəyyən etmək olar.

Lakin buzun strukturunda ən heyrətamiz cəhət odur ki, karbon nanoborucuqlarının içərisində aşağı temperaturda və yüksək təzyiqdə su molekulları DNT molekullarını xatırladan ikiqat spiral şəklində kristallaşa bilir. Bunu Nebraska Universitetindən (ABŞ) Xiao Çenq Zenqin rəhbərlik etdiyi amerikalı alimlərin son kompüter təcrübələri sübut edib. Simulyasiya edilmiş təcrübədə suyun spiral əmələ gəlməsi üçün o, yüksək təzyiq altında, 10 ilə 40,000 atmosfer arasında dəyişən və -23 °C temperaturda diametri 1,35 ilə 1,90 nm arasında olan nanoborulara yerləşdirilib. Suyun bütün hallarda nazik boru quruluşu əmələ gətirdiyini görmək gözlənilirdi. Bununla belə, model göstərdi ki, nanoborunun diametri 1,35 nm və xarici təzyiqi 40 000 atmosfer olan buz strukturunda hidrogen bağları bükülüb və bu, ikiqat divarlı - daxili və xarici spiralın əmələ gəlməsinə səbəb olub. Bu şəraitdə daxili divar dördqat spiral halına salınmış, xarici divar isə DNT molekuluna bənzər dörd qoşa spiraldan ibarət olmuşdur (şək. 2). Bu fakt həyati vacib DNT molekulunun quruluşu ilə suyun özünün quruluşu arasındakı əlaqənin və suyun DNT molekullarının sintezi üçün bir matris rolunu oynadığının təsdiqi kimi xidmət edə bilər.

düyü. 2. DNT molekulunu xatırladan nanoborulardakı donmuş suyun strukturunun kompüter modeli (New Scientist jurnalından foto, 2006)

Son zamanlar kəşf edilən suyun ən mühüm xüsusiyyətlərindən biri də suyun keçmiş təsirlər haqqında məlumatları yadda saxlamaq qabiliyyətinə malik olmasıdır. Bunu ilk dəfə yapon tədqiqatçısı Masaru Emoto və həmyerlimiz Stanislav Zenin sübut etdilər ki, o, suyun quruluşunun çoxtərəfli nəzəriyyəsini ilk dəfə təklif edənlərdən biri olub, həcmli çoxüzlü quruluşun siklik assosiativlərindən - ümumi düsturun (H) çoxluqlarından ibarət idi. 2 O) n, burada n, son məlumatlara görə, yüzlərlə və hətta min vahidə çata bilər. Məhz suda çoxluqların olması sayəsində suyun informasiya xassələri var. Tədqiqatçılar suyun müxtəlif elektromaqnit və akustik sahələr, melodiyalar, dualar, sözlər və ya düşüncələrlə təsir edərək buz mikrokristallarına dondurulması proseslərini çəkiblər. Məlum olub ki, gözəl melodiyalar və sözlər şəklində müsbət məlumatların təsiri altında buz simmetrik altıbucaqlı kristallara çevrilib. Düzensiz musiqinin, qəzəbli və təhqiramiz sözlərin səsləndiyi yerdə su, əksinə, xaotik və formasız kristallara çevrildi. Bu, suyun xarici informasiya təsirlərinə həssas olan xüsusi bir quruluşa malik olduğunun sübutudur. Ehtimal ki, 85-90% sudan ibarət olan insan beyni suya güclü strukturlaşdırıcı təsir göstərir.

Emoto kristalları həm maraq doğurur, həm də kifayət qədər əsaslandırılmamış tənqidlərə səbəb olur. Onlara diqqətlə baxsanız, onların quruluşunun altı zirvədən ibarət olduğunu görə bilərsiniz. Ancaq daha diqqətli bir təhlil göstərir ki, qışda qar dənəcikləri eyni quruluşa malikdir, həmişə simmetrikdir və altı zirvəlidir. Kristallaşmış strukturlar yaradıldıqları mühit haqqında məlumatı nə dərəcədə ehtiva edir? Qar dənəciklərinin quruluşu gözəl və ya formasız ola bilər. Bu onu göstərir ki, onların yarandığı nəzarət nümunəsi (atmosferdəki bulud) onlara ilkin şərtlərlə eyni təsir göstərir. İlkin şərtlər günəş aktivliyi, temperatur, geofiziki sahələr, rütubət və s. Bütün bunlar sözdə olanlardan o deməkdir ki. orta ansambldan belə nəticəyə gələ bilərik ki, su damcılarının və sonra qar dənələrinin quruluşu təxminən eynidir. Onların kütləsi demək olar ki, eynidir və atmosferdə oxşar sürətlə hərəkət edirlər. Atmosferdə onlar öz strukturlarını formalaşdırmağa və həcmini artırmağa davam edirlər. Buludun müxtəlif yerlərində əmələ gəlsələr də, bir qrupda həmişə demək olar ki, eyni şəraitdə yaranan müəyyən sayda qar dənəcikləri olur. Qar dənəcikləri haqqında müsbət və mənfi məlumatların nədən ibarət olduğu sualının cavabını Emotoda tapmaq olar. Laboratoriya şəraitində mənfi məlumatlar (zəlzələ, insanlar üçün əlverişsiz səs titrəyişləri və s.) kristallar əmələ gətirmir, müsbət məlumat, əksinə. Bir faktorun qar dənəciklərinin eyni və ya oxşar strukturlarını nə dərəcədə formalaşdıra bilməsi çox maraqlıdır. Suyun ən yüksək sıxlığı 4 °C temperaturda müşahidə olunur. Temperatur sıfırdan aşağı düşəndə ​​altıbucaqlı buz kristalları əmələ gəlməyə başlayanda suyun sıxlığının azaldığı elmi şəkildə sübut edilmişdir. Bu, su molekulları arasındakı hidrogen bağlarının nəticəsidir.

Bu strukturlaşmanın səbəbi nədir? Kristallar bərk cisimlərdir və onları təşkil edən atomlar, molekullar və ya ionlar üç fəza ölçüsündə müntəzəm, təkrarlanan modeldə düzülür. Su kristallarının quruluşu bir qədər fərqlidir. Isaac-a görə, buzdakı hidrogen bağlarının yalnız 10% -i kovalentdir, yəni. kifayət qədər sabit məlumatla. Bir su molekulunun oksigeni ilə digərinin hidrogeni arasındakı hidrogen bağları xarici təsirlərə ən həssasdır. Kristalların qurulması zamanı suyun spektri zamanla nisbətən fərqlidir. Antonov və Yuskeseliyev tərəfindən sübut edilmiş su damcısının diskret buxarlanmasının təsirinə və onun hidrogen rabitələrinin enerji vəziyyətlərindən asılılığına görə, kristalların quruluşu ilə bağlı cavab axtara bilərik. Spektrin hər bir hissəsi su damcılarının səthi gərginliyindən asılıdır. Spektrdə qar dənəciyinin budaqlarını göstərən altı zirvə var.

Aydındır ki, Emotonun təcrübələrində ilkin “nəzarət” nümunəsi kristalların görünüşünə təsir edir. Bu o deməkdir ki, müəyyən bir faktora məruz qaldıqdan sonra oxşar kristalların əmələ gəlməsini gözləmək olar. Eyni kristalları əldə etmək demək olar ki, mümkün deyil. “Sevgi” sözünün suya təsirini sınaqdan keçirən Emoto eksperimentin müxtəlif nümunələrlə aparılıb-aparılmadığını dəqiq göstərmir.

Emoto texnikasının kifayət qədər differensial olub-olmadığını yoxlamaq üçün ikiqat kor təcrübələr lazımdır. İshaqın dondurulduqdan sonra su molekullarının 10%-nin kovalent bağlar əmələ gətirdiyini sübut etməsi bizə suyun donduğu zaman bu məlumatdan istifadə etdiyini göstərir. Emotonun nailiyyəti, hətta ikiqat kor təcrübələr olmasa da, suyun məlumat xüsusiyyətləri ilə bağlı olduqca əhəmiyyətli olaraq qalır.

Təbii qar dənəciyi, Wilson Bentley, 1925

Təbii sudan əldə edilən Emoto qar dənəciyi

Bir qar dənəciyi təbiidir, digəri isə Emoto tərəfindən yaradılmışdır ki, bu da su spektrindəki müxtəlifliyin hüdudsuz olmadığını göstərir.

Zəlzələ, Sofiya, 4.0 Rixter şkalası, 15 noyabr 2008-ci il,
Dr. İqnatov, 2008©, Prof. Antonovun cihazı©

Bu rəqəm nəzarət nümunəsi ilə digər günlərdə götürülmüş nümunələr arasındakı fərqi göstərir. Su molekulları təbii hadisə zamanı suda ən enerjili hidrogen bağlarını, eləcə də spektrdə iki zirvəni qırır. Tədqiqat Antonov cihazı ilə aparılıb. Biofiziki nəticə zəlzələ zamanı orqanizmin həyati tonusunun azaldığını göstərir. Zəlzələ zamanı Emoto laboratoriyasındakı qar dənəciklərində su öz quruluşunu dəyişə bilməz. Zəlzələ zamanı suyun elektrik keçiriciliyində dəyişikliklərin sübutu var.

1963-cü ildə tanzaniyalı məktəbli Erasto Mpemba isti suyun soyuq sudan daha tez donduğunu gördü. Bu fenomen Mpemba effekti adlanır. Baxmayaraq ki, suyun unikal xüsusiyyəti daha əvvəl Aristotel, Frensis Bekon və Rene Dekart tərəfindən fərq edilmişdir. Bu fenomen bir sıra müstəqil təcrübələrlə dəfələrlə sübut edilmişdir. Suyun başqa bir qəribə xüsusiyyəti var. Fikrimcə, bunun izahı belədir: qaynadılmış suyun diferensial qeyri-taraz enerji spektri (DNES) otaq temperaturunda götürülmüş nümunə ilə müqayisədə su molekulları arasında hidrogen bağlarının orta orta enerjisinə malikdir.Bu o deməkdir ki, qaynadılmış su tələb olunur. kristalların qurulmasına və donmasına başlamaq üçün daha az enerji.

Buzun quruluşunun və onun xüsusiyyətlərinin açarı onun kristalının quruluşundadır. Buzun bütün modifikasiyalarının kristalları hidrogen bağları ilə birləşdirilmiş H 2 O su molekullarından hidrogen bağlarının xüsusi düzülüşü ilə üçölçülü mesh çərçivələrə qurulur. Su molekulunu sadəcə olaraq tetraedr (üçbucaqlı əsaslı piramida) kimi təsəvvür etmək olar. Onun mərkəzində sp 3 hibridləşmə vəziyyətində olan oksigen atomu, iki təpəsində isə 1s elektronlarından biri oksigenlə kovalent H-O bağının əmələ gəlməsində iştirak edən hidrogen atomu yerləşir. Qalan iki təpəni molekuldaxili bağların əmələ gəlməsində iştirak etməyən qoşalaşmamış oksigen elektronları cütləri tutur, ona görə də onlara tək deyilir. H 2 O molekulunun məkan forması hidrogen atomlarının və mərkəzi oksigen atomunun tək elektron cütlərinin qarşılıqlı itələnməsi ilə izah olunur.

Hidrogen əlaqəsi molekullararası qarşılıqlı təsirlərin kimyasında vacibdir və zəif elektrostatik qüvvələr və donor-akseptor qarşılıqlı təsirləri nəticəsində yaranır. Bu, bir su molekulunun elektron çatışmazlığı olan hidrogen atomunun qonşu su molekulunun oksigen atomunun tək elektron cütü ilə (O-H...O) qarşılıqlı əlaqəsi zamanı baş verir. Hidrogen bağının fərqli xüsusiyyəti onun nisbətən aşağı gücüdür; kimyəvi kovalent bağdan 5-10 dəfə zəifdir. Enerji baxımından hidrogen bağı kimyəvi bağ ilə molekulları bərk və ya maye fazada saxlayan van der Waals qarşılıqlı təsirləri arasında aralıq mövqe tutur. Buz kristalındakı hər bir su molekulu eyni vaxtda tetraedrin təpələrinə doğru yönəldilmiş 109 ° 47"-ə bərabər ciddi müəyyən edilmiş bucaqlarda digər qonşu molekullarla dörd hidrogen bağı yarada bilər, bu da su donduqda sıx bir quruluş yaratmağa imkan vermir ( Şəkil 3).I, Ic, VII və VIII buz quruluşlarında bu tetraedr nizamlıdır II, III, V və VI buz quruluşlarında tetraedr nəzərəçarpacaq dərəcədə təhrif olunur.VI, VII və VIII buz quruluşlarında iki kəsişən sistem hidrogen bağlarını ayırd etmək olar.Hidrogen bağlarının bu görünməz çərçivəsi su molekullarını torlu şəbəkə şəklində təşkil edir, strukturu içi boş daxili kanalları olan altıbucaqlı pətəyə bənzəyir.Buz qızdırılırsa, mesh strukturu məhv olur: su molekulları daha sıx bir maye quruluşa səbəb olan mesh boşluqlarına düşməyə başlayır - bu, suyun buzdan niyə ağır olduğunu izah edir.

düyü. 3. Dörd H2O molekulu arasında hidrogen bağının formalaşması (qırmızı toplar mərkəzi oksigen atomlarını, ağ toplar hidrogen atomlarını təmsil edir)

Buzun quruluşuna xas olan hidrogen bağlarının və molekullararası qarşılıqlı təsirlərin spesifikliyi ərimiş suda qorunur, çünki buz kristalı əriyəndə bütün hidrogen bağlarının yalnız 15% -i məhv olur. Buna görə də, hər bir su molekulu ilə buza xas olan dörd qonşu molekul arasındakı əlaqə ("qısa mənzilli sifariş") pozulmur, baxmayaraq ki, oksigen çərçivə qəfəsinin daha çox bulanması müşahidə olunur. Hidrogen bağları su qaynadıqda da saxlanıla bilər. Yalnız su buxarında hidrogen bağları yoxdur.

Atmosfer təzyiqində əmələ gələn və 0 °C-də əriyən buz ən çox yayılmış, lakin hələ də tam başa düşülməyən maddədir. Quruluşunda və xassələrində çox qeyri-adi görünür. Buzun kristal qəfəslərinin yerlərində su molekullarının tetraedrlərinin oksigen atomları nizamlı şəkildə düzülmüş, altıbucaqlı bir pətək kimi nizamlı altıbucaqlılar əmələ gətirir və hidrogen atomları onları birləşdirən hidrogen bağları üzərində müxtəlif mövqe tutur. oksigen atomları (şək. 4). Beləliklə, su molekullarının qonşularına nisbətən altı ekvivalent istiqaməti mümkündür. Onlardan bəziləri istisna edilir, çünki eyni hidrogen bağında eyni vaxtda iki protonun olması ehtimalı azdır, lakin su molekullarının oriyentasiyasında kifayət qədər qeyri-müəyyənlik qalır. Atomların bu davranışı atipikdir, çünki bərk maddədə bütün atomlar eyni qanuna tabedir: ya atomlar nizamlı şəkildə düzülür, sonra o, kristaldır, ya da təsadüfi, sonra isə amorf maddədir. Belə qeyri-adi quruluş buzun əksər modifikasiyalarında - Ih, III, V, VI və VII (və yəqin ki, Ic-də) həyata keçirilə bilər (Cədvəl 3) və II, VIII və IX buzun quruluşunda su molekulları oriyentasiya ilə sıralanır. . C.Bernala görə buz oksigen atomlarına münasibətdə kristal, hidrogen atomlarına münasibətdə isə şüşədir.

düyü. 4. Təbii altıbucaqlı konfiqurasiyanın buz quruluşu I h

Digər şərtlərdə, məsələn, Kosmosda yüksək təzyiq və aşağı temperaturda buz fərqli şəkildə kristallaşır, hər birinin öz strukturu və kristal qəfəsləri olan digər kristal qəfəslər və modifikasiyalar (kub, triqonal, tetraqonal, monoklinik və s.) əmələ gətirir (Cədvəl). 3). Müxtəlif modifikasiyalı buzun strukturları rus tədqiqatçıları Dr. G.G. Malenkov və fizika-riyaziyyat elmləri namizədi. E.A. Jeliqovskaya adına Fiziki Kimya və Elektrokimya İnstitutundan. A.N. Rusiya Elmlər Akademiyasının Frumkin. II, III və V modifikasiyalı buzlar, temperatur -170 °C-dən çox olmadıqda, atmosfer təzyiqində uzun müddət saxlanılır (şək. 5). Təxminən -150 °C-ə qədər soyuduqda, təbii buz bir neçə nanometr ölçüsündə kublar və oktaedrlərdən ibarət kub buz Ic-ə çevrilir. Ice I c bəzən kapilyarlarda su donduqda görünür, bu, suyun divar materialı ilə qarşılıqlı təsiri və strukturunun təkrarlanması ilə asanlaşdırılır. Temperatur -110 0 C-dən bir qədər yüksək olarsa, metal substratda sıxlığı 0,93 q/sm 3 olan daha sıx və daha ağır şüşəşəkilli amorf buzun kristalları əmələ gəlir. Bu buzun hər iki forması kortəbii olaraq altıbucaqlı buza çevrilə bilər və temperatur nə qədər yüksək olarsa.

Cədvəl 3. Buzun bəzi modifikasiyaları və onların fiziki parametrləri.

Qeyd. 1 Å = 10 -10 m

düyü. 5. Müxtəlif modifikasiyalı kristal buzların vəziyyətinin diaqramı.

Yüksək təzyiqli buzlar da var - altıbucaqlı büzməli elementlərdən əmələ gələn içi boş bal pətəklərindən əmələ gələn, bir-birinə nisbətən üçdə bir yerdə sürüşmüş II və III triqonal və tetraqonal modifikasiyalar (şəkil 6 və şək. 7). Bu buzlar helium və arqon nəcib qazların iştirakı ilə sabitləşir. Buz V monoklinik modifikasiyasının strukturunda qonşu oksigen atomları arasındakı bucaqlar 86 0 ilə 132 ° arasında dəyişir ki, bu da su molekulunda 105 ° 47 ' olan bağ bucağından çox fərqlidir. Tetraqonal modifikasiyanın VI Buzu bir-birinə daxil edilmiş iki çərçivədən ibarətdir, onların arasında hidrogen rabitəsi yoxdur, nəticədə bədən mərkəzli kristal qəfəs əmələ gəlir (şək. 8). VI buzun quruluşu heksamerlərə - altı su molekulunun bloklarına əsaslanır. Onların konfiqurasiyası hesablamalarla verilən sabit su klasterinin strukturunu dəqiq şəkildə təkrarlayır. VII buzun aşağı temperaturlu nizamlı formaları olan kub modifikasiyasının VII və VIII buzları bir-birinə daxil edilmiş I buz çərçivələri ilə oxşar quruluşa malikdir. Təzyiqin sonrakı artması ilə VII və VIII buzların kristal qəfəsindəki oksigen atomları arasındakı məsafə azalacaq, nəticədə X buzunun quruluşu əmələ gəlir, oksigen atomları nizamlı qəfəsdə düzülür və protonlar sıralanır.

düyü. 7. Ice III konfiqurasiyası.

Buz XI normal təzyiqdə 72 K-dan aşağı qələvi əlavə edilməklə I h buzunun dərindən soyuması nəticəsində əmələ gəlir. Bu şəraitdə hidroksil kristal qüsurları əmələ gəlir ki, bu da böyüyən buz kristalının quruluşunu dəyişməyə imkan verir. Buz XI, protonların nizamlı düzülüşü ilə ortoromb kristal qəfəsə malikdir və kristalın hidroksil qüsurlarının yaxınlığında bir çox kristallaşma mərkəzlərində eyni vaxtda əmələ gəlir.

düyü. 8. Ice VI konfiqurasiyası.

Buzlar arasında ömürləri saniyə olan və ən gözəl quruluşa malik olan IV və XII metastabil formalar da var (şək. 9 və şək. 10). Metastabil buz əldə etmək üçün I h buzunu maye azot temperaturunda 1,8 GPa təzyiqə qədər sıxmaq lazımdır. Bu buzlar daha asan əmələ gəlir və həddindən artıq soyudulmuş ağır su təzyiqə məruz qaldıqda xüsusilə sabitdir. Digər metastabil modifikasiya, buz IX, III buz həddindən artıq soyuduqda əmələ gəlir və mahiyyətcə onun aşağı temperaturlu formasını təmsil edir.

düyü. 9. Ice IV konfiqurasiyası.

düyü. 10. Ice XII konfiqurasiyası.

Buzun son iki modifikasiyası - monoklinik XIII və ortorombik konfiqurasiya XIV ilə - Oksford (Böyük Britaniya) alimləri tərəfindən bu yaxınlarda - 2006-cı ildə aşkar edilmişdir. Monoklin və ortoromb qəfəsləri olan buz kristallarının olması ehtimalını təsdiqləmək çətin idi: -160 ° C temperaturda suyun özlülüyü çox yüksəkdir və təmiz həddindən artıq soyudulmuş suyun molekullarının belə miqdarda bir araya gəlməsi çətindir. kristal nüvəsi yaratmaq. Bu, aşağı temperaturda su molekullarının hərəkətliliyini artıran bir katalizator - hidroklor turşusu istifadə edərək əldə edilmişdir. Buzun bu cür modifikasiyaları Yerdə əmələ gələ bilməz, lakin onlar Kosmosda soyudulmuş planetlərdə, donmuş peyklərdə və kometlərdə mövcud ola bilər. Beləliklə, Yupiter və Saturnun peyklərinin səthindən sıxlıq və istilik axınlarının hesablamaları Qanymede və Callistonun I, III, V və VI buzlarının növbələşdiyi buzlu bir qabığa sahib olması lazım olduğunu söyləməyə imkan verir. Titanda buzlar qabığı deyil, daxili təbəqəsi VI buzdan, digər yüksək təzyiqli buzlardan və klatrat hidratlardan ibarət olan mantiya əmələ gətirir və buz I h yuxarıda yerləşir.

düyü. on bir. Təbiətdəki qar dənəciklərinin müxtəlifliyi və forması

Aşağı temperaturda Yer atmosferində yüksək olan su tetraedrlərdən kristallaşır və altıbucaqlı buz Ih əmələ gətirir. Buz kristallarının əmələ gəlməsinin mərkəzi küləklə atmosferin yuxarı təbəqələrinə qaldırılan bərk toz hissəcikləridir. Bu buzun embrion mikrokristalının ətrafında ayrı-ayrı su molekullarının əmələ gətirdiyi iynələr altı simmetrik istiqamətdə böyüyür, onların üzərində yanal proseslər - dendritlər böyüyür. Qar dənəciyinin ətrafındakı havanın temperaturu və rütubəti eynidir, ona görə də ilkin formada o, simmetrikdir. Qar dənəcikləri əmələ gəldikcə, tədricən temperaturun daha yüksək olduğu atmosferin aşağı təbəqələrinə düşür. Burada ərimə baş verir və onların ideal həndəsi forması pozularaq müxtəlif qar dənəcikləri əmələ gəlir (şək. 11).

Sonrakı ərimə ilə buzun altıbucaqlı quruluşu məhv edilir və çoxluqların siklik assosiativlərinin, həmçinin suyun tri-, tetra-, penta-, heksamerlərinin (şək. 12) və sərbəst su molekullarının qarışığı əmələ gəlir. Yaranan klasterlərin strukturunu öyrənmək çox vaxt xeyli çətindir, çünki müasir məlumatlara görə su müxtəlif neytral çoxluqların (H 2 O) n və onların yüklü çoxluq ionlarının [H 2 O] + n və [H 2 O qarışığıdır. ] - n, 10 -11 -10 -12 saniyə ömrü ilə öz aralarında dinamik tarazlıqdadır.

düyü. 12. Mümkün su klasterləri (a-h) tərkibi (H 2 O) n, burada n = 5-20.

Klasterlər bir-biri ilə zahiri çıxıntılı hidrogen bağı üzləri vasitəsilə qarşılıqlı əlaqədə ola bilir, heksahedr, oktaedr, ikosahedron və dodekaedr kimi daha mürəkkəb çoxüzlü strukturlar əmələ gətirir. Beləliklə, suyun quruluşu Platonik bərk cisimlərlə (tetraedr, altıbucaqlı, oktaedr, ikosahedr və dodekaedr), onları kəşf edən qədim yunan filosofu və həndəsəsi Platonun şərəfinə adlandırılmış, forması qızıl nisbətlə müəyyən edilmişdir. (şək. 13).

düyü. 13. Həndəsi forması qızıl nisbətlə müəyyən edilən platonik bərk cisimlər.

İstənilən məkan polihedronunda təpələrin (B), üzlərin (G) və kənarların (P) sayı əlaqə ilə təsvir olunur:

B + G = P + 2

Müntəzəm çoxbucaqlının təpələrinin (B) sayının onun üzlərindən birinin kənarlarının sayına (P) nisbəti eyni çoxbucaqlının üzlərinin (G) sayının kənarların sayına (G) nisbətinə bərabərdir. P) onun təpələrindən birindən çıxan. Tetraedr üçün bu nisbət 4:3, heksahedr (6 üz) və oktaedr (8 üz) üçün 2:1, dodekaedr (12 üz) və ikosahedr (20 üz) üçün isə 4:1-dir.

Rus alimləri tərəfindən hesablanmış çoxhərli su klasterlərinin strukturları müasir analitik üsullarla təsdiq edilmişdir: proton maqnit-rezonans spektroskopiyası, femtosaniyə lazer spektroskopiyası, su kristallarında rentgen və neytron difraksiyası. Su klasterlərinin kəşfi və suyun məlumat saxlamaq qabiliyyəti 21-ci minilliyin ən mühüm kəşflərindən ikisidir. Bu, aydın şəkildə sübut edir ki, təbiət buz kristallarına xas olan dəqiq həndəsi formalar və nisbətlər şəklində simmetriya ilə xarakterizə olunur.

ƏDƏBİYYAT.

1. Belyanin V., Romanova E. Həyat, su molekulu və qızıl nisbət // Elm və həyat, 2004, cild 10, № 3, s. 23-34.

2. Şumski P.A., Struktur buz elminin əsasları. - Moskva, 1955b s. 113.

3. Mosin O.V., İqnatov I. Suyun həyatın bir maddəsi kimi dərk edilməsi. // Şüur və fiziki reallıq. 2011, T 16, No 12, səh. 9-22.

4. Petryanov İ.V.Dünyanın ən qeyri-adi substansiyası.Moskva, Pedaqogika, 1981, s. 51-53.

5 Eyzenberq D, Kautsman V. Suyun quruluşu və xassələri. - Leninqrad, Gidrometeoizdat, 1975, s. 431.

6. Kulsky L. A., Dal V. V., Lenchina L. G. Tanış və sirli su. – Kiyev, Rodyanbsk məktəbi, 1982, s. 62-64.

7. Zatsepina G. N. Suyun quruluşu və xassələri. – Moskva, red. Moskva Dövlət Universiteti, 1974, s. 125.

8. Antonchenko V. Ya., Davydov N. S., İlyin V. V. Su fizikasının əsasları - Kyiv, Naukova Dumka, 1991, s. 167.

9. Simonit T. Karbon nanoborucuqlarının içərisində "görülən" DNT-yə bənzər buz // New Scientist, V. 12, 2006.

10. Emoto M. Suyun mesajları. Buz kristallarının gizli kodları. - Sofiya, 2006. səh. 96.

11. Zenin S.V., Tyaqlov B.V. Hidrofobik qarşılıqlı təsirin təbiəti. Sulu məhlullarda oriyentasiya sahələrinin yaranması // Fiziki kimya jurnalı, 1994, T. 68, № 3, s. 500-503.

12. Pimentel J., McClellan O. Hidrogen bağı - Moskva, Nauka, 1964, s. 84-85.

13. Bernal J., Fowler R. Su və ion məhlullarının strukturu // Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1934, T. 14, No 5, s. 587-644.

14. Khobza P., Zahradnik R. Molekulyar komplekslər: Van der Waals sistemlərinin fiziki kimya və biodisiplinlərdə rolu. – Moskva, Mir, 1989, s. 34-36.

15. Pounder E. R. Physics of Ice, trans. ingilis dilindən - Moskva, 1967, s. 89.

16. Komarov S. M. Yüksək təzyiqin buz nümunələri. // Kimya və həyat, 2007, No 2, s. 48-51.

17. E. A. Jeliqovskaya, G. G. Malenkov. Kristal buzlar // Uspexi ximii, 2006, No 75, s. 64.

18. Fletcher N. H. Buzun kimyəvi fizikası, Cambreage, 1970.

19. Nemukhin A.V. Çoxluqların müxtəlifliyi // Rus Kimya Jurnalı, 1996, T. 40, No 2, s. 48-56.

20. Mosin O.V., İqnatov I. Suyun quruluşu və fiziki reallıq. // Şüur və fiziki reallıq, 2011, T. 16, No 9, s. 16-32.

21. İqnatov I. Bioenergetik təbabət. Canlı maddənin mənşəyi, suyun yaddaşı, biorezonans, biofiziki sahələr. - GayaLibris, Sofiya, 2006, səh. 93.

Fərdi axtarış

Su quruluşu

Ph.D. O.V. Mosin

Su molekulu qütblərində müsbət və mənfi yükləri olan kiçik bir dipoldur. Oksigen nüvəsinin kütləsi və yükü hidrogen nüvələrininkindən böyük olduğu üçün elektron buludu oksigen nüvəsinə doğru çəkilir. Bu halda hidrogen nüvələri üzə çıxır. Beləliklə, elektron buludu qeyri-bərabər sıxlığa malikdir. Hidrogen nüvələrinin yaxınlığında elektron sıxlığı çatışmazlığı, molekulun əks tərəfində, oksigen nüvəsinin yaxınlığında elektron sıxlığının artıqlığı var. Su molekulunun polaritesini təyin edən bu quruluşdur. Müsbət və mənfi yüklərin episentrlərini düz xətlərlə birləşdirsəniz, üç ölçülü həndəsi fiqur - müntəzəm tetraedr alırsınız.

Su molekulunun quruluşu (sağdakı şəkil)

Hidrogen bağlarının mövcudluğuna görə hər bir su molekulu 4 qonşu molekulla hidrogen bağı əmələ gətirir və buz molekulunda açıq işlənmiş mesh çərçivəsi əmələ gətirir. Lakin maye vəziyyətdə su nizamsız mayedir; Bu hidrogen bağları kortəbii, qısa ömürlüdür, tez qırılır və yenidən əmələ gəlir. Bütün bunlar suyun strukturunda heterojenliyə gətirib çıxarır.

Su molekulları arasındakı hidrogen bağları (aşağıdakı solda şəkil)

Suyun tərkibində heterojen olması çoxdan müəyyən edilmişdir. Çoxdan məlumdur ki, buz suyun səthində üzür, yəni kristal buzun sıxlığı mayenin sıxlığından azdır.

Demək olar ki, bütün digər maddələr üçün kristal maye fazadan daha sıxdır. Bundan əlavə, ərimədən sonra da artan temperaturla suyun sıxlığı artmağa davam edir və 4C-də maksimuma çatır. Suyun sıxılma anomaliyası daha az məlumdur: ərimə nöqtəsindən 40C-yə qədər qızdırıldıqda azalır və sonra artır. Suyun istilik tutumu da monoton olmayan temperaturdan asılıdır.

Bundan əlavə, 30C-dən aşağı temperaturda təzyiqin atmosferdən 0,2 GPa-a qədər artması ilə suyun özlülüyü azalır və su molekullarının bir-birinə nisbətən hərəkət sürətini təyin edən parametr olan özünü diffuziya əmsalı artır.

Digər mayelər üçün əlaqə əksinədir və demək olar ki, heç bir yerdə baş vermir ki, bəzi vacib parametr monoton olmayan davranır, yəni. əvvəlcə artdı və kritik bir dəyər keçdikdən sonra temperatur və ya təzyiq azaldı. Belə bir fərziyyə ortaya çıxdı ki, əslində su tək bir maye deyil, iki komponentin qarışığıdır, məsələn, sıxlıq və özlülük, buna görə də quruluş. Bu cür fikirlər 19-cu əsrin sonlarında, su anomaliyaları haqqında çoxlu məlumatların toplandığı zaman yaranmağa başladı.

Uaytinq suyun iki komponentdən ibarət olması fikrini ilk dəfə 1884-cü ildə irəli sürmüşdür. Onun müəllifi E.F.Fritsman tərəfindən 1935-ci ildə nəşr olunmuş "Suyun təbiəti. Ağır su" monoqrafiyasında istinad edilir. 1891-ci ildə V. Rengten sıxlığı ilə fərqlənən suyun iki vəziyyəti anlayışını təqdim etdi. Bundan sonra suyun müxtəlif tərkibli birləşmələrin (hidrolların) qarışığı kimi qəbul edildiyi bir çox əsər ortaya çıxdı.

1920-ci illərdə buzun quruluşu müəyyən edildikdə, kristal vəziyyətdə olan su molekullarının hər bir molekulun müntəzəm tetraedrin təpələrində yerləşən dörd ən yaxın qonşusu olduğu üçölçülü davamlı şəbəkə meydana gətirdiyi məlum oldu. 1933-cü ildə J. Bernal və P. Fowler oxşar şəbəkənin maye suda mövcud olduğunu irəli sürdülər. Su buzdan daha sıx olduğundan, onun tərkibindəki molekulların buzdakı kimi, yəni tridimit mineralındakı silikon atomları kimi deyil, silisium, kvarsın daha sıx modifikasiyasında silikon atomları kimi düzüldüyünə inanırdılar. 0-dan 4C-yə qədər qızdırıldıqda suyun sıxlığının artması aşağı temperaturda tridimit komponentinin olması ilə izah edildi. Beləliklə, Bernal Fowlerin modeli iki struktur elementini saxladı, lakin onların əsas nailiyyəti davamlı tetraedral şəbəkə ideyası idi. Sonra İ.Lenqmurun məşhur aforizmi meydana çıxdı: “Okean böyük bir molekuldur”. Modelin həddindən artıq spesifikasiyası vahid şəbəkə nəzəriyyəsinin tərəfdarlarının sayını artırmadı.

Yalnız 1951-ci ilə qədər J. Pople Bernal Faulerin modeli qədər spesifik olmayan davamlı şəbəkə modelini yaratdı. Pople suyu təsadüfi tetraedral şəbəkə kimi təsəvvür edirdi, molekullar arasındakı bağlar əyilmiş və müxtəlif uzunluqlara malikdir. Pople modeli ərimə zamanı suyun sıxılmasını bağların əyilməsi ilə izah edir. II və IX buzların quruluşunun ilk tərifləri 60-70-ci illərdə ortaya çıxanda, bağların əyilməsinin strukturun sıxlaşmasına necə səbəb ola biləcəyi aydın oldu. Poplenin modeli suyun xüsusiyyətlərinin temperatur və təzyiqdən monoton olmayan asılılığını, eləcə də iki vəziyyətli modelləri izah edə bilmədi. Buna görə də, iki dövlət ideyası uzun müddət bir çox elm adamları tərəfindən paylaşıldı.

Lakin 20-ci əsrin ikinci yarısında hidrollərin tərkibi və quruluşu haqqında əsrin əvvəllərində olduğu kimi fantaziya etmək mümkün deyildi. Buz və kristal hidratların necə işlədiyi artıq məlum idi və onlar hidrogen bağı haqqında çox şey bilirdilər. Kontinuum modelləri ilə yanaşı (Pople modeli) qarışıq modellərin iki qrupu meydana çıxdı: klaster və klatrat. Birinci qrupda su, hidrogen bağları ilə bağlanmış molekulların çoxluqları şəklində meydana çıxdı və bu bağlarda iştirak etməyən molekullar dənizində üzdü. İkinci qrup modellər suyu boşluqları olan hidrogen bağlarının davamlı şəbəkəsi (adətən bu kontekstdə çərçivə adlanır) kimi müalicə edirdi; onların tərkibində çərçivənin molekulları ilə əlaqə yaratmayan molekullar var. Suyun bütün xüsusiyyətlərini, o cümlədən məşhur anomaliyaları izah etmək üçün klaster modellərinin iki mikrofazasının xüsusiyyətlərini və konsentrasiyalarını və ya çərçivənin xüsusiyyətlərini və onun boşluqlarının doldurulma dərəcəsini seçmək çətin deyildi.

Klaster modelləri arasında ən çox diqqət çəkən Q.Nemeti və H.Şerağının modeli olub.: Onların təklif etdikləri, bağlanmamış molekullar dənizində üzən bağlı molekulların çoxluqlarını təsvir edən şəkillər bir çox monoqrafiyaya daxil edilmişdir.

Klatrat tipli ilk model 1946-cı ildə O.Ya.Samoilov tərəfindən təklif edilmişdir: suda altıbucaqlı buza bənzər hidrogen bağları şəbəkəsi qorunub saxlanılır, onun boşluqları qismən monomer molekulları ilə doldurulur. 1959-cu ildə L. Pauling başqa bir variant yaratdı, strukturun əsasının bəzi kristal hidratlara xas olan bağlar şəbəkəsi ola biləcəyini söylədi.

60-cı illərin ikinci yarısı və 70-ci illərin əvvəllərində bütün bu baxışların yaxınlaşması müşahidə olunurdu. Hər iki mikrofazadakı molekulların hidrogen bağları ilə bağlandığı klaster modellərinin variantları meydana çıxdı. Klatrat modellərinin tərəfdarları boşluq və çərçivə molekulları arasında hidrogen bağlarının əmələ gəlməsini qəbul etməyə başladılar. Yəni əslində bu modellərin müəllifləri suyu hidrogen bağlarının davamlı şəbəkəsi hesab edirlər. Və biz bu şəbəkənin nə qədər heterojen olduğundan (məsələn, sıxlıqda) danışırıq. Suyun bir-birinə bağlanmamış su molekulları dənizində üzən hidrogenlə birləşmiş çoxluqlar kimi olması ideyasına səksəninci illərin əvvəllərində, G.Stenli suyun faza keçidlərini təsvir edən süzülmə nəzəriyyəsini tətbiq etdikdə son qoyuldu. su modeli.

1999-cu ildə məşhur rus su tədqiqatçısı S.V. Zenin Rusiya Elmlər Akademiyasının Tibbi və Bioloji Problemlər İnstitutunda klaster nəzəriyyəsi üzrə doktorluq dissertasiyasını müdafiə etdi ki, bu da bu tədqiqat sahəsinin inkişafında mühüm addım idi, mürəkkəbliyi onların üç elmin kəsişməsindədir: fizika, kimya və biologiya. Üç fiziki-kimyəvi üsulla əldə edilən məlumatlara əsaslanaraq: refraktometriya (S.V.Zenin, B.V.Tyaqlov, 1994), yüksək performanslı maye xromatoqrafiyası (S.V.Zenin və başqaları, 1998) və proton maqnit rezonansı (C.S.V.Zenin, 1993) həndəsi konstruksiya və sübut edilmişdir. su molekullarının əsas sabit struktur formalaşmasının modeli (strukturlaşdırılmış su) və sonra (S.V. Zenin, 2004) kontrast fazalı mikroskopdan istifadə etməklə bu strukturların təsviri alınmışdır.

Elm indi sübut etdi ki, suyun fiziki xassələrinin xüsusiyyətləri və su molekulunda qonşu hidrogen və oksigen atomları arasında çoxsaylı qısamüddətli hidrogen bağları bir elementi qəbul edən, saxlayan və ötürən xüsusi əlaqəli strukturların (klasterlərin) əmələ gəlməsi üçün əlverişli imkanlar yaradır. geniş çeşidli məlumat.

Belə suyun struktur vahidi, təbiəti uzun məsafəli Kulon qüvvələri ilə müəyyən edilən klatratlardan ibarət bir çoxluqdur. Klasterlərin strukturu bu su molekulları ilə baş verən qarşılıqlı təsirlər haqqında məlumatları kodlaşdırır. Su klasterlərində, oksigen atomları və hidrogen atomları arasında kovalent və hidrogen bağları arasındakı qarşılıqlı təsir nəticəsində protonun (H+) miqrasiyası rele mexanizmi vasitəsilə baş verə bilər ki, bu da klaster daxilində protonun delokalizasiyasına gətirib çıxarır.

Müxtəlif növ çoxlu çoxluqlardan ibarət olan su, böyük miqdarda məlumatı qavra və saxlaya bilən iyerarxik məkan maye kristal quruluşunu təşkil edir.

Şəkildə (V.L.Voeikov) nümunə kimi bir neçə sadə klaster strukturunun diaqramları göstərilir.

Su klasterlərinin bəzi mümkün strukturları

Çox fərqli təbiətli fiziki sahələr informasiya daşıyıcısı ola bilər. Beləliklə, elektromaqnit, akustik və digər sahələrdən istifadə etməklə suyun maye kristal quruluşunun müxtəlif təbiətli obyektlərlə uzaqdan informasiya qarşılıqlı əlaqəsi imkanları müəyyən edilmişdir. Təsir edən obyekt də şəxs ola bilər.

Su ultra zəif və zəif alternativ elektromaqnit şüalanma mənbəyidir. Ən az xaotik elektromaqnit şüalanma strukturlaşdırılmış su tərəfindən yaradılır. Bu halda, bioloji obyektlərin struktur və informasiya xüsusiyyətlərini dəyişən müvafiq elektromaqnit sahəsinin induksiyası baş verə bilər.

Son illərdə həddindən artıq soyudulmuş suyun xüsusiyyətləri ilə bağlı mühüm məlumatlar əldə edilmişdir. Suyun aşağı temperaturda öyrənilməsi çox maraqlıdır, çünki digər mayelərdən daha çox soyudula bilər. Suyun kristallaşması, bir qayda olaraq, gəminin divarlarında və ya bərk çirklərin üzən hissəciklərində bəzi qeyri-homogenliklərdən başlayır. Buna görə də, həddindən artıq soyudulmuş suyun öz-özünə kristallaşacağı temperaturu tapmaq asan deyil. Lakin elm adamları bunu bacardılar və indi buz kristallarının əmələ gəlməsi bütün həcmdə eyni vaxtda baş verən homojen nüvələnmənin temperaturu 0,3 GPa-a qədər təzyiqlə tanınır, yəni mövcudluq bölgələrini əhatə edir. buz II.

Atmosfer təzyiqindən I və II buzları ayıran sərhədə qədər bu temperatur 231-dən 180 K-ə düşür, sonra isə bir qədər yüksələrək 190 K-ə qədər yüksəlir. Bu kritik temperaturun altında maye su prinsipcə mümkün deyil.

Buz quruluşu (sağdakı şəkil)

Ancaq bu temperaturla bağlı bir sirr var. Səksəninci illərin ortalarında amorf buzun yeni modifikasiyası - yüksək sıxlıqlı buz kəşf edildi və bu, iki vəziyyətin qarışığı kimi su ideyasını canlandırmağa kömək etdi. Prototiplər kimi kristal quruluşlar deyil, müxtəlif sıxlıqlı amorf buzun strukturları hesab olunurdu. Bu konsepsiya 1999-cu ildə yazan E.G.Ponyatovski və V.V.Sinitsin tərəfindən ən aydın formada tərtib edilmişdir: “Su iki komponentin müntəzəm həlli hesab olunur, yerli konfiqurasiyaları amorf buzun qısamüddətli modifikasiya sırasına uyğundur. .” Üstəlik, neytron difraksiya üsullarından istifadə edərək yüksək təzyiqdə həddindən artıq soyudulmuş suda qısa məsafəli nizamı öyrənərək alimlər bu strukturlara uyğun komponentləri tapa bildilər.

Amorf buzun polimorfizminin nəticəsi, hipotetik aşağı temperaturlu kritik nöqtədən aşağı temperaturda suyun iki qarışmayan komponentə ayrılması ilə bağlı fərziyyələrə səbəb oldu. Təəssüf ki, tədqiqatçıların fikrincə, 0,017 GPa təzyiqdə olan bu temperatur nüvələşmə temperaturundan 230 K aşağıdır, ona görə də hələ heç kim maye suyun təbəqələşməsini müşahidə edə bilməyib. Beləliklə, iki dövlətli modelin canlanması maye suda hidrogen bağları şəbəkəsinin heterojenliyi məsələsini gündəmə gətirdi. Bu heterojenliyi yalnız kompüter modelləşdirməsindən istifadə etməklə başa düşmək olar.

Suyun kristal quruluşundan danışarkən qeyd etmək lazımdır ki, buzun 14 modifikasiyası məlumdur, onların əksəriyyəti təbiətdə tapılmır, burada su molekulları həm fərdiliyini saxlayır, həm də hidrogen bağları ilə bağlıdır. Digər tərəfdən, klatrat hidratlarda hidrogen rabitəsi şəbəkəsinin bir çox variantı var. Bu şəbəkələrin enerjiləri (yüksək təzyiqli buzlar və klatrat hidratlar) kub və altıbucaqlı buzların enerjilərindən çox da yüksək deyil. Buna görə də belə strukturların fraqmentləri maye suda da görünə bilər. Saysız-hesabsız müxtəlif qeyri-dövri fraqmentlər qurmaq mümkündür, onların molekulları təxminən tetraedrin təpələrində yerləşən dörd ən yaxın qonşuya malikdir, lakin onların quruluşu buzun məlum modifikasiyalarının strukturlarına uyğun gəlmir. Çoxsaylı hesablamaların göstərdiyi kimi, belə fraqmentlərdə molekulların qarşılıqlı təsir enerjiləri bir-birinə yaxın olacaq və maye suda hər hansı strukturun üstünlük təşkil etməli olduğunu söyləməyə əsas yoxdur.

Suyun struktur tədqiqatları müxtəlif üsullardan istifadə etməklə öyrənilə bilər; proton maqnit rezonans spektroskopiyası, infraqırmızı spektroskopiya, rentgen şüalarının difraksiyası və s.Məsələn, rentgen şüalarının və neytronların difraksiyası dəfələrlə tədqiq edilmişdir. Ancaq bu təcrübələr quruluş haqqında ətraflı məlumat verə bilməz. Sıxlığı ilə fərqlənən qeyri-homogenliklər rentgen şüalarının və neytronların kiçik bucaqlarda səpilməsi ilə görünə bilərdi, lakin belə qeyri-bərabərliklər yüzlərlə su molekulundan ibarət böyük olmalıdır. İşığın səpilməsini öyrənməklə onları görmək olardı. Bununla belə, su son dərəcə şəffaf bir mayedir. Difraksiya təcrübələrinin yeganə nəticəsi radial paylanma funksiyası, yəni oksigen, hidrogen və oksigen-hidrogen atomları arasındakı məsafədir. Onlardan aydın olur ki, su molekullarının düzülüşündə uzunmüddətli nizam yoxdur. Bu funksiyalar su üçün digər mayelərə nisbətən daha tez xarab olur. Məsələn, otaq temperaturuna yaxın temperaturda oksigen atomları arasında məsafələrin paylanması 2.8, 4.5 və 6.7-də yalnız üç maksimum verir. Birinci maksimum ən yaxın qonşulara olan məsafəyə uyğundur və onun dəyəri təxminən hidrogen bağının uzunluğuna bərabərdir. İkinci maksimum tetraedr kənarının orta uzunluğuna yaxındır: unutmayın ki, altıbucaqlı buzdakı su molekulları mərkəzi molekulun ətrafında təsvir olunan tetraedrin təpələri boyunca yerləşir. Və üçüncü maksimum, çox zəif ifadə edilmiş, hidrogen şəbəkəsində üçüncü və daha uzaq qonşulara olan məsafəyə uyğundur. Bu maksimumun özü çox parlaq deyil və sonrakı zirvələr haqqında danışmağa ehtiyac yoxdur. Bu paylamalardan daha ətraflı məlumat əldə etməyə cəhdlər edilmişdir. Beləliklə, 1969-cu ildə İ.S.Andrianov və İ.Z.Fişer səkkizinci qonşuya qədər olan məsafələri tapdılar, beşinci qonşuya isə 3, altıncı qonşuya isə 3.1 oldu. Bu, su molekullarının uzaq mühiti haqqında məlumat əldə etməyə imkan verir.

Quruluşun öyrənilməsinin başqa bir üsulu - su kristallarında neytron difraksiyası - rentgen şüalarının difraksiyası ilə eyni şəkildə həyata keçirilir. Lakin neytronların səpilmə uzunluqları müxtəlif atomlar arasında o qədər də fərqlənmədiyi üçün izomorf əvəzetmə üsulu qəbuledilməz olur. Praktikada adətən molekulyar quruluşu başqa üsullarla təqribən müəyyən edilmiş kristalla işləyir. Daha sonra bu kristal üçün neytron difraksiyasının intensivliyi ölçülür. Bu nəticələrə əsasən, Fourier transformasiyası həyata keçirilir, bu müddət ərzində hidrogen olmayan atomlar nəzərə alınmaqla hesablanan ölçülmüş neytron intensivliyi və fazaları istifadə olunur, yəni. quruluş modelindəki mövqeyi məlum olan oksigen atomları. Daha sonra bu yolla əldə edilən Furye xəritəsində hidrogen və deyterium atomları elektron sıxlığı xəritəsindən çox daha böyük çəkilərlə təmsil olunur, çünki bu atomların neytron səpilməsinə töhfəsi çox böyükdür. Bu sıxlıq xəritəsindən istifadə edərək, məsələn, hidrogen atomlarının (mənfi sıxlıq) və deuteriumun (müsbət sıxlıq) mövqelərini təyin edə bilərsiniz.

Suda əmələ gələn kristalın ölçmələrdən əvvəl ağır suda saxlanmasından ibarət olan bu metodun dəyişməsi mümkündür. Bu halda, neytron difraksiyası təkcə hidrogen atomlarının harada yerləşdiyini müəyyən etməyə imkan vermir, həm də onların deuteriumla mübadilə edilə bilənlərini müəyyən edir ki, bu da izotop (H-D) mübadiləsini öyrənərkən xüsusilə vacibdir. Bu cür məlumatlar strukturun düzgün qurulduğunu təsdiqləməyə kömək edir.

Digər üsullar da su molekullarının dinamikasını öyrənməyə imkan verir. Bunlar kvazi-elastik neytron səpilməsi, ultrasürətli İR spektroskopiyası və NMR və ya etiketli deuterium atomlarından istifadə edərək suyun diffuziyasının öyrənilməsi üzrə təcrübələrdir. NMR spektroskopiyası üsulu hidrogen atomunun nüvəsinin sabit və dəyişən maqnit sahələri ilə qarşılıqlı əlaqədə olan maqnit momentinə - spinə malik olmasına əsaslanır. NMR spektrindən bu atomların və nüvələrin hansı mühitdə yerləşdiyini mühakimə etmək olar və bununla da molekulun quruluşu haqqında məlumat əldə etmək olar.

Su kristallarında kvazi-elastik neytronların səpilməsi üzrə aparılan təcrübələr nəticəsində ən mühüm parametr - müxtəlif təzyiq və temperaturlarda öz-özünə diffuziya əmsalı ölçüldü. Kvazielastik neytron səpilməsindən öz-özünə diffuziya əmsalını mühakimə etmək üçün molekulyar hərəkətin təbiəti haqqında fərziyyə etmək lazımdır. Əgər onlar Ya.İ.Frenkelin (məşhur rus nəzəri fiziki, “Mayelərin Kinetik Nəzəriyyəsi”nin müəllifi – bir çox dillərə tərcümə edilmiş klassik kitab) modelinə uyğun hərəkət edərlərsə, “atlama-gözləmə” modeli də adlandırılır. onda molekulun oturuşmuş ömrü (sıçrayış arasındakı vaxt) 3,2 pikosaniyədir. Femtosaniyə lazer spektroskopiyasının ən son üsulları pozulmuş hidrogen bağının ömrünü təxmin etməyə imkan verdi: tərəfdaş tapmaq üçün bir proton 200 fs tələb edir. Ancaq bunların hamısı orta qiymətlərdir. Su molekullarının hərəkətinin strukturu və təbiətinin təfərrüatlarını yalnız kompüter simulyasiyasının köməyi ilə öyrənmək mümkündür, bəzən ədədi təcrübə də deyilir.

Suyun strukturu kompüter modelləşdirməsinin nəticələrinə görə belə görünür (Kimya elmləri doktoru G.G. Malenkova görə). Ümumi nizamsız quruluş, strukturlarında, məsələn, Voronoi polihedronunun (a) həcmində, yaxın ətraf mühitin tetrahedrallıq dərəcəsi ilə fərqlənən iki növ bölgəyə bölünə bilər (qaranlıq və açıq toplar kimi göstərilir). b), potensial enerjinin dəyəri (c), həmçinin hər bir molekulda dörd hidrogen rabitəsi olduqda (d). Ancaq bu sahələr sözün əsl mənasında bir anda, bir neçə pikosaniyədən sonra yerlərini dəyişəcək.

Simulyasiya bu şəkildə həyata keçirilir. Buz quruluşu alınır və əriyənə qədər qızdırılır. Sonra suyun kristal mənşəyini unutması üçün bir müddət sonra ani mikrofotoqraflar çəkilir.

Suyun strukturunu təhlil etmək üçün üç parametr seçilir:
- molekulun yerli mühitinin müntəzəm tetraedrin təpələrindən kənara çıxma dərəcəsi;
-molekulların potensial enerjisi;
-Voronoy polihedronunun həcmi.

Bu çoxüzlü qurmaq üçün verilmiş molekuldan ən yaxın birinə kənar götürün, onu yarıya bölün və bu nöqtədən kənara perpendikulyar bir müstəvi çəkin. Bu, hər molekulun həcmini verir. Polihedronun həcmi sıxlıqdır, tetraedrallıq hidrogen bağlarının təhrif dərəcəsidir, enerji molekulyar konfiqurasiyanın sabitlik dərəcəsidir. Bu parametrlərin hər birinin oxşar dəyərləri olan molekullar ayrı-ayrı qruplarda qruplaşmaya meyllidirlər. Həm aşağı sıxlıqlı, həm də yüksək sıxlıqlı bölgələr fərqli enerji dəyərlərinə malikdirlər, lakin eyni enerji dəyərlərinə də malik ola bilərlər. Təcrübələr göstərmişdir ki, müxtəlif strukturlara malik olan ərazilər, klasterlər özbaşına yaranır və özbaşına parçalanır. Suyun bütün quruluşu canlıdır və daim dəyişir və bu dəyişikliklərin baş vermə müddəti çox qısadır. Tədqiqatçılar molekulların hərəkətlərini izləyiblər və onların təqribən 0,5 ps tezliyi və 1 angstrom amplitudası ilə nizamsız vibrasiyalar həyata keçirdiklərini aşkar ediblər. Pikosaniyələrlə davam edən angstromların nadir yavaş sıçrayışları da müşahidə edilmişdir. Ümumiyyətlə, 30 ps-də bir molekul 8-10 angstrom hərəkət edə bilər. Yerli mühitin ömrü də qısadır. Voronoi polihedronunun oxşar həcm dəyərlərinə malik molekullardan ibarət bölgələr 0,5 ps-də çürüyə bilər və ya bir neçə pikosaniyə yaşaya bilər. Lakin hidrogen bağlarının ömür boyu paylanması çox böyükdür. Ancaq bu dəfə 40 ps-dən çox deyil və orta dəyər bir neçə ps-dir.

Sonda vurğulamaq lazımdır ki Suyun çoxluq quruluşu nəzəriyyəsinin bir çox tələləri var. Məsələn, Zenin suyun əsas struktur elementinin dörd dodekaedrin birləşməsindən əmələ gələn 57 molekuldan ibarət klaster olduğunu irəli sürür. Onların ümumi üzləri var və mərkəzləri müntəzəm tetraedr təşkil edir. Çoxdan məlumdur ki, su molekulları beşbucaqlı dodekaedrin təpələrində yerləşə bilər; Belə dodekaedr qaz hidratlarının əsasını təşkil edir. Buna görə də, suda belə strukturların mövcudluğu fərziyyəsində təəccüblü heç nə yoxdur, baxmayaraq ki, artıq heç bir konkret strukturun üstünlük təşkil edə bilməyəcəyi və uzun müddət mövcud ola bilməyəcəyi artıq deyilmişdir. Ona görə də qəribədir ki, bu element əsas element kimi qəbul edilir və onun tərkibində tam olaraq 57 molekul var. Toplardan, məsələn, bir-birinə bitişik dodekaedrlərdən ibarət olan və 200 molekuldan ibarət eyni strukturları yığa bilərsiniz. Zenin iddia edir ki, suyun üçölçülü polimerləşməsi prosesi 57 molekulda dayanır. Onun fikrincə, daha böyük tərəfdaşlar olmamalıdır. Ancaq belə olsaydı, hidrogen bağları ilə birləşən çox sayda molekuldan ibarət altıbucaqlı buz kristalları su buxarından çökə bilməzdi. Zenin klasterinin böyüməsinin niyə 57 molekulda dayandığı heç də aydın deyil. Ziddiyyətlərin qarşısını almaq üçün Zenin çoxluqları minə yaxın molekuldan ibarət daha mürəkkəb formasiyalara - rombhedralara yığır və orijinal çoxluqlar bir-biri ilə hidrogen bağı yaratmır. Niyə? Onların səthindəki molekullar içəridəkilərdən nə ilə fərqlənir? Zeninə görə, rombedrlərin səthindəki hidroksil qruplarının nümunəsi suyun yaddaşını təmin edir. Nəticə etibarı ilə, bu böyük komplekslərdəki su molekulları sərt şəkildə sabitləşmiş, komplekslərin özləri isə bərk cisimlərdir. Belə su axmayacaq və molekulyar çəki ilə əlaqəli olan ərimə nöqtəsi çox yüksək olmalıdır.

Zenin modeli suyun hansı xüsusiyyətlərini izah edir? Model tetraedral strukturlara əsaslandığı üçün rentgen şüaları və neytronların difraksiya məlumatları ilə az və ya çox uyğun ola bilər. Bununla belə, modelin ərimə zamanı sıxlığın azalmasını izah edə bilməsi ehtimalı azdır, dodekaedrlərin qablaşdırılması buzdan daha az sıxdır. Ancaq dinamik xüsusiyyətləri olan bir modellə razılaşmaq ən çətindir - axıcılıq, özünü diffuziya əmsalının böyük dəyəri, qısa korrelyasiya və dielektrik relaksasiya vaxtları, pikosaniyələrlə ölçülür.

Ph.D. O.V. Mosin

İstinadlar:
G.G. Malenkov. Fiziki kimyada irəliləyişlər, 2001
S.V.Zenin, B.M. Polanuer, B.V. Tyaqlov. Su fraksiyalarının mövcudluğunun eksperimental sübutu. G. Homeopatik tibb və akupunktur. 1997.No2.S.42-46.
S.V. Zenin, B.V. Tyaqlov. Su molekullarının assosiativ quruluşunun hidrofobik modeli. J. Fiziki kimya.1994. T. 68. No 4. S. 636-641.
S.V. Zenin Proton maqnit rezonans metodundan istifadə etməklə suyun strukturunun tədqiqi. Dokl.RAN.1993.T.332.No3.S.328-329.
S.V.Zenin, B.V.Tyaqlov. Hidrofobik qarşılıqlı təsirin təbiəti. Sulu məhlullarda oriyentasiya sahələrinin yaranması. J. Fiziki kimya.1994. T. 68. No 3. S. 500-503.
S.V. Zenin, B.V. Tyaglov, G.B. Sergeev, Z.A. Şabarova. NMR-dən istifadə edərək nukleotidamidlərdə molekuldaxili qarşılıqlı təsirlərin öyrənilməsi. 2-ci Ümumittifaq Konfransının materialları. Dinamik olaraq Stereokimya. Odessa.1975.s.53.
S.V. Zenin. Suyun strukturlaşdırılmış vəziyyəti canlı sistemlərin davranışına və təhlükəsizliyinə nəzarət üçün əsas kimi. tezis. Biologiya elmləri doktoru. "Tibbi-Bioloji Problemlər İnstitutu" Dövlət Elmi Mərkəzi (DİM "IMBP"). Qorunan 1999. 05. 27. UDC 577.32:57.089.001.66.207 s.
VƏ. Slesarev. Tədqiqatın gedişi hesabatı

Suyun xüsusiyyətləri

Su niyə sudur?

Çox müxtəlif maddələr arasında fiziki və kimyəvi xüsusiyyətləri ilə su çox xüsusi, müstəsna yer tutur. Və bu hərfi mənada qəbul edilməlidir.

Suyun demək olar ki, bütün fiziki və kimyəvi xüsusiyyətləri təbiətdə istisnadır. Bu, həqiqətən də dünyanın ən heyrətamiz maddəsidir. Su təkcə molekulun müxtəlif izotopik formaları üçün deyil, həm də gələcək üçün tükənməz enerji mənbəyi kimi onunla əlaqəli ümidlər üçün deyil. Bundan əlavə, o, çox adi xüsusiyyətləri ilə heyrətamizdir.

Su molekulu necə qurulur?

Bir su molekulunun necə qurulduğu indi çox dəqiq məlumdur. Belə tikilib.

Hidrogen və oksigen atomlarının nüvələrinin nisbi mövqeləri və aralarındakı məsafə yaxşı öyrənilmiş və ölçülmüşdür. Məlum oldu ki, su molekulu qeyri-xəttidir. Atomların elektron qabıqları ilə birlikdə bir su molekulu, ona "yan tərəfdən" baxsanız, belə təsvir edilə bilər:

yəni həndəsi cəhətdən molekulda yüklərin qarşılıqlı düzülüşü sadə tetraedr kimi təsvir edilə bilər. İstənilən izotopik tərkibə malik bütün su molekulları eyni şəkildə qurulur.

Okeanda neçə su molekulu var?

bir. Və bu cavab tam olaraq zarafat deyil. Təbii ki, hər kəs bir arayış kitabına baxaraq və Dünya Okeanında nə qədər su olduğunu öyrənərək onun tərkibində neçə H2O molekulu olduğunu asanlıqla hesablaya bilər. Ancaq belə bir cavab tamamilə doğru olmayacaq. Su xüsusi bir maddədir. Öz unikal quruluşuna görə ayrı-ayrı molekullar bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olurlar. Xüsusi kimyəvi bağ, bir molekulun hidrogen atomlarının hər birinin qonşu molekullarda oksigen atomlarının elektronlarını cəlb etməsi səbəbindən yaranır. Bu hidrogen bağı sayəsində hər bir su molekulu diaqramda göstərildiyi kimi dörd qonşu molekulla olduqca sıx birləşir. Düzdür, bu diaqram çox sadələşdirilmişdir - düzdür, əks halda şəkildə təsvir edilə bilməz. Bir az daha dəqiq bir şəkil təsəvvür edək. Bunu etmək üçün nəzərə almaq lazımdır ki, su molekulunda hidrogen bağlarının yerləşdiyi müstəvi (onlar nöqtəli xətt ilə göstərilir) hidrogen atomlarının yerləşdiyi müstəviyə perpendikulyar yönəldilmişdir.

Sudakı bütün fərdi H2O molekulları vahid davamlı fəza şəbəkəsinə - bir nəhəng molekula birləşdirilir. Buna görə də, bəzi fiziki kimyaçıların bütün okeanın bir molekul olduğu iddiası tamamilə haqlıdır. Amma bu bəyanatı hərfi mənada çox da qəbul etmək olmaz. Suda olan bütün su molekulları bir-biri ilə hidrogen bağları ilə bağlansalar da, eyni zamanda çox mürəkkəb mobil tarazlıqda olur, ayrı-ayrı molekulların fərdi xüsusiyyətlərini qoruyub saxlayır və mürəkkəb aqreqatlar əmələ gətirirlər. Bu fikir təkcə suya aid deyil: almaz parçası da bir molekuldur.

Buz molekulu necə qurulur?

Xüsusi buz molekulları yoxdur. Su molekulları, diqqətəlayiq quruluşlarına görə, bir buz parçasının içində bir-birinə bağlanır ki, hər biri dörd başqa molekulla birləşib və əhatə olunub. Bu, çox boş bir buz quruluşunun görünməsinə səbəb olur, içərisində çoxlu boş həcm qalır. Buzun düzgün kristal quruluşu qar dənələrinin heyrətamiz lütfündə və donmuş pəncərə şüşələrindəki şaxtalı naxışların gözəlliyində ifadə olunur.

Su molekulları suda necə qurulur?

Təəssüf ki, bu çox vacib məsələ hələ də kifayət qədər öyrənilməyib. Maye suda molekulların quruluşu çox mürəkkəbdir. Buz əridikdə onun şəbəkə strukturu yaranan suda qismən qorunub saxlanılır. Ərinmiş suyun tərkibindəki molekullar çoxlu sadə molekullardan - buzun xüsusiyyətlərini saxlayan aqreqatlardan ibarətdir. Temperatur yüksəldikcə bəziləri parçalanır və ölçüləri kiçilir.

Qarşılıqlı cazibə ona gətirib çıxarır ki, maye suda mürəkkəb su molekulunun orta ölçüsü tək bir su molekulunun ölçüsünü əhəmiyyətli dərəcədə üstələyir. Suyun bu qeyri-adi molekulyar quruluşu onun qeyri-adi fiziki-kimyəvi xüsusiyyətlərini müəyyən edir.

Suyun sıxlığı nə qədər olmalıdır?

Çox qəribə sual deyilmi? Kütlə vahidinin necə qurulduğunu xatırlayın - bir qram. Bu, bir kub santimetr suyun kütləsidir. Bu o deməkdir ki, suyun sıxlığı yalnız olduğu kimi olmalıdır ki, heç bir şübhə ola bilməz. Buna şübhə ola bilərmi? Bacarmaq. Nəzəriyyəçilər hesabladılar ki, əgər su maye halında boş, buz kimi bir quruluş saxlamasaydı və onun molekulları sıx şəkildə yığılsaydı, o zaman suyun sıxlığı çox daha yüksək olardı. 25°C-də 1,0 deyil, 1,8 q/sm3-ə bərabər olacaqdır.

Su hansı temperaturda qaynamalıdır?

Bu sual da təbii ki, qəribədir. Axı su yüz dərəcə qaynayır. Bunu hamı bilir. Üstəlik, hər kəs bilir ki, temperatur şkalasının istinad nöqtələrindən biri olaraq şərti olaraq 100 ° C olaraq təyin edilmiş normal atmosfer təzyiqində suyun qaynama nöqtəsidir.

Bununla belə, sual başqa cür qoyulur: su hansı temperaturda qaynamalıdır? Axı, müxtəlif maddələrin qaynama temperaturları təsadüfi deyil. Onlar molekullarını təşkil edən elementlərin Mendeleyevin dövri cədvəlindəki mövqeyindən asılıdır.

Dövri cədvəlin eyni qrupuna aid olan eyni tərkibli müxtəlif elementlərin kimyəvi birləşmələrini müqayisə etsək, asanlıqla müşahidə etmək olar ki, elementin atom nömrəsi nə qədər az olarsa, onun atom çəkisi də bir o qədər aşağı olarsa, onun qaynama nöqtəsi bir o qədər aşağı olar. onun birləşmələri. Kimyəvi tərkibinə görə suyu oksigen hidridi adlandırmaq olar. H2Te, H2Se və H2S suyun kimyəvi analoqlarıdır. Onların qaynama nöqtələrinə nəzarət etsəniz və hidridlərin qaynama nöqtələrinin dövri cədvəlin digər qruplarında necə dəyişdiyini müqayisə etsəniz, hər hansı digər birləşmə kimi hər hansı hidridin qaynama nöqtəsini olduqca dəqiq təyin edə bilərsiniz. Mendeleyevin özü bu üsulla hələ kəşf edilməmiş elementlərin kimyəvi birləşmələrinin xassələrini proqnozlaşdıra bildi.

Oksigen hidridinin qaynama nöqtəsini dövri cədvəldəki mövqeyinə görə təyin etsək, suyun -80 ° C-də qaynaması lazım olduğu ortaya çıxır. Nəticədə, su təxminən yüz səksən dərəcə yüksək qaynayır. , daha qaynadılmalıdır. Suyun qaynama nöqtəsi - bu, onun ən ümumi xüsusiyyətidir - qeyri-adi və təəccüblü olur.

Hər hansı kimyəvi birləşmənin xassələri onu əmələ gətirən elementlərin təbiətindən və deməli, Mendeleyevin kimyəvi elementlərin dövri cədvəlindəki mövqeyindən asılıdır. Bu qrafiklər dövri sistemin IV və VI qruplarının hidrogen birləşmələrinin qaynama və ərimə temperaturlarının asılılığını göstərir. Su təəccüblü bir istisnadır. Protonun radiusu çox kiçik olduğuna görə onun molekulları arasında qarşılıqlı təsir qüvvələri o qədər böyükdür ki, onları ayırmaq çox çətindir, buna görə də su anomal yüksək temperaturda qaynayır və əriyir.

Qrafik A. IV qrup elementlərinin hidridlərinin qaynama temperaturunun onların dövri sistemdəki vəziyyətindən normal asılılığı.

Qrafik B. VI qrup elementlərinin hidridləri arasında su anomal xüsusiyyətlərə malikdir: su mənfi 80 - mənfi 90 ° C-də qaynamalıdır, lakin plus 100 ° C-də qaynar.

Qrafik B. IV qrup elementlərinin hidridlərinin ərimə temperaturunun onların dövri sistemdəki vəziyyətindən normal asılılığı.

Qrafik D. VI qrup elementlərinin hidridləri arasında su nizamı pozur: o, mənfi 100 ° C-də, buz buzlaqları isə 0 ° C-də əriməlidir.

Su hansı temperaturda donur?

Düzdür, sual əvvəlkilərdən heç də az qəribə deyil? Yaxşı, suyun sıfır dərəcədə donduğunu kim bilmir? Bu termometrin ikinci istinad nöqtəsidir. Bu suyun ən ümumi xüsusiyyətidir. Ancaq bu vəziyyətdə də soruşmaq olar: su kimyəvi təbiətinə uyğun olaraq hansı temperaturda donmalıdır? Belə çıxır ki, oksigen hidrid, dövri cədvəldəki mövqeyinə görə, sıfırın yüz dərəcə altında bərkimiş olmalıdır.

Suyun neçə maye halı var?

Bu suala cavab vermək o qədər də asan deyil. Əlbəttə, bir şey də var - hamımıza tanış olan maye su. Lakin maye suyun o qədər qeyri-adi xassələri var ki, belə sadə, zahirən təhrikedici olmayan suyun olub-olmadığını düşünmək lazımdır.

cavab şübhəsiz? Su dünyada yeganə maddədir ki, əridikdən sonra əvvəlcə büzülür, sonra temperatur yüksəldikcə genişlənməyə başlayır. Təxminən 4°C-də su ən yüksək sıxlıqdadır. Suyun xassələrindəki bu nadir anomaliya onunla izah olunur ki, əslində maye su tamamilə qeyri-adi tərkibli kompleks məhluldur: suyun suda məhluludur.

Buz əriyəndə əvvəlcə iri, mürəkkəb su molekulları əmələ gəlir. Onlar buzun boş kristal quruluşunun qalıqlarını saxlayır və adi aşağı molekullu suda həll olunur. Buna görə də əvvəlcə suyun sıxlığı az olur, lakin temperatur artdıqca bu böyük molekullar parçalanır və beləliklə suyun sıxlığı normal istilik genişlənməsi öz üzərinə düşənə qədər artır və bu zaman suyun sıxlığı yenidən aşağı düşür. Bu doğrudursa, suyun bir neçə vəziyyəti mümkündür, lakin heç kim onları necə ayıracağını bilmir. Və bunun nə vaxtsa mümkün olub-olmayacağı hələ məlum deyil. Suyun bu qeyri-adi xüsusiyyəti həyat üçün böyük əhəmiyyət kəsb edir. Su anbarlarında, qış başlamazdan əvvəl, bütün su anbarının temperaturu 4 ° C-ə çatana qədər soyuducu su tədricən aşağı düşür. Daha çox soyutma ilə daha soyuq su yuxarıda qalır və bütün qarışdırma dayanır. Nəticədə fövqəladə vəziyyət yaranır: nazik soyuq su təbəqəsi sualtı dünyasının bütün sakinləri üçün “isti yorğan” kimi olur. 4°C-də özlərini olduqca yaxşı hiss edirlər.

Nə daha asan olmalıdır - su və ya buz?

Bunu kim bilmir ki... Axı buz suyun üzərində üzür. Okeanda nəhəng aysberqlər üzür. Qışda göllər üzən davamlı buz təbəqəsi ilə örtülür. Əlbəttə ki, buz sudan daha yüngüldür.

Bəs niyə "əlbəttə"? Bu qədər aydındırmı? Əksinə, ərimə zamanı bütün bərk maddələrin həcmi artır və onlar öz ərimələrində boğulurlar. Ancaq buz suda üzür. Suyun bu xüsusiyyəti təbiətdəki anomaliyadır, istisnadır və üstəlik, tamamilə diqqətəlayiq bir istisnadır.

Su molekulunda müsbət yüklər hidrogen atomları ilə əlaqələndirilir. Mənfi yüklər oksigenin valent elektronlarıdır. Onların su molekulunda nisbi düzülüşü sadə tetraedr kimi təsvir edilə bilər.

Gəlin təsəvvür etməyə çalışaq ki, suyun normal xassələri olsaydı və buz hər hansı bir normal maddənin olması lazım olduğu kimi maye sudan daha sıx olsaydı, dünyanın necə görünəcəyini təsəvvür edək. Qışda yuxarıdan donan daha sıx buz su anbarının dibinə davamlı olaraq çökərək suya batardı. Yayda soyuq su təbəqəsi ilə qorunan buz əriyə bilmirdi. Tədricən bütün göllər, gölməçələr, çaylar, çaylar tamamilə donaraq nəhəng buz bloklarına çevriləcəkdi. Nəhayət, dənizlər donacaq, ardınca okeanlar. Gözəl, çiçəklənən yaşıl dünyamız ora-bura nazik ərimiş su təbəqəsi ilə örtülmüş davamlı buzlu səhraya çevriləcəkdi.

Neçə buz var?

Təbiətdə Yerimizdə yalnız bir şey var: adi buz. Buz qeyri-adi xüsusiyyətlərə malik bir qayadır. O, bərkdir, lakin maye kimi axır və yüksək dağlardan yavaş-yavaş axan nəhəng buz çayları var. Buz dəyişkəndir - davamlı olaraq yox olur və yenidən əmələ gəlir. Buz qeyri-adi dərəcədə möhkəm və davamlıdır - on minlərlə il ərzində buzlaq çatlarında təsadüfən ölmüş mamontların cəsədlərini dəyişmədən qoruyur. İnsan öz laboratoriyalarında ən azı altı fərqli, heç də az olmayan heyrətamiz buz kəşf edə bildi. Onlar təbiətdə tapıla bilməz. Onlar yalnız çox yüksək təzyiqlərdə mövcud ola bilərlər. Adi buz 208 MPa (meqapaskal) təzyiqə qədər saxlanılır, lakin bu təzyiqdə - 22 °C-də əriyir. Təzyiq 208 MPa-dan yüksək olarsa, sıx buz görünür - buz-III. Sudan ağırdır və onun içinə batar. Daha aşağı temperaturda və daha yüksək təzyiqdə - 300 MPa-a qədər - daha sıx buz-P əmələ gəlir. 500 MPa-dan yuxarı təzyiq buzu buz-V-ə çevirir. Bu buz demək olar ki, 0 ° C-yə qədər qızdırıla bilər və çox böyük təzyiq altında olsa da, əriməyəcək. Təxminən 2 GPa (giqapaskal) təzyiqdə buz-VI görünür. Bu, sözün əsl mənasında isti buzdur - ərimədən 80°C temperatura davam edə bilir.3GP təzyiqində tapılan Buz-VII, bəlkə də isti buz adlandırıla bilər. Bu, məlum olan ən sıx və odadavamlı buzdur. Yalnız sıfırdan yuxarı 190°-də əriyir.

Ice-VII qeyri-adi yüksək sərtliyə malikdir. Bu buz hətta qəfil fəlakətlərə də səbəb ola bilər. Güclü elektrik stansiyasının turbinlərinin vallarının fırlandığı rulmanlar böyük təzyiq yaradır. Yağın içinə bir az su belə daxil olarsa, rulman temperaturu çox yüksək olsa da, o, donacaq. Nəticədə meydana gələn böyük sərtliyə malik olan VII buz hissəcikləri şaft və yatağı məhv etməyə başlayacaq və onların tez sıradan çıxmasına səbəb olacaq.

Bəlkə kosmosda da buz var?

Sanki var və eyni zamanda çox qəribədir. Ancaq Yerdəki elm adamları bunu kəşf etdilər, baxmayaraq ki, planetimizdə belə buz mövcud ola bilməz. Hal-hazırda məlum olan bütün buzların sıxlığı, hətta çox yüksək təzyiqlərdə belə, 1 q/sm3-dən çox azdır. Çox aşağı təzyiqlərdə və temperaturlarda, hətta mütləq sıfıra yaxın olduqda buzun altıbucaqlı və kub modifikasiyalarının sıxlığı vəhdətdən bir qədər azdır. Onların sıxlığı 0,94 q/sm3 təşkil edir.

Ancaq məlum oldu ki, vakuumda, əhəmiyyətsiz təzyiqlərdə və -170 ° C-dən aşağı temperaturda, soyudulmuş bərk səthdə buxardan kondensasiya edildikdə buzun əmələ gəlməsi şəraitində tamamilə heyrətamiz buz görünür. Onun sıxlığı... 2,3 q/sm3 təşkil edir. İndiyə qədər məlum olan bütün buzlar kristaldir, lakin bu yeni buz, yəqin ki, amorfdur, fərdi su molekullarının təsadüfi nisbi düzülüşü ilə xarakterizə olunur; Onun xüsusi bir kristal quruluşu yoxdur. Bu səbəbdən onu bəzən şüşə buz da adlandırırlar. Alimlər əmindirlər ki, bu heyrətamiz buz kosmik şəraitdə yaranmalı və planetlərin və kometaların fizikasında böyük rol oynamalıdır. Belə super sıx buzun kəşfi fiziklər üçün gözlənilməz oldu.

Buzun əriməsi üçün nə lazımdır?

Çox istilik. Eyni miqdarda hər hansı digər maddəni əritmək üçün lazım olduğundan daha çox. Fövqəladə yüksək xüsusi ərimə istiliyi -80 cal (335 J) buzun qramı da suyun anomal xüsusiyyətidir. Su donduqda yenə eyni miqdarda istilik ayrılır.

Qış gələndə buz əmələ gəlir, qar yağır və su yenidən istiliyi verir, torpağı və havanı qızdırır. Soyuqlara müqavimət göstərirlər və sərt qışa keçidi yumşaldırlar. Suyun bu gözəl xüsusiyyəti sayəsində planetimizdə payız və bahar mövcuddur.

Suyu qızdırmaq üçün nə qədər istilik lazımdır?

Bu qədər çox. Hər hansı digər maddəni bərabər miqdarda qızdırmaq üçün lazım olduğundan daha çox. Bir qram suyu bir dərəcə qızdırmaq üçün bir kalori (4,2 J) lazımdır. Bu, istənilən kimyəvi birləşmənin istilik tutumundan iki dəfə çoxdur.

Su bizim üçün ən adi xüsusiyyətləri ilə fövqəladə bir maddədir. Əlbəttə ki, suyun bu qabiliyyəti təkcə mətbəxdə nahar bişirərkən çox vacibdir. Su Yer kürəsində istiliyin böyük paylayıcısıdır. Ekvatorun altında Günəş tərəfindən qızdırılan o, nəhəng dəniz axınları ilə Dünya Okeanındakı istiliyi həyatın yalnız suyun bu heyrətamiz xüsusiyyəti sayəsində mümkün olduğu uzaq qütb bölgələrinə ötürür.

Dənizdəki su niyə duzludur?

Bu, bəlkə də suyun ən heyrətamiz xüsusiyyətlərindən birinin ən mühüm nəticələrindən biridir. Onun molekulunda müsbət və mənfi yüklərin mərkəzləri bir-birinə nisbətən güclü yerdəyişmişdir. Buna görə də, su dielektrik sabitinin olduqca yüksək, anomal dəyərinə malikdir. Su üçün e = 80, hava və vakuum üçün isə e = 1. Bu o deməkdir ki, sudakı hər hansı iki əks yük bir-birinə havadan 80 dəfə az qüvvə ilə qarşılıqlı şəkildə cəlb olunur. Axı, Coulomb qanununa görə:

Amma yenə də bütün cisimlərdə bədənin gücünü təyin edən molekullararası bağlar atom nüvələrinin müsbət yükləri ilə mənfi elektronların qarşılıqlı təsiri nəticəsində yaranır. Suya batırılmış cismin səthində molekullar və ya atomlar arasında hərəkət edən qüvvələr suyun təsiri altında demək olar ki, yüz dəfə zəifləyir. Molekullar arasında qalan bağ gücü istilik hərəkətinin təsirlərinə tab gətirmək üçün kifayət etməzsə, bədənin molekulları və ya atomları onun səthindən qoparaq suya keçməyə başlayır. Bədən ya bir stəkan çayda şəkər kimi fərdi molekullara, ya da yüklü hissəciklərə - süfrə duzu kimi ionlara parçalanaraq həll olunmağa başlayır.

Anormal yüksək dielektrik sabiti sayəsində su ən güclü həlledicilərdən biridir. O, hətta yer səthində istənilən süxuru həll etməyə qadirdir. Yavaş-yavaş və qaçılmaz olaraq, hətta qranitləri də məhv edir, onlardan asanlıqla həll olunan komponentləri süzür.

Axınlar, çaylar və çaylar suda həll olunan çirkləri okeana daşıyır. Okeanın suyu buxarlanır və təkrar-təkrar əbədi işini davam etdirmək üçün yenidən yerə qayıdır. Həll olunmuş duzlar isə dənizlərdə və okeanlarda qalır.

Düşünməyin ki, su yalnız asanlıqla həll olunanı həll edir və dənizə aparır və dəniz suyunun tərkibində yalnız yemək süfrəsində dayanan adi duz var. Xeyr, dəniz suyu təbiətdə mövcud olan demək olar ki, bütün elementləri ehtiva edir. Tərkibində maqnezium, kalsium, kükürd, brom, yod və flüor var. Daha az miqdarda dəmir, mis, nikel, qalay, uran, kobalt, hətta gümüş və qızıl tapıldı. Kimyaçılar dəniz suyunda altmışdan çox element tapdılar. Yəqin ki, qalanları da tapılacaq. Dəniz suyunun tərkibindəki duzların çoxu süfrə duzudur. Ona görə də dənizin suyu duzlu olur.

Suyun səthində qaçmaq mümkündürmü?

Bacarmaq. Bunu görmək üçün yayda istənilən gölməçə və ya gölün səthinə baxın. Bir çox canlı və sürətli insanlar yalnız su üzərində gəzmir, həm də qaçırlar. Bu böcəklərin ayaqlarının dəstək sahəsinin çox kiçik olduğunu nəzərə alsaq, o zaman anlamaq çətin deyil ki, onların aşağı çəkisinə baxmayaraq, suyun səthi keçmədən əhəmiyyətli təzyiqə tab gətirə bilər.

Su yuxarı axa bilərmi?

Olabilər bəlkə. Bu, hər zaman və hər yerdə olur. Su özü torpaqda yuxarı qalxır, yerin bütün qalınlığını yeraltı su səviyyəsindən isladır. Suyun özü ağacın kapilyar damarlarından yuxarı qalxır və bitkiyə həll olunmuş qidaları böyük hündürlüklərə çatdırmağa kömək edir - yerdə dərindən gizlənmiş köklərdən yarpaqlara və meyvələrə qədər. Ləkəni qurutmaq lazım olanda, ya da üzünüzü sildiyiniz zaman dəsmalın parçasında suyun özü süzmə kağızının məsamələrində yuxarıya doğru hərəkət edir. Çox nazik borularda - kapilyarlarda - su bir neçə metr yüksəkliyə qalxa bilər.

Bunu nə izah edir?

Suyun digər diqqətəlayiq xüsusiyyəti onun son dərəcə yüksək səth gərginliyidir. Səthindəki su molekulları molekullararası cazibə qüvvələrini yalnız bir tərəfdən yaşayır və suda bu qarşılıqlı təsir anomal dərəcədə güclüdür. Buna görə də onun səthindəki hər bir molekul mayenin içinə çəkilir. Nəticədə mayenin səthini sıxan qüvvə yaranır.Suda o, xüsusilə güclüdür: onun səthi gərilməsi 72 mN/m (hər metrə millinewton) təşkil edir.

Su xatırlaya bilərmi?

Bu sual, əlbəttə ki, çox qeyri-adi səslənir, lakin kifayət qədər ciddi və çox vacibdir. Bu, ən mühüm hissəsi hələ də araşdırılmamış böyük bir fiziki-kimyəvi problemə aiddir. Bu sual elmdə təzəcə qoyulmuşdur, lakin hələ də ona cavab tapmayıb.

Sual olunur: suyun əvvəlki tarixi onun fiziki və kimyəvi xassələrinə təsir edirmi və suyun xassələrini öyrənməklə daha əvvəl onunla nə baş verdiyini öyrənmək mümkündürmü - suyun özünü "yadda saxlamağa" və bu barədə bizə məlumat vermək. . Bəli, bəlkə də, nə qədər təəccüblü görünsə də. Bunu başa düşməyin ən asan yolu sadə, lakin çox maraqlı və qeyri-adi bir misalla - buz yaddaşıdır.

Axı buz sudur. Su buxarlandıqda suyun və buxarın izotop tərkibi dəyişir. Yüngül su, cüzi dərəcədə olsa da, ağır sudan daha sürətli buxarlanır.

Təbii su buxarlandıqda, tərkibi yalnız deuteriumun deyil, həm də ağır oksigenin izotopik tərkibində dəyişir. Buxarın izotop tərkibindəki bu dəyişikliklər çox yaxşı öyrənilmiş və onların temperaturdan asılılığı da yaxşı öyrənilmişdir.

Bu yaxınlarda alimlər diqqətəlayiq bir təcrübə həyata keçirdilər. Arktikada, Qrenlandiyanın şimalındakı nəhəng bir buzlaqın qalınlığında bir quyu batdı və təxminən bir yarım kilometr uzunluğunda nəhəng bir buz nüvəsi qazılaraq çıxarıldı. Onun üzərində böyüyən buzun illik təbəqələri aydın görünürdü. Nüvənin bütün uzunluğu boyunca bu laylar izotop analizinə məruz qalmış və hidrogen və oksigenin ağır izotoplarının - deyteri və 18O-nun nisbi tərkibinə əsasən, hər bir nüvə bölməsində illik buz laylarının əmələgəlmə temperaturları müəyyən edilmişdir. İllik təbəqənin yaranma tarixi birbaşa hesablama ilə müəyyən edilmişdir. Beləliklə, Yer kürəsində iqlim vəziyyəti minillik üçün bərpa edildi. Su bütün bunları Qrenlandiya buzlaqının dərin qatlarında xatırlayıb qeyd etməyi bacardı.

Buz təbəqələrinin izotop analizləri nəticəsində alimlər Yer kürəsində iqlim dəyişikliyi əyrisini qurdular. Məlum oldu ki, bizim orta temperaturumuz dünyəvi dalğalanmalara məruz qalır. 15-ci əsrdə, 17-ci əsrin sonlarında çox soyuq idi. və 19-cu əsrin əvvəllərində. Ən isti illər 1550 və 1930-cu illərdir.

Bəs suyun “yaddaşının” sirri nədir?

Fakt budur ki, son illərdə elm tədricən çoxlu heyrətamiz və tamamilə anlaşılmaz faktlar toplayıb. Onların bəziləri möhkəm qurulmuşdur, digərləri kəmiyyət etibarilə təsdiq tələb edir və onların hamısı hələ də izah olunmağı gözləyir.

Məsələn, güclü maqnit sahəsindən axan suyun nə olduğunu hələ heç kim bilmir. Nəzəri fiziklər tamamilə əmindirlər ki, onunla heç bir şey ola bilməz və olmayacaq, inamlarını tamamilə etibarlı nəzəri hesablamalarla gücləndirirlər, bundan belə nəticə çıxır ki, maqnit sahəsi dayandıqdan sonra su dərhal əvvəlki vəziyyətinə qayıtmalı və olduğu kimi qalmalıdır. idi . Və təcrübə göstərir ki, o, dəyişir və fərqli olur.

Böyük fərq varmı? Özünüz mühakimə edin. Buxar qazanındakı adi sudan, ayrılan həll edilmiş duzlar qazan borularının divarlarında daş kimi sıx və sərt bir təbəqədə çökür və maqnitlənmiş sudan (indi texnologiyada belə deyilir) tökülür. suda asılmış boş çöküntü şəklində. Deyəsən fərq azdır. Amma bu, baxış bucağından asılıdır. İstilik elektrik stansiyalarında çalışan işçilərin fikrincə, bu fərq son dərəcə əhəmiyyətlidir, çünki maqnitləşdirilmiş su nəhəng elektrik stansiyalarının normal və fasiləsiz işləməsini təmin edir: buxar qazanının borularının divarları böyümür, istilik ötürülməsi daha yüksəkdir və elektrik enerjisi istehsalı daha yüksəkdir. Bir çox istilik stansiyalarında maqnit suyun təmizlənməsi çoxdan quraşdırılıb, lakin nə mühəndislər, nə də alimlər bunun necə və niyə işlədiyini bilmirlər. Bundan əlavə, eksperimental olaraq müşahidə edilmişdir ki, suyun maqnitlə təmizlənməsindən sonra onda kristallaşma, həll olunma, adsorbsiya prosesləri sürətlənir, islanma dəyişiklikləri baş verir... lakin bütün hallarda təsirlər kiçik olur və bərpası çətin olur.

Maqnit sahəsinin suya təsiri (mütləq sürətlə axan) saniyənin kiçik hissələrinə davam edir, lakin su bunu on saatlarla "xatırlayır". Niyə bilinmir. Bu məsələdə praktika elmdən xeyli irəlidədir. Axı, maqnit müalicəsinin tam olaraq nəyə təsir etdiyi - suya və ya onun tərkibindəki çirklərə daha çox məlum deyil. Təmiz su deyə bir şey yoxdur.

Suyun "yaddaşı" maqnit təsirinin təsirini qorumaqla məhdudlaşmır. Elmdə bir çox faktlar və müşahidələr mövcuddur və tədricən toplanır ki, suyun sanki əvvəllər donmuş olduğunu “xatırlayır”.

Son zamanlarda bir buz parçasının əriməsi nəticəsində əmələ gələn ərimiş su da bu buz parçasının əmələ gəldiyi sudan fərqli görünür. Ərinmiş suda toxumlar daha sürətli və daha yaxşı cücərir, cücərtilər daha sürətli inkişaf edir; Bundan əlavə, ərimiş su qəbul edən toyuqlar daha sürətli böyüyür və inkişaf edir. Bioloqlar tərəfindən müəyyən edilmiş ərimə suyunun heyrətamiz xüsusiyyətlərinə əlavə olaraq, sırf fiziki və kimyəvi fərqlər də məlumdur, məsələn, ərimə suyu özlülük və dielektrik sabitliyi ilə fərqlənir. Ərimiş suyun özlülüyü ərimədən cəmi 3-6 gün sonra su üçün adi dəyərini alır. Niyə belədir (əgər belədirsə), başqa heç kim bilmir.

Əksər tədqiqatçılar suyun əvvəlki tarixinin onun xassələrinə təsirinin bütün bu qəribə təzahürlərinin onun molekulyar vəziyyətinin incə strukturunda dəyişikliklərlə izah olunduğuna inanaraq, bu hadisələr sahəsini suyun “struktur yaddaşı” adlandırırlar. Bəlkə də belədir, amma... adını çəkmək, izah etmək demək deyil. Elmdə hələ də vacib bir problem var: suyun başına gələnləri niyə və necə “xatırlayır”.

Yer üzündə su haradan gəldi?

Kosmik şüaların axınları - nəhəng enerjiyə malik hissəciklərin axınları kainatı bütün istiqamətlərdə əbədi olaraq nüfuz edir. Onların əksəriyyətində protonlar - hidrogen atomlarının nüvələri var. Kosmosda hərəkəti zamanı planetimiz davamlı olaraq “proton bombardmanı”na məruz qalır. Yer atmosferinin yuxarı təbəqələrinə nüfuz edən protonlar elektronları tutur, hidrogen atomlarına çevrilir və dərhal oksigenlə reaksiyaya girərək su əmələ gətirir. Hesablamalar göstərir ki, hər il stratosferdə demək olar ki, bir yarım ton belə “kosmik” su yaranır. Aşağı temperaturda yüksək hündürlüklərdə su buxarının elastikliyi çox kiçikdir və su molekulları tədricən toplanır, kosmik toz hissəciklərində kondensasiya olunur və sirli gecə buludları əmələ gətirir. Alimlər onların belə “kosmik” sudan yaranan kiçik buz kristallarından ibarət olduğunu irəli sürürlər. Hesablamalar göstərdi ki, bütün tarixi boyu Yerdə bu şəkildə peyda olan su, planetimizin bütün okeanlarını dünyaya gətirməyə kifayət edəcəkdir. Deməli, su kosmosdan Yerə gəlib? Amma...

Geokimyaçılar suyu səmavi qonaq hesab etmirlər. Onun yer üzündən olduğuna əmindirlər. Yerin mərkəzi nüvəsi ilə yer qabığı arasında yerləşən yer mantiyasını təşkil edən süxurlar, izotopların radioaktiv parçalanmasının yığılan istiliyinin təsiri altında yerlərdə əriyib. Bunlardan uçucu komponentlər ayrıldı: azot, xlor, karbon və kükürd birləşmələri və ən çox su buxarı ayrıldı.

Planetimizin bütün mövcudluğu ərzində püskürmə zamanı bütün vulkanlar nə qədər emissiya edə bilərdi?

Alimlər bunu da hesablayıblar. Məlum oldu ki, bu cür püskürən "geoloji" su bütün okeanları doldurmağa kifayət edəcəkdir.

Planetimizin nüvəsini təşkil edən mərkəzi hissələrində yəqin ki, su yoxdur. Onun orada mövcud olması ehtimalı azdır. Bəzi elm adamları hesab edirlər ki, hətta orada oksigen və hidrogen olsa belə, onlar digər elementlərlə birlikdə elm üçün yeni, naməlum metala bənzər, yüksək sıxlığa malik, böyük təzyiq və temperaturda sabit olan birləşmələr əmələ gətirməlidirlər. dünyanın mərkəzində hökmranlıq edən.

Digər tədqiqatçılar əmindirlər ki, Yer kürəsinin nüvəsi dəmirdən ibarətdir. Əslində bizdən o qədər də uzaq olmayan, ayaqlarımızın altında, 3 min km-dən çox dərinlikdə nə olduğunu hələ heç kim bilmir, amma yəqin ki, orada su yoxdur.

Yerin daxili hissəsindəki suyun çox hissəsi onun mantiyasında - yer qabığının altında yerləşən və təxminən 3 min km dərinliyə qədər uzanan təbəqələrdə olur. Geoloqlar hesab edirlər ki, mantiyada ən azı 13 milyard kubmetr cəmləşib. km su.

Yer qabığının ən üst təbəqəsi - yer qabığı təxminən 1,5 milyard kubmetrdən ibarətdir. km su. Bu təbəqələrdəki demək olar ki, bütün sular bağlı vəziyyətdədir - o, hidratlar əmələ gətirən süxurların və mineralların bir hissəsidir. Bu suda çimə bilməzsən və içə bilməzsən.

Yer kürəsinin su qabığı olan hidrosfer təxminən daha 1,5 milyard kubmetr təşkil edir. km su. Bu məbləğin demək olar ki, hamısı Dünya Okeanındadır. Bütün yer səthinin təxminən 70% -ni tutur, sahəsi 360 milyon kvadratmetrdən çoxdur. km. Kosmosdan planetimiz ümumiyyətlə qlobus kimi deyil, daha çox su şarına bənzəyir.

Okeanın orta dərinliyi təxminən 4 km-dir. Bu "dibsiz dərinliyi" orta diametri km-ə bərabər olan dünyanın ölçüsü ilə müqayisə etsək, əksinə, nəm bir planetdə yaşadığımızı etiraf etməli olacağıq, o, yalnız bir az nəmlənmişdir. su ilə, hətta sonra bütün səth üzərində deyil. Okeanlarda və dənizlərdə su duzludur - onu içmək olmaz.

Quruda çox az su var: cəmi 90 milyon kubmetr. km. Bunlardan 60 milyon kubmetrdən çoxu. km yeraltıdır, demək olar ki, hamısı duzlu sudur. 25 milyon kubmetrə yaxındır. km bərk su dağlıq və buzlaq bölgələrində, Arktika, Qrenlandiya və Antarktidada yerləşir. Yer kürəsində bu su ehtiyatları qorunur.

Bütün göllərdə, bataqlıqlarda, süni su anbarlarında və torpaqda daha 500 min kubmetr var. km su.

Atmosferdə su da var. Havada həmişə çoxlu su buxarı olur, hətta ən quraq səhralarda belə, bir damcı su olmayan və heç vaxt yağış yağmır. Bundan əlavə, həmişə səmada buludlar üzür, buludlar yığılır, qar yağır, yağış yağır, yerin üzərinə duman yayılır. Atmosferdəki bütün bu su ehtiyatları dəqiq hesablanıb: onların hamısı birlikdə cəmi 14 min kubmetr təşkil edir. km.

Və burada ikinci kateqoriyaya keçə bilərik. Sözün altında "buz" Biz suyun bərk faza vəziyyətini anlamağa öyrəşmişik. Bununla yanaşı, digər maddələr də dondurulmağa məruz qalır. Beləliklə, buz orijinal maddənin kimyəvi tərkibinə görə fərqlənə bilər, məsələn, karbon qazı, ammonyak, metan buzu və başqaları.

Üçüncüsü, əmələ gəlməsi termodinamik amil ilə müəyyən edilən su buzunun kristal qəfəsləri (modifikasiyaları) var. Bu yazıda bir az danışacağımız budur.

Buz məqaləsində suyun strukturunun aqreqasiya vəziyyətinin dəyişməsi ilə necə yenidən qurulduğuna baxdıq və adi buzun kristal quruluşuna toxunduq. Su molekulunun özünün daxili quruluşu və bütün molekulları nizamlı bir sistemə birləşdirən hidrogen bağları sayəsində buzdan altıbucaqlı (altıbucaqlı) kristal qəfəs əmələ gəlir. Bir-birinə ən yaxın molekullar (bir mərkəzi və dörd künc) altıbucaqlı kristal modifikasiyasının əsasını təşkil edən üçbucaqlı piramida və ya tetraedr şəklində düzülür. Şəkil 1).

Yeri gəlmişkən, maddənin ən kiçik hissəcikləri arasındakı məsafə nanometrlərlə (nm) və ya angstromlarla ölçülür (adını 19-cu əsr isveçli fiziki Anders Jonas Angström adlandırmışdır; Å simvolu ilə qeyd olunur). 1 Å = 0,1 nm = 10−10 m.

Adi buzun bu altıbucaqlı quruluşu onun bütün həcminə qədər uzanır. Bunu çılpaq gözlə aydın görə bilərsiniz: qışda qar yağanda, qolunuza və ya əlcəyinizə bir qar dənəciyi tutun və onun formasına daha yaxından baxın - altı şüalı və ya altıbucaqlıdır. Bu, hər qar dənəciyi üçün xarakterikdir, lakin heç bir qar dənəciyi digərini təkrarlamır (bu barədə daha çox məqaləmizdə). Xarici forması ilə hətta böyük buz kristalları da daxili molekulyar quruluşa uyğun gəlir ( Şəkil 2).

Artıq dedik ki, bir maddənin, xüsusən də suyun bir vəziyyətdən digərinə keçməsi müəyyən şərtlər altında baş verir. Normal buz 0°C və aşağı temperaturda və 1 atmosfer təzyiqində (normal dəyər) əmələ gəlir. Nəticədə, buzun digər modifikasiyalarının görünüşü üçün bu dəyərlərdə dəyişiklik tələb olunur və əksər hallarda hidrogen bağlarının bucağının dəyişdiyi və bütün kristal şəbəkənin yenidən qurulduğu aşağı temperatur və yüksək təzyiq var.

Buzun hər bir modifikasiyası müəyyən bir sistemə - vahid hüceyrələrin eyni simmetriya və koordinat sisteminə (XYZ oxları) malik olduğu kristallar qrupuna aiddir. Ümumilikdə yeddi sinqoniya fərqləndirilir. Onların hər birinin xüsusiyyətləri təqdim olunur illüstrasiyalar 3-4. Və bir az aşağıda kristalların əsas formalarının təsviri var ( Şəkil 5)

Buzun adi buzdan fərqlənən bütün modifikasiyaları laboratoriya şəraitində əldə edilib. Buzun ilk polimorf strukturları 20-ci əsrin əvvəllərində elm adamlarının səyləri ilə məlum oldu. Gustav Heinrich Tammann Və Percy Williams Bridgman. Bridgmanın dəyişikliklər diaqramı vaxtaşırı əlavə olunurdu. Daha əvvəl əldə edilənlərdən yeni dəyişikliklər müəyyən edildi. Diaqramda ən son dəyişikliklər bizim dövrümüzdə edilmişdir. İndiyə qədər on altı kristal buz növü əldə edilmişdir. Hər növün öz adı var və Roma rəqəmi ilə təyin olunur.

Sizi, əziz oxucular, elmi təfərrüatlarla bezdirməmək üçün hər bir molekulyar su buzunun fiziki xüsusiyyətlərini dərindən araşdırmayacağıq, yalnız əsas parametrləri qeyd edəcəyik.

Adi buz buz Ih adlanır (“h” prefiksi altıbucaqlı sistem deməkdir). Aktiv illüstrasiyalar 7 onun kristal quruluşu formada fərqlənən altıbucaqlı bağlardan (heksamerlərdən) ibarət təqdim olunur - biri formada şezlonq(İngilis dili) kreslo forması), şəklində başqa qalalar (qayıq forması). Bu heksamerlər üç ölçülü bölmə təşkil edir - iki "şezlon" yuxarı və aşağı üfüqi, üç "qayıq" isə şaquli mövqe tutur.

Məkan diaqramı buzun hidrogen bağlarının düzülüşündə ardıcıllığı göstərir İh, lakin əslində əlaqələr təsadüfi qurulur. Bununla belə, elm adamları altıbucaqlı buzun səthindəki hidrogen bağlarının strukturun içindən daha nizamlı olduğunu istisna etmirlər.

Altıbucaqlı buzun vahid hüceyrəsinə (yəni üç ölçülü təkrar istehsalı bütövlükdə bütün kristal qəfəs təşkil edən kristalın minimum həcmi) 4 su molekulunu ehtiva edir. Hüceyrə ölçüləri 4.51 Å hər iki tərəfdə a,b Və 7.35 Å c tərəfində (diaqramlarda c tərəfi və ya oxu şaquli istiqamətə malikdir). Göründüyü kimi tərəflər arasındakı bucaqlar təsvir 4: α=β = 90°, γ = 120°. Qonşu molekullar arasındakı məsafə 2.76 Å.

Altıbucaqlı buz kristalları altıbucaqlı lövhələr və sütunlar əmələ gətirir; onlarda yuxarı və aşağı üzlər əsas müstəvilər, altı eyni yan üzlər isə prizmatik adlanır ( Şəkil 10).

Onun kristallaşmasının başlaması üçün tələb olunan minimum su molekullarının sayı təxminəndir 275 (±25). Böyük ölçüdə buz əmələ gəlməsi su kütləsinin içərisində deyil, hava ilə həmsərhəd olan səthində baş verir. Qaba buz kristalları İh c oxu istiqamətində yavaş-yavaş əmələ gəlir, məsələn, durğun suda onlar kristal plitələrdən şaquli olaraq aşağıya doğru böyüyürlər və ya yan tərəfə böyümənin çətin olduğu şəraitdə. Turbulent suda və ya tez donduqda əmələ gələn incə dənəli buz, prizmatik üzlərdən yönəldilmiş böyüməni sürətləndirmişdir. Ətrafdakı suyun temperaturu buz kristal şəbəkəsinin budaqlanma dərəcəsini müəyyən edir.

Ölçüləri strukturun boşluqlarına sığmağa imkan verən helium və hidrogen atomları istisna olmaqla, suda həll olunan maddələrin hissəcikləri kristalın səthinə sıxılaraq normal atmosfer təzyiqində kristal qəfəsdən çıxarılır və ya , mikrokristallar arasında təbəqələr əmələ gətirən amorf çeşiddə olduğu kimi (bu haqda daha sonra məqalədə). Ardıcıl dondurma və ərimə suları onu çirklərdən, məsələn, qazlardan təmizləmək üçün istifadə edilə bilər (deqazasiya).

Buz ilə birlikdə İh buz da var İ c (kub sistemi), lakin təbiətdə bu tip buzun əmələ gəlməsi bəzən yalnız atmosferin yuxarı təbəqələrində mümkündür. Süni buz İ c suyun dərhal dondurulması ilə əldə edilir, bunun üçün buxar soyudulmuş bir qabda qatılaşdırılır 80 mənfi 110°С metal səthi normal atmosfer təzyiqində. Təcrübə nəticəsində səthə kub şəklində və ya oktaedr şəklində olan kristallar düşür. Adi altıbucaqlı buzdan birinci modifikasiyanın kub buzunu onun temperaturunu aşağı salmaqla yaratmaq mümkün olmayacaq, lakin buzun qızdırılması ilə kubdan altıbucaqlıya keçid mümkündür. İ c yüksək mənfi 80°C.

Buzun molekulyar strukturunda İ c hidrogen bağının bucağı adi buzun bucağı ilə eynidir Ih - 109,5 °. Və burada buz qəfəsindəki molekulların əmələ gətirdiyi altıbucaqlı halqadır İ c yalnız şezlonq şəklində təqdim olunur.

Ic buzunun sıxlığı 1 atm təzyiqdə 0,92 q/sm³ təşkil edir. Kub kristalında vahid hüceyrənin 8 molekulu və ölçüləri var: a=b=c = 6,35 Å və bucaqları α=β=γ = 90°-dir.

Qeyddə. Hörmətli oxucular, bu yazıda bir və ya digər buz növü üçün temperatur və təzyiq göstəriciləri ilə dəfələrlə qarşılaşacağıq. Əgər dərəcə Selsi ilə ifadə olunan temperatur dəyərləri hər kəs üçün aydındırsa, təzyiq dəyərlərini qəbul etmək bəziləri üçün çətin ola bilər. Fizikada onu ölçmək üçün müxtəlif vahidlərdən istifadə olunur, lakin məqaləmizdə dəyərləri yuvarlaqlaşdıraraq atmosferlərdə (atm) işarə edəcəyik. Normal atmosfer təzyiqi 1 atm təşkil edir ki, bu da 760 mmHg-ə bərabərdir və ya 1 bardan bir qədər çox və ya 0,1 MPa (meqapaskal).

Anladığınız kimi, xüsusən də buz ilə nümunədən İ c, buzun kristal modifikasiyalarının mövcudluğu termodinamik tarazlıq şəraitində mümkündür, yəni. hər hansı bir kristal tipli buzun mövcudluğunu təyin edən temperatur və təzyiq balansı pozulduqda, bu tip başqa bir modifikasiyaya çevrilərək yox olur. Bu termodinamik dəyərlərin diapazonu dəyişir, hər növ üçün fərqlidir. Digər buz növlərini ciddi şəkildə nomenklatura qaydasında deyil, bu struktur keçidlərlə əlaqədar nəzərdən keçirək.

Buz II triqonal sistemə aiddir. Təxminən 3000 atm təzyiqdə və mənfi 75°C temperaturda altıbucaqlı tipdən və ya başqa modifikasiyadan ( buz V), mənfi 35°C temperaturda təzyiqi kəskin şəkildə azaltmaqla. Varlıq II buz növü mənfi 170°C və 1 ilə 50.000 atm (və ya 5 gigapaskal (GPa)) təzyiq şəraitində mümkündür. Alimlərin fikrincə, bu modifikasiyanın buzları, ehtimal ki, Günəş sisteminin uzaq planetlərinin buzlu peyklərinin bir hissəsi ola bilər. Normal atmosfer təzyiqi və mənfi 113°C-dən yuxarı temperatur bu tip buzun adi altıbucaqlı buza çevrilməsinə şərait yaradır.

Aktiv illüstrasiyalar 13 buz kristal şəbəkəsi göstərilmişdir II. Quruluşun xarakterik bir xüsusiyyəti görünür - molekulyar bağlarla əmələ gələn bir növ içi boş altıbucaqlı kanallar. Vahid hücrə (şəkildə almazla vurğulanan sahə) bir-birinə nisbətən yerdəyişən, belə desək, “hündürlükdə” olan iki bağdan ibarətdir. Nəticədə rombedral qəfəs sistemi əmələ gəlir. Hüceyrə ölçüləri a=b=c = 7,78 Å; α=β=γ = 113,1°. Bir hüceyrədə 12 molekul var. Molekullar arasındakı əlaqə bucağı (O–O–O) 80 ilə 120° arasında dəyişir.

II modifikasiyanı qızdırdıqda, buz əldə edə bilərsiniz III, və əksinə, buz soyutma III buza çevirir II. Həm də buz III suyun temperaturu tədricən mənfi 23°C-ə endirildikdə, təzyiqi 3000 atm-ə qədər artırdıqda əmələ gəlir.
Faza diaqramından göründüyü kimi ( xəstə. 6), buzun sabit vəziyyəti üçün termodinamik şərtlər III, eləcə də başqa bir modifikasiya - buz V, kiçikdir.

Buz III Və Vətrafdakı dəyişikliklərlə dörd üçlü nöqtəyə malikdir (maddənin müxtəlif vəziyyətlərinin mövcudluğunun mümkün olduğu termodinamik dəyərlər). Bununla belə, buz II, III Və V modifikasiyalar normal atmosfer təzyiqi və mənfi 170°C temperatur şəraitində mövcud ola bilər və onların mənfi 150°C-yə qədər qızdırılması buzun əmələ gəlməsinə səbəb olur. İ c.

Hazırda məlum olan digər yüksək təzyiq modifikasiyaları ilə müqayisədə buz IIIən aşağı sıxlığa malikdir - 3500 atm təzyiqdə. 1,16 q/sm³-ə bərabərdir.
Buz III kristallaşmış suyun tetraqonal çeşididir, lakin buz qəfəs quruluşunun özüdür III pozuntuları var. Hər bir molekul adətən 4 qonşu ilə əhatə olunursa, bu halda bu göstərici 3,2 dəyərinə sahib olacaq və əlavə olaraq yaxınlıqda hidrogen bağları olmayan daha 2 və ya 3 molekul ola bilər.
Məkan düzülüşündə molekullar sağ əlli spirallar əmələ gətirir.
Mənfi 23°C və təxminən 2800 atm temperaturda 12 molekullu vahid hüceyrənin ölçüləri: a=b = 6.66, c = 6.93 Å; α=β=γ = 90°. Hidrogen bağının bucağı 87 ilə 141 ° arasında dəyişir.

Aktiv illüstrasiyalar 15şərti olaraq buzun molekulyar quruluşunun fəza diaqramı təqdim olunur III. İzləyiciyə daha yaxın olan molekullar (mavi nöqtələr) daha böyük, hidrogen bağları (qırmızı xətlər) isə müvafiq olaraq daha qalın göstərilir.

İndi, necə deyərlər, dabanımız isti, buzun dalınca gələnləri dərhal "atlayaq" III nomenklatura qaydasında, kristal modifikasiyalar və buz haqqında bir neçə söz deyək IX.
Bu buz növü mahiyyətcə dəyişdirilmiş buzdur III, buza çevrilməməsi üçün mənfi 65 ilə mənfi 108 ° C arasında sürətli dərin soyutmaya məruz qalır II. Buz IX 133°C-dən aşağı temperaturda və 2000-4000 atm təzyiqdə sabit qalır. Onun sıxlığı və quruluşu eynidir III ağıl, amma buzdan fərqli olaraq III buz quruluşunda IX protonların düzülüşündə bir nizam var.
Isıtma Buz IX orijinalına qaytarmır III dəyişikliklər, lakin buza çevrilir II. Hüceyrə ölçüləri: a=b = 6.69, c = 6.71 Å mənfi 108 ° C və 2800 atm temperaturda.

Yeri gəlmişkən, fantastika yazıçısı Kurt Vonnegutun 1963-cü ildə yazdığı "Pişik beşiyi" romanı buz doqquz adlı maddə ətrafında cərəyan edir və bu maddə su ilə təmasda kristallaşaraq buz doqquzuna çevrildiyi üçün həyat üçün böyük təhlükə yaradan süni material kimi təsvir edilir. Bu maddənin cüzi miqdarının belə dünya okeanı ilə üzbəüz olan təbii sulara daxil olması planetdəki bütün suyun donması təhlükəsi yaradır ki, bu da öz növbəsində bütün canlıların ölümü deməkdir. Sonda belə olur.

Buz IV kristal qəfəsin metastabil (zəif stabil) triqonal formalaşmasıdır. Onun mövcudluğu buzun faza fəzasında mümkündür III, V Və VI dəyişikliklər. Bir az buz alın IV 8000 atm sabit təzyiqdə mənfi 130°C-dən başlayaraq yavaş-yavaş qızdırmaqla yüksək sıxlıqlı amorf buzdan hazırlana bilər.
Rombedral vahid hüceyrənin ölçüsü 7,60 Å, bucaqlar α=β=γ = 70,1°-dir. Hüceyrəyə 16 molekul daxildir; molekullar arasında hidrogen bağları asimmetrikdir. 1 atm təzyiqdə və mənfi 163°C temperaturda IV buzun sıxlığı 1,27 q/sm³ təşkil edir. O–O–O bağ bucağı: 88–128°.

Eynilə IV buz əmələ gətirən buz növü XII– yüksək sıxlıqlı amorf modifikasiyanı (aşağıda daha ətraflı) mənfi 196-dan mənfi 90°C-yə qədər eyni 8000 atm təzyiqdə, lakin daha yüksək sürətlə qızdırmaqla.
Buz XII faza bölgəsində də metastabildir V Və VI kristal tiplər. Bu tetraqonal sistemin bir növüdür.
Vahid hüceyrədə 84–135° bucaqlı hidrogen bağları sayəsində ikiqat sağ əlli spiral əmələ gətirən kristal qəfəsdə yerləşən 12 molekul var. Hüceyrənin ölçüləri var: a=b = 8.27, c = 4.02 Å; bucaqlar α=β=γ = 90º. XII buzunun sıxlığı normal atmosfer təzyiqində və mənfi 146°C temperaturda 1,30 q/sm³ təşkil edir. Hidrogen əlaqə bucaqları: 67–132°.

Su buzunun hal-hazırda aşkar edilmiş modifikasiyalarından buz ən mürəkkəb kristal quruluşa malikdir V. 28 molekul onun vahid hüceyrəsini təşkil edir; hidrogen bağları digər molekulyar birləşmələrdəki boşluqları əhatə edir və bəzi molekullar yalnız müəyyən birləşmələrlə əlaqə yaradır. Qonşu molekullar arasında hidrogen bağlarının bucağı çox dəyişir - 86 ilə 132 ° arasında, buna görə də buzun kristal qəfəsində V güclü gərginlik və böyük enerji ehtiyatı var.
Normal atmosfer təzyiqi və mənfi 175°C temperatur şəraitində hüceyrə parametrləri: a= 9.22, b= 7.54, c= 10.35 Å; α=β = 90°, γ = 109.2°.
Buz V təxminən 5000 atm təzyiqdə suyun mənfi 20°C-yə qədər soyudulması nəticəsində əmələ gələn monoklinik çeşiddir. 3500 atm təzyiq nəzərə alınmaqla kristal şəbəkənin sıxlığı 1,24 q/sm³ təşkil edir.
Buz kristal şəbəkəsinin məkan diaqramı V növü göstərilir illüstrasiyalar 18. Kristalın vahid hüceyrəsinin bölgəsi boz konturla vurğulanır.

Buzun strukturunda protonların nizamlı düzülüşü V onu buz adlı başqa bir çeşid edir XIII. Bu monoklinik modifikasiya, 5000 atm təzyiq yaradaraq, faza keçidini asanlaşdırmaq üçün hidroklor turşusu (HCl) əlavə edilməklə suyu mənfi 143°C-dən aşağı soyutmaqla əldə edilə bilər. -dən geri çevrilə bilən keçid XIII k növü V növü mənfi 193°C-dən mənfi 153°C-yə qədər olan temperatur intervalında mümkündür.
Buzun vahid hüceyrəsinin ölçüləri XIII-dən bir qədər fərqlidir V modifikasiyalar: a= 9.24, b= 7.47, c= 10.30 Å; α=β = 90°, γ= 109,7° (1 atm, mənfi 193°С). Hüceyrədəki molekulların sayı eynidir - 28. Hidrogen bağlarının bucağı: 82–135°.

Məqaləmizin növbəti hissəsində su buzunun modifikasiyalarını nəzərdən keçirməyə davam edəcəyik.

Bloqumuzun səhifələrində görüşənədək!

Digər məqalələri də oxuya bilərsiniz:

Milad ağacları şəklində buz kompozisiyaları

Epiphany çimmək üçün buz bəzəyi

Yeni il buz kompozisiyaları

SonyPlaystation buz joystiği

Buz üzərində insanlarla işləmək

Chivas Regal Buz Barı

Banketlər üçün buz bəzəyi

Mançesterdəki buz divarı

Buz Mebel Hongtao Zhou

Buz qabları

Minnesotadakı Buz qalası

Microsoft Buz Evi

dondurulmuş baloncuklar

Vail Vadisində Buz Fangı

Qütb ayıları buz üzərində konki sürür

Puppy və buz kubu

Krasnoqorskdakı buz şəhərciyi

Buz heykəli - Mələk

İncə buz üzərində fiqurlu konkisürmə

Buz kölgələri

Buz lövhələri

Buza tutulmuş qağayı

Buz üzərində dəbli əşyalar

Kosmik buz. İkinci hissə: kometalar.