Muzning kristall tuzilishi. Suvning xossalari

Suyuq suvning uch o'lchovli holatini o'rganish qiyin, ammo muz kristallarining tuzilishini tahlil qilish orqali ko'p narsa o'rganildi. To'rt qo'shni vodorod bog'langan kislorod atomlari tetraedrning uchlarini egallaydi (tetra = to'rtta, hedron = tekislik). Muzdagi bunday bog'lanishni uzish uchun zarur bo'lgan o'rtacha energiya 23 kJ/mol -1 deb baholanadi.

Suv molekulalarining ma'lum miqdordagi vodorod zanjirlarini hosil qilish qobiliyati, shuningdek, belgilangan quvvat, g'ayrioddiy yuqori erish nuqtasini yaratadi. Eriganda, uni tuzilishi tartibsiz bo'lgan suyuq suv ushlab turadi. Vodorod aloqalarining aksariyati buziladi. Muzning vodorod bilan bog'langan kristall panjarasini yo'q qilish uchun issiqlik shaklida katta miqdorda energiya talab qilinadi.

Muz ko'rinishining xususiyatlari (Ih)

Ko'pchilik oddiy odamlar qanday kristall panjarali muzga ega ekanligiga qiziqishmoqda. Shuni ta'kidlash kerakki, ko'pchilik moddalarning zichligi muzlaganda, molekulyar harakatlar sekinlashganda va zich o'ralgan kristallar hosil bo'lganda ortadi. Suvning zichligi 4°C (277K) da maksimal darajada soviganida ham ortadi. Keyin, harorat bu qiymatdan pastga tushganda, u kengayadi.

Bu o'sish panjarasi va zichligi past bo'lgan ochiq vodorod bilan bog'langan muz kristalining hosil bo'lishi bilan bog'liq bo'lib, unda har bir suv molekulasi yuqoridagi element va boshqa to'rtta qiymat bilan mahkam bog'langan va hali ham ko'proq massaga ega bo'lish uchun etarlicha tez harakat qiladi. Ushbu harakat sodir bo'lganda, suyuqlik yuqoridan pastgacha muzlaydi. Bu muhim biologik oqibatlarga olib keladi, buning natijasida hovuzdagi muz qatlami tirik mavjudotlarni qattiq sovuqdan uzoqlashtiradi. Bundan tashqari, suvning ikkita qo'shimcha xususiyati uning vodorod xususiyatlariga bog'liq: o'ziga xos issiqlik sig'imi va bug'lanish.

Tuzilmalarning batafsil tavsifi

Birinchi mezon - 1 gramm moddaning haroratini 1 ° C ga oshirish uchun zarur bo'lgan miqdor. Suv darajasini oshirish issiqlikning nisbatan katta qismini talab qiladi, chunki har bir molekula kinetik energiya oshishi uchun uzilishi kerak bo'lgan ko'plab vodorod aloqalarida ishtirok etadi. Aytgancha, barcha yirik ko'p hujayrali organizmlarning hujayralari va to'qimalarida H 2 O ning ko'pligi hujayralar ichidagi haroratning o'zgarishi minimallashtirilganligini anglatadi. Bu xususiyat juda muhim, chunki ko'pchilik biokimyoviy reaktsiyalar tezlikka sezgir.

Bundan tashqari, ko'plab boshqa suyuqliklarga qaraganda sezilarli darajada yuqori. Ushbu qattiq moddani gazga aylantirish uchun katta miqdorda issiqlik talab etiladi, chunki vodorod aloqalari uzilishi kerak, shunda suv molekulalari bir-biridan ajralib, aytilgan fazaga kirishi mumkin. O'zgaruvchan jismlar doimiy dipollar bo'lib, boshqa shunga o'xshash birikmalar va ionlangan va erigan birikmalar bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin.

Yuqorida sanab o'tilgan boshqa moddalar faqat polarit mavjud bo'lganda aloqa qilishlari mumkin. Bu elementlarning tuzilishida aynan shu birikma ishtirok etadi. Bundan tashqari, u elektrolitlardan hosil bo'lgan ushbu zarralar atrofida tekislanishi mumkin, shuning uchun suv molekulalarining manfiy kislorod atomlari kationlarga, musbat ionlar va vodorod atomlari esa anionlarga yo'naltirilgan.

Qoida tariqasida, molekulyar kristall panjaralar va atomiklar hosil bo'ladi. Ya'ni, agar yod shunday tuzilgan bo'lsa, unda I 2 mavjud bo'lsa, u holda qattiq karbonat angidridda, ya'ni quruq muzda kristall panjara tugunlarida CO 2 molekulalari mavjud. Bunday moddalar bilan o'zaro ta'sirlashganda, muz ionli kristall panjaraga ega. Masalan, uglerodga asoslangan atom tuzilishiga ega bo'lgan grafit, xuddi olmos kabi, uni o'zgartira olmaydi.

Oshxona tuzi kristalli suvda eriganda nima sodir bo'ladi: qutbli molekulalar kristalldagi zaryadlangan elementlarga tortiladi, bu uning yuzasida natriy va xloridning o'xshash zarrachalarini hosil qiladi, natijada bu jismlar bir-biridan ajralib chiqadi, va u eriy boshlaydi. Bundan biz muzning ionli bog'lanishli kristall panjaraga ega ekanligini kuzatishimiz mumkin. Har bir erigan Na+ bir nechta suv molekulalarining manfiy uchlarini, har bir erigan Cl esa ijobiy uchlarini tortadi. Har bir ionni o'rab turgan qobiq qochish sferasi deb ataladi va odatda bir necha qatlamli erituvchi zarralarini o'z ichiga oladi.

Elementlar bilan o'ralgan o'zgaruvchilar yoki ion sulfatlangan deyiladi. Suv erituvchi bo'lsa, bunday zarralar gidratlanadi. Shunday qilib, har qanday qutbli molekula suyuqlik tanasining elementlari tomonidan echilishiga intiladi. Quruq muzda kristall panjara turi agregat holatida o'zgarmagan atom bog'larini hosil qiladi. Kristalli muz (muzlatilgan suv) boshqa masala. Karboksilazalar va protonlangan aminlar kabi ionli organik birikmalar gidroksil va karbonil guruhlarida eruvchanlikka ega bo'lishi kerak. Bunday tuzilmalar tarkibidagi zarralar molekulalar orasida harakat qiladi va ularning qutb tizimlari bu tana bilan vodorod aloqalarini hosil qiladi.

Albatta, molekuladagi oxirgi guruhlarning soni uning eruvchanligiga ta'sir qiladi, bu ham elementdagi turli tuzilmalarning reaktsiyasiga bog'liq: masalan, bir, ikki va uch uglerodli spirtlar suvda aralashadi, lekin bitta gidroksil birikmalari bo'lgan kattaroq uglevodorodlar suyuqliklarda juda kam suyultirilgan.

Olti burchakli Ih shakli atom kristall panjarasiga o'xshaydi. Muz va Yerdagi barcha tabiiy qorlar uchun u aynan shunday ko'rinadi. Buni suv bug'idan (ya'ni qor parchalaridan) o'stirilgan muz kristall panjarasining simmetriyasi tasdiqlaydi. 194 bilan P 63/mm kosmik guruhida joylashgan; D 6h, Laue klassi 6/mm; b-ga o'xshab, 6 spiral o'qning ko'paytmasiga ega (uning bo'ylab kesishdan tashqari, atrofida aylanish). Bu oddiy kubik (~ 1/2) yoki yuz markazlashtirilgan kubik (~ 3/4) tuzilmalarga nisbatan unumdorligi past (~ 1/3) bo'lgan past zichlikdagi juda ochiq tuzilishga ega.

Oddiy muz bilan solishtirganda, CO 2 molekulalari bilan bog'langan quruq muzning kristall panjarasi statikdir va faqat atomlar parchalanganda o'zgaradi.

Panjara va ularni tashkil etuvchi elementlarning tavsifi

Kristallarni bir-birining ustiga qo'yilgan choyshablardan tashkil topgan kristall naqshlar deb hisoblash mumkin. Vodorod bilan bog'lanish aslida tasodifiy bo'lganda amalga oshiriladi, chunki protonlar suv (muz) molekulalari o'rtasida taxminan 5 K dan yuqori haroratlarda harakatlanishi mumkin. Haqiqatan ham, protonlar doimiy tunnel oqimida kvant suyuqligi kabi harakat qilishlari mumkin. Bu kislorod atomlari orasidagi tarqalish zichligini yarim yo'lda ko'rsatadigan neytronlarning tarqalishi bilan kuchaytiriladi, bu lokalizatsiya va muvofiqlashtirilgan harakatni ko'rsatadi. Bu erda muzning atom, molekulyar kristall panjara bilan o'xshashligi kuzatiladi.

Molekulalar tekislikdagi uchta qo'shniga nisbatan vodorod zanjirining bosqichli tartibiga ega. To'rtinchi element tutilgan vodorod bog'lanish tartibiga ega. Mukammal olti burchakli simmetriyadan biroz og'ish bor, bu zanjir yo'nalishi bo'yicha 0,3% qisqaroq. Barcha molekulalar bir xil molekulyar muhitni boshdan kechirishadi. Har bir "quti" ichida interstitsial suv zarralarini ushlab turish uchun etarli joy mavjud. Odatda ko'rib chiqilmagan bo'lsa-da, ular yaqinda chang muz kristalli panjarasidan neytron diffraktsiyasi orqali samarali tarzda aniqlangan.

Moddalarning o'zgarishi

Olti burchakli tanasi suyuq va gazsimon suv 0,01 °C, 612 Pa, qattiq elementlar uchta -21,985 °C, 209,9 MPa, o'n bir va ikkita -199,8 °C, 70 MPa va -34,7 °C, 212,9 MPa bo'lgan uch nuqtaga ega. . Olti burchakli muzning dielektrik o'tkazuvchanligi 97,5 ga teng.

Bu elementning erish egri chizig'i MPa bilan berilgan. Holat tenglamalari mavjud bo'lib, ularga qo'shimcha ravishda olti burchakli muzning harorati va uning suvli suspenziyalari bilan fizik xususiyatlarning o'zgarishi bilan bog'liq bo'lgan oddiy tengsizliklar mavjud. Qattiqligi 0°C da gipsdan (≤2) yoki undan past darajaga, dala shpati darajasiga (-80°C da 6 ta, mutlaq qattiqlikdagi gʻayritabiiy darajada katta oʻzgarish (>24 marta)) darajaga qarab oʻzgaradi.

Muzning olti burchakli kristall panjarasi olti burchakli plitalar va ustunlarni hosil qiladi, bu erda yuqori va pastki yuzlari 5,57 mkJ sm -2 entalpiyasi bo'lgan bazal tekisliklar (0 0 0 1), boshqa ekvivalent yon tekisliklar esa prizma qismlari (1) deb ataladi. 0 -1 0) 5,94 mkJ sm -2 bilan. Konstruksiyalarning yon tomonlari hosil qilgan tekisliklar boʻylab 6,90 mJ ˣ sm -2 boʻlgan ikkilamchi yuzalar (1 1 -2 0) hosil boʻlishi mumkin.

Bu struktura bosim ortishi bilan issiqlik o'tkazuvchanligining anomal pasayishini ko'rsatadi (kubik va past zichlikdagi amorf muz kabi), lekin ko'pchilik kristallardan farq qiladi. Bu muz va suvning kristall panjarasida tovushning ko'ndalang tezligini kamaytiradigan vodorod bog'lanishining o'zgarishi bilan bog'liq.

Katta kristall namunalarni va istalgan muz yuzasini qanday tayyorlashni tasvirlaydigan usullar mavjud. O'rganilayotgan olti burchakli jismning yuzasida vodorod aloqasi ommaviy tizim ichidagidan ko'ra ko'proq tartibli bo'ladi deb taxmin qilinadi. Faza-panjara chastotali tebranuvchi variatsion spektroskopiya olti burchakli muzning bazal yuzasining er osti HO zanjirida yuqori ikki qatlam (L1 va L2) o'rtasida strukturaviy assimetriya mavjudligini ko'rsatdi. Olti burchakli (L1 O ··· HO L2) yuqori qatlamlarida qabul qilingan vodorod aloqalari ikkinchi qatlamda yuqori to'planishga (L1 OH ··· O L2) nisbatan kuchliroqdir. Interaktiv olti burchakli muz tuzilmalari mavjud.

Rivojlanish xususiyatlari

Muz yadrolanishi uchun zarur bo'lgan suv molekulalarining minimal soni taxminan 275 ± 25 ni tashkil qiladi, bu 280 dan iborat to'liq ikosahedral klaster bilan bir xil. Shakllanish suvda emas, balki havo-suv interfeysida 10 10 faktorda sodir bo'ladi. Muz kristallarining o'sishi turli energiyalarning turli o'sish sur'atlariga bog'liq. Biologik namunalar, oziq-ovqat va organlarni kriosaqlashda suv muzlashdan himoyalangan bo'lishi kerak.

Bunga odatda tez sovutish tezligi, kichik namunalar va kriyokonservatordan foydalanish va muzni yadrolash va hujayra shikastlanishining oldini olish uchun bosimni oshirish orqali erishiladi. Muz/suyuqlikning erkin energiyasi atmosfera bosimida ~30 mJ/m2 dan 200 MPa da 40 mJ/m2 gacha ko'tariladi, bu ta'sirning paydo bo'lish sababini ko'rsatadi.

Shu bilan bir qatorda, ular prizma yuzalaridan (S2), muzlagan yoki buzilgan ko'llarning tasodifiy buzilgan sirtlarida tezroq o'sishi mumkin. Yuzlardan o'sish (1 1 -2 0) kamida bir xil, lekin ularni prizma asoslariga aylantiradi. Muz kristallarini ishlab chiqish ma'lumotlari to'liq o'rganildi. Turli xil yuzlar elementlarining nisbiy o'sish sur'atlari qo'shma hidratsiyaning ko'proq darajasini shakllantirish qobiliyatiga bog'liq. Atrofdagi suvning (past) harorati muz kristalidagi shoxlanish darajasini belgilaydi. Zarrachalar o'sishi past darajadagi super sovutishda diffuziya tezligi bilan cheklangan, ya'ni.<2 ° C, что приводит к большему их количеству.

Ammo u 4 ° C dan yuqori pasayish darajasida rivojlanish kinetikasi bilan cheklangan, bu esa igna o'sishiga olib keladi. Bu shakl quruq muzning tuzilishiga (olti burchakli tuzilishga ega bo'lgan kristall panjaraga ega), sirt rivojlanishining turli xususiyatlariga va qor parchalarining tekis shakllari orqasida joylashgan atrofdagi (o'ta sovutilgan) suvning haroratiga o'xshaydi.

Atmosferada muzning paydo bo'lishi bulutlarning shakllanishi va xususiyatlariga chuqur ta'sir qiladi. Yiliga millionlab tonna atmosferaga kiradigan cho'l changida topilgan dala shpatlari muhim shakllantiruvchi hisoblanadi. Kompyuter simulyatsiyalari shuni ko'rsatdiki, bu yuqori energiyali sirt tekisliklarida prizmatik muz kristallari tekisliklarining yadrolanishi bilan bog'liq.

Ba'zi boshqa elementlar va panjaralar

Eriydigan moddalar (juda oz miqdordagi geliy va vodoroddan tashqari, ular oraliqlarga kirishi mumkin) atmosfera bosimida Ih tuzilishiga kiritilishi mumkin emas, lekin mikrokristal tanasining zarralari orasidagi sirt yoki amorf qatlamga majburlanadi. Quruq muzning kristall panjarasi joylarida boshqa elementlar mavjud: NH 4 + va Cl - kabi xaotrop ionlar, ular suyuqlikning muzlashiga boshqa kosmotropiklarga qaraganda osonroq kiradi, masalan, Na + va SO . 4 2-, shuning uchun ularni olib tashlash mumkin emas, chunki ular kristallar orasidagi qolgan suyuqlikning nozik bir plyonkasini hosil qiladi. Bu qolgan zaryadlarni muvozanatlashtiradigan (bu magnit nurlanishiga ham olib kelishi mumkin) er usti suvining dissotsiatsiyasi va qoldiq suyuqlik plyonkalarining pH qiymatining o'zgarishi, masalan, NH 4 2 SO 4 ning ko'payishi tufayli sirtning elektr zaryadlanishiga olib kelishi mumkin. kislotali va NaCl ishqoriy bo'ladi.

Ular muz kristall panjarasining yuzlariga perpendikulyar bo'lib, biriktirilgan keyingi qatlamni (O-qora atomlar bilan) ko'rsatadi. Ular asta-sekin o'sib borayotgan bazal sirt (0 0 0 1) bilan tavsiflanadi, bu erda faqat izolyatsiyalangan suv molekulalari biriktiriladi. Prizmaning tez o'sib borayotgan (1 0 -1 0) yuzasi, bu erda yangi biriktirilgan zarrachalar juftlari bir-biri bilan vodorod bilan bog'lanishi mumkin (bir bog'/elementning ikkita molekulasi). Eng tez o'sadigan yuz (1 1 -2 0) (ikkilamchi prizmatik), bu erda yangi biriktirilgan zarrachalar zanjirlari vodorod bog'lanishi bilan bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin. Uning zanjiri/element molekulalaridan biri prizmaning ikki tomoniga bo'linishini rag'batlantiradigan va bo'linadigan tizmalarni hosil qiluvchi shakldir.

Nol nuqtali entropiya

kBˣ Ln ( N

Olimlar va ularning bu sohadagi ishlari

S 0 = sifatida belgilanishi mumkin kBˣ Ln ( N E0), bu erda k B - Boltsman doimiysi, N E - E energiyadagi konfiguratsiyalar soni va E0 - eng past energiya. Olti burchakli muzning nol kelvindagi entropiyasi uchun bu qiymat termodinamikaning uchinchi qonunini buzmaydi: "Ideal kristalning mutlaq noldagi entropiyasi mutlaqo nolga teng", chunki bu elementlar va zarralar ideal emas va tartibsiz vodorod bog'lanishiga ega.

Bu tanada vodorod bog'lanishi tasodifiy va tez o'zgarib turadi. Ushbu tuzilmalar energiya jihatidan mutlaqo teng emas, lekin juda ko'p sonli energetik jihatdan yaqin holatlarga tarqaladi va "muz qoidalari" ga bo'ysunadi. Nol nuqta entropiyasi - bu moddani mutlaq nolga (0 K = -273,15 ° C) sovutganda ham saqlanib qoladigan buzilish. Olti burchakli muz 3,41 (±0,2) ˣ mol -1 ˣ K -1 uchun eksperimental chalkashliklarni keltirib chiqaradi. Nazariy jihatdan, ma'lum bo'lgan muz kristallarining nol entropiyasini eksperimental aniqlashdan ko'ra ancha aniqroq (nuqsonlar va energiya darajasining tarqalishini e'tiborsiz qoldirgan holda) hisoblash mumkin edi.

Yomma muzdagi protonlarning tartibi tartibga solinmagan bo'lsa-da, sirt, ehtimol, osilgan H atomlari va O juftliklari (tartibli vodorod aloqalari bilan nol entropiya) tasmasi ko'rinishidagi zarrachalarning tartibini afzal ko'radi. ZPE, J ˣ mol -1 ˣ K -1 va boshqalarning nol nuqtasining buzilishi aniqlandi. Yuqorida aytilganlarning barchasidan muzga xos bo'lgan kristall panjaralarning qanday turlari aniq va tushunarli.

O. V. Mosin, I. Ignatov (Bolgariya)

izoh Muzning sayyoramizdagi hayotni qo'llab-quvvatlashdagi ahamiyatini e'tiborsiz qoldirib bo'lmaydi. Muz o'simliklar va hayvonlarning yashash sharoitlariga va insonning turli xil iqtisodiy faoliyatiga katta ta'sir ko'rsatadi. Qoplagan suv, muz, past zichligi tufayli tabiatda suzuvchi ekran rolini o'ynaydi, daryolar va suv omborlarini yanada muzlashdan himoya qiladi va suv osti aholisining hayotini saqlaydi. Muzdan turli maqsadlarda foydalanish (qorni ushlab turish, muzdan o'tish joylari va izotermik omborlarni qurish, omborlar va shaxtalarni muz bilan to'ldirish) gidrometeorologiya va muhandislik fanlarining muzsozlik, qor muhandisligi, abadiy muzlik kabi bir qator bo'limlarining predmeti hisoblanadi. muhandislik, shuningdek, maxsus muz razvedka xizmatlari va muzqaymoq transporti va qor tozalash uskunalari faoliyati. Tabiiy muz oziq-ovqat mahsulotlarini, biologik va tibbiy preparatlarni saqlash va sovutish uchun ishlatiladi, ular uchun maxsus ishlab chiqariladi va tayyorlanadi, muzni eritib tayyorlangan erigan suv esa metabolizmni kuchaytirish va organizmdan toksinlarni olib tashlash uchun xalq tabobatida qo'llaniladi. Maqola o'quvchini muzning kam ma'lum bo'lgan yangi xususiyatlari va modifikatsiyalari bilan tanishtiradi.

Muz - bu suvning kristall shakli bo'lib, so'nggi ma'lumotlarga ko'ra, o'n to'rtta tarkibiy modifikatsiyaga ega. Ular orasida kristall (tabiiy muz) va amorf (kub muz) va muzning kristall panjarasini tashkil etuvchi vodorod aloqalari bilan bog'langan suv molekulalarining o'zaro joylashishi va fizik xususiyatlari bilan bir-biridan farq qiluvchi metastabil modifikatsiyalar mavjud. Ularning barchasi, olti burchakli panjarada kristallanadigan I h tanish tabiiy muzdan tashqari, ekzotik sharoitda - quruq muz va suyuq azotning juda past haroratida va minglab atmosferalarning yuqori bosimida, vodorod bog'lanish burchaklari bog'langanda hosil bo'ladi. suvda molekula o'zgarishi va olti burchaklidan farq qiladigan kristalli tizimlar hosil bo'ladi. Bunday sharoitlar kosmosdagi sharoitlarga o'xshaydi va Yerda sodir bo'lmaydi.

Tabiatda muz asosan olmosning tuzilishini eslatuvchi olti burchakli panjarada kristallanadigan bitta kristalli xilma-xillik bilan ifodalanadi, bu erda har bir suv molekulasi undan teng masofada joylashgan, 2,76 angstromga teng bo'lgan to'rtta eng yaqin molekulalar bilan o'ralgan va joylashtirilgan. muntazam tetraedrning uchlarida. Koordinatsion raqamning pastligi tufayli muzning tuzilishi retikulyar bo'lib, uning past zichligiga ta'sir qiladi, 0,931 g / sm 3 ni tashkil qiladi.

Muzning eng g'ayrioddiy xususiyati uning tashqi ko'rinishlarining ajoyib xilma-xilligidir. Xuddi shu kristalli tuzilishga ega bo'lib, u shaffof do'l va muz toshlari, bekamu qor parchalari, zich yaltiroq muz qobig'i yoki ulkan muzlik massalari shaklida butunlay boshqacha ko'rinishi mumkin. Muz tabiatda kontinental, suzuvchi va er osti muzlari, shuningdek, qor va ayoz shaklida uchraydi. U inson yashashining barcha hududlarida keng tarqalgan. Ko'p miqdorda yig'ilganda, qor va muz alohida kristallar yoki qor parchalarinikidan tubdan farq qiladigan xususiyatlarga ega bo'lgan maxsus tuzilmalarni hosil qiladi. Tabiiy muz, asosan, keyingi siqilish va qayta kristallanish natijasida qattiq atmosfera yog'inlaridan hosil bo'lgan cho'kindi-metamorfik muzdan hosil bo'ladi. Tabiiy muzning o'ziga xos xususiyati donadorlik va chiziqlilikdir. Donadorlik qayta kristallanish jarayonlariga bog'liq; Muzlik muzining har bir donasi noto'g'ri shakldagi kristall bo'lib, muz massasidagi boshqa kristallarga chambarchas qo'shni bo'lib, bir kristalning chiqadigan joylari boshqasining chuqurchalariga mahkam joylashadi. Ushbu turdagi muz polikristal deb ataladi. Unda har bir muz kristalli kristalning optik o'qi yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan bazal tekislikda bir-birining ustiga tushadigan eng nozik barglar qatlamidir.

Yerdagi umumiy muz zahiralari taxminan 30 mln. km 3(1-jadval). Muzning katta qismi Antarktidada to'plangan, uning qatlami qalinligi 4 ga etadi km. Shuningdek, Quyosh tizimi sayyoralari va kometalarda muz borligi haqida dalillar mavjud. Muz sayyoramiz iqlimi va undagi tirik mavjudotlarning yashash muhiti uchun shunchalik muhimki, olimlar muz uchun maxsus muhit - kriyosferani belgiladilar, uning chegaralari atmosferaga baland va er qobig'iga chuqur kiradi.

Jadval 1. Muzning miqdori, tarqalishi va umri.

Muz kristallari shakli va nisbati jihatidan noyobdir. Har qanday o'sib borayotgan tabiiy kristall, shu jumladan muz kristalli har doim ideal muntazam kristall panjarani yaratishga intiladi, chunki bu uning ichki energiyasining minimal nuqtai nazaridan foydalidir. Har qanday aralashmalar, ma'lumki, kristallning shaklini buzadi, shuning uchun suv kristallanganda, suv molekulalari birinchi navbatda panjara ichiga o'rnatiladi va begona atomlar va nopoklik molekulalari suyuqlikka chiqariladi. Va faqat aralashmalar boradigan joyi yo'q bo'lganda, muz kristali ularni o'z tuzilishiga qo'shila boshlaydi yoki ularni konsentrlangan muzlatmaydigan suyuqlik - sho'r suv bilan ichi bo'sh kapsulalar shaklida qoldiradi. Shuning uchun dengiz muzi toza va hatto eng iflos suv havzalari ham shaffof va toza muz bilan qoplangan. Muz erib ketganda, u aralashmalarni sho'r suvga siqib chiqaradi. Sayyoraviy miqyosda suvning muzlashi va erishi hodisasi suvning bug'lanishi va kondensatsiyasi bilan birga Yerdagi suv doimo o'zini tozalaydigan ulkan tozalash jarayoni rolini o'ynaydi.

Jadval 2. Muzning ba'zi fizik xususiyatlari I.

Mulk	Ma'nosi	Eslatma
Issiqlik sig'imi, kal/(g °C) Erish issiqligi, kal/g Bug'lanish issiqligi, kal/g		Haroratning pasayishi bilan sezilarli darajada kamayadi
Issiqlik kengayish koeffitsienti, 1 / ° S	9,1 10 -5 (0 °C)	Polikristal muz
Issiqlik o'tkazuvchanligi, kal/(sm sek °C)		Polikristal muz
Sinishi indeksi:		Polikristal muz
Maxsus elektr o'tkazuvchanligi, ohm -1 sm -1		Ko'rinib turgan faollik energiyasi 11 kkal/mol
Yuzaki elektr o'tkazuvchanligi, ohm -1		Ko'rinib turgan faollik energiyasi 32 kkal/mol
Yangning elastiklik moduli, dyn/sm2	9 10 10 (-5 °C)	Polikristal muz
Qarshilik, MN/m 2: maydalash		Polikristal muz Polikristal muz Polikristal muz
Dinamik yopishqoqlik, muvozanat		Polikristal muz
Deformatsiya va mexanik relaksatsiya vaqtida aktivlanish energiyasi, kkal/mol		0 dan 273,16 K gacha 0,0361 kkal/(mol °C) chiziqli ravishda oshadi.

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

Muzning Yerda keng tarqalganligi tufayli muzning fizik xossalarining boshqa moddalar xossalaridan farqi (2-jadval) koʻpgina tabiiy jarayonlarda muhim rol oʻynaydi. Muzning boshqa ko'plab hayotni ta'minlovchi xususiyatlari va anomaliyalari mavjud - zichlik, bosim, hajm, issiqlik o'tkazuvchanligidagi anomaliyalar. Agar suv molekulalarini kristalga aylantiradigan vodorod aloqalari bo'lmaganida, muz -90 ° C da eriydi. Ammo bu suv molekulalari o'rtasida vodorod aloqalari mavjudligi sababli sodir bo'lmaydi. Suvga nisbatan zichligi past bo'lganligi sababli, muz suv yuzasida suzuvchi qoplama hosil qiladi, daryolar va suv omborlarini muzlashdan himoya qiladi, chunki uning issiqlik o'tkazuvchanligi suvnikidan ancha past. Bunday holda, eng past zichlik va hajm +3,98 ° S da kuzatiladi (1-rasm). Keyinchalik suvni 0 0 C gacha sovutish asta-sekin kamayishiga emas, balki suv muzga aylanganda uning hajmining deyarli 10% ga oshishiga olib keladi. Suvning bunday harakati bir vaqtning o'zida suvda ikkita muvozanat fazasining mavjudligini ko'rsatadi - suyuq va kvazikristal, kvazikristallarga o'xshab, ularning kristall panjarasi nafaqat davriy tuzilishga ega, balki ilgari mavjud bo'lgan turli tartibli simmetriya o'qlariga ham ega. kristallograflarning g'oyalariga zid edi. Mashhur rus nazariy fizigi Ya.I.Frenkel tomonidan ilk bor ilgari surilgan bu nazariya suyuqlik molekulalarining bir qismi kvazikristal tuzilish hosil qiladi, qolgan molekulalar esa gazsimon, butun hajm boʻylab erkin harakatlanadi, degan taxminga asoslanadi. Har qanday sobit suv molekulasining kichik atrofida molekulalarning taqsimlanishi ma'lum bir tartibga ega bo'lib, kristalni biroz eslatadi, ammo bo'shroq bo'lsa ham. Shu sababli, suvning tuzilishi ba'zan kvazikristal yoki kristalli deb ataladi, ya'ni atomlar yoki molekulalarning nisbiy joylashuvida simmetriya va tartibga ega.

Guruch. 1. Muz va suvning o'ziga xos hajmining haroratga bog'liqligi

Yana bir xususiyat shundaki, muz oqimining tezligi faollashuv energiyasiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional va mutlaq haroratga teskari proportsionaldir, shuning uchun haroratning pasayishi bilan muz o'z xususiyatlarida mutlaqo qattiq jismga yaqinlashadi. O'rtacha erishga yaqin haroratlarda muzning suyuqligi tog' jinslariga qaraganda 10 6 marta yuqori bo'ladi. Oquvchanligi tufayli muz bir joyda to'planmaydi, balki doimo muzliklar shaklida harakatlanadi. Polikristal muz uchun oqim tezligi va stress o'rtasidagi munosabatlar giperbolikdir; taxminan quvvat tenglamasi bilan tavsiflanganda, kuchlanish kuchayganda eksponent ortadi.

Ko'rinadigan yorug'lik deyarli muz tomonidan so'rilmaydi, chunki yorug'lik nurlari muz kristalidan o'tadi, lekin u ultrabinafsha nurlanishni va Quyoshdan keladigan infraqizil nurlanishning ko'p qismini bloklaydi. Spektrning bu hududlarida muz butunlay qora rangda ko'rinadi, chunki spektrning bu hududlarida yorug'likning yutilish koeffitsienti juda yuqori. Muz kristallaridan farqli o'laroq, qorga tushgan oq yorug'lik so'rilmaydi, balki muz kristallarida ko'p marta sinadi va ularning yuzlaridan aks etadi. Shuning uchun qor oq ko'rinadi.

Muz (0,45) va qorning (0,95 gacha) juda yuqori aks etishi tufayli ular bilan qoplangan maydon yiliga o'rtacha 72 million km ni tashkil qiladi. km 2 ikkala yarim sharning yuqori va o'rta kengliklarida - quyosh issiqligini odatdagidan 65% kamroq oladi va er yuzasini sovutishning kuchli manbai bo'lib, bu asosan zamonaviy kenglik iqlim zonasini belgilaydi. Yozda qutbli hududlarda quyosh radiatsiyasi ekvatorial zonaga qaraganda ko'proq bo'ladi, ammo harorat pastligicha qolmoqda, chunki so'rilgan issiqlikning katta qismi erish issiqligi juda yuqori bo'lgan muzning erishiga sarflanadi.

Muzning boshqa g'ayrioddiy xususiyatlari uning o'sib borayotgan kristallari orqali elektromagnit nurlanishni o'z ichiga oladi. Ma'lumki, suvda erigan aralashmalarning ko'pchiligi muz o'sishni boshlaganda unga o'tmaydi; ular muzlab qolgan. Shuning uchun, hatto eng iflos ko'lmakda ham muz plyonkasi toza va shaffof bo'ladi. Bunday holda, aralashmalar qattiq va suyuq muhitlar chegarasida, turli belgilardagi ikki qatlamli elektr zaryadlari shaklida to'planadi, bu esa potentsiallarning sezilarli farqini keltirib chiqaradi. Zaryadlangan aralashmalar qatlami yosh muzning pastki chegarasi bilan birga harakat qiladi va elektromagnit to'lqinlarni chiqaradi. Buning yordamida kristallanish jarayonini batafsil kuzatish mumkin. Shunday qilib, uzunligi igna shaklida o'sib borayotgan kristal lateral jarayonlar bilan qoplanganidan farqli ravishda chiqaradi va o'sayotgan donalarning nurlanishi kristallar yorilishi paytida sodir bo'ladigan narsadan farq qiladi. Radiatsiya impulslarining shakli, ketma-ketligi, chastotasi va amplitudasi bo'yicha muzning qanday tezlikda muzlashini va qanday muz tuzilishini aniqlash mumkin.

Ammo muzning tuzilishidagi eng hayratlanarli tomoni shundaki, uglerod nanonaychalari ichidagi past harorat va yuqori bosimdagi suv molekulalari DNK molekulalarini eslatuvchi qo‘sh spiral shaklida kristallanishi mumkin. Buni Nebraska (AQSh) universitetidan Syao Cheng Zeng boshchiligidagi amerikalik olimlarning yaqinda o‘tkazgan kompyuter tajribalari isbotladi. Simulyatsiya qilingan tajribada suv spiral hosil qilish uchun u yuqori bosim ostida, diametri 1,35 dan 1,90 nm gacha bo'lgan, 10 dan 40 000 atmosferagacha va -23 ° C haroratda o'zgarib turadigan nanotubalarga joylashtirildi. Suv barcha holatlarda yupqa quvurli tuzilmani hosil qilishini ko'rish kutilgan edi. Biroq, model nanotubka diametri 1,35 nm va tashqi bosim 40 000 atmosfera bo'lgan muz tarkibidagi vodorod aloqalari egilganligini ko'rsatdi, bu esa qo'sh devorli - ichki va tashqi spiralning shakllanishiga olib keldi. Bunday sharoitda ichki devor to'rtburchak spiralga o'ralgan, tashqi devor esa DNK molekulasiga o'xshash to'rtta qo'sh spiraldan iborat bo'lgan (2-rasm). Bu fakt hayotiy DNK molekulasining tuzilishi va suvning o'zi tuzilishi o'rtasidagi bog'liqlikni va suv DNK molekulalarini sintez qilish uchun matritsa bo'lib xizmat qilganligini tasdiqlashi mumkin.

Guruch. 2. DNK molekulasini eslatuvchi nanotubalardagi muzlatilgan suv tuzilishining kompyuter modeli (New Scientist jurnalidan olingan fotosurat, 2006 yil)

Yaqinda kashf etilgan suvning eng muhim xususiyatlaridan yana biri shundaki, suv o'tmishdagi ta'sirlar haqidagi ma'lumotlarni eslab qolish qobiliyatiga ega. Buni birinchi bo'lib yapon tadqiqotchisi Masaru Emoto va vatandoshimiz Stanislav Zenin isbotladilar, u birinchilardan bo'lib suv tuzilishining klaster nazariyasini taklif qilgan bo'lib, u hajmli ko'pburchak tuzilishning tsiklik assotsiatsiyalari - umumiy formulaning (H) klasterlaridan iborat. 2 O) n, bu erda n, oxirgi ma'lumotlarga ko'ra, yuzlab va hatto ming birlikka yetishi mumkin. Suvda klasterlarning mavjudligi tufayli suv axborot xususiyatlariga ega. Tadqiqotchilar suvning muz mikrokristallariga aylanishi, unga turli elektromagnit va akustik maydonlar, ohanglar, ibodatlar, so'zlar yoki fikrlar bilan ta'sir qilish jarayonlarini suratga olishdi. Ma’lum bo‘lishicha, go‘zal kuy va so‘zlar ko‘rinishidagi ijobiy ma’lumotlar ta’sirida muz nosimmetrik olti burchakli kristalllarga aylangan. Noto'g'ri musiqa va g'azablangan va haqoratli so'zlar yangragan joyda, suv, aksincha, tartibsiz va shaklsiz kristallarga aylangan. Bu suvning tashqi axborot ta'siriga sezgir bo'lgan maxsus tuzilishga ega ekanligidan dalolat beradi. Taxminlarga ko'ra, 85-90% suvdan iborat bo'lgan inson miyasi suvga kuchli strukturaviy ta'sir ko'rsatadi.

Emoto kristallari ham qiziqish uyg'otadi, ham yetarlicha asoslanmagan tanqidni keltirib chiqaradi. Agar siz ularga diqqat bilan qarasangiz, ularning tuzilishi oltita tepadan iborat ekanligini ko'rishingiz mumkin. Ammo yanada ehtiyotkorlik bilan tahlil qilish shuni ko'rsatadiki, qishda qor parchalari bir xil tuzilishga ega, har doim nosimmetrik va oltita tepaga ega. Kristallangan tuzilmalar qay darajada ular yaratilgan muhit haqida ma'lumotni o'z ichiga oladi? Qor parchalarining tuzilishi chiroyli yoki shaklsiz bo'lishi mumkin. Bu shuni ko'rsatadiki, ular paydo bo'lgan nazorat namunasi (atmosferadagi bulut) ularga dastlabki sharoitlar kabi ta'sir qiladi. Boshlang'ich sharoitlar quyosh faolligi, harorat, geofizik maydonlar, namlik va boshqalar. Bularning barchasi, deb ataladigan narsadan iborat. o'rtacha ansambl, biz suv tomchilari va keyin qor parchalari tuzilishi taxminan bir xil degan xulosaga kelishimiz mumkin. Ularning massasi deyarli bir xil va ular atmosferada bir xil tezlikda harakat qilishadi. Atmosferada ular o'z tuzilmalarini shakllantirishda va hajmini oshirishda davom etadilar. Agar ular bulutning turli qismlarida paydo bo'lgan bo'lsa ham, bir guruhda deyarli bir xil sharoitlarda paydo bo'lgan qor parchalari har doim mavjud. Qor parchalari haqidagi ijobiy va salbiy ma'lumotlar nimadan iborat degan savolga javobni Emotoda topish mumkin. Laboratoriya sharoitida salbiy ma'lumotlar (zilzila, odamlar uchun noqulay ovoz tebranishlari va boshqalar) kristallarni hosil qilmaydi, balki ijobiy ma'lumot, aksincha. Bir omil qor parchalarining bir xil yoki o'xshash tuzilmalarini qay darajada shakllantirishi juda qiziq. Suvning eng yuqori zichligi 4 ° C haroratda kuzatiladi. Harorat noldan pastga tushganda olti burchakli muz kristallari shakllana boshlaganda suvning zichligi kamayishi ilmiy jihatdan isbotlangan. Bu suv molekulalari orasidagi vodorod aloqalarining natijasidir.

Ushbu tuzilmaning sababi nimada? Kristallar qattiq jismlar bo'lib, ularni tashkil etuvchi atomlar, molekulalar yoki ionlar uchta fazoviy o'lchovda muntazam, takrorlanuvchi naqshda joylashgan. Suv kristallarining tuzilishi biroz boshqacha. Isaakning fikriga ko'ra, muzdagi vodorod aloqalarining faqat 10% kovalentdir, ya'ni. etarlicha barqaror ma'lumotlarga ega. Bir suv molekulasining kislorodi va boshqasining vodorodi o'rtasidagi vodorod aloqalari tashqi ta'sirlarga eng sezgir. Kristallarni qurishda suvning spektri vaqt o'tishi bilan nisbatan farq qiladi. Antonov va Yuskeseliyev tomonidan isbotlangan suv tomchisining diskret bug'lanishining ta'siri va uning vodorod bog'larining energiya holatlariga bog'liqligiga ko'ra, kristallarning tuzilishi haqida javob izlashimiz mumkin. Spektrning har bir qismi suv tomchilarining sirt tarangligiga bog'liq. Spektrda oltita cho'qqi mavjud bo'lib, ular qor parchasining shoxlarini ko'rsatadi.

Emotoning tajribalarida dastlabki "nazorat" namunasi kristallarning ko'rinishiga ta'sir qilishi aniq. Bu shuni anglatadiki, ma'lum bir omil ta'siridan keyin shunga o'xshash kristallarning hosil bo'lishini kutish mumkin. Bir xil kristallarni olish deyarli mumkin emas. “Sevgi” so‘zining suvga ta’sirini sinovdan o‘tkazishda Emoto tajriba turli namunalar bilan o‘tkazilgan yoki o‘tkazilmaganligini aniq ko‘rsatmaydi.

Emoto texnikasi etarlicha farqlanganligini tekshirish uchun ikki marta ko'r-ko'rona tajribalar kerak. Ishoqning 10% suv molekulalari muzlagandan keyin kovalent bog'lanish hosil qilishini isbotlashi bizga suv muzlaganda bu ma'lumotdan foydalanishini ko'rsatadi. Emotoning yutug'i, hatto ikki marta ko'r-ko'rona tajribalarsiz ham, suvning axborot xususiyatlariga nisbatan juda muhim bo'lib qolmoqda.

Tabiiy qor parchasi, Uilson Bentli, 1925 yil

Tabiiy suvdan olingan emoto qor parchasi

Bir qor parchasi tabiiy, ikkinchisi esa Emoto tomonidan yaratilgan, bu suv spektridagi xilma-xillik cheksiz emasligini ko'rsatadi.

Zilzila, Sofiya, 4,0 Rixter shkalasi, 2008 yil 15 noyabr,
Dr. Ignatov, 2008 ©, prof. Antonov qurilmasi©

Bu raqam nazorat namunasi va boshqa kunlarda olinganlar o'rtasidagi farqni ko'rsatadi. Suv molekulalari suvdagi eng baquvvat vodorod aloqalarini, shuningdek, tabiiy hodisa paytida spektrdagi ikkita tepalikni buzadi. Tadqiqot Antonov qurilmasi yordamida amalga oshirildi. Biofizik natija zilzila paytida tananing hayotiy tonusining pasayishini ko'rsatadi. Zilzila paytida Emoto laboratoriyasidagi qor parchalarida suv o'z tuzilishini o'zgartira olmaydi. Zilzila paytida suvning elektr o'tkazuvchanligi o'zgarishi haqida dalillar mavjud.

1963 yilda tanzaniyalik maktab o'quvchisi Erasto Mpemba issiq suv sovuq suvga qaraganda tezroq muzlashini payqadi. Bu hodisa Mpemba effekti deb ataladi. Garchi suvning noyob xususiyatini Aristotel, Frensis Bekon va Rene Dekart ancha oldin payqashgan. Bu hodisa bir qator mustaqil tajribalar bilan ko'p marta isbotlangan. Suv yana bir g'alati xususiyatga ega. Menimcha, buning izohi quyidagicha: qaynatilgan suvning differensial muvozanatsiz energiya spektri (DNES) xona haroratida olingan namunaga qaraganda suv molekulalari orasidagi vodorod aloqalarining o'rtacha o'rtacha energiyasiga ega.Bu qaynatilgan suvga ehtiyoj borligini anglatadi. kristall tuzilishini boshlash va muzlash uchun kamroq energiya.

Muzning tuzilishi va uning xususiyatlarining kaliti uning kristalining tuzilishida yotadi. Muzning barcha modifikatsiyalari kristallari vodorod aloqalari bilan bog'langan H 2 O suv molekulalaridan vodorod aloqalarining o'ziga xos tartibiga ega bo'lgan uch o'lchovli to'r ramkalariga qurilgan. Suv molekulasini oddiygina tetraedr (uchburchak asosli piramida) sifatida tasavvur qilish mumkin. Uning markazida sp 3 gibridlanish holatida bo'lgan kislorod atomi, ikkita uchida vodorod atomi joylashgan bo'lib, uning 1s elektronlaridan biri kislorod bilan kovalent H-O bog'ini hosil qilishda ishtirok etadi. Qolgan ikkita cho'qqi juft bo'lmagan kislorod elektronlari bilan band bo'lib, ular molekula ichidagi bog'lanishlar hosil bo'lishida qatnashmaydi, shuning uchun ular yolg'iz deb ataladi. H 2 O molekulasining fazoviy shakli markaziy kislorod atomining vodorod atomlari va yolg'iz elektron juftlarining o'zaro itarilishi bilan izohlanadi.

Vodorod bog'lanishi molekulalararo o'zaro ta'sirlar kimyosida muhim ahamiyatga ega va kuchsiz elektrostatik kuchlar va donor-akseptor o'zaro ta'siridan kelib chiqadi. Bir suv molekulasining elektron yetishmaydigan vodorod atomi qo'shni suv molekulasi kislorod atomining yolg'iz elektron jufti (O-H...O) bilan o'zaro ta'sirlashganda sodir bo'ladi. Vodorod aloqasining o'ziga xos xususiyati nisbatan past kuchdir; u kimyoviy kovalent bog'lanishdan 5-10 marta zaifdir. Energiya nuqtai nazaridan, vodorod aloqasi kimyoviy bog'lanish va molekulalarni qattiq yoki suyuq fazada ushlab turadigan Van der Vaals o'zaro ta'siri o'rtasida oraliq pozitsiyani egallaydi. Muz kristalidagi har bir suv molekulasi bir vaqtning o'zida boshqa qo'shni molekulalar bilan to'rtta vodorod aloqasini hosil qilishi mumkin, bu esa tetraedrning cho'qqilariga yo'naltirilgan 109 ° 47" ga teng bo'lgan qat'iy belgilangan burchaklarda, suv muzlaganda zich tuzilmani yaratishga imkon bermaydi ( 3-rasm).I, Ic, VII va VIII muz tuzilmalarida bu tetraedr muntazamdir.II, III, V va VI muz tuzilmalarida tetraedr sezilarli darajada buziladi.VI, VII va VIII muz tuzilmalarida ikkita kesishuvchi tizim. vodorod bog'larini ajratib ko'rsatish mumkin.Vodorod bog'larining bu ko'rinmas doirasi suv molekulalarini retikulyar to'r shaklida joylashtiradi, uning tuzilishi ichi bo'sh kanallari bo'lgan olti burchakli chuqurchaga o'xshaydi.Agar muz qizdirilsa, to'r tuzilishi buziladi: suv molekulalari zichroq suyuqlik tuzilishiga olib keladigan to'rning bo'shliqlariga tusha boshlaydi - bu suvning muzdan og'irroq ekanligini tushuntiradi.

Guruch. 3. To'rtta H2O molekulasi o'rtasida vodorod aloqasining shakllanishi (qizil sharlar markaziy kislorod atomlarini, oq sharlar vodorod atomlarini ifodalaydi)

Muzning tuzilishiga xos bo'lgan vodorod aloqalari va molekulalararo o'zaro ta'sirlarning o'ziga xosligi erigan suvda saqlanib qoladi, chunki muz kristalli erishi bilan barcha vodorod aloqalarining atigi 15 foizi yo'q qilinadi. Shu sababli, har bir suv molekulasi va muzga xos bo'lgan to'rtta qo'shni molekula o'rtasidagi bog'liqlik ("qisqa masofali tartib") buzilmaydi, garchi kislorod ramka panjarasining ko'proq xiralashishi kuzatiladi. Vodorod aloqalari suv qaynayotganda ham saqlanib qolishi mumkin. Faqat suv bug'ida vodorod aloqalari mavjud emas.

Atmosfera bosimida hosil bo'ladigan va 0 ° C da eriydigan muz eng keng tarqalgan, ammo hali to'liq tushunilmagan moddadir. Uning tuzilishi va xususiyatlarida ko'p narsa g'ayrioddiy ko'rinadi. Muzning kristall panjarasi joylashgan joylarda suv molekulalari tetraedrlarining kislorod atomlari tartibli joylashgan bo'lib, olti burchakli chuqurchaga o'xshab muntazam olti burchaklarni hosil qiladi va vodorod atomlari vodorod aloqalarida turli xil pozitsiyalarni egallaydi. kislorod atomlari (4-rasm). Shuning uchun suv molekulalarining qo'shnilariga nisbatan oltita ekvivalent yo'nalishi mumkin. Ulardan ba'zilari chiqarib tashlandi, chunki bir xil vodorod bog'ida bir vaqtning o'zida ikkita protonning mavjudligi dargumon, ammo suv molekulalarining yo'nalishida etarlicha noaniqlik mavjud. Atomlarning bunday xatti-harakati atipikdir, chunki qattiq moddada barcha atomlar bir xil qonunga bo'ysunadi: yoki atomlar tartibli joylashtirilgan, keyin u kristall yoki tasodifiy, keyin esa amorf moddadir. Bunday g'ayrioddiy tuzilma muzning ko'pgina modifikatsiyalarida - Ih, III, V, VI va VII (va aftidan Icda) amalga oshirilishi mumkin (3-jadval), II, VIII va IX muzning tuzilishida esa suv molekulalari orientatsion tartibda joylashgan. . J. Bernalning fikricha, muz kislorod atomlariga nisbatan kristall, vodorod atomlariga nisbatan shishasimon.

Guruch. 4. Tabiiy olti burchakli konfiguratsiyaning muz tuzilishi I h

Boshqa sharoitlarda, masalan, Kosmosda yuqori bosim va past haroratlarda muz turlicha kristallanadi, boshqa kristall panjaralar va modifikatsiyalarni (kubik, trigonal, tetragonal, monoklinik va boshqalar) hosil qiladi, ularning har biri o'ziga xos tuzilishga va kristall panjaraga ega (jadval). 3). Har xil modifikatsiyadagi muzning tuzilmalari rossiyalik tadqiqotchilar doktor. G.G. Malenkov va fizika-matematika fanlari nomzodi. E.A. Jeligovskaya nomidagi Fizika kimyo va elektrokimyo institutidan. A.N. Rossiya Fanlar akademiyasining Frumkin. II, III va V modifikatsiyadagi muzlar, agar harorat -170 ° C dan oshmasa, atmosfera bosimida uzoq vaqt saqlanadi (5-rasm). Taxminan -150 ° C gacha sovutilganda, tabiiy muz kubikli muzga aylanadi, kublar va bir necha nanometr o'lchamdagi oktaedralardan iborat. Muz I c ba'zan kapillyarlarda suv muzlaganda paydo bo'ladi, bu suvning devor materiali bilan o'zaro ta'siri va uning tuzilishining takrorlanishi bilan osonlashadi. Agar harorat -110 0 S dan bir oz yuqori bo'lsa, metall taglik ustida zichroq va og'irroq shishasimon amorf muzning 0,93 g/sm 3 zichlikdagi kristallari hosil bo'ladi. Muzning bu ikkala shakli o'z-o'zidan olti burchakli muzga aylanishi mumkin va harorat qanchalik tez bo'lsa.

Jadval 3. Muzning ayrim modifikatsiyalari va ularning fizik parametrlari.

Eslatma. 1 Å = 10 -10 m

Guruch. 5. Turli modifikatsiyadagi kristall muzlarning holati diagrammasi.

Yuqori bosimli muzlar ham mavjud - olti burchakli gofrirovka qilingan elementlardan hosil bo'lgan ichi bo'sh chuqurchalardan hosil bo'lgan, bir-biriga nisbatan uchdan biriga siljigan II va III trigonal va tetragonal modifikatsiyalar (6-rasm va 7-rasm). Bu muzlar geliy va argon asil gazlari ishtirokida barqarorlashadi. Muz V monoklinik modifikatsiyasining tuzilishida qo'shni kislorod atomlari orasidagi burchaklar 86 0 dan 132 ° gacha, bu suv molekulasidagi bog'lanish burchagidan juda farq qiladi, bu 105 ° 47 '. Tetragonal modifikatsiyaning VI muzi bir-biriga kiritilgan ikkita ramkadan iborat bo'lib, ular orasida vodorod bog'lari mavjud emas, natijada tana markazli kristall panjara hosil bo'ladi (8-rasm). VI muzning tuzilishi geksamerlarga - oltita suv molekulasi bloklariga asoslangan. Ularning konfiguratsiyasi hisob-kitoblar bilan berilgan barqaror suv klasterining tuzilishini aniq takrorlaydi. VII muzning past haroratli tartiblangan shakllari bo'lgan kubik modifikatsiyasining VII va VIII muzlari bir-biriga o'rnatilgan muz I ramkalari bilan o'xshash tuzilishga ega. Bosimning keyingi oshishi bilan VII va VIII muzlarning kristall panjarasidagi kislorod atomlari orasidagi masofa qisqaradi, natijada muzning X tuzilishi hosil bo'ladi, kislorod atomlari muntazam panjara ichida joylashgan va protonlar tartiblangan.

Guruch. 7. Muz III konfiguratsiyasi.

XI muz normal bosimda 72 K dan past ishqor qo'shilishi bilan I h muzning chuqur sovishi natijasida hosil bo'ladi. Bunday sharoitda gidroksil kristall nuqsonlari hosil bo'lib, o'sib borayotgan muz kristalining tuzilishini o'zgartirishga imkon beradi. Muz XI protonlarning tartibli joylashuviga ega bo'lgan ortorombik kristall panjaraga ega va bir vaqtning o'zida kristalning gidroksil nuqsonlari yaqinidagi ko'plab kristallanish markazlarida hosil bo'ladi.

Guruch. 8. Ice VI konfiguratsiyasi.

Muzlar orasida IV va XII metastabil shakllar ham mavjud bo'lib, ularning umri soniyalar bo'lib, eng chiroyli tuzilishga ega (9-rasm va 10-rasm). Metastabil muzni olish uchun I h muzni suyuq azot haroratida 1,8 GPa bosimgacha siqish kerak. Bu muzlar ancha oson hosil bo'ladi va agar haddan tashqari sovutilgan og'ir suv bosimga duchor bo'lsa, ayniqsa barqaror bo'ladi. Yana bir metastabil modifikatsiya, muz IX, muz III super sovutilganda hosil bo'ladi va mohiyatan uning past haroratli shaklini ifodalaydi.

Guruch. 9. Ice IV konfiguratsiyasi.

Guruch. 10. Ice XII konfiguratsiyasi.

Muzning so'nggi ikkita modifikatsiyasi - monoklinik XIII va ortorombik konfiguratsiya XIV - Oksford (Buyuk Britaniya) olimlari tomonidan yaqinda - 2006 yilda kashf etilgan. Monoklinli va ortorombik panjarali muz kristallari bo'lishi kerak degan taxminni tasdiqlash qiyin edi: -160 ° C haroratda suvning yopishqoqligi juda yuqori va toza o'ta sovutilgan suv molekulalarining bunday miqdorda birlashishi qiyin. kristall yadro hosil qilish. Bunga katalizator - xlorid kislota yordamida erishildi, bu past haroratlarda suv molekulalarining harakatchanligini oshirdi. Muzning bunday modifikatsiyalari Yerda shakllana olmaydi, lekin ular Kosmosda sovutilgan sayyoralar va muzlatilgan sun'iy yo'ldoshlar va kometalarda mavjud bo'lishi mumkin. Shunday qilib, Yupiter va Saturn sun'iy yo'ldoshlari yuzasidan zichlik va issiqlik oqimlarining hisob-kitoblari Ganymede va Callisto I, III, V va VI muzlari almashinadigan muzli qobiqqa ega bo'lishi kerakligini aytishga imkon beradi. Titanda muzlar qobiqni emas, balki mantiyani hosil qiladi, uning ichki qatlami muz VI, boshqa yuqori bosimli muzlar va klatrat gidratlardan iborat va muz I h tepada joylashgan.

Guruch. o'n bir. Tabiatdagi qor parchalarining xilma-xilligi va shakli

Yer atmosferasida past haroratlarda yuqori, suv tetraedralardan kristallanib, olti burchakli muz Ih hosil qiladi. Muz kristallarining hosil bo'lish markazi shamol tomonidan atmosferaning yuqori qatlamlariga ko'tarilgan qattiq chang zarralaridir. Muzning embrion mikrokristalining atrofida alohida suv molekulalari tomonidan hosil qilingan ignalar oltita simmetrik yo'nalishda o'sadi, ularda lateral jarayonlar - dendritlar o'sadi. Qor parchasi atrofidagi havoning harorati va namligi bir xil, shuning uchun u dastlab simmetrik shaklga ega. Qor parchalari paydo bo'lishi bilan ular asta-sekin atmosferaning pastki qatlamlariga tushadi, bu erda harorat yuqori bo'ladi. Bu erda erish sodir bo'ladi va ularning ideal geometrik shakli buzilib, turli xil qor parchalarini hosil qiladi (11-rasm).

Keyinchalik erishi bilan muzning olti burchakli tuzilishi buziladi va klasterlarning tsiklik assotsiatsiyalari, shuningdek, suvning tri-, tetra-, penta-, geksamerlari (12-rasm) va erkin suv molekulalari aralashmasi hosil bo'ladi. Olingan klasterlarning tuzilishini o'rganish ko'pincha sezilarli darajada qiyin, chunki zamonaviy ma'lumotlarga ko'ra, suv turli neytral klasterlar (H 2 O) n va ularning zaryadlangan klaster ionlari [H 2 O] + n va [H 2 O aralashmasidir. ] - n, ular o'rtasida 10 -11 -10 -12 sekund ishlash muddati bilan dinamik muvozanatda bo'ladi.

Guruch. 12. Mumkin bo'lgan suv klasterlari (a-h) tarkibi (H 2 O) n, bu erda n = 5-20.

Klasterlar bir-biri bilan tashqi ko'rinishdagi vodorod bog'lanish yuzalari orqali o'zaro ta'sir o'tkazishga qodir bo'lib, oltitali, oktaedr, ikosahedr va dodekaedr kabi murakkabroq ko'pburchak tuzilmalarni hosil qiladi. Shunday qilib, suvning tuzilishi Platonik qattiq jismlar (tetraedr, oltitaedr, oktaedr, ikosahedr va dodekaedr) bilan bog'liq bo'lib, ularni kashf etgan qadimgi yunon faylasufi va geometriyasi Platon nomi bilan atalgan, ularning shakli oltin nisbat bilan belgilanadi. (13-rasm).

Guruch. 13. Platonik qattiq jismlar, ularning geometrik shakli oltin nisbat bilan belgilanadi.

Har qanday fazoviy ko‘pburchakdagi uchlari (B), yuzlari (G) va qirralari (P) soni quyidagi munosabat bilan tavsiflanadi:

B + G = P + 2

Muntazam ko'pburchakning uchlari (B) sonining uning yuzlaridan birining qirralari (P) soniga nisbati bir xil ko'pburchak yuzlari sonining (G) qirralarning soniga (G) nisbatiga tengdir. P) uning cho'qqilaridan biridan chiquvchi. Tetraedr uchun bu nisbat 4:3, olti yuzli (6 yuzli) va oktaedr (8 yuzli) uchun 2:1, dodekaedr (12 yuz) va ikosahedr (20 yuz) uchun 4:1 ga teng.

Rossiya olimlari tomonidan hisoblangan ko'pburchakli suv klasterlarining tuzilmalari zamonaviy analitik usullar: proton magnit-rezonans spektroskopiyasi, femtosekund lazer spektroskopiyasi, suv kristallaridagi rentgen va neytron diffraktsiyasi yordamida tasdiqlangan. Suv klasterlarining kashf etilishi va suvning axborotni saqlash qobiliyati 21-ming yillikning eng muhim kashfiyotlaridan ikkitasidir. Bu tabiatning muz kristallariga xos bo'lgan aniq geometrik shakllar va nisbatlar ko'rinishidagi simmetriya bilan ajralib turishini aniq isbotlaydi.

ADABIYOT.

1. Belyanin V., Romanova E. Hayot, suv molekulasi va oltin nisbati // Fan va hayot, 2004 yil, 10-jild, № 3, bet. 23-34.

2. Shumskiy P.A., Strukturaviy muz fanining asoslari. - Moskva, 1955 b. 113.

3. Mosin O.V., Ignatov I. Suvni hayot moddasi sifatida anglash. // Ong va jismoniy haqiqat. 2011 yil, T 16, 12-son, 5-bet. 9-22.

4. Petryanov I.V.Dunyodagi eng favqulodda substansiya.Moskva, Pedagogika, 1981, s. 51-53.

5 Eyzenberg D, Kautsman V. Suvning tuzilishi va xossalari. - Leningrad, Gidrometeoizdat, 1975, p. 431.

6. Kulskiy L. A., Dal V. V., Lenchina L. G. Tanish va sirli suv. - Kiev, Rodyanbsk maktabi, 1982 yil, 2-bet. 62-64.

7. Zatsepina G. N. Suvning tuzilishi va xususiyatlari. - Moskva, tahrir. Moskva davlat universiteti, 1974, s. 125.

8. Antonchenko V. Ya., Davydov N. S., Ilyin V. V. Suv fizikasi asoslari - Kiev, Naukova Dumka, 1991, s. 167.

9. Simonit T. Uglerod nanotubalari ichida "ko'rilgan" DNKga o'xshash muz // New Scientist, V. 12, 2006 yil.

10. Emoto M. Suv xabarlari. Muz kristallarining maxfiy kodlari. - Sofiya, 2006. p. 96.

11. Zenin S.V., Tyaglov B.V. Hidrofobik o'zaro ta'sirning tabiati. Suvli eritmalarda orientatsiya maydonlarining paydo bo'lishi // Fizikaviy kimyo jurnali, 1994, T. 68, № 3, bet. 500-503.

12. Pimentel J., McClellan O. Vodorod bog'lanishi - Moskva, Nauka, 1964, p. 84-85.

13. Bernal J., Fowler R. Suv va ion eritmalarining tuzilishi // Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1934, T. 14, No 5, p. 587-644.

14. Xobza P., Zahradnik R. Molekulyar komplekslar: Van der Vaals tizimlarining fizik kimyo va biodisiplinlardagi roli. – Moskva, Mir, 1989 yil, 5-bet. 34-36.

15. Pounder E. R. Muz fizikasi, trans. ingliz tilidan - Moskva, 1967 y. 89.

16. Komarov S. M. Yuqori bosimning muz naqshlari. // Kimyo va hayot, 2007 yil, 2-son, 48-51-betlar.

17. E. A. Jeligovskaya, G. G. Malenkov. Kristalli muzlar // Uspexi ximii, 2006, No 75, s. 64.

18. Fletcher N. H. Muzning kimyoviy fizikasi, Kembrij, 1970 yil.

19. Nemuxin A.V. Klasterlarning xilma-xilligi // Rossiya kimyoviy jurnali, 1996, T. 40, No 2, bet. 48-56.

20. Mosin O.V., Ignatov I. Suv va jismoniy haqiqatning tuzilishi. // Ong va jismoniy haqiqat, 2011, T. 16, No 9, bet. 16-32.

21. Ignatov I. Bioenergetik tibbiyot. Tirik materiyaning kelib chiqishi, suv xotirasi, biorezonans, biofizik maydonlar. - GayaLibris, Sofiya, 2006, p. 93.

Maxsus qidiruv

Suv tuzilishi

Ph.D. O.V. Mosin

Suv molekulasi - bu qutblarida musbat va manfiy zaryadlarni o'z ichiga olgan kichik dipol. Kislorod yadrosining massasi va zaryadi vodorod yadrolarinikidan kattaroq bo'lgani uchun elektron buluti kislorod yadrosi tomon tortiladi. Bunda vodorod yadrolari ochiladi. Shunday qilib, elektron bulut bir xil bo'lmagan zichlikka ega. Vodorod yadrolari yaqinida elektron zichligi yetishmaydi, molekulaning qarama-qarshi tomonida, kislorod yadrosi yaqinida elektron zichligi ortiqcha bo'ladi. Aynan shu tuzilish suv molekulasining qutbliligini belgilaydi. Agar siz musbat va manfiy zaryadlarning epitsentrlarini to'g'ri chiziqlar bilan bog'lasangiz, siz uch o'lchamli geometrik shaklga ega bo'lasiz - muntazam tetraedr.

Suv molekulasining tuzilishi (o'ngdagi rasm)

Vodorod aloqalari mavjudligi tufayli har bir suv molekulasi 4 qo'shni molekula bilan vodorod bog'ini hosil qiladi va muz molekulasida ochiq to'rli ramka hosil qiladi. Biroq, suyuq holatda suv tartibsiz suyuqlikdir; Bu vodorod bog'lari o'z-o'zidan paydo bo'ladi, qisqa umr ko'radi, tezda buziladi va yana hosil bo'ladi. Bularning barchasi suv tarkibidagi heterojenlikka olib keladi.

Suv molekulalari orasidagi vodorod aloqalari (chapdagi rasm)

Suvning tarkibi jihatidan heterojen ekanligi uzoq vaqt oldin aniqlangan. Muzning suv yuzasida suzib yurishi, ya'ni kristalli muzning zichligi suyuqlik zichligidan kamroq ekanligi azaldan ma'lum.

Deyarli barcha boshqa moddalar uchun kristall suyuq fazaga qaraganda zichroqdir. Bundan tashqari, erishdan keyin ham, harorat oshishi bilan suvning zichligi o'sishda davom etadi va 4C da maksimal darajaga etadi. Suvning siqilish anomaliyasi kamroq ma'lum: erish nuqtasidan 40C gacha qizdirilganda u pasayadi va keyin ortadi. Suvning issiqlik sig'imi ham monoton bo'lmagan haroratga bog'liq.

Bundan tashqari, 30C dan past haroratlarda atmosfera bosimidan 0,2 GPa gacha ko'tarilishi bilan suvning yopishqoqligi pasayadi va suv molekulalarining bir-biriga nisbatan harakat tezligini belgilovchi parametr bo'lgan o'z-o'zidan diffuziya koeffitsienti ortadi.

Boshqa suyuqliklar uchun munosabatlar teskari bo'lib, deyarli hech qanday joyda ba'zi muhim parametrlar monoton bo'lmagan tarzda harakat qilmaydi, ya'ni. birinchi marta oshdi va harorat yoki bosimning kritik qiymatidan o'tgandan keyin kamaydi. Aslida suv bitta suyuqlik emas, balki xususiyatlari jihatidan farq qiluvchi ikki komponentning aralashmasi, masalan, zichlik va yopishqoqlik, shuning uchun tuzilish degan taxmin paydo bo'ldi. Bunday g'oyalar 19-asrning oxirida, suv anomaliyalari haqida ko'plab ma'lumotlar to'plangan paytda paydo bo'la boshladi.

Uayting birinchi bo'lib 1884 yilda suv ikki komponentdan iborat degan fikrni ilgari surgan. Uning muallifligi E.F.Fritsman tomonidan 1935 yilda nashr etilgan "Suvning tabiati. Og'ir suv" monografiyasida keltirilgan. 1891-yilda V.Rengten suvning zichligi bilan farq qiluvchi ikki holati tushunchasini kiritdi. Undan keyin ko'plab asarlar paydo bo'ldi, ularda suv turli xil tarkibdagi (gidrollar) assotsiatsiyalar aralashmasi sifatida ko'rib chiqildi.

1920-yillarda muzning tuzilishi aniqlanganda, kristall holatdagi suv molekulalari uch o'lchovli uzluksiz tarmoq hosil qiladi, unda har bir molekula muntazam tetraedrning uchlarida joylashgan to'rtta eng yaqin qo'shniga ega. 1933 yilda J. Bernal va P. Fauler suyuq suvda ham shunga o'xshash tarmoq mavjudligini taklif qilishdi. Suv muzdan zichroq bo'lganligi sababli, ular undagi molekulalar muzdagi kabi emas, ya'ni tridimit mineralidagi kremniy atomlari kabi emas, balki kremniy, kvartsning zichroq modifikatsiyasidagi kremniy atomlari kabi joylashtirilgan deb ishonishgan. 0 dan 4C gacha qizdirilganda suv zichligi oshishi past haroratlarda tridimit komponentining mavjudligi bilan izohlanadi. Shunday qilib, Bernal Fauler modeli ikki tuzilish elementini saqlab qoldi, ammo ularning asosiy yutug'i uzluksiz tetraedral tarmoq g'oyasi edi. Keyin I.Langmurning mashhur aforizmi paydo bo'ldi: "Okean bitta katta molekuladir". Modelning haddan tashqari spetsifikatsiyasi birlashgan tarmoq nazariyasi tarafdorlari sonini ko'paytirmadi.

Faqat 1951-yilgacha J. Pople uzluksiz grid modelini yaratdi, u Bernal Fauler modeli kabi o'ziga xos bo'lmagan. Popl suvni tasodifiy tetraedral tarmoq sifatida tasavvur qilgan, molekulalar orasidagi bog'lanishlar egri va turli uzunliklarga ega. Pople modeli suvning erish paytida siqilishini bog'larning egilishi bilan tushuntiradi. II va IX muzlar tuzilishining birinchi ta'riflari 60-70-yillarda paydo bo'lganida, bog'lanishlarning egilishi strukturaning siqilishiga qanday olib kelishi aniq bo'ldi. Poplening modeli suv xususiyatlarining harorat va bosimga monoton bo'lmagan bog'liqligini, shuningdek, ikki holatli modellarni tushuntira olmadi. Shu sababli, ikki davlat g'oyasi uzoq vaqt davomida ko'plab olimlar tomonidan baham ko'rilgan.

Ammo 20-asrning ikkinchi yarmida gidrollarning tarkibi va tuzilishi haqida ular asr boshidagi kabi tasavvur qilish mumkin emas edi. Muz va kristalli gidratlarning qanday ishlashi allaqachon ma'lum bo'lgan va ular vodorod aloqasi haqida ko'p narsalarni bilishgan. Kontinuum modellaridan tashqari (Pople modeli) aralash modellarning ikkita guruhi paydo bo'ldi: klaster va klatrat. Birinchi guruhda suv vodorod bog'lari bilan bog'langan molekulalar klasterlari shaklida paydo bo'ldi, ular bunday aloqalarda ishtirok etmaydigan molekulalar dengizida suzadi. Modellarning ikkinchi guruhi suvni bo'shliqlarni o'z ichiga olgan vodorod aloqalarining uzluksiz tarmog'i (odatda bu kontekstda ramka deb ataladi) sifatida ko'rib chiqdi; ular tarkibida ramka molekulalari bilan bog'lanmaydigan molekulalar mavjud. Suvning barcha xususiyatlarini, shu jumladan mashhur anomaliyalarni tushuntirish uchun klaster modellarining ikkita mikrofazasining xususiyatlari va konsentratsiyasini yoki ramkaning xususiyatlarini va uning bo'shliqlarini klatrat modellarini to'ldirish darajasini tanlash qiyin emas edi.

Klaster modellari orasida G. Nemeti va X. Sheragi modeli eng diqqatga sazovor bo'ldi.: Ular taklif qilgan, bog'lanmagan molekulalar dengizida suzuvchi bog'langan molekulalar klasterlarini tasvirlaydigan rasmlar ko'plab monografiyalarga kiritilgan.

Klatrat tipining birinchi modeli 1946 yilda O.Ya.Samoilov tomonidan taklif qilingan: suvda olti burchakli muzga o'xshash vodorod bog'lari tarmog'i saqlanib qolgan, uning bo'shliqlari qisman monomer molekulalari bilan to'ldirilgan. 1959 yilda L. Pauling boshqa variantni yaratdi, bu strukturaning asosi ba'zi kristalli gidratlarga xos bo'lgan bog'lanishlar tarmog'i bo'lishi mumkinligini ko'rsatdi.

60-yillarning ikkinchi yarmi va 70-yillarning boshlarida bu barcha qarashlarning yaqinlashishi kuzatildi. Klaster modellarining variantlari paydo bo'ldi, ularda ikkala mikrofazadagi molekulalar vodorod aloqalari bilan bog'langan. Klatrat modellari tarafdorlari bo'shliq va ramka molekulalari o'rtasida vodorod aloqalarining shakllanishini tan olishni boshladilar. Ya'ni, aslida, ushbu modellarning mualliflari suvni vodorod aloqalarining uzluksiz tarmog'i deb hisoblashadi. Va biz bu panjara qanchalik heterojen ekanligi haqida gapiramiz (masalan, zichlikda). Suvning vodorod bilan bog'langan klasterlari sifatida bog'lanmagan suv molekulalari dengizida suzuvchi g'oyasi saksoninchi yillarning boshlarida, G. Stenli suvning fazaviy o'tishlarini tavsiflovchi perkolatsiya nazariyasini qo'llaganida, barham topdi. suv modeli.

1999 yilda mashhur rus suv tadqiqotchisi S.V. Zenin Rossiya Fanlar akademiyasining Tibbiyot va biologik muammolar institutida klaster nazariyasi bo'yicha doktorlik dissertatsiyasini himoya qildi, bu tadqiqotning ushbu sohasini rivojlantirishda muhim qadam bo'ldi, uning murakkabligi ular tomonidan kuchaytirildi. Ular uchta fanning chorrahasida joylashgan: fizika, kimyo va biologiya. Uchta fizik-kimyoviy usul bilan olingan ma'lumotlarga asoslanib: refraktometriya (S.V. Zenin, B.V. Tyaglov, 1994), yuqori samarali suyuqlik xromatografiyasi (S.V. Zenin va boshqalar, 1998) va proton magnit-rezonansi (C. S. V. Zenin, 1993) geometrik konstruktsiyasi va isbotlangan. suv molekulalarining asosiy barqaror strukturaviy shakllanishi modeli (strukturali suv), so'ngra (S.V. Zenin, 2004) kontrast fazali mikroskop yordamida ushbu tuzilmalarning tasviri olingan.

Ilm-fan shuni isbotladiki, suvning fizik xususiyatlarining o'ziga xos xususiyatlari va suv molekulasidagi qo'shni vodorod va kislorod atomlari o'rtasidagi ko'p sonli qisqa muddatli vodorod aloqalari suvni idrok etuvchi, saqlaydigan va uzatuvchi maxsus bog'langan tuzilmalarni (klasterlarni) shakllantirish uchun qulay imkoniyatlar yaratadi. turli xil ma'lumotlar.

Bunday suvning strukturaviy birligi klatratlardan tashkil topgan klaster bo'lib, uning tabiati uzoq masofali Kulon kuchlari bilan belgilanadi. Klasterlarning tuzilishi ushbu suv molekulalari bilan sodir bo'lgan o'zaro ta'sirlar haqidagi ma'lumotlarni kodlaydi. Suv klasterlarida kislorod atomlari va vodorod atomlari orasidagi kovalent va vodorod aloqalari o'rtasidagi o'zaro ta'sir tufayli protonning (H +) migratsiyasi rele mexanizmi orqali sodir bo'lishi mumkin, bu esa klaster ichidagi protonning delokalizatsiyasiga olib keladi.

Har xil turdagi ko'plab klasterlardan tashkil topgan suv juda katta hajmdagi ma'lumotlarni idrok etishi va saqlashi mumkin bo'lgan ierarxik fazoviy suyuq kristalli tuzilmani hosil qiladi.

Rasmda (V.L. Voeikov) misol tariqasida bir nechta oddiy klaster tuzilmalarining diagrammalari ko'rsatilgan.

Suv klasterlarining ba'zi mumkin bo'lgan tuzilmalari

Har xil tabiatdagi fizik maydonlar axborot tashuvchisi bo'lishi mumkin. Shunday qilib, elektromagnit, akustik va boshqa maydonlardan foydalangan holda suvning suyuq kristalli strukturasining turli tabiatdagi ob'ektlar bilan masofaviy axborot o'zaro ta'siri imkoniyati o'rnatildi. Ta'sir etuvchi ob'ekt ham shaxs bo'lishi mumkin.

Suv o'ta zaif va zaif o'zgaruvchan elektromagnit nurlanish manbai hisoblanadi. Eng kam xaotik elektromagnit nurlanish tuzilgan suv tomonidan yaratiladi. Bunday holda, biologik ob'ektlarning strukturaviy va axborot xususiyatlarini o'zgartiradigan mos keladigan elektromagnit maydonning induksiyasi paydo bo'lishi mumkin.

So'nggi yillarda o'ta sovutilgan suvning xususiyatlari haqida muhim ma'lumotlar olindi. Past haroratlarda suvni o'rganish juda qiziq, chunki u boshqa suyuqliklarga qaraganda ko'proq sovutilishi mumkin. Suvning kristallanishi, qoida tariqasida, idishning devorlarida yoki qattiq aralashmalarning suzuvchi zarralarida ba'zi bir notekisliklardan boshlanadi. Shuning uchun, o'ta sovutilgan suvning o'z-o'zidan kristallanishi mumkin bo'lgan haroratni topish oson emas. Ammo olimlar buni uddalashdi va endi muz kristallari hosil bo'lishi butun hajm bo'ylab bir vaqtning o'zida sodir bo'lganda, bir hil yadrolanish deb ataladigan harorat 0,3 GPa gacha bo'lgan bosim bilan ma'lum, ya'ni mavjud bo'lgan hududlarni qamrab oladi. muz II.

Atmosfera bosimidan I va II muzlarni ajratuvchi chegaragacha bu harorat 231 dan 180 K gacha pasayadi, keyin esa 190 K gacha bir oz ortadi. Ushbu tanqidiy harorat ostida suyuq suv printsipial jihatdan mumkin emas.

Muz tuzilishi (o'ngdagi rasm)

Biroq, bu harorat bilan bog'liq bir sir bor. Saksoninchi yillarning o'rtalarida amorf muzning yangi modifikatsiyasi - yuqori zichlikdagi muz kashf qilindi va bu ikki holatning aralashmasi sifatida suv g'oyasini jonlantirishga yordam berdi. Prototip sifatida kristalli tuzilmalar emas, balki turli xil zichlikdagi amorf muz tuzilmalari ko'rib chiqildi. Ushbu kontseptsiya eng aniq shaklda E.G.Ponyatovskiy va V.V.Sinitsin tomonidan 1999 yilda yozgan: "Suv ​​ikki komponentning muntazam eritmasi sifatida ko'rib chiqiladi, mahalliy konfiguratsiyalar amorf muzning modifikatsiyasining qisqa muddatli tartibiga mos keladi. ”. Bundan tashqari, neytron diffraktsiya usullaridan foydalangan holda yuqori bosimdagi o'ta sovutilgan suvda qisqa masofali tartibni o'rganish orqali olimlar ushbu tuzilmalarga mos keladigan komponentlarni topishga muvaffaq bo'lishdi.

Amorf muzning polimorfizmi oqibati, shuningdek, past haroratli gipotetik kritik nuqtadan past haroratlarda suvning ikki aralashmaydigan komponentlarga bo'linishi haqidagi taxminlarga olib keldi. Afsuski, tadqiqotchilarning fikriga ko'ra, 0,017 GPa bosimdagi bu harorat yadrolanish haroratidan 230 K past, shuning uchun hali hech kim suyuq suvning tabaqalanishini kuzata olmagan. Shunday qilib, ikki davlat modelining qayta tiklanishi suyuq suvda vodorod aloqalari tarmog'ining heterojenligi masalasini ko'tardi. Bu heterojenlikni faqat kompyuter modellashtirish yordamida tushunish mumkin.

Suvning kristalli tuzilishi haqida gapirganda, shuni ta'kidlash kerakki, muzning 14 ta modifikatsiyasi ma'lum, ularning aksariyati tabiatda uchramaydi, bunda suv molekulalari ham individualligini saqlaydi, ham vodorod aloqalari bilan bog'lanadi. Boshqa tomondan, klatrat gidratlarda vodorod bog'lanish tarmog'ining ko'plab variantlari mavjud. Bu tarmoqlarning energiyalari (yuqori bosimli muzlar va klatrat gidratlar) kubik va olti burchakli muzlarning energiyalaridan unchalik yuqori emas. Shuning uchun bunday tuzilmalarning bo'laklari suyuq suvda ham paydo bo'lishi mumkin. Son-sanoqsiz turli xil davriy bo'lmagan qismlarni qurish mumkin, ularning molekulalari to'rtta eng yaqin qo'shnilari taxminan tetraedrning tepalarida joylashgan, ammo ularning tuzilishi muzning ma'lum modifikatsiyalari tuzilmalariga mos kelmaydi. Ko'p sonli hisob-kitoblar ko'rsatganidek, bunday bo'laklardagi molekulalarning o'zaro ta'sir energiyalari bir-biriga yaqin bo'ladi va suyuq suvda har qanday struktura ustun bo'lishi kerak deyishga asos yo'q.

Suvning strukturaviy tadqiqotlari turli usullar yordamida o'rganilishi mumkin; proton magnit-rezonans spektroskopiyasi, infraqizil spektroskopiya, rentgen nurlari difraksiyasi va boshqalar.Masalan, rentgen nurlari va neytronlarning difraksiyasi ko'p marta o'rganilgan. Biroq, bu tajribalar struktura haqida batafsil ma'lumot bera olmaydi. Zichligi boʻyicha bir-biridan farq qiluvchi bir jinsli boʻlmaganliklarni rentgen nurlari va neytronlarning kichik burchak ostida sochilishi orqali koʻrish mumkin edi, lekin bunday bir jinslilik yuzlab suv molekulalaridan tashkil topgan katta boʻlishi kerak. Yorug'likning tarqalishini o'rganish orqali ularni ko'rish mumkin edi. Biroq, suv juda shaffof suyuqlikdir. Difraksion tajribalarning yagona natijasi radial taqsimot funksiyasi, ya'ni kislorod, vodorod va kislorod-vodorod atomlari orasidagi masofadir. Ulardan ko'rinib turibdiki, suv molekulalarining joylashishida uzoq masofali tartib yo'q. Bu funksiyalar suv uchun boshqa suyuqliklarga qaraganda tezroq parchalanadi. Masalan, xona haroratiga yaqin haroratda kislorod atomlari orasidagi masofalarning taqsimlanishi faqat uchta maksimal, ya'ni 2,8, 4,5 va 6,7 ​​ni beradi. Birinchi maksimal eng yaqin qo'shnilargacha bo'lgan masofaga to'g'ri keladi va uning qiymati taxminan vodorod aloqasining uzunligiga teng. Ikkinchi maksimal tetraedr chetining o'rtacha uzunligiga yaqin: olti burchakli muzdagi suv molekulalari markaziy molekula atrofida tasvirlangan tetraedrning uchlari bo'ylab joylashganligini unutmang. Va uchinchi maksimal, juda zaif ifodalangan, vodorod tarmog'idagi uchinchi va undan uzoqroq qo'shnilargacha bo'lgan masofaga to'g'ri keladi. Bu maksimalning o'zi juda yorqin emas va keyingi cho'qqilar haqida gapirishning hojati yo'q. Ushbu tarqatmalardan batafsilroq ma'lumot olishga urinishlar bo'ldi. Shunday qilib, 1969 yilda I.S.Andrianov va I.Z.Fisher sakkizinchi qo'shniga qadar bo'lgan masofalarni topdilar, beshinchi qo'shniga esa 3, oltinchi qo'shniga esa 3,1 ga teng bo'ldi. Bu suv molekulalarining uzoq muhiti haqida ma'lumot olish imkonini beradi.

Strukturani o'rganishning yana bir usuli - suv kristallaridagi neytron diffraktsiyasi - rentgen nurlari difraksiyasi bilan bir xil tarzda amalga oshiriladi. Biroq, neytronlarning tarqalish uzunligi turli atomlar o'rtasida unchalik katta farq qilmasligi sababli, izomorf almashtirish usuli qabul qilinishi mumkin emas. Amalda, odatda, molekulyar tuzilishi allaqachon boshqa usullar bilan aniqlangan kristal bilan ishlaydi. Keyinchalik bu kristal uchun neytron diffraktsiyasi intensivligi o'lchanadi. Ushbu natijalarga asoslanib, Fourier transformatsiyasi amalga oshiriladi, uning davomida vodorod bo'lmagan atomlarni hisobga olgan holda hisoblangan o'lchangan neytron intensivligi va fazalari qo'llaniladi, ya'ni. kislorod atomlari, ularning tuzilishi modelidagi joylashuvi ma'lum. Keyin, shu tarzda olingan Furye xaritasida vodorod va deyteriy atomlari elektron zichlik xaritasiga qaraganda ancha kattaroq og'irliklar bilan ifodalanadi, chunki bu atomlarning neytronlarning tarqalishiga qo'shgan hissasi juda katta. Ushbu zichlik xaritasidan foydalanib, siz, masalan, vodorod atomlarining (salbiy zichlik) va deyteriyning (musbat zichlik) o'rnini aniqlashingiz mumkin.

Ushbu usulning o'zgarishi mumkin, bu suvda hosil bo'lgan kristalning o'lchovlardan oldin og'ir suvda saqlanishidan iborat. Bunda neytron diffraksiyasi nafaqat vodorod atomlarining qayerda joylashganligini aniqlash imkonini beradi, balki ularning deyteriyga almashinadiganlarini ham aniqlaydi, bu ayniqsa izotop (H-D) almashinuvini o‘rganishda muhim ahamiyatga ega. Bunday ma'lumotlar strukturaning to'g'ri tashkil etilganligini tasdiqlashga yordam beradi.

Boshqa usullar ham suv molekulalarining dinamikasini o'rganish imkonini beradi. Bular kvazi-elastik neytronlarning tarqalishi, ultratezkor IQ spektroskopiyasi va NMR yoki etiketli deyteriy atomlari yordamida suv diffuziyasini o'rganish bo'yicha tajribalardir. NMR spektroskopiya usuli vodorod atomining yadrosi doimiy va o'zgaruvchan magnit maydonlar bilan o'zaro ta'sir qiluvchi magnit moment - spinga ega ekanligiga asoslanadi. NMR spektridan bu atomlar va yadrolar qanday muhitda joylashganligini aniqlash mumkin, shu bilan molekulaning tuzilishi haqida ma'lumot olish mumkin.

Suv kristallarida kvazelastik neytronlarning tarqalishi bo'yicha tajribalar natijasida eng muhim parametr - har xil bosim va haroratlarda o'z-o'zidan diffuziya koeffitsienti o'lchandi. Kvazielastik neytronlarning tarqalishidan o'z-o'zidan diffuziya koeffitsientini aniqlash uchun molekulyar harakatning tabiati haqida faraz qilish kerak. Agar ular Ya.I.Frenkelning (mashhur rus nazariy fizigi, "Suyuqliklarning kinetik nazariyasi" muallifi - ko'plab tillarga tarjima qilingan klassik kitob) modeliga muvofiq harakat qilsalar, "sakrashni kutish" modeli deb ham ataladi, u holda molekulaning turg'un hayot vaqti (sakrash orasidagi vaqt) 3,2 pikosekundga teng. Femtosekundli lazer spektroskopiyasining so'nggi usullari buzilgan vodorod aloqasining umrini taxmin qilish imkonini berdi: sherik topish uchun proton 200 fs kerak bo'ladi. Biroq, bularning barchasi o'rtacha qiymatlardir. Suv molekulalari harakatining tuzilishi va tabiati tafsilotlarini faqat kompyuter simulyatsiyasi yordamida o'rganish mumkin, ba'zan esa raqamli tajriba deb ataladi.

Kompyuterda modellashtirish natijalariga ko'ra suvning tuzilishi shunday ko'rinadi (kimyo fanlari doktori G. G. Malenkov bo'yicha). Umumiy tartibsiz tuzilmani ikki turdagi mintaqalarga bo'lish mumkin (qorong'i va engil sharlar sifatida ko'rsatilgan), ular tuzilishida, masalan, Voronoi ko'pburchak (a) hajmida, yaqin atrof-muhitning tetraedrallik darajasida (a). b), potentsial energiyaning qiymati (c), shuningdek, har bir molekulada to'rtta vodorod aloqasi mavjudligida (d). Biroq, bu joylar tom ma'noda bir lahzada, bir necha pikosekunddan keyin o'z joylarini o'zgartiradi.

Simulyatsiya shu tarzda amalga oshiriladi. Muz tuzilishi olinadi va eriguncha isitiladi. Keyin, suv o'zining kristalli kelib chiqishini unutishi uchun bir muncha vaqt o'tgach, lahzali mikrofotograflar olinadi.

Suv tuzilishini tahlil qilish uchun uchta parametr tanlanadi:
- molekulaning mahalliy muhitining muntazam tetraedr cho'qqilaridan og'ish darajasi;
-molekulalarning potentsial energiyasi;
-Voronoy ko'pburchak deb ataladigan hajm.

Ushbu ko'pburchakni qurish uchun berilgan molekuladan eng yaqiniga chekka olib, uni yarmiga bo'ling va shu nuqta orqali chetiga perpendikulyar tekislik o'tkazing. Bu har bir molekula hajmini beradi. Ko'pburchakning hajmi - zichlik, tetraedrallik - vodorod aloqalarining buzilish darajasi, energiya - molekulyar konfiguratsiyaning barqarorlik darajasi. Ushbu parametrlarning har birining qiymati o'xshash bo'lgan molekulalar alohida klasterlarga to'planishga moyil. Past zichlikli va yuqori zichlikli hududlar har xil energiya qiymatlariga ega, ammo ular bir xil energiya qiymatlariga ham ega bo'lishi mumkin. Tajribalar shuni ko'rsatdiki, turli tuzilishga ega bo'lgan hududlar, klasterlar o'z-o'zidan paydo bo'ladi va o'z-o'zidan parchalanadi. Suvning butun tuzilishi tirik va doimo o'zgarib turadi va bu o'zgarishlar sodir bo'ladigan vaqt juda qisqa. Tadqiqotchilar molekulalarning harakatlarini kuzatib borishdi va ular taxminan 0,5 ps chastotali va 1 angstrom amplitudali tartibsiz tebranishlarni amalga oshirishlarini aniqladilar. Pikosekundlarga cho'zilgan angstromlarning kamdan-kam sekin sakrashlari ham kuzatildi. Umuman olganda, 30 ps da molekula 8-10 angstrom harakatlanishi mumkin. Mahalliy muhitning umri ham qisqa. Voronoi ko'pburchakning hajmi o'xshash bo'lgan molekulalardan tashkil topgan hududlar 0,5 ps ichida parchalanishi yoki bir necha pikosekundlarda yashashi mumkin. Ammo vodorod aloqalarining umr bo'yi taqsimlanishi juda katta. Ammo bu vaqt 40 ps dan oshmaydi va o'rtacha qiymat bir necha ps.

Xulosa qilib shuni ta'kidlash kerakki Suvning klaster tuzilishi nazariyasi ko'plab tuzoqlarga ega. Masalan, Zenin suvning asosiy tuzilish elementi to'rt dodekaedrning birlashishi natijasida hosil bo'lgan 57 molekula klasteridir, deb taklif qiladi. Ularning umumiy yuzlari bor va ularning markazlari muntazam tetraedr hosil qiladi. Suv molekulalari beshburchakli dodekaedrning uchlarida joylashishi uzoq vaqtdan beri ma'lum; Bunday dodekaedr gaz gidratlarining asosidir. Shu sababli, suvda bunday tuzilmalar mavjudligini taxmin qilishda ajablanarli narsa yo'q, garchi hech qanday o'ziga xos tuzilma ustun bo'lishi va uzoq vaqt mavjud bo'lishi mumkin emasligi allaqachon aytilgan bo'lsa-da. Shuning uchun g'alati narsa, bu element asosiy hisoblanadi va u aniq 57 molekuladan iborat. To'plardan, masalan, bir xil tuzilmalarni yig'ishingiz mumkin, ular bir-biriga ulashgan dodekaedrlardan iborat va 200 molekuladan iborat. Zeninning ta'kidlashicha, suvning uch o'lchovli polimerizatsiya jarayoni 57 molekulada to'xtaydi. Uning fikricha, kattaroq sheriklar bo'lmasligi kerak. Biroq, agar shunday bo'lsa, vodorod aloqalari bilan bog'langan juda ko'p molekulalarni o'z ichiga olgan olti burchakli muz kristallari suv bug'idan cho'kmaga tusha olmaydi. Zenin klasterining o'sishi nima uchun 57 molekulada to'xtaganligi umuman aniq emas. Qarama-qarshiliklarga yo'l qo'ymaslik uchun Zenin klasterlarni deyarli ming molekuladan iborat bo'lgan murakkabroq shakllanishlarga - romboedralarga to'playdi va asl klasterlar bir-biri bilan vodorod aloqalarini hosil qilmaydi. Nega? Ularning yuzasidagi molekulalar ichidagi molekulalardan nimasi bilan farq qiladi? Zeninning fikricha, romboedrlar yuzasida gidroksil guruhlari naqshlari suvning xotirasini ta'minlaydi. Binobarin, bu yirik komplekslardagi suv molekulalari qattiq mahkamlangan, komplekslarning o'zi esa qattiq moddalardir. Bunday suv oqmaydi va uning molekulyar og'irligi bilan bog'liq erish nuqtasi juda yuqori bo'lishi kerak.

Zenin modeli suvning qanday xususiyatlarini tushuntiradi? Model tetraedral tuzilmalarga asoslanganligi sababli, u rentgen nurlari va neytron diffraktsiyasi ma'lumotlariga ko'proq yoki kamroq mos kelishi mumkin. Biroq, model erish paytida zichlikning pasayishini tushuntirishi dargumon, dodekaedrlarning o'rami muzdan kamroq zichroqdir. Ammo dinamik xususiyatlarga ega modelga rozi bo'lish eng qiyin - suyuqlik, o'z-o'zidan tarqalish koeffitsientining katta qiymati, qisqa korrelyatsiya va dielektrik relaksatsiya vaqtlari, ular pikosekundlarda o'lchanadi.

Ph.D. O.V. Mosin

Adabiyotlar:
G.G. Malenkov. Fizikaviy kimyo yutuqlari, 2001 yil
S.V.Zenin, B.M. Polanuer, B.V. Tyaglov. Suv fraksiyalari mavjudligining eksperimental isboti. G. Gomeopatik tibbiyot va akupunktur. 1997.No2.P.42-46.
S.V. Zenin, B.V. Tyaglov. Suv molekulalari assotsiatsiyalari tuzilishining gidrofobik modeli. J. Fizikaviy kimyo.1994. T. 68. No 4. B. 636-641.
S.V. Zenin Proton magnit-rezonans usuli yordamida suv tuzilishini o'rganish. Dokl.RAN.1993.T.332.No3.S.328-329.
S.V.Zenin, B.V.Tyaglov. Hidrofobik o'zaro ta'sirning tabiati. Suvli eritmalarda orientatsiya maydonlarining paydo bo'lishi. J. Fizikaviy kimyo.1994. T. 68. No 3. B. 500-503.
S.V. Zenin, B.V. Tyaglov, G.B.Sergeev, Z.A. Shabarova. NMR yordamida nukleotidamidlarning molekula ichidagi o'zaro ta'sirini o'rganish. II Butunittifoq konf. materiallari. Dinamik bo'yicha Stereokimyo. Odessa.1975.53-bet.
S.V. Zenin. Tirik tizimlarning xatti-harakatlari va xavfsizligini nazorat qilish uchun asos sifatida suvning tuzilgan holati. Tezis. Biologiya fanlari doktori. "Tibbiyot-biologik muammolar instituti" davlat ilmiy markazi ("IMBP" DSK). Himoyalangan 1999. 05. 27. UDC 577.32:57.089.001.66.207 p.
IN VA. Slesarev. Tadqiqotning borishi haqida hisobot

Suvning xossalari

Nima uchun suv suv?

Ko'p xilma-xil moddalar orasida fizik va kimyoviy xossalari bilan suv juda alohida, alohida o'rin tutadi. Va bu so'zma-so'z qabul qilinishi kerak.

Suvning deyarli barcha fizik va kimyoviy xossalari tabiatda istisno hisoblanadi. Bu haqiqatan ham dunyodagi eng ajoyib moddadir. Suv nafaqat molekulaning izotopik shakllarining xilma-xilligi, balki kelajak uchun bitmas-tuganmas energiya manbai sifatida u bilan bog'liq bo'lgan umidlar uchun ham hayratlanarli. Bundan tashqari, u juda oddiy xususiyatlari bilan hayratlanarli.

Suv molekulasi qanday tuzilgan?

Bir molekula suv qanday qurilgani hozir juda aniq ma'lum. U shunday qurilgan.

Vodorod va kislorod atomlari yadrolarining oʻzaro joylashuvi va ular orasidagi masofa yaxshi oʻrganilgan va oʻlchangan. Suv molekulasi chiziqli bo'lmaganligi ma'lum bo'ldi. Atomlarning elektron qobiqlari bilan birga suv molekulasi, agar siz unga "yon tomondan" qarasangiz, quyidagicha tasvirlanishi mumkin:

ya'ni geometrik jihatdan molekuladagi zaryadlarning o'zaro joylashishini oddiy tetraedr sifatida tasvirlash mumkin. Har qanday izotopik tarkibga ega bo'lgan barcha suv molekulalari aynan bir xil qurilgan.

Okeanda nechta suv molekulasi mavjud?

Bir. Va bu javob hazil emas. Albatta, har bir kishi ma'lumotnomaga qarab va Jahon okeanida qancha suv borligini bilib, unda qancha H2O molekulasi borligini osongina hisoblab chiqishi mumkin. Ammo bunday javob mutlaqo to'g'ri bo'lmaydi. Suv maxsus moddadir. Noyob tuzilishi tufayli alohida molekulalar bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladi. Maxsus kimyoviy bog'lanish bitta molekuladagi vodorod atomlarining har biri qo'shni molekulalardagi kislorod atomlarining elektronlarini o'ziga jalb qilishi tufayli yuzaga keladi. Ushbu vodorod aloqasi tufayli har bir suv molekulasi diagrammada ko'rsatilganidek, boshqa to'rtta qo'shni molekula bilan juda qattiq bog'lanadi. To'g'ri, bu diagramma juda soddalashtirilgan - u tekis, aks holda uni rasmda tasvirlab bo'lmaydi. Keling, biroz aniqroq rasmni tasavvur qilaylik. Buning uchun suv molekulasida vodorod aloqalari joylashgan tekislik (ular nuqta chiziq bilan ko'rsatilgan) vodorod atomlarining joylashish tekisligiga perpendikulyar yo'naltirilganligini hisobga olishingiz kerak.

Suvdagi barcha individual H2O molekulalari yagona uzluksiz fazoviy tarmoqqa - bitta ulkan molekulaga ulangan bo'ladi. Shuning uchun, ba'zi fizik kimyogarlarning butun okean bir molekula ekanligi haqidagi ta'kidlashi juda asosli. Ammo bu bayonotni tom ma'noda qabul qilmaslik kerak. Suvdagi barcha suv molekulalari bir-biri bilan vodorod bog'lari orqali bog'langan bo'lsa-da, ular bir vaqtning o'zida juda murakkab harakatchan muvozanatda bo'lib, alohida molekulalarning individual xususiyatlarini saqlab, murakkab agregatlar hosil qiladi. Bu fikr nafaqat suvga tegishli: olmos bo'lagi ham bitta molekuladir.

Muz molekulasi qanday tuzilgan?

Muzning maxsus molekulalari yo'q. Suv molekulalari o'zlarining ajoyib tuzilishi tufayli bir-biriga muz bo'lagida bog'langan bo'lib, ularning har biri bir-biriga bog'langan va boshqa to'rtta molekula bilan o'ralgan. Bu juda bo'sh muz tuzilishining paydo bo'lishiga olib keladi, unda juda ko'p bo'sh hajm qoladi. Muzning to'g'ri kristalli tuzilishi qor parchalarining ajoyib inoyatida va muzlatilgan deraza oynalaridagi sovuq naqshlarning go'zalligida ifodalanadi.

Suv molekulalari suvda qanday tuzilgan?

Afsuski, bu juda muhim masala hali yetarlicha o‘rganilmagan. Suyuq suvdagi molekulalarning tuzilishi juda murakkab. Muz erishi natijasida hosil bo'lgan suvda uning tarmoq tuzilishi qisman saqlanib qoladi. Erigan suvdagi molekulalar ko'plab oddiy molekulalardan - muzning xususiyatlarini saqlaydigan agregatlardan iborat. Haroratning oshishi bilan ularning ba'zilari parchalanadi va ularning o'lchamlari kichiklashadi.

O'zaro tortishish suyuq suvdagi murakkab suv molekulasining o'rtacha hajmi bitta suv molekulasi hajmidan sezilarli darajada oshib ketishiga olib keladi. Suvning bu g'ayrioddiy molekulyar tuzilishi uning g'ayrioddiy fizik-kimyoviy xususiyatlarini belgilaydi.

Suvning zichligi qanday bo'lishi kerak?

Bu juda g'alati savol emasmi? Massa birligi qanday o'rnatilganligini eslang - bir gramm. Bu bir kub santimetr suvning massasi. Bu shuni anglatadiki, suvning zichligi faqat shunday bo'lishi kerakligiga shubha yo'q. Bunga shubha bo'lishi mumkinmi? mumkin. Nazariychilarning hisob-kitoblariga ko‘ra, agar suv suyuq holatda bo‘shashgan, muzga o‘xshash tuzilmani saqlab qolmasa va uning molekulalari mahkam o‘ralgan bo‘lsa, unda suvning zichligi ancha yuqori bo‘lar edi. 25 ° C da u 1,0 ga emas, balki 1,8 g / sm3 ga teng bo'ladi.

Suvni qanday haroratda qaynatish kerak?

Bu savol ham, albatta, g'alati. Axir, suv yuz daraja qaynaydi. Buni hamma biladi. Bundan tashqari, hamma biladiki, bu oddiy atmosfera bosimidagi suvning qaynash nuqtasi bo'lib, u shartli ravishda 100 ° C deb belgilangan harorat shkalasining mos yozuvlar nuqtalaridan biri sifatida tanlangan.

Biroq, savol boshqacha qo'yiladi: suvni qanday haroratda qaynatish kerak? Axir, har xil moddalarning qaynash harorati tasodifiy emas. Ular molekulalarini tashkil etuvchi elementlarning Mendeleyev davriy sistemasidagi joylashuviga bog‘liq.

Agar davriy sistemaning bir guruhiga kiruvchi bir xil tarkibga ega bo‘lgan turli elementlarning kimyoviy birikmalarini solishtiradigan bo‘lsak, elementning atom raqami qancha past bo‘lsa, uning atom og‘irligi qancha past bo‘lsa, uning qaynash nuqtasi shunchalik past bo‘lishini payqash oson. uning birikmalari. Kimyoviy tarkibiga ko'ra suvni kislorod gidridi deb atash mumkin. H2Te, H2Se va H2S suvning kimyoviy analoglaridir. Agar siz ularning qaynash nuqtalarini kuzatsangiz va gidridlarning qaynash nuqtalari davriy jadvalning boshqa guruhlarida qanday o'zgarishini solishtirsangiz, u holda har qanday boshqa birikma kabi har qanday gidridning qaynash nuqtasini aniq aniqlashingiz mumkin. Mendeleevning o'zi shu tarzda hali kashf etilmagan elementlarning kimyoviy birikmalarining xususiyatlarini oldindan aytib bera oldi.

Agar kislorod gidridining qaynash nuqtasini davriy jadvaldagi holatiga qarab aniqlasak, suv -80 ° C da qaynashi kerakligi ma'lum bo'ladi. Shunday qilib, suv taxminan bir yuz sakson daraja yuqori qaynaydi. , qaynatish kerak bo'lgandan ko'ra. Suvning qaynash nuqtasi - bu uning eng keng tarqalgan xususiyati - g'ayrioddiy va hayratlanarli bo'lib chiqadi.

Har qanday kimyoviy birikmaning xossalari uni tashkil etuvchi elementlarning tabiatiga va shuning uchun ularning Mendeleyevning kimyoviy elementlar davriy sistemasidagi o‘rniga bog‘liq. Bu grafiklarda davriy tizimning IV va VI guruhlari vodorod birikmalarining qaynash va erish haroratlarining bog’liqliklari ko’rsatilgan. Suv - bu ajoyib istisno. Protonning radiusi juda kichik bo'lganligi sababli uning molekulalari orasidagi o'zaro ta'sir kuchlari juda katta bo'lib, ularni ajratish juda qiyin, shuning uchun suv g'ayritabiiy yuqori haroratlarda qaynaydi va eriydi.

Grafik A. IV guruh elementlari gidridlari qaynash temperaturasining davriy sistemadagi holatiga normal bog’liqligi.

Grafik B. VI guruh elementlarining gidridlari orasida suv anomal xususiyatlarga ega: suv minus 80 - minus 90 ° S da qaynashi kerak, lekin u ortiqcha 100 ° S da qaynaydi.

Grafik B. IV guruh elementlari gidridlari erish haroratining davriy sistemadagi holatiga normal bog‘liqligi.

Grafik D. VI guruh elementlarining gidridlari orasida suv tartibni buzadi: u minus 100 ° C da erishi kerak, muz muzlari esa 0 ° C da erishi kerak.

Suv qanday haroratda muzlaydi?

To‘g‘ri, savol avvalgilaridan kam emasmi? Xo'sh, suvning nol darajada muzlashini kim bilmaydi? Bu termometrning ikkinchi mos yozuvlar nuqtasi. Bu suvning eng keng tarqalgan xususiyati. Ammo bu holatda ham savol berish mumkin: suv kimyoviy tabiatiga ko'ra qanday haroratda muzlashi kerak? Ma'lum bo'lishicha, kislorod gidridi davriy jadvaldagi o'rnidan kelib chiqqan holda, noldan yuz daraja sovuqda qotib qolishi kerak edi.

Suvning nechta suyuq holati bor?

Bu savolga javob berish unchalik oson emas. Albatta, yana bir narsa bor - barchamizga tanish bo'lgan suyuq suv. Ammo suyuq suv shu qadar g'ayrioddiy xususiyatlarga egaki, odam shunday oddiy, bir qarashda qo'zg'atuvchi emasmi, degan savol tug'iladi.

javobiga shubha yo'qmi? Suv dunyodagi yagona moddadir, u erishdan keyin avval qisqaradi, keyin esa harorat ko'tarilishi bilan kengaya boshlaydi. Taxminan 4 ° C da suv eng yuqori zichlikda bo'ladi. Suvning xossalaridagi bu noyob anomaliya aslida suyuq suvning mutlaqo noodatiy tarkibdagi murakkab eritma ekanligi bilan izohlanadi: bu suvdagi suv eritmasi.

Muz erishi bilan dastlab yirik, murakkab suv molekulalari hosil bo'ladi. Ular muzning bo'shashgan kristalli tuzilishi qoldiqlarini saqlab qoladi va oddiy past molekulyar suvda eriydi. Shuning uchun, dastlab suvning zichligi past bo'ladi, lekin harorat oshishi bilan bu katta molekulalar parchalanadi va shuning uchun oddiy termal kengayish o'z zimmasiga olguncha suvning zichligi ortadi, bu vaqtda suvning zichligi yana tushadi. Agar bu to'g'ri bo'lsa, unda suvning bir nechta holati mumkin, ammo hech kim ularni qanday ajratishni bilmaydi. Va bu mumkinmi yoki yo'qmi, hali noma'lum. Suvning bu ajoyib xususiyati hayot uchun katta ahamiyatga ega. Suv omborlarida qish boshlanishidan oldin sovutish suvi butun suv omborining harorati 4 ° C ga yetguncha asta-sekin tushadi. Keyinchalik sovutish bilan sovuq suv tepada qoladi va barcha aralashtirish to'xtaydi. Natijada, favqulodda vaziyat yuzaga keladi: sovuq suvning yupqa qatlami suv osti dunyosining barcha aholisi uchun "issiq adyol" kabi bo'ladi. 4 ° C da ular o'zlarini juda yaxshi his qilishadi.

Nima osonroq bo'lishi kerak - suv yoki muz?

Buni kim bilmaydi ... Axir, muz suvda suzadi. Okeanda ulkan aysberglar suzib yuradi. Qishda ko'llar suzuvchi doimiy muz qatlami bilan qoplangan. Albatta, muz suvdan engilroq.

Lekin nega "albatta"? Bu aniqmi? Aksincha, erish jarayonida barcha qattiq moddalarning hajmi ortadi va ular o'z eritmalarida cho'kadi. Ammo muz suvda suzadi. Suvning bu xususiyati tabiatdagi anomaliya, istisno va bundan tashqari, mutlaqo ajoyib istisnodir.

Suv molekulasidagi musbat zaryadlar vodorod atomlari bilan bog'liq. Manfiy zaryadlar kislorodning valentlik elektronlaridir. Ularning suv molekulasidagi nisbiy joylashishini oddiy tetraedr sifatida tasvirlash mumkin.

Keling, agar suv normal xususiyatlarga ega bo'lsa va muz, har qanday oddiy modda bo'lishi kerak bo'lganidek, suyuq suvdan zichroq bo'lsa, dunyo qanday ko'rinishini tasavvur qilishga harakat qilaylik. Qishda yuqoridan muzlagan zichroq muz suvga cho'kib, doimiy ravishda suv omborining tubiga cho'kib ketadi. Yozda sovuq suv qatlami bilan himoyalangan muz eriy olmadi. Asta-sekin barcha ko'llar, ko'llar, daryolar, daryolar butunlay muzlab, ulkan muz bloklariga aylanadi. Nihoyat, dengizlar, keyin okeanlar muzlaydi. Bizning go'zal, gullab-yashnagan yashil dunyomiz u erda va u erda nozik bir erigan suv qatlami bilan qoplangan doimiy muzli cho'lga aylanadi.

Qancha muz bor?

Tabiatda bizning Yerimizda faqat bitta: oddiy muz. Muz - g'ayrioddiy xususiyatlarga ega tosh. U qattiq, lekin suyuqlik kabi oqadi va baland tog'lardan asta-sekin oqib tushadigan ulkan muz daryolari bor. Muz o'zgaruvchan - u doimiy ravishda yo'qoladi va yana hosil bo'ladi. Muz g'ayrioddiy kuchli va bardoshli - o'n minglab yillar davomida muzlik yoriqlarida tasodifan nobud bo'lgan mamontlarning jasadlarini o'zgarishsiz saqlab qoladi. O'z laboratoriyalarida odam kamida oltita turli xil, bundan kam bo'lmagan ajoyib muzlarni kashf etishga muvaffaq bo'ldi. Ularni tabiatda topib bo'lmaydi. Ular faqat juda yuqori bosimlarda mavjud bo'lishi mumkin. Oddiy muz 208 MPa (megapaskal) bosimgacha saqlanadi, ammo bu bosimda u - 22 ° C da eriydi. Agar bosim 208 MPa dan yuqori bo'lsa, zich muz paydo bo'ladi - muz-III. U suvdan og'irroq bo'lib, unda cho'kib ketadi. Pastroq harorat va yuqori bosimda - 300 MPa gacha - yanada zichroq muz-P hosil bo'ladi. 500 MPa dan yuqori bosim muzni V muzga aylantiradi. Bu muzni deyarli 0 ° C ga qadar qizdirish mumkin va u juda katta bosim ostida bo'lsa ham, erimaydi. Taxminan 2 GPa (gigapaskal) bosimda muz-VI paydo bo'ladi. Bu tom ma'noda issiq muz - u erimasdan 80 ° C haroratga bardosh bera oladi.3GP bosimida topilgan muz-VII, ehtimol uni issiq muz deb atash mumkin. Bu ma'lum bo'lgan eng zich va eng o'tga chidamli muz. U faqat noldan 190 ° yuqorida eriydi.

Ice-VII g'ayrioddiy yuqori qattiqlikka ega. Bu muz hatto to'satdan falokatlarga olib kelishi mumkin. Quvvatli elektr stansiyasi turbinalarining vallari aylanadigan podshipniklar juda katta bosim hosil qiladi. Yog 'ichiga ozgina suv tushsa, rulman harorati juda yuqori bo'lsa ham, u muzlaydi. Olingan ulkan qattiqlikka ega bo'lgan VII muz zarralari mil va podshipnikni yo'q qila boshlaydi va tezda ularning ishdan chiqishiga olib keladi.

Balki kosmosda ham muz bordir?

Go'yo bor va shu bilan birga juda g'alati. Ammo er yuzidagi olimlar buni kashf qilishdi, garchi bunday muz sayyoramizda mavjud bo'lmasa ham. Hozirgi vaqtda ma'lum bo'lgan barcha muzning zichligi, hatto juda yuqori bosimlarda ham, 1 g / sm3 dan biroz oshadi. Muzning olti burchakli va kubik modifikatsiyalarining zichligi juda past bosim va haroratlarda, hatto mutlaq nolga yaqin bo'lsa ham, birlikdan bir oz kamroq. Ularning zichligi 0,94 g/sm3.

Ammo ma'lum bo'lishicha, vakuumda, arzimas bosimlarda va -170 ° C dan past haroratlarda, bug'dan sovutilgan qattiq sirtda kondensatsiyalanganda muz hosil bo'lganda, mutlaqo ajoyib muz paydo bo'ladi. Uning zichligi... 2,3 g/sm3. Hozirgacha ma'lum bo'lgan barcha muzlar kristalldir, ammo bu yangi muz amorf bo'lib, alohida suv molekulalarining tasodifiy nisbiy joylashuvi bilan tavsiflanadi; U o'ziga xos kristall tuzilishga ega emas. Shuning uchun uni ba'zan shisha muz deb ham atashadi. Olimlarning ishonchi komilki, bu ajoyib muz kosmik sharoitda paydo bo'lishi va sayyoralar va kometalar fizikasida katta rol o'ynashi kerak. Bunday o'ta zich muzning topilishi fiziklar uchun kutilmagan bo'ldi.

Muzning erishi uchun nima kerak?

Ko'p issiqlik. Har qanday boshqa moddalarni bir xil miqdorda eritish uchun kerak bo'lganidan ancha ko'p. Har bir gramm muz uchun -80 kal (335 J) eritishning juda yuqori o'ziga xos issiqligi ham suvning anomal xususiyatidir. Suv muzlaganda yana bir xil miqdordagi issiqlik chiqariladi.

Qish kelganda muz hosil bo'ladi, qor yog'adi va suv issiqlikni qaytaradi, yer va havoni isitadi. Ular sovuqqa qarshi turishadi va qattiq qishga o'tishni yumshatadilar. Suvning bu ajoyib xususiyati tufayli sayyoramizda kuz va bahor mavjud.

Suvni isitish uchun qancha issiqlik kerak?

Juda ko'p. Har qanday boshqa moddalarni teng miqdorda isitish uchun kerak bo'lganidan ko'proq. Bir gramm suvni bir daraja qizdirish uchun bir kaloriya (4,2 J) kerak bo'ladi. Bu har qanday kimyoviy birikmaning issiqlik sig'imidan ikki baravar ko'pdir.

Suv biz uchun eng oddiy xossalari bilan g'ayrioddiy moddadir. Albatta, suvning bu qobiliyati nafaqat oshxonada kechki ovqat pishirishda juda muhimdir. Suv butun Yer bo'ylab issiqlikning katta tarqatuvchisidir. Quyosh tomonidan ekvator ostida isitilib, u Jahon okeanidagi issiqlikni ulkan dengiz oqimlari bilan uzoq qutb mintaqalariga o'tkazadi, bu erda hayot faqat suvning bu ajoyib xususiyati tufayli mumkin.

Nima uchun dengizdagi suv sho'r?

Bu, ehtimol, suvning eng ajoyib xususiyatlaridan birining eng muhim oqibatlaridan biridir. Uning molekulasida musbat va manfiy zaryad markazlari bir-biriga nisbatan kuchli siljiydi. Shuning uchun suv dielektrik o'tkazuvchanligining juda yuqori, anomal qiymatiga ega. Suv uchun e = 80, havo va vakuum uchun esa e = 1. Demak, suvdagi har qanday ikki qarama-qarshi zaryad havodagidan 80 marta kamroq kuch bilan o'zaro tortiladi. Axir, Coulomb qonuniga ko'ra:

Ammo baribir, barcha jismlardagi molekulalararo aloqalar, tananing kuchini aniqlaydi, atom yadrolarining musbat zaryadlari va manfiy elektronlar o'rtasidagi o'zaro ta'sir natijasida yuzaga keladi. Suvga botgan jismning yuzasida molekulalar yoki atomlar o'rtasida ta'sir qiluvchi kuchlar suv ta'sirida deyarli yuz marta zaiflashadi. Agar molekulalar orasidagi qolgan bog'lanish kuchi issiqlik harakati ta'siriga dosh berish uchun etarli bo'lmasa, tananing molekulalari yoki atomlari uning yuzasidan ajralib, suvga o'ta boshlaydi. Tana eriy boshlaydi, yoki alohida molekulalarga, masalan, bir stakan choydagi shakarga yoki zaryadlangan zarrachalarga - osh tuzi kabi ionlarga bo'linadi.

O'zining g'ayritabiiy darajada yuqori dielektrik o'tkazuvchanligi tufayli suv eng kuchli erituvchilardan biri hisoblanadi. U hatto er yuzidagi har qanday toshni eritib yuborishga qodir. Sekin-asta va muqarrar ravishda u hatto granitlarni ham yo'q qiladi, ulardan oson eriydigan komponentlarni yuvadi.

Daryolar, daryolar va daryolar suvda erigan aralashmalarni okeanga olib boradi. Okeandagi suv bug'lanadi va yana va yana o'zining abadiy ishini davom ettirish uchun yana erga qaytadi. Va erigan tuzlar dengiz va okeanlarda qoladi.

Suv eriydi va dengizga faqat oson eriydigan narsalarni olib kiradi deb o'ylamang va dengiz suvida faqat kechki ovqat stolida turgan oddiy tuz mavjud. Yo'q, dengiz suvi tabiatda mavjud bo'lgan deyarli barcha elementlarni o'z ichiga oladi. Uning tarkibida magniy, kaltsiy, oltingugurt, brom, yod va ftor mavjud. Unda kamroq miqdorda temir, mis, nikel, qalay, uran, kobalt, hatto kumush va oltin topilgan. Kimyogarlar dengiz suvida oltmishdan ortiq elementlarni topdilar. Ehtimol, qolganlarning hammasi ham topiladi. Dengiz suvidagi tuzning katta qismi osh tuzidir. Shuning uchun dengizdagi suv sho'r.

Suv yuzasida yugurish mumkinmi?

mumkin. Buni ko'rish uchun yozda har qanday hovuz yoki ko'lning yuzasiga qarang. Ko'plab tirik va tezkor odamlar nafaqat suv ustida yurishadi, balki yugurishadi. Agar bu hasharotlarning oyoqlarini qo'llab-quvvatlash maydoni juda kichik deb hisoblasak, ularning og'irligi past bo'lishiga qaramay, suv yuzasi sezilarli bosimga bardosh bera olishini tushunish qiyin emas.

Suv yuqoriga oqishi mumkinmi?

Ha, ehtimol. Bu har doim va hamma joyda sodir bo'ladi. Suvning o'zi tuproqqa ko'tarilib, er osti suvlari sathidan erning butun qalinligini namlaydi. Suvning o'zi daraxtning kapillyar tomirlari orqali yuqoriga ko'tariladi va o'simlikka erigan ozuqa moddalarini katta balandliklarga - erga chuqur yashiringan ildizlardan barglar va mevalarga etkazishga yordam beradi. Dog'ni quritish kerak bo'lganda yoki yuzingizni artganda sochiq matosida suvning o'zi yuqoriga qarab siljiydi. Juda nozik naychalarda - kapillyarlarda - suv bir necha metr balandlikka ko'tarilishi mumkin.

Buni nima tushuntiradi?

Suvning yana bir e'tiborga loyiq xususiyati uning juda yuqori sirt tarangligidir. Uning yuzasidagi suv molekulalari molekulalararo tortishish kuchlarini faqat bir tomonda boshdan kechiradi va suvda bu o'zaro ta'sir anomal darajada kuchli. Shuning uchun uning yuzasidagi har bir molekula suyuqlikka tortiladi. Natijada suyuqlik sirtini tortuvchi kuch paydo bo'ladi.Suvda u ayniqsa kuchli bo'ladi: uning sirt tarangligi 72 mN/m (1 metrga millinewtons).

Suv eslay oladimi?

Bu savol, tan olish kerak, juda g'alati tuyuladi, lekin bu juda jiddiy va juda muhim. Bu katta fizik-kimyoviy muammoga tegishli bo'lib, uning eng muhim qismi hali o'rganilmagan. Bu savol ilm-fanda endigina qo'yilgan, ammo u hali javobini topa olgani yo'q.

Savol tug'iladi: suvning oldingi tarixi uning fizikaviy va kimyoviy xususiyatlariga ta'sir qiladimi va suvning xususiyatlarini o'rganib, u bilan nima sodir bo'lganligini bilib olish mumkinmi - suvning o'zini "eslab qolish" va bu haqda bizga aytib berish. . Ha, ehtimol, qanchalik hayratlanarli tuyulishi mumkin. Buni tushunishning eng oson yo'li oddiy, ammo juda qiziqarli va g'ayrioddiy misol - muz xotirasi.

Axir, muz suvdir. Suv bug'langanda suv va bug'ning izotopik tarkibi o'zgaradi. Engil suv, og'ir suvga qaraganda, unchalik katta bo'lmasa ham, tezroq bug'lanadi.

Tabiiy suv bug'langanda, tarkibi nafaqat deyteriy, balki og'ir kislorodning izotopik tarkibida o'zgaradi. Bug'ning izotopik tarkibidagi bu o'zgarishlar juda yaxshi o'rganilgan va ularning haroratga bog'liqligi ham yaxshi o'rganilgan.

Yaqinda olimlar ajoyib tajriba o'tkazdilar. Arktikada, Grenlandiya shimolidagi ulkan muzlik qalinligida quduq cho'kib ketdi va deyarli bir yarim kilometr uzunlikdagi ulkan muz yadrosi burg'ulash va qazib olishdi. Unda o'sib borayotgan muzning yillik qatlamlari aniq ko'rinib turardi. Yadroning butun uzunligi bo'ylab bu qatlamlar izotopik tahlildan o'tkazildi va vodorod va kislorodning og'ir izotoplari - deyteriy va 18O - nisbiy tarkibi asosida har bir yadro kesimida yillik muz qatlamlarining hosil bo'lish harorati aniqlandi. Yillik qatlamning shakllanish sanasi to'g'ridan-to'g'ri hisoblash yo'li bilan aniqlandi. Shu tariqa Yerdagi iqlim vaziyati ming yil davomida tiklandi. Suv bularning barchasini Grenlandiya muzligining chuqur qatlamlarida eslab, yozib olishga muvaffaq bo'ldi.

Muz qatlamlarining izotopik tahlillari natijasida olimlar Yerda iqlim o'zgarishi egri chizig'ini qurishdi. Ma'lum bo'lishicha, bizning o'rtacha haroratimiz dunyoviy tebranishlarga duchor bo'ladi. 15-asrda, 17-asr oxirida juda sovuq edi. va 19-asr boshlarida. Eng issiq yillar 1550 va 1930 yillar edi.

Keyin suvning "xotirasi" ning siri nimada?

Gap shundaki, so'nggi yillarda fan asta-sekin ko'plab hayratlanarli va mutlaqo tushunarsiz faktlarni to'pladi. Ulardan ba'zilari qat'iy belgilangan, boshqalari miqdoriy ishonchli tasdiqlashni talab qiladi va ularning barchasi hali ham tushuntirishni kutmoqda.

Misol uchun, kuchli magnit maydon orqali oqayotgan suv bilan nima sodir bo'lishini hali hech kim bilmaydi. Nazariy fiziklar u bilan hech narsa sodir bo'lishi mumkin emasligiga va bo'lmasligiga amin bo'lib, o'zlarining ishonchlarini to'liq ishonchli nazariy hisob-kitoblar bilan mustahkamlaydilar, shundan kelib chiqadiki, magnit maydon to'xtatilgandan so'ng, suv darhol avvalgi holatiga qaytishi va avvalgidek qolishi kerak. edi. Va tajriba shuni ko'rsatadiki, u o'zgaradi va boshqacha bo'ladi.

Katta farq bormi? O'zingiz uchun hukm qiling. Bug 'qozonidagi oddiy suvdan ajralib chiqqan erigan tuzlar qozon quvurlari devorlariga tosh kabi zich va qattiq qatlamga yotqiziladi va magnitlangan suvdan (hozirgi texnologiyada shunday deyiladi) tushib ketadi. suvda to'xtatilgan bo'sh cho'kindi shaklida. Farqi unchalik katta bo'lmaganga o'xshaydi. Lekin bu nuqtai nazarga bog'liq. Issiqlik elektr stansiyalari ishchilarining fikriga ko'ra, bu farq juda katta, chunki magnitlangan suv gigant elektr stantsiyalarining normal va uzluksiz ishlashini ta'minlaydi: bug 'qozonlarining devorlari o'sib chiqmaydi, issiqlik uzatish yuqori va elektr energiyasini ishlab chiqarish yuqori. Magnit suvni tozalash ko'plab issiqlik stantsiyalarida uzoq vaqtdan beri o'rnatilgan, ammo na muhandislar, na olimlar uning qanday va nima uchun ishlashini bilishmaydi. Bundan tashqari, eksperimental ravishda kuzatilganki, suvga magnit bilan ishlov berilgandan so'ng, unda kristallanish, erish, adsorbsiya jarayonlari tezlashadi va namlanish o'zgaradi... ammo, barcha hollarda ta'sirlar kichik va takrorlanishi qiyin.

Magnit maydonning suvga ta'siri (zaruri tez oqadigan) soniyaning kichik qismlarida davom etadi, ammo suv buni o'nlab soatlar davomida "eslab qoladi". Nima uchun noma'lum. Bu masalada amaliyot fandan ancha oldinda. Axir, magnit bilan ishlov berish aniq nimaga ta'sir qilishi noma'lum - suv yoki undagi aralashmalar. Toza suv degan narsa yo'q.

Suvning "xotirasi" magnit ta'sirining ta'sirini saqlab qolish bilan cheklanmaydi. Ilm-fanda ko'plab faktlar va kuzatishlar mavjud va ular asta-sekin to'planib bormoqda, bu suvning ilgari muzlatilganligini "eslab qoladigan" ko'rinadi.

Yaqinda muz bo'lagi erishi natijasida hosil bo'lgan erigan suv ham bu muz parchasi hosil bo'lgan suvdan farq qiladi. Eritilgan suvda urug'lar tezroq va yaxshiroq unib chiqadi, nihol tezroq rivojlanadi; Bundan tashqari, erigan suvni qabul qiladigan tovuqlar tezroq o'sadi va rivojlanadi. Biologlar tomonidan o'rnatilgan erigan suvning ajoyib xususiyatlaridan tashqari, sof fizik va kimyoviy farqlar ham ma'lum, masalan, erigan suv yopishqoqligi va dielektrik o'tkazuvchanligi bilan farq qiladi. Erigan suvning yopishqoqligi suv uchun odatdagi qiymatini erishdan keyin 3-6 kun o'tgach oladi. Nega bu shunday (agar shunday bo'lsa), boshqa hech kim bilmaydi.

Aksariyat tadqiqotchilar ushbu hodisa sohasini suvning "strukturaviy xotirasi" deb atashadi, chunki suvning oldingi tarixining uning xususiyatlariga ta'sirining barcha g'alati ko'rinishlari uning molekulyar holatining nozik tuzilishidagi o'zgarishlar bilan izohlanadi. Balki shundaydir, lekin... uni nomlash buni tushuntirish degani emas. Ilm-fanda hali ham muhim muammo bor: suv nima uchun va qanday qilib u bilan sodir bo'lganini "eslab qoladi".

Suv Yerdan qayerdan paydo bo'lgan?

Koinot nurlari oqimlari - ulkan energiyaga ega bo'lgan zarrachalar oqimlari koinotni barcha yo'nalishlarda abadiy kirib boradi. Ularning ko'pchiligida protonlar - vodorod atomlarining yadrolari mavjud. Kosmosdagi harakati davomida sayyoramiz doimiy ravishda "proton bombardimoniga" duchor bo'ladi. Er atmosferasining yuqori qatlamlariga kirib, protonlar elektronlarni ushlab, vodorod atomlariga aylanadi va darhol kislorod bilan reaksiyaga kirishib, suv hosil qiladi. Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, har yili stratosferada deyarli bir yarim tonna shunday "kosmik" suv tug'iladi. Yuqori balandliklarda past haroratlarda suv bug'ining elastikligi juda kichik va suv molekulalari asta-sekin to'planib, kosmik chang zarralarida kondensatsiyalanib, sirli tungi bulutlarni hosil qiladi. Olimlarning ta'kidlashicha, ular shunday "kosmik" suvdan paydo bo'lgan mayda muz kristallaridan iborat. Hisob-kitoblar shuni ko'rsatdiki, butun tarixi davomida Yerda shu tarzda paydo bo'lgan suv sayyoramizdagi barcha okeanlarni tug'ish uchun etarli bo'ladi. Demak, suv Yerga koinotdan kelganmi? Lekin...

Geokimyogarlar suvni samoviy mehmon deb bilishmaydi. Ular uning erdan kelib chiqishiga aminlar. Yerning markaziy yadrosi va er qobig'i o'rtasida joylashgan er mantiyasini tashkil etuvchi jinslar izotoplarning radioaktiv parchalanishining to'plangan issiqligi ta'sirida joylarda erib ketgan. Ulardan uchuvchi komponentlar ajralib chiqdi: azot, xlor, uglerod va oltingugurt birikmalari va eng ko'p suv bug'lari ajralib chiqdi.

Sayyoramizning butun mavjudligi davomida otilish paytida barcha vulqonlar qancha miqdorda chiqishi mumkin?

Olimlar buni ham hisoblab chiqdilar. Ma'lum bo'lishicha, bunday otilib chiqqan "geologik" suv barcha okeanlarni to'ldirish uchun etarli bo'ladi.

Sayyoramizning yadrosini tashkil etuvchi markaziy qismlarida, ehtimol, suv yo'q. U erda mavjud bo'lishi dargumon. Ba'zi olimlarning fikriga ko'ra, agar u erda kislorod va vodorod mavjud bo'lsa ham, ular boshqa elementlar bilan birgalikda yuqori zichlikka ega va juda katta bosim va haroratlarda barqaror bo'lgan, fan uchun noma'lum, metalga o'xshash birikmalarning yangi shakllarini yaratishi kerak. Bu yer sharining markazida hukmronlik qiladi.

Boshqa tadqiqotchilar yer sharining yadrosi temirdan iborat ekanligiga aminlar. Bizdan unchalik uzoq bo'lmagan, oyog'imiz ostida, 3 ming km dan oshiq chuqurlikda nima borligini hali hech kim bilmaydi, lekin u erda suv yo'qdir.

Yerning ichki qismidagi suvning katta qismi uning mantiyasida - er qobig'i ostida joylashgan va taxminan 3 ming km chuqurlikka cho'zilgan qatlamlarda joylashgan. Geologlarning fikricha, mantiyada kamida 13 milliard kubometr to'plangan. km suv.

Yer qobig'ining eng yuqori qatlami - er qobig'i taxminan 1,5 milliard kubometrni o'z ichiga oladi. km suv. Bu qatlamlardagi deyarli barcha suvlar bog'langan holatda - u tog' jinslari va minerallarning bir qismi bo'lib, gidratlarni hosil qiladi. Siz bu suvda cho'mila olmaysiz va uni icholmaysiz.

Er sharining suv qobig'i bo'lgan gidrosfera taxminan 1,5 milliard kub metrdan iborat. km suv. Bu miqdorning deyarli barchasi Jahon okeanida joylashgan. U butun er yuzining qariyb 70% ni egallaydi, uning maydoni 360 million kvadrat metrdan oshadi. km. Kosmosdan bizning sayyoramiz umuman globusga o'xshamaydi, aksincha, suv shariga o'xshaydi.

Okeanning o'rtacha chuqurligi taxminan 4 km. Agar biz ushbu "tubisiz chuqurlikni" o'rtacha diametri km ga teng bo'lgan globusning o'lchami bilan taqqoslasak, aksincha, biz nam sayyorada yashayotganimizni tan olishimiz kerak, u faqat bir oz namlangan. suv bilan, va hatto butun sirt ustida emas. Okeanlar va dengizlardagi suv sho'r - siz uni icholmaysiz.

Quruqlikda juda kam suv bor: atigi 90 million kub metr. km. Ularning 60 million kub metrdan ortig'i. km er ostida, deyarli hammasi sho'r suvdir. Taxminan 25 million kub metr. km qattiq suv tog'li va muzli hududlarda, Arktika, Grenlandiya va Antarktidada joylashgan. Yer sharidagi bu suv zahiralari himoyalangan.

Barcha ko'llar, botqoqliklar, sun'iy suv omborlari va tuproqlarda yana 500 ming kubometr mavjud. km suv.

Atmosferada suv ham mavjud. Havoda har doim juda ko'p suv bug'lari mavjud, hatto eng qurg'oqchil cho'llarda ham, u erda bir tomchi suv yo'q va hech qachon yomg'ir yog'maydi. Bundan tashqari, bulutlar doimo osmon bo'ylab suzib yuradi, bulutlar to'planadi, qor yog'adi, yomg'ir yog'adi, yerga tuman tarqaladi. Atmosferadagi barcha bu suv zaxiralari aniq hisoblab chiqilgan: ularning barchasi birgalikda atigi 14 ming kubometrni tashkil qiladi. km.

Va bu erda biz ikkinchi toifaga o'tishimiz mumkin. So'z ostida "muz" Biz suvning qattiq faza holatini tushunishga odatlanganmiz. Ammo bundan tashqari, boshqa moddalar ham muzlashadi. Shunday qilib, muzni asl moddaning kimyoviy tarkibi, masalan, karbonat angidrid, ammiak, metan muzi va boshqalar bilan ajratish mumkin.

Uchinchidan, suv muzining kristall panjaralari (modifikatsiyalari) mavjud bo'lib, ularning shakllanishi termodinamik omil bilan belgilanadi. Bu haqda biz ushbu postda bir oz gaplashamiz.

"Muz" maqolasida biz suvning tuzilishi uning yig'ilish holatining o'zgarishi bilan qanday o'zgarishini ko'rib chiqdik va oddiy muzning kristalli tuzilishiga to'xtaldik. Suv molekulasining ichki tuzilishi va barcha molekulalarni tartibli tizimga bog'laydigan vodorod aloqalari tufayli muzning olti burchakli (olti burchakli) kristall panjarasi hosil bo'ladi. Bir-biriga eng yaqin molekulalar (bir markaziy va to'rt burchak) olti burchakli kristalli modifikatsiyaning asosini tashkil etuvchi uchburchak piramida yoki tetraedr shaklida joylashgan. 1-rasm).

Aytmoqchi, moddaning eng kichik zarralari orasidagi masofa nanometr (nm) yoki angstromlar bilan oʻlchanadi (19-asr shved fizigi Anders Jonas Angström nomi bilan atalgan; Å belgisi bilan belgilanadi). 1 Å = 0,1 nm = 10−10 m.

Oddiy muzning bu olti burchakli tuzilishi uning butun hajmini qamrab oladi. Buni yalang'och ko'z bilan aniq ko'rishingiz mumkin: qishda qor yog'ayotganda, yengingizga yoki qo'lqopingizga qor parchasini ushlang va uning shakliga diqqat bilan qarang - u olti nurli yoki olti burchakli. Bu har bir qor parchasi uchun odatiy holdir, lekin hech bir qor parchasi boshqasini takrorlamaydi (bu haqda bizning maqolamizda). Va hatto tashqi shakli bilan katta muz kristallari ham ichki molekulyar tuzilishga mos keladi ( 2-rasm).

Biz allaqachon moddaning, xususan, suvning bir holatdan ikkinchi holatga o'tishi ma'lum sharoitlarda sodir bo'lishini aytdik. Oddiy muz 0 ° C va undan past haroratlarda va 1 atmosfera bosimida (normal qiymat) hosil bo'ladi. Shunday qilib, muzning boshqa modifikatsiyalari paydo bo'lishi uchun ushbu qiymatlarni o'zgartirish talab qilinadi va ko'p hollarda vodorod aloqalarining burchagi o'zgarib turadigan va butun kristall panjara qayta tiklanadigan past haroratlar va yuqori bosimning mavjudligi.

Muzning har bir modifikatsiyasi ma'lum bir tizimga - birlik hujayralari bir xil simmetriya va koordinata tizimiga (XYZ o'qlari) ega bo'lgan kristallar guruhiga tegishli. Hammasi bo'lib ettita singoniya ajralib turadi. Ularning har birining xususiyatlari ko'rsatilgan rasmlar 3-4. Va quyida kristallarning asosiy shakllarining tasviri ( 5-rasm)

Muzning oddiy muzdan farq qiladigan barcha modifikatsiyalari laboratoriya sharoitida olingan. Muzning birinchi polimorf tuzilmalari 20-asr boshlarida olimlarning sa'y-harakatlari bilan ma'lum bo'ldi. Gustav Geynrix Tammann Va Persi Uilyams Bridgman. Bridgmanning o'zgartirishlar diagrammasi vaqti-vaqti bilan to'ldirilib turildi. Ilgari olinganlardan yangi o'zgartirishlar aniqlandi. Diagrammadagi so'nggi o'zgarishlar bizning davrimizda amalga oshirildi. Hozirgacha muzning o'n oltita kristalli turi olingan. Har bir turning o'z nomi bor va rim raqami bilan belgilanadi.

Biz sizni, aziz o'quvchilarni, ilmiy tafsilotlar bilan zeriktirmaslik uchun har bir molekulyar suv muzining fizik xususiyatlarini chuqur o'rganmaymiz, biz faqat asosiy parametrlarga e'tibor qaratamiz.

Oddiy muz muz Ih deb ataladi ("h" prefiksi olti burchakli tizimni anglatadi). Yoniq rasmlar 7 uning kristall tuzilishi shakl bo'yicha bir-biridan farq qiluvchi olti burchakli bog'lanishlardan (geksamerlardan) iborat bo'lib, taqdim etilgan. quyosh kreslosi(inglizcha) stul shakli), boshqasi shaklida qal'alar (qayiq shakli). Ushbu hexamerlar uch o'lchamli qismni tashkil qiladi - ikkita "chaise zallari" yuqorida va pastda gorizontal, uchta "qayiq" esa vertikal holatni egallaydi.

Fazoviy diagramma muzning vodorod aloqalarini joylashtirish tartibini ko'rsatadi Ih, lekin aslida ulanishlar tasodifiy ravishda qurilgan. Biroq, olimlar olti burchakli muz yuzasida vodorod aloqalari strukturaning ichidan ko'ra ko'proq tartiblanganligini istisno qilmaydi.

Olti burchakli muzning birlik xujayrasi (ya'ni, kristalning minimal hajmi, uning takroriy takrorlanishi uch o'lchamda butun kristall panjarani hosil qiladi) 4 ta suv molekulasini o'z ichiga oladi. Hujayra o'lchamlari 4,51 Å har ikki tomonda a,b Va 7,35 Å c tomonida (diagrammalardagi c tomoni yoki o'qi vertikal yo'nalishga ega). Ko'rinib turganidek, tomonlar orasidagi burchaklar 4-rasm: a=b = 90°, g = 120°. Qo'shni molekulalar orasidagi masofa 2,76 Å.

Olti burchakli muz kristallari olti burchakli plitalar va ustunlar hosil qiladi; ulardagi yuqori va pastki yuzlar tayanch tekisliklar, oltita bir xil yon yuzlar esa prizmatik ( 10-rasm).

Uning kristallanishi boshlanishi uchun zarur bo'lgan suv molekulalarining minimal soni taxminan 275 (±25). Ko'p darajada muz hosil bo'lishi uning ichida emas, balki havo bilan chegaradosh suv massasining yuzasida sodir bo'ladi. Qattiq muz kristallari Ih c o'qi yo'nalishi bo'yicha sekin shakllanadi, masalan, turg'un suvda ular kristall plitalardan vertikal ravishda pastga qarab yoki yon tomonga o'sishi qiyin bo'lgan sharoitlarda o'sadi. Turbulent suvda yoki tez muzlaganda hosil bo'lgan nozik taneli muz, prizmatik yuzlardan yo'naltirilgan o'sishni tezlashtirdi. Atrofdagi suvning harorati muz kristalli panjarasining dallanish darajasini belgilaydi.

Suvda erigan moddalarning zarralari, geliy va vodorod atomlari bundan mustasno, ularning o'lchamlari strukturaning bo'shliqlariga sig'ishiga imkon beradi, normal atmosfera bosimida kristall panjarasidan chiqariladi, kristall yuzasiga yoki , amorf xilma-xillikda bo'lgani kabi (bu haqda keyinroq maqolada) mikrokristallar orasidagi qatlamlarni hosil qiladi. Suvni muzlash va eritishning ketma-ket aylanishlari uni aralashmalardan, masalan, gazlardan tozalash uchun ishlatilishi mumkin (degazatsiya).

Muz bilan birga Ih muz ham bor Tushunarli (kub tizimi), ammo tabiatda bunday muzning paydo bo'lishi vaqti-vaqti bilan faqat atmosferaning yuqori qatlamlarida mumkin. Sun'iy muz Tushunarli suvni bir zumda muzlatish orqali olinadi, buning uchun bug 'sovutilgan suvda kondensatsiyalanadi 80 minusga 110°S normal atmosfera bosimida metall yuzasi. Tajriba natijasida sirtga kub shaklida yoki oktaedr shaklidagi kristallar tushadi. Oddiy olti burchakli muzdan haroratni pasaytirish orqali birinchi modifikatsiyadagi kubik muzni yaratish mumkin bo'lmaydi, lekin muzni isitish orqali kubdan olti burchakli muzga o'tish mumkin. Tushunarli yuqori minus 80°C.

Muzning molekulyar tuzilishida Tushunarli vodorod bog'lanish burchagi oddiy muz bilan bir xil Ih - 109,5 °. Va bu erda muz panjarasidagi molekulalar tomonidan hosil qilingan olti burchakli halqa Tushunarli faqat chaise lounge shaklida mavjud.

Muzning zichligi Ic 1 atm bosimda 0,92 g/sm³ ni tashkil qiladi. Kubik kristalldagi birlik hujayra 8 ta molekula va o'lchamga ega: a=b=c = 6,35 Å, burchaklari a=b=g = 90°.

Eslatmada. Hurmatli o'quvchilar, ushbu maqolada biz bir yoki boshqa turdagi muz uchun harorat va bosim ko'rsatkichlariga qayta-qayta duch kelamiz. Va agar Tselsiy bo'yicha ifodalangan harorat qiymatlari hamma uchun tushunarli bo'lsa, unda bosim qiymatlarini idrok etish ba'zilar uchun qiyin bo'lishi mumkin. Fizikada uni o'lchash uchun turli birliklar qo'llaniladi, ammo bizning maqolamizda biz qiymatlarni yaxlitlash orqali atmosferalarda (atm) belgilaymiz. Oddiy atmosfera bosimi 1 atmni tashkil qiladi, bu 760 mmHg ga teng yoki 1 bardan biroz ko'proq yoki 0,1 MPa (megapaskal).

Siz tushunganingizdek, xususan, muz bilan misoldan Tushunarli, muzning kristalli modifikatsiyalari mavjudligi termodinamik muvozanat sharoitida mumkin, ya'ni. har qanday kristall muz turining mavjudligini belgilovchi harorat va bosim muvozanati buzilganda, bu turdagi boshqa modifikatsiyaga aylanib, yo'qoladi. Ushbu termodinamik qiymatlarning diapazoni o'zgarib turadi, har bir tur uchun har xil. Keling, boshqa muz turlarini qat'iy nomenklatura tartibida emas, balki ushbu tizimli o'tishlar bilan bog'liq holda ko'rib chiqaylik.

Muz II trigonal sistemaga tegishli. U olti burchakli tipdan taxminan 3000 atm bosim va minus 75 ° C haroratda yoki boshqa modifikatsiyadan hosil bo'lishi mumkin ( muz V), minus 35 ° S haroratda bosimni keskin kamaytirish orqali. Mavjudlik II muz turi minus 170 ° C va 1 dan 50 000 atm (yoki 5 gigapaskal (GPa)) gacha bo'lgan bosim sharoitida mumkin. Olimlarning fikriga ko'ra, ushbu modifikatsiyadagi muz, ehtimol, quyosh tizimining uzoq sayyoralarining muzli sun'iy yo'ldoshlarining bir qismi bo'lishi mumkin. Oddiy atmosfera bosimi va minus 113 ° C dan yuqori haroratlar ushbu turdagi muzning oddiy olti burchakli muzga aylanishi uchun sharoit yaratadi.

Yoniq rasmlar 13 muz kristalli panjarasi ko'rsatilgan II. Strukturaning o'ziga xos xususiyati ko'rinadi - molekulyar bog'lanishlar natijasida hosil bo'lgan ichi bo'sh olti burchakli kanallarning bir turi. Birlik katakchasi (rasmda olmos bilan ta'kidlangan maydon) bir-biriga nisbatan siljigan ikkita ligamentdan iborat, ya'ni "balandlikda". Natijada rombedral panjara tizimi hosil bo'ladi. Hujayra o'lchamlari a=b=c = 7,78 Å; a=b=g = 113,1°. Hujayrada 12 ta molekula mavjud. Molekulalar orasidagi bogʻlanish burchagi (O–O–O) 80 dan 120° gacha oʻzgarib turadi.

II modifikatsiyasini isitish paytida siz muz olishingiz mumkin III, va aksincha, muzni sovutish III muzga aylantiradi II. Shuningdek, muz III suv harorati asta-sekin minus 23 ° S ga tushirilganda, bosimni 3000 atmgacha oshirganda hosil bo'ladi.
Faza diagrammasida ko'rinib turganidek ( kasal. 6), muzning barqaror holati uchun termodinamik shartlar III, shuningdek, boshqa modifikatsiya - muz V, kichik.

Muz III Va V atrofdagi o'zgarishlarga ega to'rtta uch nuqtaga ega (moddaning turli holatlari mavjudligi mumkin bo'lgan termodinamik qiymatlar). Biroq, muz II, III Va V modifikatsiyalar normal atmosfera bosimi va minus 170 ° C harorat sharoitida mavjud bo'lishi mumkin va ularni minus 150 ° C gacha qizdirish muzning shakllanishiga olib keladi. Tushunarli.

Hozirgi vaqtda ma'lum bo'lgan boshqa yuqori bosimli modifikatsiyalar bilan solishtirganda, muz III eng past zichlikka ega - 3500 atm bosimda. 1,16 g/sm³ ga teng.
Muz III kristallangan suvning tetragonal xilma-xilligi, ammo muz panjarasining o'zi III qoidabuzarliklarga ega. Agar har bir molekula odatda 4 ta qo'shni bilan o'ralgan bo'lsa, unda bu holda bu ko'rsatkich 3,2 qiymatga ega bo'ladi va qo'shimcha ravishda yaqin atrofda vodorod aloqalari bo'lmagan yana 2 yoki 3 molekula bo'lishi mumkin.
Fazoviy joylashuvda molekulalar o'ng qo'l spirallarini hosil qiladi.
Minus 23°C va taxminan 2800 atm haroratda 12 molekulali birlik hujayraning o'lchamlari: a=b = 6,66, c = 6,93 Å; a=b=g = 90°. Vodorod bog'lanish burchagi 87 dan 141 ° gacha.

Yoniq rasmlar 15 muzning molekulyar tuzilishining fazoviy diagrammasi shartli ravishda keltirilgan III. Tomoshabinga yaqinroq joylashgan molekulalar (ko'k nuqta) kattaroq ko'rsatilgan va vodorod aloqalari (qizil chiziqlar) mos ravishda qalinroq.

Va endi, ular aytganidek, tovonimiz issiq, keling, muzdan keyin kelayotganlarni darhol "sakrab o'taylik" III nomenklatura tartibida, kristalli modifikatsiyalar va muz haqida bir necha so'z aytaylik IX.
Ushbu turdagi muz asosan o'zgartirilgan muzdir III, uni muzga aylantirmaslik uchun minus 65 dan minus 108 ° C gacha tez chuqur sovutish II. Muz IX 133 ° C dan past haroratlarda va 2000 dan 4000 atmgacha bo'lgan bosimlarda barqaror bo'lib qoladi. Uning zichligi va tuzilishi bir xil III aql, lekin muzdan farqli o'laroq III muz tuzilishida IX protonlarning joylashishida tartib bor.
Muzni isitish IX uni asl holiga qaytarmaydi III modifikatsiyalar, lekin muzga aylanadi II. Hujayra o'lchamlari: minus 108 ° S va 2800 atm haroratda a=b = 6,69, c = 6,71 Å.

Aytmoqchi, fantast-yozuvchi Kurt Vonnegutning 1963-yilda chop etilgan “Mushuk beshigi” romani markazida muz-to‘qqiz deb ataladigan modda tasvirlangan bo‘lib, u inson qo‘li bilan yaratilgan material sifatida tasvirlangan bo‘lib, u hayot uchun katta xavf tug‘diradi, chunki u bilan aloqa qilganda suv kristallanib, muz-to‘qqizga aylanadi. Bu moddaning ozgina miqdori ham jahon okeaniga qaragan tabiiy suvlarga tushishi sayyoradagi barcha suvlarni muzlatish xavfini tug'diradi, bu esa o'z navbatida barcha tirik mavjudotlarning nobud bo'lishini anglatadi. Oxir-oqibat, shunday bo'ladi.

Muz IV kristall panjaraning metastabil (zaif barqaror) trigonal shakllanishidir. Uning mavjudligi muzning fazaviy fazosida mumkin III, V Va VI modifikatsiyalari. Bir oz muz oling IV yuqori zichlikdagi amorf muzdan 8000 atm doimiy bosimda minus 130°C dan boshlab asta-sekin qizdirish orqali yasalishi mumkin.
Rombedrli birlik katakning kattaligi 7,60 Å, burchaklari a=b=g = 70,1°. Hujayra 16 ta molekuladan iborat; molekulalar orasidagi vodorod aloqalari assimetrikdir. 1 atm bosim va minus 163 ° S haroratda IV muzning zichligi 1,27 g / sm³ ni tashkil qiladi. O–O–O bogʻlanish burchagi: 88–128°.

Xuddi shunday IV muzni hosil qiluvchi muz turi XII- yuqori zichlikdagi amorf modifikatsiyani (quyida bu haqda batafsilroq) minus 196 dan minus 90 ° C gacha 8000 atm bir xil bosimda, lekin yuqori tezlikda isitish orqali.
Muz XII faza hududida ham metastabil V Va VI kristalli turlari. Bu tetragonal tizimning bir turi.
Birlik xujayrasi 12 ta molekuladan iborat bo'lib, ular 84-135 ° burchakli vodorod aloqalari tufayli kristall panjarada joylashgan bo'lib, ikki tomonlama o'ng qo'l spiralni hosil qiladi. Hujayra o'lchamlariga ega: a=b = 8,27, c = 4,02 Å; burchaklar a=b=g = 90º. XII muzning zichligi normal atmosfera bosimida va minus 146 ° S haroratda 1,30 g / sm³ ni tashkil qiladi. Vodorod bog'lanish burchaklari: 67-132 °.

Hozirgi vaqtda suv muzining topilgan modifikatsiyalaridan muz eng murakkab kristall tuzilishga ega V. 28 molekula uning birlik hujayrasini tashkil qiladi; vodorod bog'lari boshqa molekulyar birikmalardagi bo'shliqlarni qamrab oladi va ba'zi molekulalar faqat ma'lum birikmalar bilan bog'lanish hosil qiladi. Qo'shni molekulalar orasidagi vodorod aloqalarining burchagi juda katta farq qiladi - 86 dan 132 ° gacha, shuning uchun muzning kristall panjarasida V kuchli keskinlik va energiyaning katta ta'minoti mavjud.
Oddiy atmosfera bosimi va minus 175°C harorat sharoitida hujayra parametrlari: a= 9,22, b= 7,54, c= 10,35 Å; a=b = 90°, g = 109,2°.
Muz V taxminan 5000 atm bosimda suvni minus 20 ° C gacha sovutish natijasida hosil bo'lgan monoklinik nav. 3500 atm bosimni hisobga olgan holda kristall panjaraning zichligi 1,24 g/sm³ ni tashkil qiladi.
Muz kristall panjarasining fazoviy diagrammasi V ko'rsatilgan turi rasmlar 18. Kristalning birlik xujayrasi hududi kulrang kontur bilan ta'kidlangan.

Muz tuzilishida protonlarning tartibli joylashishi V uni muz deb ataladigan boshqa nav hosil qiladi XIII. Ushbu monoklinik modifikatsiyani 5000 atm bosim hosil qilib, fazaviy o'tishni osonlashtirish uchun xlorid kislotasi (HCl) qo'shilishi bilan minus 143 ° C dan past suvni sovutish orqali olish mumkin. dan teskari o'tish XIII k turi V turi minus 193 ° C dan minus 153 ° C gacha bo'lgan harorat oralig'ida mumkin.
Muzning birlik hujayrasining o'lchamlari XIII dan biroz farq qiladi V modifikatsiyalari: a= 9,24, b= 7,47, c= 10,30 Å; a=b = 90°, g= 109,7° (1 atm, minus 193°S). Hujayradagi molekulalar soni bir xil - 28. Vodorod bog'lanish burchagi: 82–135°.

Maqolamizning keyingi qismida biz suv muzining modifikatsiyalarini ko'rib chiqishni davom ettiramiz.

Blogimiz sahifalarida ko'rishguncha!

Siz boshqa maqolalarni ham o'qishingiz mumkin:

Rojdestvo daraxtlari ko'rinishidagi muz kompozitsiyalari

Epiphany cho'milish uchun muz bezaklari

Yangi yil muz kompozitsiyalari

SonyPlaystation muz joystiği

Muz ustida odamlar bilan ishlash

Chivas Regal muz bari

Ziyofatlar uchun muz bezaklari

Manchesterdagi muz devori

Muz mebellari Hongtao Chjou

Muzli idishlar

Minnesotadagi muz qal'asi

Microsoft muz uyi

muzlatilgan pufakchalar

Vail vodiysidagi Icefang

Polar ayiqlar muz ustida konkida uchadi

Kuchukcha va muz kubi

Krasnogorskdagi muz shaharchasi

Muzdan yasalgan haykal - farishta

Yupqa muz ustida figurali uchish

Muz soyalari

Muz plitalari

Chayqa muzga tushib qoldi

Muz ustidagi moda narsalar

Kosmik muz. Ikkinchi qism: kometalar.