Vesi on Maa pinnal kõige levinum ühend, mis katab 70 protsenti planeedist. Looduses on vesi vedelas, tahkes ja gaasilises olekus. See on dünaamilises tasakaalus vedela ja gaasilise oleku vahel standardtemperatuuril ja -rõhul. Toatemperatuuril on see maitsetu ja lõhnatu vedelik, peaaegu värvitu ja sinise varjundiga. Paljud ained lahustuvad vees ja seda nimetatakse üldiselt universaalseks lahustiks. Seetõttu on vesi looduses ja kasutamisel harva puhas ja mõned omadused võivad erineda puhta aine omadustest. Siiski on ka palju ühendeid, mis on sisuliselt, kui mitte täielikult, vees lahustumatud. Vesi on ainus levinud aine, mida leidub looduslikult kõigis kolmes tavalises aine olekus ja see on oluline kogu eluks Maal. Vesi moodustab 55–78% inimkehast.
Selles artiklis annan põhjaliku ülevaate veemolekulidest ja nende mõjust vee omadustele.
Selles postituses käsitleme:
Veemolekulide põnev struktuur
Vesimolekuli vesiniku ja hapniku aatomite vahelised sidemed on kovalentsed, mis tähendab, et aatomid jagavad elektrone. Kuid elektronid ei jagata võrdselt, mille tulemuseks on hapnikuaatomil osaline negatiivne laeng ja vesinikuaatomitel osaliselt positiivne laeng. See polaarsus muudab veemolekulid üksteise ja teiste laetud osakeste vastu tugevalt ligitõmbavaks.
Veemolekulide ebatavalised omadused
Veemolekulidel on nende struktuuri ja sideme tõttu mõned ebatavalised omadused. Nende omaduste hulka kuuluvad:
- Kõrge pindpinevus
- Kõrge keemis- ja sulamistemperatuur
- Kõrge soojusmahtuvus
- Kõrge tihedus vedelas olekus võrreldes tahke olekuga (jää hõljub)
- Võimalus lahustada paljusid aineid
Õhus aurustuvate veemolekulide tantsu mõistmine
Kui vesi atmosfääri satub, saab see uue faasi kui veeaur. See protsess, tuntud kui aurustumine, on veeringluse ja paljude kliimat mõjutavate atmosfääriprotsesside jaoks ülioluline. Aga kuidas see toimub molekulaarsel tasandil?
Aurustumise molekulaarne tants
Aurustumine nõuab energiat, et purustada sidemed vedelas faasis veemolekulide vahel. Tavaliselt on veemolekulid omavahel tugevalt seotud polümeeris, mis on seotud vesiniksidemetega. Kuid energia lisamisel suudavad molekulid lahku töötada, võimaldades lähimatel molekulidel veeauruna välja pääseda. See nõuab palju energiat, kuna veemolekulide vahelised sidemed on tavaliselt väga tugevad.
Mida teadlased on leidnud
Teadlased on kindlaks teinud, et aurustamine on kollektiivne tantsujada, mis hõlmab üksikute veemolekulide koordineeritud liikumist. Arvutisimulatsioonide ja täpse molekulaarmodelleerimise abil on Nagata ja tema kolleegide juhitud meeskond saanud uusi teadmisi molekulaarsetest sündmustest, mis võimaldavad veemolekulidel vedelast faasist pääseda ja atmosfääri siseneda.
Molekulaarse interaktsiooni roll
Meeskond leidis, et aurustumise võti on veemolekulide vaheline interaktsioon. Vedela vee kuumutamisel hakkavad molekulid ägedamalt vibreerima, hoides üksteisest vähem tugevalt kinni ja vabastades üksikuid molekule õhku. Seda protsessi mõjutavad mitmed tegurid, sealhulgas temperatuur, niiskus ja muude ainete olemasolu õhus.
Aurustumise mõistmise tähtsus
Aurustumise molekulaarse tantsu mõistmine on mitmel põhjusel ülioluline. See võib aidata meil rohkem teada saada vee ja atmosfääriprotsesside füüsikast ning aidata meil parandada kliima ja muude keskkonnaprotsesside modelleerimist. Veemolekulide virtuaalset tantsu jälgides saavad teadlased uusi teadmisi meie maailma juhtivatest keerulistest protsessidest.
Veemolekulide dipolaarne olemus
Dipolaarne molekul on molekul, millel on nii positiivne kui ka negatiivne laeng. Veemolekulide puhul on hapnikuaatomil osaline negatiivne laeng, vesinikuaatomitel aga osaline positiivne laeng. See on tingitud kahe elemendi elektronegatiivsuse erinevusest.
Millised on veemolekulide dipolaarse olemuse tagajärjed?
Veemolekulide dipolaarne olemus avaldab elule ja Maa kliimale palju mõju. Mõned näited hõlmavad järgmist:
- Vee võime lahustada paljusid aineid oma polaarse olemuse tõttu, mis on oluline bioloogiliste protsesside jaoks.
- Vee tähtsus kehatemperatuuri reguleerimisel, kuna sellel on kõrge soojusmahtuvus ja see suudab enne temperatuuri tõusu endasse võtta palju energiat.
- Vee roll Maa kliimas, kuna see on atmosfääri põhikomponent ja osaleb paljudes füüsikalistes protsessides, nagu konvektsioonivoolud ja pilvede teke.
Järeldus
Veemolekulid on väikesed veeosakesed, mis koosnevad vesinikust ja hapnikust. Nad on väga ebatavalised oma polaarsuse ja molekulaarse tantsu tõttu, mis võimaldab neil aurustuda ja atmosfääri siseneda.
Niisiis, nüüd teate natuke rohkem veemolekulidest ja nende rollist meid ümbritsevas maailmas.
