Vesi on maan pinnan runsain yhdiste, joka peittää 70 prosenttia planeetan pinta-alasta. Luonnossa vettä on nestemäisessä, kiinteässä ja kaasumaisessa tilassa. Se on dynaamisessa tasapainossa nesteen ja kaasun välillä normaalilämpötilassa ja -paineessa. Huoneenlämmössä se on mauton ja hajuton neste, lähes väritön ja siinä on aavistus sinistä. Monet aineet liukenevat veteen ja sitä kutsutaan yleisesti yleisliuottimeksi. Tästä johtuen vesi luonnossa ja käytössä on harvoin puhdasta ja jotkut ominaisuudet voivat poiketa puhtaan aineen ominaisuuksista. On kuitenkin myös monia yhdisteitä, jotka ovat olennaisesti, elleivät täysin, veteen liukenemattomia. Vesi on ainoa yleinen aine, jota esiintyy luonnollisesti kaikissa kolmessa yhteisessä aineen tilassa, ja se on välttämätön kaikelle elämälle maapallolla. Vettä on 55–78 % ihmiskehosta.
Tässä artikkelissa annan kattavan yleiskatsauksen vesimolekyyleistä ja niiden vaikutuksista veden ominaisuuksiin.
Tässä viestissä kerromme:
Vesimolekyylien kiehtova rakenne
Vesimolekyylin vety- ja happiatomien väliset sidokset ovat kovalenttisia, mikä tarkoittaa, että atomit jakavat elektroneja. Elektroneja ei kuitenkaan jaeta tasan, mikä johtaa osittaiseen negatiiviseen varaukseen happiatomissa ja osittain positiiviseen varaukseen vetyatomeissa. Tämä napaisuus tekee vesimolekyyleistä erittäin puoleensa toisiaan ja muita varautuneita hiukkasia.
Vesimolekyylien epätavalliset ominaisuudet
Vesimolekyyleillä on joitain epätavallisia ominaisuuksia niiden rakenteesta ja sitoutumisesta johtuen. Näitä ominaisuuksia ovat:
- Suuri pintajännitys
- Korkea kiehumispiste ja sulamispiste
- Korkea lämpökapasiteetti
- Suuri tiheys nestemäisessä tilassa kiinteään tilaan verrattuna (jää kelluu)
- Kyky liuottaa monia aineita
Ilmassa haihtuvien vesimolekyylien tanssin ymmärtäminen
Kun vesi pääsee ilmakehään, se saa uuden vaiheen vesihöyry. Tämä prosessi, joka tunnetaan nimellä haihtuminen, on ratkaisevan tärkeä veden kierrolle ja monille ilmakehän prosesseille, jotka vaikuttavat ilmastoon. Mutta miten se tapahtuu molekyylitasolla?
Haihtumisen molekyylitanssi
Haihtuminen vaatii energiaa nestefaasissa olevien vesimolekyylien välisten sidosten katkaisemiseksi. Normaalisti vesimolekyylit ovat vahvasti sidoksissa toisiinsa polymeerissä vetysidoksilla. Mutta kun energiaa lisätään, molekyylit pystyvät toimimaan erillään, jolloin lähimmät molekyylit pääsevät poistumaan vesihöyrynä. Tämä vaatii paljon energiaa, koska vesimolekyylien väliset sidokset ovat tyypillisesti erittäin vahvoja.
Mitä tutkijat ovat löytäneet
Tutkijat ovat todenneet, että haihtuminen on kollektiivinen tanssisekvenssi, joka sisältää yksittäisten vesimolekyylien koordinoidun liikkeen. Tietokonesimulaatioiden ja tarkan molekyylimallinnuksen avulla Nagatan ja hänen kollegoidensa johtama tiimi on saanut uusia näkemyksiä molekyylitapahtumista, jotka mahdollistavat vesimolekyylien paeta nestefaasista ja päästä ilmakehään.
Molekyylien vuorovaikutuksen rooli
Ryhmä havaitsi, että avain haihtumiseen on vesimolekyylien välinen vuorovaikutus. Kun nestemäistä vettä kuumennetaan, molekyylit alkavat värähdellä voimakkaammin, pitäen kiinni toisistaan vähemmän voimakkaasti ja vapauttaen yksittäisiä molekyylejä ilmaan. Tähän prosessiin vaikuttavat monet tekijät, kuten lämpötila, kosteus ja muiden aineiden läsnäolo ilmassa.
Haihtumisen ymmärtämisen tärkeys
Haihtumisen molekyylitanssin ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää useista syistä. Se voi auttaa meitä oppimaan lisää veden ja ilmakehän prosessien fysiikasta, ja se voi myös auttaa meitä parantamaan ilmasto- ja muiden ympäristöprosessien mallintamista. Katsomalla vesimolekyylien virtuaalista tanssia tutkijat voivat saada uusia näkemyksiä monimutkaisista prosesseista, jotka hallitsevat maailmaamme.
Vesimolekyylien dipolaarinen luonne
Dipolaarinen molekyyli on sellainen, jolla on sekä positiivinen että negatiivinen varaus. Vesimolekyylien tapauksessa happiatomilla on osittainen negatiivinen varaus, kun taas vetyatomeilla on osittainen positiivinen varaus. Tämä johtuu elektronegatiivisuuden eroista näiden kahden alkuaineen välillä.
Mitä vaikutuksia vesimolekyylien dipolaarisella luonteella on?
Vesimolekyylien dipolaarisella luonteella on monia vaikutuksia elämään ja maapallon ilmastoon. Joitakin esimerkkejä ovat:
- Veden kyky liuottaa monia aineita polaarisen luonteensa vuoksi, mikä on tärkeää biologisille prosesseille.
- Veden merkitys kehon lämpötilan säätelyssä, koska sillä on korkea lämpökapasiteetti ja se voi imeä paljon energiaa ennen kuin sen lämpötila nousee.
- Veden rooli maapallon ilmastossa, koska se on tärkeä osa ilmakehää ja osallistuu moniin fysikaalisiin prosesseihin, kuten konvektiovirtoihin ja pilvien muodostumiseen.
Yhteenveto
Vesimolekyylit ovat pieniä vesihiukkasia, jotka koostuvat vedystä ja hapesta. Ne ovat hyvin epätavallisia polariteettinsa ja molekyylitanssinsa vuoksi, jonka ansiosta ne voivat haihtua ja päästä ilmakehään.
Joten nyt tiedät hieman enemmän vesimolekyyleistä ja niiden roolista ympärillämme olevassa maailmassa.
