Vanduo yra gausiausias junginys Žemės paviršiuje, dengiantis 70 procentų planetos. Gamtoje vanduo yra skystos, kietos ir dujinės būsenos. Esant standartinei temperatūrai ir slėgiui, jis yra dinaminėje pusiausvyroje tarp skysčio ir dujų būsenų. Kambario temperatūroje tai beskonis ir bekvapis skystis, beveik bespalvis su mėlyna atspalviu. Daugelis medžiagų ištirpsta vandenyje ir jis paprastai vadinamas universaliu tirpikliu. Dėl šios priežasties vanduo gamtoje ir naudojamas retai būna grynas, o kai kurios savybės gali skirtis nuo grynos medžiagos savybių. Tačiau taip pat yra daug junginių, kurie iš esmės, jei ne visiškai, netirpūs vandenyje. Vanduo yra vienintelė bendra medžiaga, natūraliai randama visose trijose bendrosiose materijos būsenose ir yra būtina visai gyvybei Žemėje. Vanduo sudaro nuo 55% iki 78% žmogaus kūno.
Šiame straipsnyje pateiksiu išsamią vandens molekulių ir jų įtakos vandens savybėms apžvalgą.
Šiame įraše aptarsime:
Įspūdinga vandens molekulių struktūra
Ryšiai tarp vandenilio ir deguonies atomų vandens molekulėje yra kovalentiniai, tai reiškia, kad atomai dalijasi elektronais. Tačiau elektronai nėra pasiskirstę po lygiai, todėl dalinis neigiamas deguonies atomo krūvis ir dalinis teigiamas vandenilio atomų krūvis. Dėl šio poliškumo vandens molekulės labai traukia viena kitą ir kitas įkrautas daleles.
Neįprastos vandens molekulių savybės
Vandens molekulės turi keletą neįprastų savybių dėl savo struktūros ir sukibimo. Šios savybės apima:
- Didelis paviršiaus įtempimas
- Aukšta virimo ir lydymosi temperatūra
- Didelė šiluminė talpa
- Didelis tankis skystoje būsenoje, palyginti su kietąja būsena (ledas plūduriuoja)
- Gebėjimas ištirpinti daugybę medžiagų
Išgaruojančių vandens molekulių ore šokio supratimas
Kai vanduo patenka į atmosferą, jis įgauna naują fazę kaip vandens garai. Šis procesas, žinomas kaip garinimas, yra labai svarbus vandens ciklui ir daugeliui atmosferos procesų, turinčių įtakos klimatui. Bet kaip tai vyksta molekuliniu lygmeniu?
Molekulinis garavimo šokis
Garavimui reikia energijos, kad būtų nutraukti ryšiai tarp vandens molekulių skystoje fazėje. Paprastai vandens molekulės yra stipriai sujungtos polimere, sujungtos vandenilio ryšiais. Tačiau kai pridedama energijos, molekulės gali atsiskirti, todėl artimiausios molekulės gali išeiti vandens garų pavidalu. Tam reikia daug energijos, nes ryšiai tarp vandens molekulių paprastai yra labai stiprūs.
Ką atrado tyrėjai
Tyrėjai nustatė, kad garavimas yra kolektyvinė šokių seka, apimanti koordinuotą atskirų vandens molekulių judėjimą. Atlikdama kompiuterinį modeliavimą ir tikslų molekulinį modeliavimą, Nagatos ir jo kolegų vadovaujama komanda įgijo naujų įžvalgų apie molekulinius įvykius, leidžiančius vandens molekulėms ištrūkti iš skystos fazės ir patekti į atmosferą.
Molekulinės sąveikos vaidmuo
Komanda nustatė, kad garavimo raktas yra vandens molekulių sąveika. Kai skystas vanduo pašildomas, molekulės pradeda smarkiau vibruoti, ne taip stipriai laikosi viena kitos ir išleidžia į orą atskiras molekules. Šiam procesui įtakos turi daugybė veiksnių, įskaitant temperatūrą, drėgmę ir kitų medžiagų buvimą ore.
Garavimo supratimo svarba
Molekulinio garavimo šokio supratimas yra labai svarbus dėl daugelio priežasčių. Tai gali padėti mums sužinoti daugiau apie vandens ir atmosferos procesų fiziką, taip pat gali padėti mums tobulinti klimato ir kitų aplinkos procesų modeliavimą. Stebėdami virtualų vandens molekulių šokį, mokslininkai gali įgyti naujų įžvalgų apie sudėtingus procesus, valdančius mūsų pasaulį.
Dipolinė vandens molekulių prigimtis
Dipolinė molekulė yra ta, kuri turi ir teigiamą, ir neigiamą krūvį. Vandens molekulių atveju deguonies atomas turi dalinį neigiamą krūvį, o vandenilio atomai turi dalinį teigiamą krūvį. Taip yra dėl dviejų elementų elektronegatyvumo skirtumų.
Kokios yra dvipolio vandens molekulių prigimties pasekmės?
Vandens molekulių dipolinė prigimtis turi daug įtakos gyvybei ir Žemės klimatui. Kai kurie pavyzdžiai:
- Vandens gebėjimas ištirpinti daugelį medžiagų dėl savo polinės prigimties, kuri yra svarbi biologiniams procesams.
- Vandens svarba reguliuojant kūno temperatūrą, nes turi didelę šiluminę talpą ir gali sugerti daug energijos, kol temperatūra nepakyla.
- Vandens vaidmuo Žemės klimate, nes jis yra pagrindinis atmosferos komponentas ir dalyvauja daugelyje fizinių procesų, tokių kaip konvekcinės srovės ir debesų susidarymas.
Išvada
Vandens molekulės yra mažos vandens dalelės, sudarytos iš vandenilio ir deguonies. Jie labai neįprasti dėl savo poliškumo ir molekulinio šokio, leidžiančio jiems išgaruoti ir patekti į atmosferą.
Taigi, dabar jūs žinote šiek tiek daugiau apie vandens molekules ir jų vaidmenį mus supančiame pasaulyje.
