Egy csepp tudomány

„Amit tudunk, az egy csepp,
amit nem tudunk, egy óceán”
 (Sir Isaac Newton)

sziperionos víz - uránusz, neptunusz
Az óriásbolygók belsejében óriási nyomás alatt a víz forró és szilárd

Levegővel és vízzel találkozunk leggyakrabban a hétköznapok során. Gondolhatnánk, hogy a víz egy hétköznapi folyadék, de mégsem így van. A víz nagyon különleges anyag, hiszen mindhárom halmazállapotában egyszerre is megtalálható a természetben.  A víznek három halmazállapotát ismerjük: szilárd, folyékony és légnemű. Az is különleges, hogy mindhárom halmazállapotának külön neve van. Ha szilárd, jégnek nevezzük; ha folyékony, akkor víznek; ha légnemű, akkor párának vagy gőznek. Ám halmazállapottól függetlenül mindig ugyanarról a molekuláról beszélünk, melynek kémiai képlete H2O.

A fagyás – a folyékony halmazállapotból a szilárd halmazállapotba való folyamatot jelenti. A víz (így tanítják) 0oC-nál fagy meg, ekkor kristályos formát ölt. Ahhoz azonban, hogy létrejöjjenek a jégkristályok, apró szennyeződésekre van szükség, amelyek kristálygócként működnek. Ezek a kristályosodás kiinduló pontjai.

Túlhűtött víz és amorf jég

Mi történik, ha desztillált vizet fagyasztunk? Akkor is végbemegy a folyamat, csak alacsonyabb hőfokon, mert nincs benne szennyeződés, nincs honnan kiindulni a kristályosodásnak. Ekkor beszélünk túlhűtésről: a folyadék már a fagyáspont alatt van (-6oC), de még nem fagyott meg. Külső mechanikai hatás (ütés, rázás) segítségével megindulhat az első kristályok kialakulása. Ezekhez a magkristályokhoz már könnyedén hozzákapcsolódnak a vízmolekulák, így a víz szemmel láthatóan gyorsan megfagy. A lökéshullám indítja meg a kristályosodást.

A kutatók a túlhűtött vizet vizsgálva azt találták, hogy a -83,15oC hőmérsékletre lehűtött folyadék valójában két folyadék elegye: egy nagy sűrűségű vízállapot egy kis sűrűségű változattal.

Mi történik, ha kétszeresen desztillált vizet jéggé fagyasztunk, majd tovább folytatjuk a hűtést? Csodálatos átalakulások történnek a vízzel. -120oC hőmérsékletnél nyúlóvá, viszkózussá válik, -135oC alatt pedig „üvegszerű” vízzé. Az „üvegszerű” víz nem kristályos szerkezetű, ez egy amorf anyag.

A szuperionos jég

Az Uránusz és a Neptunusz szerkezetének vizsgálatánál a tudósok egy szuperionos szerkezetű víz létezését feltételezték. Mára már sikerült előállítani ezt az anyagot. A világ legerősebb lézerével lőttek egy vízcseppre, aminek hatására a nyomása több millió atmoszférára, a hőmérséklete pedig több ezer fokra emelkedett.

vízcsepp lézer röntgen sugárbanA kísérlet során röntgensugarat is vezettek a vízcseppbe, így felvételt is készítettek a másodperc tört részéig létező állapotról. Így derült ki, hogy a víz nem gázzá vagy szupermeleg folyadékká alakult, hanem szilárd lett. Bár a jégnek 12 különféle kristályszerkezetét fedezték fel eddig, a szuperionos jég mindegyiktől eltér. Miközben a természetes jégben a vízmolekulák hatszögletű, hexagonális szerkezettel rendeződnek, a szuperionos szilárd vízben az oxigénatomok rendeződnek rácsszerkezetbe, s közöttük a hidrogén-ionok szabadon áramolhatnak, vagyis nem-molekuláris szerkezetű.

A másik eltérés, hogy nem hűtéssel, hanem melegítéssel kapták óriási nyomás alatt.

Ilyen meglepetésekkel szolgál a mi „hétköznapi” vizünk.

ÁE.

Ajánlott kapcsolódó olvasmányok az Ayurvéda blogból:

Az ivóvízzel foglalkozó szakmai oldalról:

A szuperionos jég szerkezete (számítógépes szimuláció)

Vélemény, hozzászólás?

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük