Egy csepp tudomány
„Amit tudunk, az egy csepp,
amit nem tudunk, egy óceán”
(Sir Isaac Newton)
Levegővel és vízzel találkozunk leggyakrabban a hétköznapok során. Gondolhatnánk, hogy a víz egy hétköznapi folyadék, de mégsem így van. Merthogy 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.
A 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: