Przejdź do treści

Niezwykłe właściwości zwykłej wody




Untitled document

Woda jest najbardziej rozpowszechnionym, najbardziej znanym i jednocześnie najbardziej zagadkowym płynem na Ziemi i prawdopodobnie
nie tylko na naszej planecie. Wodę pijemy, myjemy się nią, pływamy po niej, podlewamy nią pola, gasimy pożary, wykorzystujemy
praktycznie w każdej dziedzinie gospodarki i techniki. Czego tylko z nią nie robimy. Nie ma co ukrywać, nawet rozpędzamy nią manifestantów i, co dotyczy niektórych wariatów, skaczemy do wody z mostu, żegnając się z życiem. Woda może być bardzo groźna dla ludzi, co
udowodniło niedawne tsunami w Oceanie Indyjskim. Woda jest niezbędnym warunkiem istnienia ludzkości. Jest jednocześnie świadkiem
i aktywnym uczestnikiem wszystkich naszych osiągnięć i niepowodzeń.
Jako nośnik lub akumulator ciepła, „zimna” woda znajduje szerokie zastosowanie w technice chłodniczej i klimatyzacyjnej. W tym
charakterze ma ona bezpośredni związek z profilem naszego czasopisma. Jednak jak głęboko sięga nasza wiedza o tym płynie, oprócz
skąpych wiadomości zaczerpniętych ze szkolnych i uczelnianych programów? Czy wszystkie jej niezwykłe właściwości jesteśmy w stanie
objaśnić i wykorzystać dla swojej korzyści?

W ciągu ostatnich dziesięcioleci naukowcy
dowiedzieli się na temat wody
o wiele więcej, niż w całej dotychczasowej
historii ludzkości. Każdego roku
rozwój techniczno-informacyjny naszej
cywilizacji coraz wyraźniej przybiera
charakter funkcji wykładniczej:
obecnie suma wiedzy ludzkości podwaja
się co 5-6 lat [26]. Dotyczy to
również naszej wiedzy o wodzie.
W ramach tego artykułu rozpatrzymy
tylko niektóre z niezwykłych właściwości wody, związane w większym
lub mniejszym stopniu z jej wykorzystaniem
w technice chłodniczej. Wybór przedstawionego niżej zestawu
właściwości został uwarunkowany
tym, że nie da się rozdzielić szeregu
pokrewnych właściwości, które są ściśle ze sobą powiązane i są skutkiem
specyficznej struktury molekularnej
wody. Zatem po kolei…

WODA . ZASKAKUJĄCA CIECZ

Najbardziej zaskakującą i korzystną dla
natury cechą wody jest jej zdolność bycia
cieczą. Cząsteczki analogów wody
z okresowego układu pierwiastków
Mendelejewa, czyli wodorków (H2S,
Í2Se, H2Te) są istotnie cięższe, natomiast
w tych samych warunkach znajduj
ą się w stanie gazowym. Z prawidłowości, pokazanej na rys.1, wynika, że
„prawidłowa” woda musiałaby mieć
temperaturę zamarzania około -90oC,
a wrzeć w temperaturze -70oC. Wątpliwym
jest, aby takie warunki sprzyjały rozwojowi życia na Ziemi.

Właściwa pojemność cieplna wody
wynosi c = 4,18 kJ/kgK. Jest to wartość najwyższa spośród wszystkich
innych substancji. Plasujący się na drugiej
pozycji alkohol etylowy ma tylko
2,84 kJ/kgK. Lód i para wodna mają
wartość c dwa razy mniejszą od wody,
mimo że dla wszystkich innych substancji
topnienie prawie nie zmienia
wartości pojemności cieplnej. Wyjątkowo
wysoka pojemność cieplna wody
przekształca morza i oceany w gigantyczne
zasobniki ciepła, które łagodzą
dobowe wahania temperatury powietrza.
Właściwa pojemność cieplna każdej substancji rośnie wraz ze wzrostem
temperatury. Woda i tutaj jest wyjątkiem.
Wykres zależności właściwej
pojemności cieplnej wody od temperatury
posiada minimum przy temperaturze
około 37oC, tzn. odpowiada
normalnej temperaturze ciała człowieka
(rys. 2). Właśnie w tej temperaturze
złożone reakcje biochemiczne
przebiegają z największą intensywnością. Oznacza to, że organizm ludzki
w tej temperaturze posiada najdogodniejszy
stan energetyczny.

Następną, nie mniej ważną dla biosfery
anomalią wody jest jej zdolność
do zwiększania swojej objętości przy
zamarzaniu, co różni ją od innych substancji.
Wszystkie ciała po przejściu
w stan stały stają się bardziej gęste,
tylko nie woda. Lód jako lżejszy od
wody pływa na jej powierzchni, co
chroni akweny Ziemi przed wymrożeniem
w srogie zimy. Konkretnie, woda
osiąga maksymalną gęstość przy temperaturze
4oC.
Lepkość wody, to jeszcze jedna jej
oryginalna cecha. Zwykle ze wzrostem
ciśnienia lepkość dowolnej substancji
rośnie, a ze wzrostem temperatury .
maleje. Lepkość wody zachowuje się
inaczej: znacznie zmniejsza się przy
obniżaniu ciśnienia w zakresie temperatur
poniżej 30oC, lecz w miarę podnoszenia
ciśnienia zależność przechodzi
przez minimum i rozpoczyna się
jej trend wzrostowy.
W tab. 1 zestawiono podstawowe
właściwości wody w porównaniu z parametrami
lodu w tej samej temperaturze.
Korzystając z tych danych należy jednak pamiętać, że wszystkie parametry
(poza rzadkimi wyjątkami)
zależą od temperatury i czasem od ciśnienia. Szczególnie dotyczy to wody.
Zależności właściwości wody od temperatury
szczegółowo opracowano w
monografii A.I. Pechowicza [3].

Tab. 1. Wybrane właściwości fizyczne wody i lodu w temperaturze 0oC [3-7]

[url=http://www.wentylacja.com.pl/javascript:;]

Nie tylko właściwości cieplne
wody są niezwykłe. Mechaniczne i
elektryczne jej cechy również nadają
wodzie opinię najbardziej niezwykłej
substancji Wszechświata. Chodzi tu o
wyjątkowo wysokie wartości sił napięcia powierzchniowego, stałej dielektrycznej
i innych wielkości.
Całokształt wymienionych właściwości czyni wodę nie tylko jedynym
sprzyjającym środowiskiem do zamieszkiwania
w niej różnych form życia,
ale i decyduje o jej szerokim zastosowaniu
w technice. Co jest przyczyną niezwykłych właściwości wody?

Koszyk