Η πιο « παράξενη » ουσία είναι … το νερό !
Tελικά, όσο και να μην θέλουμε να το πιστέψουμε, όλα στη ζωή μας είναι φτιαγμένα για να ζήσουμε. Έτσι και η πιο κοντινή μας ουσία που είναι το νερό (73% του πλανήτη μας καλύπτεται από νερό και 70% του σώματός μας είναι νερό), έχει πολλές «παραξενιές» απαραίτητες για να μπορούμε να ζήσουμε. Ας τις δούμε λοιπόν.
• Ο πάγος είναι ελαφρύτερος από το νερό !
Κάθε ουσία όταν ψύχεται αυξάνεται η πυκνότητά της. Το νερό όταν ψύχεται, ενώ μέχρι τους 4 0C αυξάνεται η πυκνότητά του όπως ήταν αναμενόμενο, ύστερα αρχίζει να ελαττώνεται. Με το παράξενο επακόλουθο το στερεό νερό, δηλ. ο πάγος, να έχει μικρότερη πυκνότητα και άρα να είναι πιο ελαφρύς από το νερό. Και ευτυχώς που είναι έτσι και μπορεί και υπάρχει ζωή κάτω από τον πάγο των παγωμένων λιμνών και κάτω από τους πάγους των πόλων της Γης. Το στρώμα πάγου ενεργεί σαν θερμομονωτικό και εμποδίζει τον ψυχρό αέρα να ψύξει το νερό που είναι από κάτω κι έτσι τα ψάρια και οι άλλοι οργανισμοί συνεχίζουν κανονικά τη ζωή τους. Αν ο πάγος ήταν βαρύτερος από το νερό (όπως και θα έπρεπε), θα έπεφτε συνεχώς στον πυθμένα με αποτέλεσμα να παγώσει όλο το νερό, οπότε και θα εξαφανιζόταν κάθε μορφή ζωής στα παγωμένα νερά.
• Το νερό έχει μεγάλη θερμοχωρητικότητα !
Για να ζεστάνουμε ένα υγρό πρέπει να το θερμάνουμε. Για να ζεστάνουμε το νερό πρέπει να του δώσουμε πολύ μεγαλύτερα ποσά θερμότητας (και αντίθετα όταν ψύχεται μας δίνει μεγάλα ποσά θερμότητας), απ’ ότι σε πολλές άλλες ουσίες δηλ. έχει μεγάλη θερμοχωρητικότητα (π.χ. διπλάσια από του οινοπνεύματος). Αυτό είναι πολύ καλό για το σώμα μας, γιατί και πολλή θερμότητα να πάρουμε (όταν είμαστε σε ζεστό περιβάλλον) ή πολλή θερμότητα να χάσουμε (όταν είμαστε σε ψυχρό περιβάλλον), θ’ αλλάξει πολύ λίγο η θερμοκρασία μας. Όλοι μας ξέρουμε ότι τα παραθαλάσσια μέρη (κι’ αυτά που έχουν κοντά τους λίμνες), έχουν δροσερά καλοκαίρια και ήπιους χειμώνες. Το καλοκαίρι καθώς θερμαίνεται το νερό, απορροφά από τον καυτό αέρα μεγάλα ποσά θερμότητας κι έτσι μετριάζεται η ζέστη και το χειμώνα καθώς ψύχεται το νερό, απελευθερώνει στο περιβάλλον μεγάλα ποσά θερμότητας κι έτσι μετριάζεται το κρύο. Η θέρμανση και η ψύξη του νερού των ωκεανών βοηθάει κι αυτή στην ισορροπία των θερμοκρασιών στον πλανήτη μας (στο φεγγάρι η θερμοκρασία κυμαίνεται από 107 0C την ημέρα μέχρι -153 0C τη νύκτα).
• Το νερό βράζει στους 100 0C !
Το νερό βράζει (δηλ. γίνεται αέριο ) στους 100 0C, θερμοκρασία πολύ υψηλή για το μέγεθος των μορίων του. Το υδρόθειο που μοιάζει πολύ με το νερό, βράζει στους -54 0C. Αν δεν είχε το νερό αυτή την παραξενιά, από τους -80 0C και πάνω θα ήταν αέριο, δηλ. νερό όπως το ξέρουμε δεν θα βλέπαμε ούτε στον ύπνο μας ! Φυσικά καταλαβαίνουμε πως χωρίς το υγρό νερό, δεν θα μπορούσε να υπάρξει ζωή πάνω στο πλανήτη Γη.
• Το νερό είναι ο καλύτερος διαλύτης !
Καμία ουσία δεν μπορεί διαλύσει τόσες ουσίες και σε τόσο μεγάλες ποσότητες, όσο το νερό. Το νερό που πίνουμε δεν αποτελείται μόνο από μόρια νερού, αλλά περιέχει διαλυμένα και πολλά ιόντα (ας κοιτάξουμε τη σύσταση σ’ ένα μπουκάλι εμφιαλωμένο νερό). Αυτά τα ιόντα και ευχάριστη γεύση του δίνουν και πολύ χρήσιμα είναι για το σώμα μας. Μέσα στα κύτταρά μας χιλιάδες ουσίες είναι διαλυμένες μέσα στο νερό. Έτσι και εύκολα μετακινούνται και εύκολα αντιδρούν μεταξύ τους. Επιπλέον και το ίδιο το νερό συμμετέχει σε κάποιες βιολογικές αντιδράσεις (π.χ. υδρολύσεις).
• Το νερό έχει μεγάλη επιφανειακή τάση !
Τα μόρια που βρίσκονται στην επιφάνεια ενός υγρού έλκονται από τ’ άλλα μόρια του υγρού προς το εσωτερικό του, με αποτέλεσμα να μειώνεται η επιφάνεια του υγρού και άρα μαζεύονται πολλά μόρια το ένα κοντά στο άλλο με αποτέλεσμα να δημιουργείται κάτι σαν «επιδερμίδα» (γι’ αυτό οι σταγόνες έχουν σφαιρικό σχήμα). Αυτή η ιδιότητα λέγεται επιφανειακή τάση. Το νερό έχει απρόσμενα μεγάλη επιφανειακή τάση (το περνάει μόνο ο υδράργυρος). Έτσι μπορούν τα έντομα και άλλοι οργανισμοί να περπατούν πάνω στο νερό. Για το λόγο αυτό, μπορεί το νερό ν’ ανεβαίνει από τις ρίζες των δένδρων στα φύλλα σε συνεχόμενη ροή.
Κάθε ουσία όταν ψύχεται αυξάνεται η πυκνότητά της. Το νερό όταν ψύχεται, ενώ μέχρι τους 4 0C αυξάνεται η πυκνότητά του όπως ήταν αναμενόμενο, ύστερα αρχίζει να ελαττώνεται. Με το παράξενο επακόλουθο το στερεό νερό, δηλ. ο πάγος, να έχει μικρότερη πυκνότητα και άρα να είναι πιο ελαφρύς από το νερό. Και ευτυχώς που είναι έτσι και μπορεί και υπάρχει ζωή κάτω από τον πάγο των παγωμένων λιμνών και κάτω από τους πάγους των πόλων της Γης. Το στρώμα πάγου ενεργεί σαν θερμομονωτικό και εμποδίζει τον ψυχρό αέρα να ψύξει το νερό που είναι από κάτω κι έτσι τα ψάρια και οι άλλοι οργανισμοί συνεχίζουν κανονικά τη ζωή τους. Αν ο πάγος ήταν βαρύτερος από το νερό (όπως και θα έπρεπε), θα έπεφτε συνεχώς στον πυθμένα με αποτέλεσμα να παγώσει όλο το νερό, οπότε και θα εξαφανιζόταν κάθε μορφή ζωής στα παγωμένα νερά.
• Το νερό έχει μεγάλη θερμοχωρητικότητα !
Για να ζεστάνουμε ένα υγρό πρέπει να το θερμάνουμε. Για να ζεστάνουμε το νερό πρέπει να του δώσουμε πολύ μεγαλύτερα ποσά θερμότητας (και αντίθετα όταν ψύχεται μας δίνει μεγάλα ποσά θερμότητας), απ’ ότι σε πολλές άλλες ουσίες δηλ. έχει μεγάλη θερμοχωρητικότητα (π.χ. διπλάσια από του οινοπνεύματος). Αυτό είναι πολύ καλό για το σώμα μας, γιατί και πολλή θερμότητα να πάρουμε (όταν είμαστε σε ζεστό περιβάλλον) ή πολλή θερμότητα να χάσουμε (όταν είμαστε σε ψυχρό περιβάλλον), θ’ αλλάξει πολύ λίγο η θερμοκρασία μας. Όλοι μας ξέρουμε ότι τα παραθαλάσσια μέρη (κι’ αυτά που έχουν κοντά τους λίμνες), έχουν δροσερά καλοκαίρια και ήπιους χειμώνες. Το καλοκαίρι καθώς θερμαίνεται το νερό, απορροφά από τον καυτό αέρα μεγάλα ποσά θερμότητας κι έτσι μετριάζεται η ζέστη και το χειμώνα καθώς ψύχεται το νερό, απελευθερώνει στο περιβάλλον μεγάλα ποσά θερμότητας κι έτσι μετριάζεται το κρύο. Η θέρμανση και η ψύξη του νερού των ωκεανών βοηθάει κι αυτή στην ισορροπία των θερμοκρασιών στον πλανήτη μας (στο φεγγάρι η θερμοκρασία κυμαίνεται από 107 0C την ημέρα μέχρι -153 0C τη νύκτα).
• Το νερό βράζει στους 100 0C !
Το νερό βράζει (δηλ. γίνεται αέριο ) στους 100 0C, θερμοκρασία πολύ υψηλή για το μέγεθος των μορίων του. Το υδρόθειο που μοιάζει πολύ με το νερό, βράζει στους -54 0C. Αν δεν είχε το νερό αυτή την παραξενιά, από τους -80 0C και πάνω θα ήταν αέριο, δηλ. νερό όπως το ξέρουμε δεν θα βλέπαμε ούτε στον ύπνο μας ! Φυσικά καταλαβαίνουμε πως χωρίς το υγρό νερό, δεν θα μπορούσε να υπάρξει ζωή πάνω στο πλανήτη Γη.
• Το νερό είναι ο καλύτερος διαλύτης !
Καμία ουσία δεν μπορεί διαλύσει τόσες ουσίες και σε τόσο μεγάλες ποσότητες, όσο το νερό. Το νερό που πίνουμε δεν αποτελείται μόνο από μόρια νερού, αλλά περιέχει διαλυμένα και πολλά ιόντα (ας κοιτάξουμε τη σύσταση σ’ ένα μπουκάλι εμφιαλωμένο νερό). Αυτά τα ιόντα και ευχάριστη γεύση του δίνουν και πολύ χρήσιμα είναι για το σώμα μας. Μέσα στα κύτταρά μας χιλιάδες ουσίες είναι διαλυμένες μέσα στο νερό. Έτσι και εύκολα μετακινούνται και εύκολα αντιδρούν μεταξύ τους. Επιπλέον και το ίδιο το νερό συμμετέχει σε κάποιες βιολογικές αντιδράσεις (π.χ. υδρολύσεις).
• Το νερό έχει μεγάλη επιφανειακή τάση !
Τα μόρια που βρίσκονται στην επιφάνεια ενός υγρού έλκονται από τ’ άλλα μόρια του υγρού προς το εσωτερικό του, με αποτέλεσμα να μειώνεται η επιφάνεια του υγρού και άρα μαζεύονται πολλά μόρια το ένα κοντά στο άλλο με αποτέλεσμα να δημιουργείται κάτι σαν «επιδερμίδα» (γι’ αυτό οι σταγόνες έχουν σφαιρικό σχήμα). Αυτή η ιδιότητα λέγεται επιφανειακή τάση. Το νερό έχει απρόσμενα μεγάλη επιφανειακή τάση (το περνάει μόνο ο υδράργυρος). Έτσι μπορούν τα έντομα και άλλοι οργανισμοί να περπατούν πάνω στο νερό. Για το λόγο αυτό, μπορεί το νερό ν’ ανεβαίνει από τις ρίζες των δένδρων στα φύλλα σε συνεχόμενη ροή.
Το νερό είναι μια παράξενη ουσία που εμφανίζει περισσότερες από 80 ασυνήθιστες ιδιότητες, με έναν αριθμό, συμπεριλα-μβανομένων και ορισμένων που οι επιστήμονες εξακολουθούν να αγωνίζονται να καταλάβουν.
Για παράδειγμα, το νερό μπορεί να υπάρχει και στις τρεις καταστάσεις της ύλης (στερεό, υγρό, αέριο) την ίδια στιγμή. Και οι δυνάμεις στην επιφάνειά του επιτρέπουν στα έντομα να περπατούν με νερό και νερό για να ανέβουν από τις ρίζες στα φύλλα δέντρων και άλλων φυτών.
Σε μια άλλη παράξενη στροφή, οι επιστήμονες έχουν προτείνει ότι το νερό μπορεί να μετατραπεί από ένα είδος υγρού σε άλλο σε μια λεγόμενη μετάβαση φάσης "υγρού-υγρού", αλλά είναι αδύνατο να το δοκιμάσετε με τον σημερινό εργαστηριακό εξοπλισμό, επειδή αυτά συμβαίνουν τόσο γρήγορα .
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι Kumar και Stanley χρησιμοποίησαν προσομοιώσεις υπολογιστών για να το ελέγξουν. Διαπίστωσαν ότι όταν ψύξουν υγρό νερό στην προσομοίωση τους, η τάση τους να μειώνουν τη θερμότητα, όπως αναμένεται για ένα συνηθισμένο υγρό. Αλλά, όταν μείωσαν τη θερμοκρασία σε περίπου 54 βαθμούς κάτω από το μηδέν Fahrenheit, το υγρό νερό άρχισε να παράγει θερμότητα ακόμα καλύτερα στην προσομοίωση. Οι μελέτες τους υποδεικνύουν ότι κάτω από αυτή τη θερμοκρασία, το υγρό νερό υφίσταται αιχμηρές αλλά συνεχείς δομικές αλλαγές ενώ η τοπική δομή του υγρού γίνεται εξαιρετικά διατεταγμένη - πάρα πολύ σαν πάγος. Αυτές οι δομικές αλλαγές στο υγρό νερό οδηγούν σε αύξηση της αγωγιμότητας της θερμότητας σε χαμηλότερες θερμοκρασίες.
Οι ερευνητές λένε ότι αυτό το εκπληκτικό αποτέλεσμα υποστηρίζει την ιδέα ότι το νερό έχει μια μετάβαση φάσης υγρού-υγρού.
Για παράδειγμα, το νερό μπορεί να υπάρχει και στις τρεις καταστάσεις της ύλης (στερεό, υγρό, αέριο) την ίδια στιγμή. Και οι δυνάμεις στην επιφάνειά του επιτρέπουν στα έντομα να περπατούν με νερό και νερό για να ανέβουν από τις ρίζες στα φύλλα δέντρων και άλλων φυτών.
Σε μια άλλη παράξενη στροφή, οι επιστήμονες έχουν προτείνει ότι το νερό μπορεί να μετατραπεί από ένα είδος υγρού σε άλλο σε μια λεγόμενη μετάβαση φάσης "υγρού-υγρού", αλλά είναι αδύνατο να το δοκιμάσετε με τον σημερινό εργαστηριακό εξοπλισμό, επειδή αυτά συμβαίνουν τόσο γρήγορα .
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι Kumar και Stanley χρησιμοποίησαν προσομοιώσεις υπολογιστών για να το ελέγξουν. Διαπίστωσαν ότι όταν ψύξουν υγρό νερό στην προσομοίωση τους, η τάση τους να μειώνουν τη θερμότητα, όπως αναμένεται για ένα συνηθισμένο υγρό. Αλλά, όταν μείωσαν τη θερμοκρασία σε περίπου 54 βαθμούς κάτω από το μηδέν Fahrenheit, το υγρό νερό άρχισε να παράγει θερμότητα ακόμα καλύτερα στην προσομοίωση. Οι μελέτες τους υποδεικνύουν ότι κάτω από αυτή τη θερμοκρασία, το υγρό νερό υφίσταται αιχμηρές αλλά συνεχείς δομικές αλλαγές ενώ η τοπική δομή του υγρού γίνεται εξαιρετικά διατεταγμένη - πάρα πολύ σαν πάγος. Αυτές οι δομικές αλλαγές στο υγρό νερό οδηγούν σε αύξηση της αγωγιμότητας της θερμότητας σε χαμηλότερες θερμοκρασίες.
Οι ερευνητές λένε ότι αυτό το εκπληκτικό αποτέλεσμα υποστηρίζει την ιδέα ότι το νερό έχει μια μετάβαση φάσης υγρού-υγρού.
