Врућа брже мрзне

Чиста вода је супстанца састављена од два атома водоника (H) и једног атома кисеоника (O) због чега се њена хемијска формула пише као H₂O. Молекули воде су поларни и када се нађу у течном агрегатном стању међу њима владају привлачне силе електростатичке природе познате под називом водонична веза.

Последица постојања водоничне везе је успостављање локалне високе уређености воде тако да молекули граде гроздове (кластере) чије су градивне јединице тетраедри који се састоје од 14 молекула воде, а ови даље могу да праве сложеније структуре.

Многе особине воде одавно су познате, као тачка мржњења или тачка кључања, чак и то да се вода неуобичајено понаша јер има највећу густину на четири Целзијусова степена. Приликом испаравања на 100 степени литар воде заузме запремину од 1.600 литара водене паре.

Аномалија воде да има највећу густину на четири степена има низ последица значајних за живот на Земљи. Лед као специфично лакши плива на води, над водом се види свега осам одсто од његове укупне масе, тако да живи свет испод увек остаје заштићен и очуван.

Способност вруће воде да се мрзне брже него хладна, заиста, изгледа невероватно, јер свако сматра да врућа мора најпре да постане хладна да би се потом мрзла. Експерименти су показали да се врућа пре смрзне него иста количина хладне под идентичним условима. Кластерска структура хладне воде не дозвољава да се молекули брзо и лако прегрупишу и да се из ње кристалише лед. Иницијално хладна вода ће имати максимално развијене и умрежене кластерске структуре које захтевају енергију прво да буду разорене, а тек потом наступа процес мржњења. А врућа, углавном, има разорене кластерске структуре тако да при хлађењу неће имати довољно времена да се поново и потпуно изграде нови, поготово ако се интензивно меша, тако да ће мржњење овакве воде бити лакше и пре свега брже. На ову особину скренуо је пажњу 1969. дечак по имену Мпемба из Танзаније, па се то данас још назива Мпемба ефекат.

Свако је чуо за тешку воду, али сигурно не зна да је тај појам настао зато што кисеоник и водоник имају своје изотопе – атоме са истим бројем протона и различитим бројем неутрона. Кисеоник их има више, а водоник три – водоник (H), деутеријум (D) и трицијум (T), од којих је последњи радиоактиван. Кисеоник и водоник у спонтаној хемијској реакцији која је врло бурна скоро моментално граде воду. У томе могу учествовати сви изотопи кисеоника и водоника, при чему ће настати смеша једињења која се означава као H₂O, а она се, у ствари, састоји од: H₂O, D₂O, HDO, T₂O, H₂O¹⁸, D₂O¹⁸ итд. Али, име тешка вода се пре свега односи на D₂O која се данас још користи у нуклеарним реакторима као добар модератор нуклеарних процеса.

(/slika2)Хемијска реакција између водоника и кисеоника ослобађа знатне количине топлотне енергије која насталу воду одмах преводи у пару уз вршење рада; у овом случају енергент је гасовити водоник. Најшира примена нађена је у космичкој технологији: има ракетних мотора који користе сагоревање водоника у присуству кисеоника при чему се добија водена пара која ни на који начин не ремети атмосферу, нити је загађује. Данас се интензивно проучава како да се ова искуства пренесу на свакодневни живот, да се осмисле такви мотори који неће сагоревати нафтне деривате. Сматра се да је водоник из воде енергент будућности, зато што сагоревањем у присуству кисеоника поново даје воду при чему се добија еколошки најчистија енергија.

Познато је да је вода универзални растварач. У кружном току у природи долази у додир с различитим супстанцама, пре свега проласком кроз земљиште из којег раствара скоро све састојке, а нерастворене супстанце се често у њој појављују у суспендованом, колоидном или пливајућем облику.

Њен састав у природи прилично варира, од кишнице, преко речне до морске воде. Чак и годишње доба на то утиче. Природни састав у данашњим условима може се увелико изменити (погоршати) због загађивања ваздуха и земљишта са којим је у сталном контакту. Главни загађивачи воде су: (1) индустријски отпад, (2) комуналне отпадне воде и (3) агрохемикалије и аграрни отпад. О бактериолошкој исправности и да не говоримо, она је од посебног значаја за пијаћу воду.

Знамо да се вода на Земљи појављује у облику леда, течности и паре и да стално кружи између полова и екватора, површине и подземља. Прорачун је показао да једна кап, просечно, проведе у океанима око 3.176 година, а у атмосфери свега два месеца.

(Професор универзитета у Београду)