Vruća brže mrzne

Čista voda je supstanca sastavljena od dva atoma vodonika (H) i jednog atoma kiseonika (O) zbog čega se njena hemijska formula piše kao H₂O. Molekuli vode su polarni i kada se nađu u tečnom agregatnom stanju među njima vladaju privlačne sile elektrostatičke prirode poznate pod nazivom vodonična veza.

Posledica postojanja vodonične veze je uspostavljanje lokalne visoke uređenosti vode tako da molekuli grade grozdove (klastere) čije su gradivne jedinice tetraedri koji se sastoje od 14 molekula vode, a ovi dalje mogu da prave složenije strukture.

Mnoge osobine vode odavno su poznate, kao tačka mržnjenja ili tačka ključanja, čak i to da se voda neuobičajeno ponaša jer ima najveću gustinu na četiri Celzijusova stepena. Prilikom isparavanja na 100 stepeni litar vode zauzme zapreminu od 1.600 litara vodene pare.

Anomalija vode da ima najveću gustinu na četiri stepena ima niz posledica značajnih za život na Zemlji. Led kao specifično lakši pliva na vodi, nad vodom se vidi svega osam odsto od njegove ukupne mase, tako da živi svet ispod uvek ostaje zaštićen i očuvan.

Sposobnost vruće vode da se mrzne brže nego hladna, zaista, izgleda neverovatno, jer svako smatra da vruća mora najpre da postane hladna da bi se potom mrzla. Eksperimenti su pokazali da se vruća pre smrzne nego ista količina hladne pod identičnim uslovima. Klasterska struktura hladne vode ne dozvoljava da se molekuli brzo i lako pregrupišu i da se iz nje kristališe led. Inicijalno hladna voda će imati maksimalno razvijene i umrežene klasterske strukture koje zahtevaju energiju prvo da budu razorene, a tek potom nastupa proces mržnjenja. A vruća, uglavnom, ima razorene klasterske strukture tako da pri hlađenju neće imati dovoljno vremena da se ponovo i potpuno izgrade novi, pogotovo ako se intenzivno meša, tako da će mržnjenje ovakve vode biti lakše i pre svega brže. Na ovu osobinu skrenuo je pažnju 1969. dečak po imenu Mpemba iz Tanzanije, pa se to danas još naziva Mpemba efekat.

Svako je čuo za tešku vodu, ali sigurno ne zna da je taj pojam nastao zato što kiseonik i vodonik imaju svoje izotope – atome sa istim brojem protona i različitim brojem neutrona. Kiseonik ih ima više, a vodonik tri – vodonik (H), deuterijum (D) i tricijum (T), od kojih je poslednji radioaktivan. Kiseonik i vodonik u spontanoj hemijskoj reakciji koja je vrlo burna skoro momentalno grade vodu. U tome mogu učestvovati svi izotopi kiseonika i vodonika, pri čemu će nastati smeša jedinjenja koja se označava kao H₂O, a ona se, u stvari, sastoji od: H₂O, D₂O, HDO, T₂O, H₂O¹⁸, D₂O¹⁸ itd. Ali, ime teška voda se pre svega odnosi na D₂O koja se danas još koristi u nuklearnim reaktorima kao dobar moderator nuklearnih procesa.

(/slika2)Hemijska reakcija između vodonika i kiseonika oslobađa znatne količine toplotne energije koja nastalu vodu odmah prevodi u paru uz vršenje rada; u ovom slučaju energent je gasoviti vodonik. Najšira primena nađena je u kosmičkoj tehnologiji: ima raketnih motora koji koriste sagorevanje vodonika u prisustvu kiseonika pri čemu se dobija vodena para koja ni na koji način ne remeti atmosferu, niti je zagađuje. Danas se intenzivno proučava kako da se ova iskustva prenesu na svakodnevni život, da se osmisle takvi motori koji neće sagorevati naftne derivate. Smatra se da je vodonik iz vode energent budućnosti, zato što sagorevanjem u prisustvu kiseonika ponovo daje vodu pri čemu se dobija ekološki najčistija energija.

Poznato je da je voda univerzalni rastvarač. U kružnom toku u prirodi dolazi u dodir s različitim supstancama, pre svega prolaskom kroz zemljište iz kojeg rastvara skoro sve sastojke, a nerastvorene supstance se često u njoj pojavljuju u suspendovanom, koloidnom ili plivajućem obliku.

Njen sastav u prirodi prilično varira, od kišnice, preko rečne do morske vode. Čak i godišnje doba na to utiče. Prirodni sastav u današnjim uslovima može se uveliko izmeniti (pogoršati) zbog zagađivanja vazduha i zemljišta sa kojim je u stalnom kontaktu. Glavni zagađivači vode su: (1) industrijski otpad, (2) komunalne otpadne vode i (3) agrohemikalije i agrarni otpad. O bakteriološkoj ispravnosti i da ne govorimo, ona je od posebnog značaja za pijaću vodu.

Znamo da se voda na Zemlji pojavljuje u obliku leda, tečnosti i pare i da stalno kruži između polova i ekvatora, površine i podzemlja. Proračun je pokazao da jedna kap, prosečno, provede u okeanima oko 3.176 godina, a u atmosferi svega dva meseca.

(Profesor univerziteta u Beogradu)