Le proprietà dell'acqua non smettono mai di stupire gli scienziati. L'acqua è una sostanza abbastanza semplice dal punto di vista chimico, ma possiede una serie di proprietà insolite che non smettono mai di stupire gli scienziati. Di seguito sono riportati alcuni fatti che poche persone conoscono.

1. Quale acqua si congela più velocemente: fredda o calda?

Prendiamo due contenitori con acqua: in uno versiamo l'acqua calda, nell'altro l'acqua fredda, e mettiamoli nel congelatore. L'acqua calda si congela più velocemente dell'acqua fredda, anche se logicamente l'acqua fredda avrebbe dovuto prima trasformarsi in ghiaccio: dopo tutto, l'acqua calda deve prima raffreddarsi alla temperatura fredda e poi trasformarsi in ghiaccio, mentre l'acqua fredda non ha bisogno di raffreddarsi. Perché sta succedendo?

Nel 1963, uno studente tanzaniano di nome Erasto B. Mpemba, mentre congelava una miscela di gelato, notò che la miscela calda si solidificava più velocemente nel congelatore rispetto a quella fredda. Quando il giovane ha condiviso la sua scoperta con il suo insegnante di fisica, ha solo riso di lui. Fortunatamente, lo studente è stato tenace e ha convinto l'insegnante a condurre un esperimento che ha confermato la sua scoperta: in determinate condizioni, l'acqua calda congela effettivamente più velocemente dell'acqua fredda.

Ora questo fenomeno per cui l’acqua calda si congela più velocemente dell’acqua fredda è chiamato “effetto Mpemba”. È vero, molto prima di lui questa proprietà unica dell'acqua fu notata da Aristotele, Francis Bacon e René Descartes.

Gli scienziati non comprendono ancora appieno la natura di questo fenomeno, spiegandolo con la differenza tra sottoraffreddamento, evaporazione, formazione di ghiaccio, convezione o con l'effetto dei gas liquefatti sull'acqua calda e fredda.

2. Può congelarsi all'istante

Tutti sanno che l'acqua si trasforma sempre in ghiaccio quando viene raffreddata a 0°C... tranne in alcuni casi! Un esempio di questo caso è il sottoraffreddamento, che è la proprietà dell’acqua molto pura di rimanere liquida anche quando raffreddata sotto lo zero. Questo fenomeno è reso possibile dal fatto che l'ambiente non contiene centri o nuclei di cristallizzazione che potrebbero innescare la formazione di cristalli di ghiaccio. E così l'acqua rimane in forma liquida anche quando viene raffreddata sotto lo zero gradi Celsius.

Il processo di cristallizzazione può essere innescato, ad esempio, da bolle di gas, impurità (contaminanti) o da una superficie irregolare del contenitore. Senza di essi l’acqua rimarrà allo stato liquido. Quando inizia il processo di cristallizzazione, puoi osservare l'acqua super raffreddata trasformarsi istantaneamente in ghiaccio.

Si noti che anche l'acqua "surriscaldata" rimane liquida anche se riscaldata al di sopra del punto di ebollizione.

3. 19 stati dell'acqua

Senza esitazione, nomina quanti stati diversi ha l'acqua? Se hai risposto a tre: solido, liquido, gas, allora ti sbagliavi. Gli scienziati distinguono almeno 5 diversi stati dell'acqua in forma liquida e 14 stati in forma congelata.

Ricordi la conversazione sull'acqua superrefrigerata? Quindi, qualunque cosa tu faccia, a -38 °C anche l'acqua superrefrigerata più pura si trasformerà improvvisamente in ghiaccio. Cosa accadrà se la temperatura scenderà ulteriormente? A -120 °C, all'acqua comincia a succedere qualcosa di strano: diventa super viscosa o viscosa, come la melassa, e a temperature inferiori a -135 °C si trasforma in acqua “vitrea” o “vitrea” - una sostanza solida priva di cristallinità struttura.

4. L'acqua sorprende i fisici

A livello molecolare, l’acqua è ancora più sorprendente. Nel 1995, un esperimento di diffusione dei neutroni condotto dagli scienziati ha prodotto un risultato inaspettato: i fisici hanno scoperto che i neutroni puntati sulle molecole d’acqua “vedono” il 25% in meno di protoni di idrogeno del previsto.

Si è scoperto che alla velocità di un attosecondo (10 -18 secondi) avviene un insolito effetto quantistico e la formula chimica dell'acqua invece di H2O diventa H1,5O!

5. Memoria dell'acqua

In alternativa alla medicina convenzionale, l'omeopatia afferma che una soluzione diluita di un farmaco può avere un effetto curativo sull'organismo, anche se il fattore di diluizione è così elevato che nella soluzione non rimangono altro che molecole d'acqua. I sostenitori dell'omeopatia spiegano questo paradosso con il concetto chiamato “memoria dell'acqua”, secondo il quale l'acqua a livello molecolare ha una “memoria” della sostanza una volta disciolta in essa e conserva le proprietà della soluzione alla concentrazione originaria dopo nemmeno un istante. la molecola dell'ingrediente rimane al suo interno.

Un team internazionale di scienziati guidati dalla professoressa Madeleine Ennis della Queen's University di Belfast, che aveva criticato i principi dell'omeopatia, condusse un esperimento nel 2002 per confutare il concetto una volta per tutte. Il risultato è stato il contrario. Successivamente gli scienziati hanno dichiarato di essere riusciti a dimostrare la realtà dell’effetto “memoria dell’acqua”. Tuttavia, gli esperimenti condotti sotto la supervisione di esperti indipendenti non hanno portato risultati. Il dibattito sull’esistenza del fenomeno della “memoria dell’acqua” continua.

L’acqua ha molte altre proprietà insolite di cui non abbiamo parlato in questo articolo. Ad esempio, la densità dell'acqua cambia a seconda della temperatura (la densità del ghiaccio è inferiore alla densità dell'acqua)

l'acqua ha una tensione superficiale piuttosto elevata

allo stato liquido, l'acqua è una rete complessa e in continua evoluzione di cluster d'acqua, ed è il comportamento dei cluster che influenza la struttura dell'acqua, ecc.

Puoi leggere queste e molte altre caratteristiche inaspettate dell'acqua nell'articolo "Proprietà anomale dell'acqua", scritto da Martin Chaplin, professore all'Università di Londra.

Tutte le sostanze sulla Terra, siano esse solide, liquide o gassose, si contraggono quando vengono raffreddate. Quando un liquido si congela, le sue frazioni solidificate, essendo più dense e pesanti, affondano e affondano sul fondo. Tutto tranne l'acqua. L'acqua è una questione completamente diversa.

Quando il vapore acqueo si raffredda, come tutti i gas, diminuisce di volume. Quando un liquido bollente si raffredda, inizialmente si comporta come tutti i liquidi normali. Ma non appena la sua temperatura scende da +100°C a +4°C, cambia immediatamente il suo comportamento in quello diametralmente opposto: da +4°C fino al completo congelamento, l'acqua si dilata e aumenta di volume. Il volume del ghiaccio è 1/11 maggiore del volume occupato dall'acqua prima del congelamento. Questa espansione può essere fatale per i tubi dell'acqua se l'acqua viene lasciata al loro interno al freddo. Le pareti d'acciaio scoppieranno facilmente, come se non fossero fatte di acciaio, ma di carta.

L'acqua è l'unico liquido sulla Terra che non affonda quando ghiacciato. Ora immagina cosa accadrebbe se l’acqua cambiasse improvvisamente la sua “anormalità”. Laghi, fiumi, mari e oceani inizierebbero a congelarsi in inverno dal fondo alla superficie. Durante l'inverno si sarebbero trasformati in giganteschi blocchi di ghiaccio, che probabilmente non avrebbero avuto il tempo di sciogliersi durante i mesi estivi. Tutti gli esseri viventi nei mari, nei fiumi e nei laghi morirebbero congelati. Il congelamento dei serbatoi fino al fondo ridurrebbe drasticamente la quantità di acqua che evapora e con essa la quantità di calore rilasciata nell'atmosfera. Le precipitazioni – pioggia e neve – si fermerebbero. Il ghiaccio secco freddo dai poli si sposterebbe verso l'equatore. Ed è improbabile che il sole possa difendere per l'umanità anche una stretta striscia di terra adatta all'esistenza. Molto probabilmente, il nostro pianeta si trasformerebbe in un ghiacciaio continuo e senza vita...

Accumulatore di calore

Nessuna sostanza sulla Terra assorbe tanto calore quanto l’acqua. La capacità termica dell'acqua è 10 volte maggiore della capacità termica dell'acciaio e 30 volte maggiore della capacità termica del mercurio.

Per convertire 1 kg di acqua in vapore sono necessari 2260 kJ di calore, più che per qualsiasi altra sostanza. Appendere un bollitore vuoto sul fuoco e in pochi minuti diventerà rovente. Ora riempilo con acqua. L'acqua bollirà presto? “Se guardi il bollitore”, dice il proverbio inglese, “non bollirà mai”. Ma gli stessi 2260 kJ di vapore vengono rilasciati nell’ambiente, condensandosi in acqua. In tutti e tre i suoi stati, l'acqua è un ottimo mezzo per trasferire il calore; una circostanza che non solo ha creato sulla Terra condizioni adatte alla vita, ma anche la vita stessa.

Assorbitore di gas

Ricorda, l'acqua è un filtro affidabile dell'atmosfera. Nessun liquido assorbe i gas così avidamente come l'acqua. Ma in determinate condizioni si separa facilmente e volontariamente dai gas assorbiti.

Versare l'acqua del rubinetto in un bicchiere e posizionarlo sul tavolo. Presto vedrai come le pareti del vetro saranno ricoperte da una manciata di piccole bolle: questa è parte dell'aria disciolta in esso che ha lasciato l'acqua. In una tubatura dell'acqua, l'acqua è sotto pressione e, versandola in un bicchiere, la liberi da questa pressione.

Quanto più bassa è la pressione ambientale o quanto più calda è l'acqua, tanto più intenso sarà il rilascio dell'aria disciolta in essa, una proprietà dell'acqua che ha causato e continua a causare grossi problemi ai costruttori idraulici.

Mangiatore di metalli

1894... Famosi costruttori navali inglesi vararono il cacciatorpediniere Daring. Per l'epoca la nave era dotata di motori a vapore super potenti. I designer si fregano le mani, anticipando il trionfo della loro idea. Lo farei ancora! A tali e tali velocità di eliche così enormi, come mostrano i calcoli, "Daring" stupirà il mondo con la velocità del suo movimento. Sono iniziate le prove in mare. Le macchine di Daring funzionano a pieno regime. Dietro la poppa della nave, i frangenti si alzavano dalle supereliche. E la velocità della nave... è lontana da quella calcolata. Succede l'inspiegabile: la nave trema per le vibrazioni. Sembra che stia per andare in pezzi. La velocità diminuisce continuamente. Ora "Daring" striscia come una vecchia scarpa da vela. I test furono interrotti, il cacciatorpediniere fu portato al molo. Immaginate lo stupore dei costruttori navali quando, al posto delle viti, trovarono pezzi di metallo informi. È così che la tecnologia ha incontrato per la prima volta un'altra proprietà dell'acqua: la capacità di "divorare" il metallo.

Nel 1907, i transatlantici Mauritania e Lusitania, famosi in tutto il mondo, iniziarono a perdere vapore. Durante l'ispezione, sulle eliche di entrambe le navi furono trovate ulcere profonde 6-8 cm, che dovevano essere cambiate ogni due mesi, poiché perdevano la loro forma aerodinamica: l'acqua le "divorava". La sostituzione di ciascuna vite è costata all'azienda 70.000 dollari. Alla fine, le "città" galleggianti furono dismesse.

Nella prima guerra mondiale, nella marina tedesca, le eliche delle torpediniere funzionavano non più di una settimana, poi venivano cambiate. Le viti appena installate hanno iniziato a perdere la forma dopo sole 24 ore di funzionamento.

Negli Stati Uniti, su uno dei fiumi è stata costruita una centrale idroelettrica. L'acqua è stata portata al livello di progetto e rilasciata alle turbine. Si udì un ruggito, come se delle mine antiuomo stessero esplodendo nelle viscere della stazione. Gli ingegneri spaventati si precipitarono a chiudere l'acqua. Non c'erano tracce di mine terrestri presumibilmente piazzate sotto la stazione. Ma sulle pareti dei tunnel di approvvigionamento idrico, qua e là sono stati strappati pezzi di cemento: per qualche motivo sconosciuto, il flusso dell'acqua è diventato furioso. I costruttori idraulici non hanno mai visto nulla di simile prima.

Pertanto, l'acqua è diventata una barriera inaspettata e insormontabile all'aumento della velocità delle navi marittime, alla rotazione delle turbine, alle pompe e all'aumento della portata nei tubi ordinari. È diventato il nemico numero uno della tecnologia idraulica.

Cavitazione... È meraviglioso!

Immagina un tubo orizzontale attraverso il quale scorre l'acqua. Lasciare che venga effettuato un restringimento su qualche sezione del tubo per alcuni motivi di progettazione. Quando il flusso d'acqua passa attraverso un'area ristretta, la velocità dell'acqua aumenta.

L'inevitabile aumento di velocità è facilmente spiegabile con la legge di conservazione della materia: la stessa quantità d'acqua attraverserà ogni sezione del tubo nello stesso tempo. E affinché la stessa quantità passi attraverso una piccola sezione trasversale, l'acqua è costretta a muoversi più velocemente. In questo caso, quando il diametro del tubo diminuisce della metà, la velocità aumenta di quattro volte, cioè la dipendenza qui è quadratica.

Un aumento della velocità significa un aumento dell'energia cinetica del flusso. In base alla legge di conservazione dell'energia, quest'ultima non può apparire dal nulla. Pertanto, un aumento dell'energia cinetica causerà inevitabilmente una diminuzione dell'energia potenziale e il ruolo dell'energia potenziale nel flusso dell'acqua è giocato dalla pressione.

Pertanto, minore è il diametro, maggiore sarà la velocità e minore sarà la caduta della pressione. È nelle nostre capacità ridurre il diametro alla dimensione desiderata. La velocità aumenterà all'infinito? La pressione scenderà a zero? No, non accadrà nulla di tutto ciò.

Non appena la pressione si avvicina alla pressione del vapore saturo nella sua caduta, inizierà un rapido rilascio di gas disciolti nell'acqua con simultanea vaporizzazione. In breve, l'acqua, non importa quanto fredda, bollirà. L'ebollizione sarà accompagnata dalla formazione di moltissime bollicine, quelle innocue bollicine che vi abbiamo suggerito di osservare in un bicchiere d'acqua del rubinetto.

Raccolte dal flusso dell'acqua, le bolle precipiteranno dalla zona ristretta alla parte larga del tubo. Ma qui la velocità del movimento dovrebbe diminuire drasticamente e la pressione dovrebbe aumentare di conseguenza. Un aumento della pressione porterà al processo opposto: condensazione del vapore, dissoluzione dei gas nell'acqua, cioè scomparsa delle bolle. È qui che inizia la cosa più spiacevole. Le bolle scoppieranno. Le loro pareti, chiudendosi in millesimi di secondo, causeranno un aumento della pressione fino a centinaia di migliaia di atmosfere. Quando la bolla scompare, lascia una traccia: uno shock idraulico. È come la puntura di un ago. Ma che iniezione! E poi ci sono miriadi di aghi.

Di conseguenza, gli "aghi" faranno il loro lavoro insidioso: cristallo dopo cristallo inizieranno a "mangiare" il metallo del tubo e, se non vengono impediti, appariranno prima le conchiglie sul muro e poi attraverso i fori . Nella fig. 4 V 1 e P 1 - velocità e pressione prima del restringimento. Con un restringimento significativo, la velocità V nella tubazione aumenta fino a un certo valore critico V 2 = V kp e la pressione scende alla pressione del vapore saturo P 2 = P n.p. L'acqua bollirà. Quando si esce dalla costrizione, la velocità V scende a V 3 e la pressione aumenta a P 3. È qui che l'acqua inizierà a "mangiare" il tubo. Nell'ingegneria idraulica, il fenomeno descritto ha ricevuto il nome di cavitazione (in latino "cavitas" - cavità, bolla).

Riso. 4. Il verificarsi di cavitazione nella pipeline

La cavitazione può verificarsi non solo nel restringimento del tubo, ma ovunque un cambiamento nel profilo del corpo aerodinamico provochi un aumento locale della velocità, il che significa un calo locale della pressione. Ciò avviene sotto le ali delle navi fluviali del tipo “Rocket”, creando così una barriera insormontabile alla velocità di movimento. È per questo motivo che i “Rockets” non sono destinati a raggiungere i limiti degli 80-100 km/h.

La cavitazione è un nemico inconciliabile e insidioso della tecnologia idraulica. Lei pone il veto severo all'aumento della velocità del flusso o della velocità del corpo nel flusso. Una volta violato il divieto, il metallo più resistente, capace di resistere anche al colpo diretto di un proiettile perforante, verrà ridotto in polvere dall'azione di comuni bolle d'acqua.

Dicono che ogni nuvola ha un lato positivo. La cavitazione è nemica della tecnologia idraulica. Consuma migliaia di tonnellate di metallo all'anno, limita le capacità delle macchine idrauliche, ma ha anche offerto agli ingegneri una meravigliosa opportunità per sfruttare la capacità distruttiva delle bolle. Innanzitutto, la cavitazione è stata testata sulla pulizia di parti dove non dovrebbe esserci nemmeno un millesimo di milligrammo di sporco, ad esempio su parti di meccanismi di orologi o relè elettronici nei veicoli spaziali. Il risultato ha superato tutte le aspettative.

Quindi la cavitazione è stata testata su una lavorazione puramente meccanica - sulla sbavatura di ingranaggi stampati di meccanismi di orologi - un'operazione estremamente laboriosa. E ancora un successo oltre ogni aspettativa.

Al giorno d'oggi, gli impianti per la pulizia e la lavorazione della cavitazione, prodotti nell'Unione Sovietica, vengono esportati in Bulgaria, Gran Bretagna, India e molti altri paesi. Per quanto riguarda il grado di pulizia, è così elevato che nessun metodo noto è in grado di rilevare né tracce di sporco né tracce di bave dopo l'esposizione alla cavitazione.

Lo schema del trattamento di cavitazione è mostrato in Fig. 5. I pezzi vengono caricati nella vasca; Il solenoide crea vibrazioni ultrasoniche del nucleo. Le vibrazioni provocano la comparsa di bolle di cavitazione nel liquido.

Riso. 5. Schema per la lavorazione di cavitazione delle parti. 1 - bagno; 2 - nucleo; 3 - solenoide

Nello stabilimento di attrezzature commerciali stavano lottando con la pulizia delle superfici interne dei tubi. Noi l'abbiamo provato utilizzando la cavitazione e siamo rimasti stupiti: uno specchio! Tale pulizia non esiste nelle canne dei fucili.

Naturalmente, tutti questi sono solo i primi passi. Cosa accadrà domani alla cavitazione nell’industria della lavorazione dei metalli? Sicuramente è destinato a diventare lo “strumento” più economico per la lavorazione più fine di tutti i metalli, nessuno escluso. E eventuali leghe metalliche. Anche quelli che sono troppo duri per un moderno tagliadiamanti.

Forza dell'acqua

Come immaginare la forza di un liquido? E proprio come un corpo solido: deve “lavorare” sotto deformazioni di compressione, tensione, torsione, taglio e flessione.

È noto che se si crea una sovrappressione di 100 kPa per ogni centimetro quadrato della superficie dell'acqua, il volume iniziale dell'acqua diminuirà di 1/21000. Il valore è praticamente trascurabile e dimostra che a basse pressioni l'acqua “funziona” bene per la deformazione a compressione.

Ma la tecnologia odierna può gestire pressioni di decine e centinaia di migliaia di atmosfere. E poi si scopre che l'acqua è un liquido molto malleabile. È generalmente accettato che l'acqua sia 100 volte meno elastica dell'acciaio.

Come reagisce l'acqua alla deformazione a trazione? Infatti, come si può immaginare un'asta fatta d'acqua, che è fissata a un'estremità, e sull'altra agisce una forza di trazione?! Ma ricordiamo la tensione superficiale che ha qualsiasi liquido, e l'acqua in particolare. Le particelle che giacciono sulla superficie di un liquido hanno forze adesive maggiori. Formano una specie di pellicola e per rompere questa pellicola è necessario applicare forze di trazione (nota: trazione!) molto evidenti. Per verificarlo, provare a strappare l'una dall'altra lastre di vetro inumidite con acqua. Fallisce! Sono tenuti insieme dalla tensione superficiale. Di tutti i liquidi conosciuti sulla Terra, solo il mercurio ha una tensione superficiale più potente.

Studi teorici ed esperimenti sulla tensione superficiale dell'acqua hanno portato i fisici a un risultato inaspettato: se fosse possibile creare acqua idealmente pura, cioè in cui le impurità meccaniche e i gas disciolti fossero completamente assenti, allora una bacchetta di tale acqua con un diametro di 1 cm potrebbe rompersi sarebbe necessaria una forza di 367,3 kN! In altre parole, l’acqua ideale può sopportare sollecitazioni di trazione (e, ovviamente, di compressione) di 47745 * 10 5 Pa. Questo è almeno 100 volte più resistente dei migliori tipi di acciaio oggi conosciuti.

Nessuno è ancora riuscito a ottenere acqua perfettamente pulita e anche il percorso per raggiungere tale obiettivo è impossibile da prevedere. Ma se la possibilità stessa è dimostrata dalla teoria, allora difficilmente qualcuno negherà la sua attuazione pratica, almeno in un lontano futuro. Senza dubbio, verrà il momento in cui l'acqua ultraforte potrà essere prodotta prima nei laboratori e poi nelle imprese industriali.

E l’acqua alla fine diventerà un eccellente materiale ingegneristico. Le fabbriche padroneggeranno la produzione di parti per varie macchine dall'acqua. Queste parti si confronteranno favorevolmente con quelle in acciaio non solo per la loro superresistenza, ma anche per la loro superleggerezza, saranno trasparenti e i minimi difetti nella loro struttura saranno facili da rilevare visivamente. La tecnologia per produrre parti ad acqua raggiungerà l'estrema semplicità: versala in uno stampo, premi il pulsante del dispositivo di pulizia e... la parte è pronta. Non sono necessari successivi trattamenti meccanici e termici.

La cosa principale è che le materie prime idriche salveranno l'umanità dall'estrazione ad alta intensità di manodopera di minerali metallici (e forse a quel punto i minerali metallici saranno completamente esauriti), che richiedono anche arricchimento, purificazione, trasporto e fusioni ripetute. Gli altiforni giganti, gli impianti metallurgici fumosi, gli ingombranti laminatoi e le presse giganti scompariranno.

Il “minerale liquido” sarà sempre a portata di mano: prendilo da qualsiasi fiume. Non è abbastanza: hai l’oceano mondiale a tua disposizione.

La capacità di trasformare l’acqua in uno stato solido metallico consentirà di costruire ponti non solo attraverso i fiumi, ma anche attraverso i mari. Permanente o temporaneo, a seconda delle necessità.

Naturalmente, questo viene dal regno della fantasia. Ciao.

Quarto stato dell'acqua

Ricorda: "Eureka! Eureka!"

Il saggio Archimede scoprì il concetto di densità dell'acqua. Da allora, la densità dell'acqua è stata adottata come standard di densità in base al quale viene determinata la densità di tutte le altre sostanze. La densità di una sostanza è la quantità di massa contenuta in un'unità di volume, ad esempio 1 cm3. La densità dell'acqua è presa come unità. Ciò significa che 1 cm3 può contenere esattamente 1 g di massa. E questo valore è rimasto incrollabile fin dai tempi di Archimede.

Ma l'inviolabilità della densità dell'acqua fu scossa. Tutto è iniziato con le nuvole nottilucenti, un fenomeno naturale sorprendente e favoloso. Possono essere osservati solo alle latitudini settentrionali poco dopo il tramonto o prima dell'alba. Le nuvole nottilucenti, che filtrano i raggi del sole invisibile dalla terra, emettono un delicato bagliore argentato.

Le nuvole normali non superano i 10 km. Quelli d'argento volano ad altitudini di 80-90 km. Fino ad ora si credeva che fossero una raccolta di minuscoli cristalli di ghiaccio. Studiandoli, analizzando l'assorbimento e il potere di rifrazione, il giovane astrofisico sovietico Oleg Vasiliev fece un'interessante scoperta. I raggi del sole si comportavano come se passassero non attraverso i cristalli di ghiaccio, ma attraverso le goccioline d'acqua.

L'acqua a 90 km di altitudine, dove regna il freddo dello spazio, lì non può rimanere acqua normale, deve trovarsi in qualche altro stato. Quale?

Riso. 6. Dilatazione termica dell'acqua nei capillari. 1 - acqua ordinaria I; 2 - acqua II

Nel 1959, il professore associato del Kostroma Textile Institute N. N. Fedyakin riuscì a sviluppare una tecnologia per la produzione di capillari di vetro ultrasottili con un raggio fino a 0,000017 mm. Osservando l'espansione delle colonne d'acqua in questi capillari quando riscaldati, ottenne uno strano schema. Nei capillari con un raggio superiore a 1 μm (0,001 mm) negli intervalli da 0 a +4 °C si è manifestata l'anomalia dell'acqua a noi nota: la colonna si è accorciata. A + 4°C la sua lunghezza diventava minima, e con l'ulteriore riscaldamento tutto andava come doveva: la colonna cominciava ad allungarsi, la densità dell'acqua diminuiva. Ma nei capillari più stretti l’acqua ha cambiato la sua “misteriosa” anomalia. In questo caso l'allungamento della colonna si è verificato nell'intero intervallo di temperature e il coefficiente di dilatazione è rimasto costante (Fig. 6). Ulteriori ricerche furono condotte presso il Dipartimento dei fenomeni superficiali dell'Istituto di chimica fisica dell'Accademia delle scienze dell'URSS sotto la direzione di B.V. Deryagin.

Lo schema per ottenere l'acqua "Deryagin" è mostrato in Fig. 7. Quando l'aria viene pompata fuori dal pallone Dewar, l'acqua evapora da una provetta posta in un termostato. L'acqua ordinaria I si condensa sulle pareti del vaso 1 e l'acqua II si condensa nel capillare.

Riso. 7. Schema di installazione per la produzione di acqua II. 1 - Nave Dewar; 2 - provetta; 3 - termostato; 4 - capillare

Si è scoperto che nei capillari ultrastretti l'acqua, pur rimanendo la stessa H2O nella composizione chimica, cambia radicalmente le sue proprietà fisiche. Si chiamava Acqua II.

Prima di tutto, si è scoperto che l'acqua II è quasi 1,5 volte più densa dell'acqua ordinaria I. La sua viscosità è 15-20 volte superiore. Nella sua viscosità, l'Acqua II assomiglia alla vaselina: immergici il dito e lo seguirà come resina. L'acqua II non congela a 0°C; a -100°C, senza formazione di ghiaccio, il tutto immediatamente, per un ancor più forte aumento di viscosità, passa allo stato vetroso, e bolle solo a +300°C. Quando la temperatura raggiunge i 700-800°C i suoi vapori si disintegrano trasformandosi in vapori di normale acqua I.

L'annuncio della scoperta da parte degli scienziati sovietici fu accolto all'estero con evidente diffidenza. Solo 7 anni dopo, dopo la pubblicazione del lavoro di B.V. Deryagin, alla fine del 1969, il laboratorio della società inglese Univeler confermò gli esperimenti di N.N. Fedyakin e B.V. Deryagin. Oggigiorno decine di istituti di ricerca negli Stati Uniti, in Gran Bretagna, Belgio e Francia stanno studiando l’acqua “Deryagino” II.

La natura dell'acqua II rimane ancora un mistero. Ci sono diversi punti di vista contrastanti. Alcuni ricercatori ritengono che la colpa sia delle impurità inevitabilmente presenti nell’acqua. Altri sostengono che quando il vapore si condensa sulla superficie del vetro o del quarzo, avvengono processi catalitici che contribuiscono alla transizione dell'acqua ad uno stato che non può essere ottenuto sulla superficie di altre sostanze. Altri ancora, tra cui B.V. Deryagin, credono che nei capillari ultrasottili avvenga la polimerizzazione delle molecole d'acqua, la formazione di catene come (H 2 O)n. Molte persone all'estero chiamano l'acqua II poliacqua.

Le nostre simpatie sono dalla parte di questi ultimi, e non solo perché a loro appartiene il nostro connazionale e scopritore dell'acqua II.L'Ipotesi del Polimero di B.V. Deryagin avvicina tutte le previsioni più fantastiche sulle possibili trasformazioni dell'Acqua Ordinaria alle incarnazioni reali.

Non congelando, non cedendo ghiaccio, bollendo alla rovente temperatura dell'acciaio, l'acqua II troverà la più ampia applicazione nella tecnologia moderna. Non abbiamo alcun dubbio che padroneggiare il processo di polimerizzazione dell'acqua consentirà di creare un ramo completamente nuovo della grande chimica: impianti per la produzione di fibre da fili polimerici a base d'acqua. Questo sarà il tessuto più sorprendente. In primo luogo, possiamo supporre che la superforza potenzialmente latente nell'acqua verrà rivelata in una certa misura nei fili polimerici di H2O. In secondo luogo, poiché i fili dell'acqua saranno super resistenti, possono essere resi più sottili del nylon moderno o dei fili di nylon più sottili. E infine, in terzo luogo, il tessuto idrico manterrà molte delle proprietà anomale dell'acqua: la sua enorme capacità termica, l'elevata costante dielettrica, ecc.

Ci impegniamo insomma ad affermare che nel prossimo futuro l'umanità indosserà abiti che le favole più magiche dei popoli del mondo non hanno mai conosciuto: infinitamente sottili, infinitamente durevoli, che coprono da ogni caldo e da ogni freddo. Con tali abiti, le persone potranno camminare ugualmente sotto i raggi cocenti del sole del Sahara e tra le gelate di 80 gradi dell'Antartide. Una tuta leggera in tessuto acquatico libererà l'astronauta da una tuta spaziale pesante e ingombrante e gli permetterà di trovarsi nello spazio senza alcuna protezione aggiuntiva.

Per quanto riguarda le materie prime per il nostro tessuto magico, l’industria tessile (così come l’industria metallurgica) non ne soffrirà mai la carenza.

Intanto non è forse l’acqua II a decorare il nostro cielo di nuvole argentate? Tuttavia, a quanto pare, non solo l'orizzonte della Terra. Studiando la luce riflessa dalle nuvole del nostro vicino cosmico Venere, si è stabilito che queste nuvole contengono goccioline d'acqua con un indice di rifrazione di 1,5. Questo è precisamente il valore dell'indice di rifrazione dell'acqua “Deryagin” e delle nuvole nottilucenti.

L'astronomo sovietico V. Bronshten e l'americano Donahue hanno formulato indipendentemente le stesse ipotesi secondo cui le goccioline di acqua polimerica nell'atmosfera di Venere si condensavano su minuscoli granelli di polvere, prodotti dell'erosione delle rocce venusiane.

Come sono arrivate queste goccioline alle nuvole di Venere e alle nuvole nottilucenti della Terra? Dalla superficie del pianeta? Difficilmente. Un'altra ipotesi sembra più probabile: si tratta di acqua puramente cosmica, un prodotto della sintesi di protoni di idrogeno che cadono dallo spazio con elettroni e atomi di ossigeno nell'atmosfera di entrambi i pianeti.

Acqua magnetica

I fisici sovietici furono i primi a notare questo insolito fenomeno negli anni '30: la velocità di precipitazione dei cristalli da soluzioni acquose sovrassature aumentava notevolmente se il recipiente con la soluzione veniva posto in un campo magnetico. Successivamente il fisico italiano Piccardi riuscì a dimostrare, sempre in soluzioni acquose, l'influenza di un campo magnetico sulla velocità delle reazioni chimiche.

Ben presto nessuno ebbe più dubbi sul fatto che l'acqua esposta a un campo magnetico cambia le sue proprietà fisiche e chimiche. La solubilità dei sali e la velocità delle reazioni chimiche cambiano in modo particolarmente evidente. Non c’è ancora consenso sulla natura dell’interazione tra l’acqua e il campo magnetico, ma l’acqua magnetica ha già trovato ampia applicazione nell’economia nazionale.

Gli ingegneri dell'energia termica furono i primi ad interessarsi all'acqua magnetica, per la quale le incrostazioni nelle caldaie e sulle pareti delle tubazioni delle centrali a vapore sono sempre state un vero disastro. Centinaia di chilometri di tubi venivano gettati via ogni anno, non perché fossero corrosi dalla ruggine, ma perché risultavano strettamente intasati di sedimenti. Periodicamente le caldaie dovevano essere sottoposte ad un intenso lavoro di pulizia e disincrostazione. È vero, esistevano agenti anticalcare, ma il loro effetto era molto insignificante. I primi esperimenti con l'acqua magnetica hanno dato risultati sorprendenti. Si è scoperto che l'acqua magnetica non solo previene le incrostazioni, ma lava anche via i depositi precedentemente esistenti.

Nel nostro Paese migliaia di installazioni a trascinamento magnetico sono già operative su navi marittime e fluviali. Al giorno d'oggi nessuna centrale termoelettrica può farne a meno. Decine di istituzioni speciali sono impegnate nella ricerca sull'acqua magnetica e sulla possibilità di un suo utilizzo più ampio.

Lo schema di un dispositivo per il trattamento magnetico dell'acqua è mostrato in Fig. 8.

Riso. 8. Schema del trattamento magnetico dell'acqua. 1 - magnete permanente; 2 - espansioni polari; 3 - nucleo

La gamma di usi dell’acqua magnetica è in continua espansione. Si è scoperto che l'uso dell'acqua magnetica aumenta la resistenza del calcestruzzo e ne accelera significativamente l'indurimento. Durante l'arricchimento per flottazione dei minerali, l'acqua magnetica aumenta notevolmente la percentuale di resa del minerale arricchito.

Fino ad ora, un problema a livello nazionale rimane la sostituzione periodica delle tubazioni (riparazioni ordinarie!), attraverso le quali l'acqua calda e fredda entra nei nostri appartamenti. È necessario menzionare il numero astronomico di tubi che si trasformano in polvere: si tratta di migliaia di tonnellate di metallo! E quante migliaia di organizzazioni sono impegnate in questa sostituzione, quanto lavoro umano viene sprecato.

Ora immagina che l'acqua magnetica sia arrivata nei nostri appartamenti. E le tubature nelle case diventeranno eterne. Lavandini e vasche da bagno brilleranno di un bianco sorprendente, perché l'acqua non solo non lascerà sedimenti su di essi, ma laverà via anche lo sporco che vi arriva. Non ci sarà bisogno di pulizie o di produzione di detergenti speciali.

Dato che l’acqua magnetica ha la capacità magica di produrre precipitazioni, perché non sfruttare questa circostanza negli impianti di trattamento delle acque reflue urbane? Forse è il metodo magnetico che diventerà il mezzo fondamentalmente nuovo che risolverà il problema della pulizia in futuro.

Infine, non bisogna perdere di vista il fatto che la flora e la fauna, il nostro corpo, sono tutte, in effetti, soluzioni acquose, che inoltre non possono rimanere indifferenti all'influenza del campo magnetico su di esse. Ma... ne parleremo più avanti.

L'acqua come un martello

Alla fine del secolo scorso, i costruttori del sistema di approvvigionamento idrico di Mosca dovettero affrontare un fenomeno misterioso: scoppiarono i tubi appena posati. Sono scoppiati senza una ragione apparente. Furono sostituiti, ma scoppiarono di nuovo, prima in un punto, poi in un altro. I tubi sono stati strappati dall'interno da una forza misteriosa che, a quanto pare, non poteva essere creata dalla stazione di pompaggio. Le pareti dei tubi sono state calcolate secondo tutte le regole, il loro spessore è stato preso con un margine di sicurezza sufficiente. Catastrofiche interruzioni dell'approvvigionamento idrico costrinsero i “padri” della città, che finanziarono la costruzione, a esitare: “Non dovremmo tornare al vecchio ma affidabile modo di fornire acqua alla città, trasportandola in barili su cavalli, come è stato fatto da tempo immemorabile?” Nel disperato tentativo di far fronte all'acqua insidiosa, gli ingegneri idraulici si sono rivolti al famoso scienziato russo N. E. Zhukovsky per chiedere aiuto, e lui ha trovato rapidamente la risposta.

Il motivo della distruzione delle tubature si rivelò sorprendentemente semplice: la brusca chiusura dei rubinetti. Quando il flusso dell'acqua si interrompeva improvvisamente nelle tubazioni, si verificava un fenomeno che veniva chiamato colpo d'ariete. La pressione saltò immediatamente vicino al rubinetto. Era molte volte superiore alla pressione creata dalle pompe. E poi sono apparse sulla scena le proprietà elastiche dell'acqua. L'aumento di pressione sotto forma di vibrazioni elastiche, o la cosiddetta onda d'urto, correva lungo il tubo alla velocità del suono e, trovando un punto debole, lacerò le pareti del tubo. La distruzione spesso avveniva lontano dalla gru, e quindi il colpevole dell'incidente, il colpo, passava inosservato.

Quanto più velocemente veniva interrotto il flusso dell'acqua, tanto più potente diventava lo shock idraulico. Il fatto è che le prime condutture dell'acqua erano dotate di rubinetti a presa (come i rubinetti dei samovar). Un breve movimento e il rubinetto si chiude. Su consiglio di N.E. Zhukovsky, questi rubinetti furono sostituiti con rubinetti a valvola che si chiudono gradualmente (che usiamo ancora oggi) e la misteriosa distruzione dei tubi fu interrotta.

Ben presto, però, il colpo d'ariete si fece sentire anche in altri settori della tecnologia idraulica in rapido sviluppo. E maggiore è la velocità del movimento fluido utilizzato dall'umanità, più complessa e sensibile diventa l'attrezzatura, più severamente lo shock idraulico ricorda se stesso.

Oggigiorno ci aspetta in ogni pompa, in ogni valvola, in ogni tubo, cioè ovunque sia possibile un arresto improvviso di un fluido in movimento. Spesso nessun trucco può aiutare a sbarazzarsi del colpo d'ariete, quindi i progettisti sono costretti ad aumentare la resistenza delle parti e rendere i dispositivi più pesanti e ingombranti. Oppure devi sopportare il fatto che la parte si guasta prima del tempo: si sbriciola, scoppia o si deforma.

La cavitazione agisce gradualmente. Il colpo d'ariete è come un colpo di martello o, più precisamente, mille colpi che si susseguono. Come la cavitazione, è un nemico inevitabile e inconciliabile della tecnologia idraulica.

L'acqua è un timbro

Proprio come durante la cavitazione le capacità distruttive dell'acqua possono essere indirizzate a compiere operazioni utili, così con non meno prospettive possono essere utilizzate durante lo shock idraulico.

E ora sono già state create installazioni in cui, utilizzando le alte pressioni generate dallo shock idraulico, le parti vengono stampate, le polveri metallo-ceramiche vengono pressate e la saldatura a freddo viene eseguita premendo le parti saldate l'una contro l'altra.

Fino a poco tempo fa, il colpo d'ariete in tali impianti industriali veniva creato utilizzando esplosivi. Al momento dell'esplosione, un pistone veniva “sparato” sulla superficie dell'acqua, e quindi la pressione esplosiva si trasmetteva all'intera massa del liquido. Le pressioni hanno raggiunto circa 7*10 9 Pa.

Tuttavia, tale pressione non soddisfa più la tecnologia moderna. E la tecnologia per essere colpiti è piuttosto primitiva. L'installazione è goffa, ingombrante e pericolosa.

La tecnologia laser apre nuovi orizzonti nell'uso dell'ammortizzatore idraulico. Un raggio laser, penetrando in una massa d'acqua, provoca al suo interno pressioni davvero fantastiche: milioni di atmosfere. In linea di principio, una tale “superpressa” può stampare parti di qualsiasi materiale superduro, metallico e non metallico, attualmente non pressabile.

Una leggera esplosione nell'acqua, premendo le parti insieme con una forza incredibile, amplierà illimitatamente le possibilità di saldatura a contatto, annullando completamente le "combinazioni non saldabili" attualmente esistenti.

L'acqua come un'incudine

E l'acqua? Rimane ancora la stessa acqua quando in essa si crea una pressione di centinaia di migliaia e milioni di atmosfere?

Gli esperimenti hanno dimostrato che l'acqua, sottoposta anche a una pressione relativamente bassa di 3*10 7 Pa, e poi rilasciata da essa, non è più “la stessa” - per qualche tempo cambia bruscamente le sue proprietà fisiche: bolle non a +100 °C, ma a +200°C, impedisce il verificarsi della cavitazione laddove si verificava precedentemente. Tale acqua può essere leggermente allungata, creando in essa tensioni negative fino a 100 kPa. Sembra che l'acqua preformata sotto pressione diventi più forte.

Anche altre proprietà fisiche dell'acqua, come la temperatura di congelamento (fusione), cambiano in modo abbastanza interessante con l'aumentare della pressione:

pressione, 10 5 papà temperatura, °C

Come puoi vedere, a pressioni superiori a 6380 * 10 5 Pa abbiamo “ghiaccio caldo”. La sua densità alla pressione di 2200 * 10 5 Pa diventa pari a 1,2 g / cm 3 e continua ad aumentare, raggiungendo una pressione di 20670 * 10 5 Pa 2 g / cm 3. Tale ghiaccio, ovviamente, affonderà nell'acqua. Sarebbe più accurato dire che non si tratta più di ghiaccio, ma di acqua solida: acqua in un nuovo stato qualitativo.

È chiaramente visibile che la trasformazione qualitativa inizia nella regione di pressione di 6000 * 10 5 Pa. Non è forse qui che le pressioni cominciano a “tessere” fili polimerici di H 2 O?

Per quanto riguarda il punto di ebollizione, esso dipende direttamente dalla pressione e non presenta anomalie.

Abbiamo già detto che seguendo il rapporto tra l'uomo e l'acqua sarebbe possibile scrivere una storia unica della nascita di antiche civiltà. L’acqua ha svolto un ruolo importante (se non decisivo) nel progresso tecnologico moderno. È necessario ripetere le parole di K. Marx sulla “coppia rivoluzionaria”?

Nel suo continuo movimento verso il futuro, creando mezzi di produzione sempre più moderni, l'uomo in un modo o nell'altro fa affidamento sull'uso dell'acqua.

La nostra epoca è chiamata l’era dell’elettricità. Ma le turbine delle centrali termiche, idrauliche e nucleari sono azionate dallo stesso “vapore rivoluzionario”. Smetti di usare l’acqua e lascerai il mondo senza elettricità. Non sarebbe questa una catastrofe globale?

È vero, stanno emergendo nuove fonti di elettricità, ad esempio il plasma (generatori MHD). Verrà il momento in cui l’umanità abbandonerà sicuramente l’uso di ingombranti turbine azionate da vapore o acqua. L'elettricità sarà prodotta convertendo direttamente il calore in elettricità (utilizzando semiconduttori o altri dispositivi). Ma la materia prima per la fusione al plasma e termonucleare rimarrà la stessa acqua. Da dove altro puoi ottenere il deuterio o il trizio se non dalle acque dell'oceano?

La proprietà più famosa e sconosciuta dell'acqua

Le prospettive per l'utilizzo futuro dell'acqua impongono sempre più la questione di una conoscenza accurata della sua struttura interna. E la scienza deve inevitabilmente tornare ancora e ancora su un problema antico quanto il mondo, che preoccupava le menti degli accademici fiorentini medievali: perché l’acqua scorre?

Sembrerebbe assurdo chiedere una cosa del genere. L'acqua scorre perché è liquida. Ma poi sorge una nuova domanda: cos’è esattamente un liquido? Possiamo immaginare più o meno chiaramente lo stato solido o gassoso di una sostanza. Nella nostra immaginazione compaiono immagini della disposizione spaziale degli atomi nei cristalli di una lega metallica. “Vediamo” il movimento caotico delle molecole nelle miscele di gas. Ma che aspetto hanno le particelle d’acqua e qual è la loro disposizione relativa? Certo, ci sono delle ipotesi (e le daremo più avanti), ma sono vaghe e non confermate sperimentalmente. La domanda "perché l'acqua scorre?" rimane difficile per la scienza.

Molti teorici preferiscono tracciare un'analogia tra un liquido e un solido (ad esempio, scarsa comprimibilità)." E nei calcoli idrodinamici, progettisti e scienziati sperimentali applicano ai liquidi (compresa l'acqua) le stesse relazioni matematiche che ai gas. Molto illogico.

La necessità di risolvere questo problema sta diventando sempre più urgente. Perché, avendo rivelato la struttura strutturale dell'acqua, invece di analogie dubbie, molto approssimative e non sempre applicabili, invece di dipendenze empiriche approssimative e imprecise, riceveremo un quadro fedele di ciò che sta accadendo. Sarà possibile rivelare modelli unici dell'acqua. I fisici otterranno le esatte dipendenze matematiche in modo puramente analitico, senza alcuna approssimazione. E solo allora si aprirà la strada alla creazione di acqua super resistente come materiale ingegneristico, la strada alla polimerizzazione dell'acqua, la base del futuro della produzione tessile.

Riso. 9. Stati aggregati della materia

E mi piacerebbe davvero vedere finalmente la creazione di un protone o di un altro microscopio, con l'aiuto del quale sarebbe possibile guardare nell'acqua, vedere le sue molecole, il loro movimento, formazione e decadimento. I fisici nucleari osservano il comportamento delle singole particelle elementari: protoni, neutroni, mesoni, positroni, la cui dimensione rispetto a una molecola d'acqua è come un kayak rispetto a un transatlantico. Sì, è molto importante esaminare visivamente le molecole d'acqua .

Per ora... per l'acqua ci accontentiamo della posizione mostrata in Fig. 9. Un solido (ad esempio il ghiaccio) ha una struttura cristallina. Negli occhi, le particelle sono in uno stato di movimento caotico. Lo stato fisico del liquido è ancora un mistero.

Cos'è il plasma: un gas insolito

Fin dall'infanzia conosciamo diversi stati di aggregazione delle sostanze. Prendiamo ad esempio l'acqua. Il suo stato abituale è noto a tutti: liquido, è distribuito ovunque: fiumi, laghi, mari, oceani. Il secondo stato di aggregazione è il gas. Non lo vediamo spesso. Il modo più semplice per raggiungere lo stato gassoso dell'acqua è farla bollire. Il vapore non è altro che lo stato gassoso dell'acqua. Il terzo stato di aggregazione è un corpo solido. Possiamo osservare un caso simile, ad esempio, nei mesi invernali. Il ghiaccio è acqua ghiacciata e esiste un terzo stato di aggregazione.
Questo esempio mostra chiaramente che quasi tutte le sostanze hanno tre stati di aggregazione. Per alcuni è facile da raggiungere, per altri è più difficile (sono necessarie condizioni speciali).

Ma la fisica moderna identifica un altro stato indipendente della materia: il plasma.

Il plasma è un gas ionizzato con uguale densità di cariche positive e negative. Come sapete, quando fortemente riscaldata, qualsiasi sostanza passa nel terzo stato di aggregazione: il gas. Se continuiamo a riscaldare la sostanza gassosa risultante, il risultato sarà una sostanza con un processo di ionizzazione termica fortemente aumentato; gli atomi che compongono il gas si disintegrano per formare ioni. Questa condizione può essere osservata ad occhio nudo. Il nostro Sole è una stella, come milioni di altre stelle e galassie nell'universo, non c'è altro che plasma ad alta temperatura. Sfortunatamente, sulla Terra, il plasma non esiste in condizioni naturali. Ma possiamo ancora osservarlo, ad esempio, un lampo. In condizioni di laboratorio, il plasma veniva inizialmente ottenuto facendo passare l'alta tensione attraverso un gas. Oggi molti di noi usano il plasma nella vita di tutti i giorni: si tratta di normali lampade fluorescenti a scarica di gas. Per le strade si vedono spesso pubblicità al neon, che non sono altro che plasma a bassa temperatura in tubi di vetro.

Per passare dallo stato gassoso al plasma, il gas deve essere ionizzato. Il grado di ionizzazione dipende direttamente dal numero di atomi. Un'altra condizione è la temperatura.

Fino al 1879 la fisica descriveva ed era guidata soltanto da tre stati della materia. Fino a quando lo scienziato, chimico e fisico inglese William Crookes iniziò a condurre esperimenti per studiare la conduttività dell'elettricità nei gas. Le sue scoperte includono la scoperta dell'elemento Talio, la produzione di elio in condizioni di laboratorio e, naturalmente, i primi esperimenti con la produzione di plasma freddo in tubi a scarica di gas. Il termine familiare “plasma” fu usato per la prima volta nel 1923 dallo scienziato americano Langmuir, e successivamente da Tonkson. Fino ad allora per “plasma” si intendeva solo la componente incolore del sangue o del latte.

La ricerca odierna mostra che, contrariamente alla credenza popolare, circa il 99% di tutta la materia nell'universo è allo stato di plasma. Tutte le stelle, tutto lo spazio interstellare, le galassie, le nebulose, il ventaglio solare sono tipici rappresentanti del plasma.
Sulla terra possiamo osservare fenomeni naturali come i fulmini, l'aurora boreale, il “fuoco di Sant'Elmo”, la ionosfera terrestre e, naturalmente, il fuoco.
L'uomo ha anche imparato a usare il plasma a proprio vantaggio. Grazie al quarto stato della materia possiamo utilizzare lampade a scarica di gas, televisori al plasma, saldatura ad arco elettrico e laser. Possiamo anche osservare fenomeni di plasma durante un'esplosione nucleare o il lancio di razzi spaziali.

Una delle ricerche prioritarie nella direzione del plasma può essere considerata la reazione della fusione termonucleare, che dovrebbe diventare un sostituto sicuro dell'energia nucleare.

Secondo la classificazione, il plasma è diviso in bassa temperatura e alta temperatura, equilibrio e non equilibrio, ideale e non ideale.
Il plasma a bassa temperatura è caratterizzato da un basso grado di ionizzazione (circa l'1%) e una temperatura fino a 100mila gradi. Ecco perché plasma di questo tipo viene spesso utilizzato in diversi processi tecnologici (applicazione di un film di diamante su una superficie, modifica della bagnabilità di una sostanza, ozonizzazione dell'acqua, ecc.).

Il plasma ad alta temperatura o “caldo” ha una ionizzazione quasi del 100% (questo è proprio lo stato che si intende per quarto stato di aggregazione) e una temperatura fino a 100 milioni di gradi. In natura, queste sono stelle. In condizioni terrestri, è il plasma ad alta temperatura che viene utilizzato per esperimenti di fusione termonucleare. Una reazione controllata è piuttosto complessa e dispendiosa in energia, ma una reazione incontrollata si è rivelata un'arma di potenza colossale: una bomba termonucleare testata dall'URSS il 12 agosto 1953.
Ma questi sono estremi. Il plasma freddo ha preso saldamente il suo posto nella vita umana; la fusione termonucleare controllata è ancora un sogno; le armi in realtà non sono applicabili.

Ma nella vita di tutti i giorni il plasma non è sempre altrettanto utile. Talvolta vi sono situazioni in cui le scariche di plasma dovrebbero essere evitate. Ad esempio, durante qualsiasi processo di commutazione osserviamo un arco plasma tra i contatti, che deve essere urgentemente spento.

Ogni sostanza che esiste in natura ha. Una sostanza di qualsiasi tipo riscaldata a temperature incredibili può trasformarsi in plasma, ma non... Forse questa è una di quelle sostanze che differiscono per natura. Cosa si può fare con il liquido per ottenere un misterioso quarto stato, diverso dal plasma?

Alla ricerca dell'ignoto

Il cosiddetto stato misterioso dell'acqua è un liquido unico scoperto molti anni fa da Deryagin, che nelle sue proprietà fisiche è simile a qualsiasi altra sostanza. Cioè, quando la temperatura scende a 0 gradi e al di sotto, la sua densità diminuisce. In sostanza, potrebbe essere chiamata acqua molecolare, ma questa è una semplificazione eccessiva e non risponde realmente alla domanda sul perché si verifica questo fenomeno.

Come si forma? Fenomeni naturali insoliti hanno portato gli scienziati a credere che esistano condizioni speciali in cui il liquido rimane liquido anche a temperature inferiori allo zero. Cosa si doveva fare in condizioni naturali per questo? Da qualche parte all'interno del circolo polare artico (e anche un po' più a nord) si verifica un fenomeno di nuvolosità in alta quota. Se alle medie latitudini e al sud le nubi non superano i 10 chilometri, al nord le nubi nottilucenti superano gli 80 chilometri. Questo è molto alto, ma poi si scopre che l'acqua può esistere a temperature negative.

Incredibile incoerenza

Da dove viene questo paradosso teorico? Lo stato di aggregazione cambia quando l'acqua raggiunge una temperatura di 0 gradi. E le nuvole che fluttuano a 10 chilometri di altitudine si trovano ancora nella zona di temperatura positiva. All'altitudine dove sono state scoperte leggere nubi nottilucenti non ci sono nemmeno zone con temperature positive. La vicinanza dello spazio e la distanza dalla superficie della Terra, che riflette il calore, aumentano le temperature negative. Inoltre, le nuvole non sono cristalli di ghiaccio, ma gocce d'acqua, ma così piccole che è difficile dire immediatamente in che forma si trovano. Di conseguenza, si scopre che lo stato di aggregazione non cambia alle basse temperature negli strati superiori dell'atmosfera.

Deryagin ha studiato il fenomeno insolito. Ha condotto esperimenti in condizioni create artificialmente, perché all'epoca in cui iniziò i suoi studi, era troppo costoso volare a un'altitudine di 80 chilometri per studiare i liquidi. Pertanto, è stata utilizzata una camera Dewar. Conteneva un termometro, un capillare (un tubo di vetro molto sottile) e una grande camera principale. Questo dispositivo funzionava nel modo seguente: quando l'aria veniva pompata fuori, la temperatura scendeva, si formava condensa e la parte che si depositava nel capillare era acqua del secondo tipo, acqua Deryagin. Cioè, il quarto stato.

Cambiamento di densità

Di conseguenza, si è scoperto che lo stato della nuova acqua ottenuta in laboratorio differisce nei suoi parametri fisici da quelli del liquido normale. E il grafico che mostrava la densità rispetto alla temperatura non sembrava più un’iperbole. Era una classica linea retta che intersecava il grafico rigorosamente nel punto (0; 0). Pertanto, nuova acqua potrebbe esistere a temperature inferiori allo zero senza trasformarsi in ghiaccio. Ma è possibile ottenere non solo gocce, ma anche liquido a tutti gli effetti?

Cosa sappiamo dell'acqua? Il fatto che a determinate temperature può trasformarsi da uno stato all'altro, e questo stato liquido è intermedio. E il suo liquido può passare facilmente, passando dallo stato di ghiaccio allo stato di vapore. - liquido straordinario. Dopotutto, ci sono ancora molti aspetti diversi che non sono stati ancora studiati. Tuttavia, vale la pena parlare di cos'è l'acqua in modo più dettagliato, anche se sei completamente sicuro delle tue conoscenze.

Acqua sperimentale

Non ne hai mai sentito parlare? Probabilmente dovrete saperne di più, perché al momento è in corso un'altra fase di test ed esperimenti relativi a quest'acqua. È troppo presto per dare una risposta su quali stati aggregati dell’acqua esistano ancora in natura. Dopotutto, non molto tempo fa pensavano che fossero solo tre, ma si è scoperto che erano di più. Tuttavia, la ricerca non è stata effettuata invano.

E in generale, possiamo essere orgogliosi che siano stati avviati in Russia. Purtroppo ad un certo punto furono chiusi e la risposta non fu trovata. Ma il fatto che ora siano conosciuti non tre, ma quattro stati dell'acqua dimostra che il mondo non è stato completamente esplorato. A proposito, per coloro che credevano che lo stato sarebbe stato il plasma, diciamo che è quasi impossibile produrre plasma dall’acqua. Tuttavia, chissà quando la scienza cambierà nuovamente direzione e l’impossibile tornerà ad essere reale.

Cosa succederà dopo?

Sapremo la risposta solo quando verrà fatta la scoperta. Nel frattempo è in corso una seria ricerca. Dopotutto, disperde la luce in un modo insolito, altrimenti come potrebbe una persona comune spiegare il fatto che i fendinebbia esistono parallelamente a quelli ordinari? Inoltre, l'acqua stessa è originale. Basti pensare che le sue proprietà fisiche differiscono da quelle dei comuni liquidi. E questo nonostante l'acqua esista sia sulla Terra che nello spazio, sebbene allo stato molecolare, in parte simile a quello gassoso.

Quale luogo è stato il luogo di nascita dell'acqua? E tutti e tre gli stati sono comparsi contemporaneamente oppure anche l'acqua si è evoluta? La risposta non è stata ancora data, difficilmente sarà possibile scoprirlo presto, ma gli scienziati hanno scoperto che l'acqua esiste effettivamente sia nello spazio che su altri pianeti. Pertanto, se intraprendi correttamente lo studio dell'acqua, sarai sicuramente in grado di imparare molte cose nuove e interessanti. Ma questa risposta è ancora solo un mistero.