Το νερό είναι η περισσότερο διαδεδομένη χημική ένωση, που είναι απαραίτητη σε όλες τις γνωστές μορφές ζωής στον πλανήτη μας. Ωστόσο πρόκειται για μια πολύ ιδιότροπη χημική ένωση, την οποία οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμα κατανοήσει πλήρως.
Το νερό της λίμνης, που δίνει ζωή στην υδρόβια ζωή, το νερό της θάλασσας, το απέραντο πέλαγος, το γάργαρο νερό της βρύσης που μας δροσίζει, το νερό που κολυμπάμε και χαιρόμαστε τα καλοκαίρια είναι πηγή ζωής. Όμως και η ίδια η ζωή έχει τις παραξενιές της.
1. Το ζεστό νερό παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο
Πάρτε δυο κάδους, γεμίστε τον έναν με ζεστό και τον άλλο με κρύο νερό και τοποθετήστε τους στον καταψύκτη. Θα παρατηρήσετε ότι το ζεστό νερό θα παγώσει πριν από το κρύο. Όμως αυτό δεν είναι κάπως αλλόκοτο; Το ζεστό νερό πριν ψυχθεί θα πρέπει να φτάσει την θερμοκρασία του κρύου νερού, ενώ το κρύο νερό δεν χρειάζεται να περάσει από αυτό το στάδιο και μπορεί να ψυχθεί αμέσως.
Το 1963, ένας μαθητής από την Τανζανία, ονόματι Erasto B. Mpemba, πραγματοποιώντας ένα πείραμα σε τάξη μαγειρικής, παρατήρησε ότι ένα ζεστό μίγμα πάγωνε πιο γρήγορα από ένα κρύο. Όταν ρώτησε τον καθηγητή του για το φαινόμενο αυτό απλά τον ειρωνεύτηκε. Ευτυχώς, ο μαθητής δεν παραιτήθηκε, έπεισε έναν καθηγητή Φυσικής να πραγματοποιήσει ένα πείραμα, με το οποίο τελικά επιβεβαιώθηκαν οι παρατηρήσεις τους. Υπό ορισμένες συνθήκες, όντως το ζεστό νερό παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο.
Όμως, ποια εξήγηση δίνουν οι επιστήμονες στο φαινόμενο; Τελικά αποδείχτηκε ότι κανείς δεν γνωρίζει πραγματικά την αιτία του φαινομένου, ενώ υπάρχουν αρκετές πιθανές εξηγήσεις, που συμπεριλαμβάνουν διαφορές στην ψύξη, την εξάτμιση, τη δημιουργία πάγου, την αγωγή θερμότητας και τη διάλυση αερίων μεταξύ κρύου και ζεστού νερού.
2. Το φαινόμενο της Υπέρψυξης
Όλοι γνωρίζουμε ότι όταν το νερό παγώνει στους 0 °C (32 °F) δημιουργείται πάγος, εκτός από μερικές περιπτώσεις που κάτι τέτοιο δεν συμβαίνει. Στην πραγματικότητα, μπορούμε να καταψύξουμε καθαρό νερό κάτω από το σημείο ψύξης, χωρίς αυτό ποτέ να γίνει πάγος.
Το νερό, εάν ψυχθεί με τον σωστό ρυθμό, μπορεί να παραμείνει υγρό μέχρι και σχεδόν σε -38°C! Ακόμα και τότε, είναι δυνατό να αποφευχθεί η μετατροπή του νερού σε πάγο, την κρυστάλλινη δηλαδή μορφή του νερού.
Το ίδιο μπορεί να συμβεί αντίστοιχα με νερό που υπερ – θερμαίνεται και μπορεί να παραμένει υγρό ακόμα σε θερμοκρασίες πολύ μεγαλύτερες από αυτές του σημείου βρασμού.
3. Οι φάσεις του νερού
Πόσες φάσεις του νερού υπάρχουν; Εάν απαντήσατε τρείς (υγρή, αέρια και στερεή) τότε μάλλον κάνετε λάθος. Υπάρχουν τουλάχιστον πέντε διαφορετικές φάσεις υγρού νερού και 14 διαφορετικές φάσεις πάγου.
Όπως και με την υπέρψυξη, αποδεικνύεται πως οτιδήποτε και να κάνουμε, στους -38°C ακόμα και το πιο καθαρό νερό σταδιακά μετατρέπεται σε πάγο. Όμως, τι συμβαίνει όταν συνεχίζουμε να μειώνουμε τη θερμοκρασία; Στους -120°C κάτι παράξενο αρχίζει να συμβαίνει: το νερό παρουσιάζει αυξημένο ιξώδες και γίνεται πηχτό όπως το μέλι.
4. Κβαντικές ιδιότητες
Σε μοριακό επίπεδο, το νερό παρουσιάζει ακόμα περισσότερες παραξενιές. Το 1995, ένα πείραμα διασποράς νετρονίων είχε ένα περίεργο αποτέλεσμα. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι όταν τα νετρόνια στόχευαν προς τα μόρια του νερού, παρατηρήθηκαν έως και 25% λιγότερα πρωτόνια από αυτά που αναμένονταν. Με λίγα λόγια, σε χιλιοστά του δευτερολέπτου λαμβάνει χώρα ένα παράξενο κβαντικό φαινόμενο και η χημική φόρμουλα για το νερό δεν είναι H2O αλλά H1.5O!
Το νερό της λίμνης, που δίνει ζωή στην υδρόβια ζωή, το νερό της θάλασσας, το απέραντο πέλαγος, το γάργαρο νερό της βρύσης που μας δροσίζει, το νερό που κολυμπάμε και χαιρόμαστε τα καλοκαίρια είναι πηγή ζωής. Όμως και η ίδια η ζωή έχει τις παραξενιές της.
1. Το ζεστό νερό παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο
Πάρτε δυο κάδους, γεμίστε τον έναν με ζεστό και τον άλλο με κρύο νερό και τοποθετήστε τους στον καταψύκτη. Θα παρατηρήσετε ότι το ζεστό νερό θα παγώσει πριν από το κρύο. Όμως αυτό δεν είναι κάπως αλλόκοτο; Το ζεστό νερό πριν ψυχθεί θα πρέπει να φτάσει την θερμοκρασία του κρύου νερού, ενώ το κρύο νερό δεν χρειάζεται να περάσει από αυτό το στάδιο και μπορεί να ψυχθεί αμέσως.
Το 1963, ένας μαθητής από την Τανζανία, ονόματι Erasto B. Mpemba, πραγματοποιώντας ένα πείραμα σε τάξη μαγειρικής, παρατήρησε ότι ένα ζεστό μίγμα πάγωνε πιο γρήγορα από ένα κρύο. Όταν ρώτησε τον καθηγητή του για το φαινόμενο αυτό απλά τον ειρωνεύτηκε. Ευτυχώς, ο μαθητής δεν παραιτήθηκε, έπεισε έναν καθηγητή Φυσικής να πραγματοποιήσει ένα πείραμα, με το οποίο τελικά επιβεβαιώθηκαν οι παρατηρήσεις τους. Υπό ορισμένες συνθήκες, όντως το ζεστό νερό παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο.
Όμως, ποια εξήγηση δίνουν οι επιστήμονες στο φαινόμενο; Τελικά αποδείχτηκε ότι κανείς δεν γνωρίζει πραγματικά την αιτία του φαινομένου, ενώ υπάρχουν αρκετές πιθανές εξηγήσεις, που συμπεριλαμβάνουν διαφορές στην ψύξη, την εξάτμιση, τη δημιουργία πάγου, την αγωγή θερμότητας και τη διάλυση αερίων μεταξύ κρύου και ζεστού νερού.
2. Το φαινόμενο της Υπέρψυξης
Όλοι γνωρίζουμε ότι όταν το νερό παγώνει στους 0 °C (32 °F) δημιουργείται πάγος, εκτός από μερικές περιπτώσεις που κάτι τέτοιο δεν συμβαίνει. Στην πραγματικότητα, μπορούμε να καταψύξουμε καθαρό νερό κάτω από το σημείο ψύξης, χωρίς αυτό ποτέ να γίνει πάγος.
Το νερό, εάν ψυχθεί με τον σωστό ρυθμό, μπορεί να παραμείνει υγρό μέχρι και σχεδόν σε -38°C! Ακόμα και τότε, είναι δυνατό να αποφευχθεί η μετατροπή του νερού σε πάγο, την κρυστάλλινη δηλαδή μορφή του νερού.
Το ίδιο μπορεί να συμβεί αντίστοιχα με νερό που υπερ – θερμαίνεται και μπορεί να παραμένει υγρό ακόμα σε θερμοκρασίες πολύ μεγαλύτερες από αυτές του σημείου βρασμού.
3. Οι φάσεις του νερού
Πόσες φάσεις του νερού υπάρχουν; Εάν απαντήσατε τρείς (υγρή, αέρια και στερεή) τότε μάλλον κάνετε λάθος. Υπάρχουν τουλάχιστον πέντε διαφορετικές φάσεις υγρού νερού και 14 διαφορετικές φάσεις πάγου.
Όπως και με την υπέρψυξη, αποδεικνύεται πως οτιδήποτε και να κάνουμε, στους -38°C ακόμα και το πιο καθαρό νερό σταδιακά μετατρέπεται σε πάγο. Όμως, τι συμβαίνει όταν συνεχίζουμε να μειώνουμε τη θερμοκρασία; Στους -120°C κάτι παράξενο αρχίζει να συμβαίνει: το νερό παρουσιάζει αυξημένο ιξώδες και γίνεται πηχτό όπως το μέλι.
4. Κβαντικές ιδιότητες
Σε μοριακό επίπεδο, το νερό παρουσιάζει ακόμα περισσότερες παραξενιές. Το 1995, ένα πείραμα διασποράς νετρονίων είχε ένα περίεργο αποτέλεσμα. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι όταν τα νετρόνια στόχευαν προς τα μόρια του νερού, παρατηρήθηκαν έως και 25% λιγότερα πρωτόνια από αυτά που αναμένονταν. Με λίγα λόγια, σε χιλιοστά του δευτερολέπτου λαμβάνει χώρα ένα παράξενο κβαντικό φαινόμενο και η χημική φόρμουλα για το νερό δεν είναι H2O αλλά H1.5O!
