TGViewer
Научно-Технический·LAB-66·Лабораторный журнал беларуского химика Научно-Технический·LAB-66·Лабораторный журнал беларуского химика @lab66 · 18.8K subscribers
Post #2215 8.13K
Вселенная воды

Пятница, majówka и надо бы что-то красивое. Не много существует в нашем мире таких объектов, которые бы были одновременно и очень простыми, и невероятно сложными. Знакомый всем пример - это вода. Обычная вода. Давайте сегодня про нее.

***
В разных пабликах с "глубокомысленными" brainrot рассуждениями периодически можно увидеть рефлексии о том, что вот мол, вы только подумайте. Ведь когда вы принимаете душ, на вас попадает молекула воды, которая до этого была частью моря, испарилась с его поверхности, была облаком над Гималаями, пролилась дождем над Западной Двиной, попала в Минское море, потом с помощью Минскводоканал попала в трубопровод, и проскочив через десятки километров труд добралась до вашей квартиры и попала в душевую лейку. Интересная это штука, круговорот воды в природе. Звучит красиво, масштабно, грандиозно звучит

Но все эти "глубокие" масштабные мысли - просто досужая псевдонаучная чушь. Как известно, математика создана чтобы уничтожать иллюзии 😀 и вот с водой точки над i помог расставить математик Eric Stansifer

***
Итак, ни одна из молекул воды, вытекающих из вашей душевой лейки, не успевает сохранить своей формы еще даже не долетев до ваших волос. Про моря и озера говорить вообще бессмысленно. Почему так?

При комнатной температуре чистая жидкая вода ионизируется довольно слабо: на каждый миллиард молекул воды приходится всего 2,8 иона H⁺ и 2,8 иона OH⁻. Сами по себе одиночные протоны никогда не встречаются в привычной нам воде. Они всегда связаны с молекулами воды, образуя либо известный многим еще со средней школы ион гидроксония H₃O⁺, либо более крупные ассоциации→H₅O₂⁺, т.н. "ион Цунделя", H₉O₄⁺ и другие варианты. В простейшем "водяном ионе", гидроксонии H₃O⁺ связи очень слабые, даже слабее водородных связей. Поэтому отдельно взятый ион гидроксония существует в нашем мире меньше пикосекунды, а потом протон "перепрыгивает" на новую молекулу воды. Этот красивый процесс называется процессом Гротгуса (в честь химика Theodor Grotthuss)

Теперь внимание. Получается, что для каждого иона H⁺ (под которым подразумевается H₃O⁺ etc) в массе воды происходит около одного триллиона обменов водорода между близлежащими молекулами воды каждую секунду. Получается около 400 замен на молекулу воды, т.е. каждая молекула воды в вашей кружке с кофе меняет один из своих атомов водорода в среднем 400 раз/секунду. И это считается нижней границей, вполне может быть и 4000 раз/секунду. Т.е. если предположить что воде из душевой лейки требуется 140 мс чтобы достичь вашей головы, то это время окажется в 100 раз больше "периода полураспада" молекулы воды. Только одна на 2¹⁰⁰ молекул (~10000 литров воды) может себе такое позволить. Статистически за всю историю существования видимой Вселенной ни одна молекула воды никогда не сохранялась в жидкой воде при комнатной температуре в течение минуты (хотя возможно существуют какие-то неизвестные нам пока механизмы стабилизации)

Можно упростить задачу и спросить "а повторялась ли когда-то в природе комбинация из того самого атома кислорода и тех самых двух атомов водорода". В соответствии с Парадоксом дней рождения из тервера, среди N молекул воды возможно около N³ таких комбинаций.Чтобы с равной вероятностью (50/50) ожидать повторения хотя бы одной комбинации, нужно перебрать примерно √(N³) = N^(3/2) случайных комбинаций. При этом каждую секунду образуется 400*N новых таких комбинаций. Возьмем условный fluid inclusion - реликтовую воду, запечатанную глубоко в мантии Земли на протяжении миллиардов лет. Пусть объем запечатанной воды составляет 1 миллиграмм или 10¹⁹ молекул. Так вот понадобилось бы (10^9.5)/400 секунд или три месяца, чтобы конфигурация молекул совпала больше одного раза. Причем продлилось бы это чудо всего миллисекунду в идеальном случае (а скорее всего - пикосекунду, как было упомянуто ранее). Но здесь нужно делать поправку и на то, что "водяные реликты" вполне могут оказаться не идеальными объектом для расчетов

На видео: процесс Гротгуса идет как-то так :)
YouTube лаборатория катализаторов 1 like. "Процесс Гротгуса (Grotthuss mechanism)"
  • 👍 52
  • ❤ 13
  • 🔥 12
  • 🥴 5
  • ✍ 1
More from @lab66
  1. Oct 8, 2026❌ Чума! Есть такие темы, которые, в общем-то, комментировать нечем. Нынешняя информационна…
  2. Oct 6, 2026Сегодня ничего не предвещало беды, но внезапно, во время совершенно рядовой прогулки-посещ…
  3. Oct 5, 2026Нобелевскую премию по физиологии или медицине 2026 года получили Карл Дайссерот, Петер Хег…
  4. Oct 4, 2026παπουτσόσυκα | παπουτσόσυκα Что-то у нас в последнее время все какое-то грустное, да апока…
  5. Oct 3, 2026В журнале Torture опубликовано исследование о пытках и жестоком обращении с бывшими белару…
  6. Sep 27, 2026Тринадцатый выпуск научно-технической рубрики на Раніца@Белсат. Этот эпизод у нас посвящен…
Threads Profile ViewerView any public Threads profile without an account.Open ThreadLook →Writing with AI? Make it sound human.Metric37 rewrites AI drafts so they read naturally. Free AI detector, 1,500 words free.Try Metric37 →