Die kragte van water
Die kragte van water, die kragte wat daarop inwerk en enkele rolle van hierdie wonder-chemikalie in die natuur
Hoe die waters maak en breek...
ATER spel lewe. Daarsonder sou ons sterf. Maar oral rondom ons laat dit sy invloed op 'n duisternis ander maniere geld. Die kragte van water is met een woord ontsagwekkend...
WATER kan krag uitoefen in al drie sy vorms, naamlik as vaste stof (ys), as vloeistof en as gas (stoom).
• As ys: Wanneer water in ys verander, sit dit uit. Sy volume vermeerder in die proses met sowat nege persent. Verysde water kan dus waterpype en selfs die verkoelers in motors laat bars in streke waar die temperatuur tot onder die vriespunt (0 grade Celsius) daal. Spesiale maatreëls is daarom dikwels nodig om dié soort skade te voorkom. Teenvriesmiddels kan byvoorbeeld in die water in motorverkoelers gegooi word wat keer dat die water verys.
• As vloeistof: Water vloei vanweë swaartekrag altyd van 'n hoër geleë plek na 'n laer geleë plek. Gevolglik kan afwaarts vloeiende water gebruik word om byvoorbeeld die waterwiel [FOTO HIERBY] van 'n meule te laat draai (om graan te maal) of om die turbine in 'n kragsentrale te laat tol, wat weer 'n generator laat draai om elektrisiteit op te wek. Elektrisiteit wat só deur middel van waterkrag ontwikkel word, word hidro-elektriese krag genoem. Water kan ook deur ander faktore soos die wind, die getye en ondergrondse aardverskuiwings (die aanstigters van die gevreesde tsoenami's) in beweging gebring word—wat geweldige gevolge kan hê wanneer sulke kragte in die vorm van vloede of oorstromings ontlaai.
Die uitwerking wat lopende water oor haas onmeetlike tye op gesteentes kan hê, is op min plekke op aarde so dramaties waarneembaar as by die beroemde Grand Canyon [FOTO HIERBY] in die Amerikaanse staat Arizona. Deur die eroderende werking (wegvreting) van die Colorado River, is die canyon van sowat 440 km lank, 8 tot byna 30 km breed en meer as 1,6 km diep oor baie, baie eeue gevorm.
• As stoom: Wanneer water kookpunt bereik (100 grade Celsius) gaan dit oor tot 'n gas (stoom) en sit dit geweldig uit. Trouens, water in sy gastoestand het 1.600 keer meer ruimte nodig as water in sy vloeistofvorm. Met hierdie enorme uitsetting word 'n hewige drukking ondervind in enige geslote houer waarin stoom gegenereer kan word. Hierdie drukking of krag is veral in die verlede gebruik in stoomskepe en stoomlokomotiewe, maar word vandag steeds grootliks in olie- of steenkool-kragsentrales aangewend vir die opwekking van elektrisiteit. Selfs in kernkragsentrales, soos by Koeberg in die Wes-Kaap, word water deur atoomkrag in stoom omgeskakel om elektrisiteit op die wek.
Die invloed van kragte op water
KRAGTE wat op water kan inwerk, is byvoorbeeld die reeds genoemde swaartekrag, die wind en aardverskuiwings. Maar ook elektrisiteit, hitte en selfs die wenteling van die aarde om sy eie as, laat hul invloed terdeë op water geld.
• Swaartekrag: Die aarde se swaartekrag veroorsaak die vloeiing van water vanaf hoër na laer plekke. Elke keer wanneer jy 'n kraan oopdraai en, sê, water in 'n glas opvang om te drink, maak jy op die aarde se swaartekrag staat om jou kosbare voggies in die glas te laat val.
In die Internasionale Ruimtestasie, wat om die aarde wentel, is hierdie swaartekrag egter byna geneutraliseer, sodat die ruimtevaarders nie eens 'n gewone stortbad kan neem nie. Die stort het geen sproeikop nie, omdat die swaartekrag hier in die ruimte 'n miljoen keer swakker as op die aarde is. Stortwater kan nie sproei nie, maar dryf rond pleks van om te val. Elke ruimtevaarder ontvang dus net 'n paar liter water om saam met seep aan die vel te smeer. Nadat 'n mens jou afgedroog het, word die waterbobbeltjies rondom jou met 'n suigapparaat opgesuig.
Teenoor die swaartekrag van die aarde, bewerk die aantrekkingskragte van die son en die maan op hul beurt die getye in die see op ons planeet. Ons oseane word in der waarheid deur son en maan soos rubberrekke gerek (REGS). Die bewegings van die son-maan-aarde-sisteem bepaal hoeveel die oseane gerek word, asook in watter rigting. Een manier om hieraan te dink, is om jou voor te stel jy kyk van bo af na 'n rubberband wat om 'n boomstomp gespan is (figuur a hieronder), terwyl twee mannetjies (die son en die maan) op verskillende maniere aan die rek band trek, soos op die ander illustrasies hieronder.
• Die hoeveelheid hitte wat aanwesig is, laat water soos reeds genoem verys, vervloei of verdamp. Maar die ongelyke verwarming van ons planeet deur die son, gepaard met die draaiing van die aarde om sy as, het eweneens 'n geweldige invloed op die oseane deur seestrome op te wek en dit in bepaalde rigtings te laat vloei.
• Winde is grootliks verantwoordelik vir die golwe en branders in die see. Saam met die getye hou hulle die oseane in beweging sodat dit nie soos vleiwater stagneer en begin stink nie!
• Elektrisiteit wat gestuur word deur water wat 'n bietjie aangesuur is, veroorsaak dat water in sy twee bestanddele, naamlik die gasse waterstof en suurstof opbreek word, soos op die illustrasie hieronder.
Hoe water met ander stowwe reageer
WATER kan met baie ander stowwe verbind en nuwe stowwe vorm. Dit kan ook baie stowwe oplos. Dit speel voorts 'n kataliserende rol in 'n menigte chemiese reaksies. Al hierdie eienskappe is noodsaaklik vir die lewensprosesse op aarde. Water kan ook baie dinge, soos modder, in suspensie hou—nie werklik die modder oplos nie, maar piepklein deeltjies daarvan saamdra en byvoorbeeld in riviere meevoer, waarna die modderdeeltjies uiteindelik in hawens ondertoe afsak waar dit voortdurend gebagger (met spesiale masjiene verwyder) moet word.
• Verbindings: Wanneer water met metale verbind, word die hidroksiede van daardie metale gevorm. Een bekende hidroksied is kalsiumhidroksied, wat ons as gebluste kalk ken. In die seepbedryf is natriumhidroksied (bytsoda of seepsoda) weer belangrik. Water kan egter ook in bepaalde omstandighede met sekere nie-metale reageer om ander belangrike verbindings te vorm. Een dergelike verbinding is die gewone suiker op ons tafels (C12H22O11) wat, as 'n mens dit mooi ontleed, bloot uit koolstof en die bestanddele van water, naamlik waterstof en suurstof, saamgestel is. Só is byvoorbeeld roet meestal koolstof, sodat 'n slim wetenskaplike selfs doodsuiwer, smaaklike suiker uit water en roet sal kan berei!
• Oplossings: Water los die suiker in jou koppie koffie op—maar ook die sout in die see, die chloorbevattende korrels in jou swembad en 'n onnoemlike hoeveelheid ander stowwe. Trouens, water is die beste oplosmiddel wat daar is. Oplossings is in die reël volledige mengsels van stowwe en nie die gevolg van chemiese veranderings waardeur nuwe stowwe ontstaan nie.
• Water as katalisator: Water laat dikwels chemiese reaksies tussen stowwe plaasvind, blykbaar sonder om self 'n deel van die reaksies te wees. Yster roes byvoorbeeld geil wanneer dit met suurstof verbind in die aanwesigheid van net 'n bietjie water. Water is boonop die belangrikste oorsaak waarom hout verrot, want dit skep die volmaakte omgewing vir organismes wat organiese stowwe soos hout afbreek.
• Water as draer van stowwe in suspensie: Modderdeeltjies wat dikwels dam- en rivierwater verkleur, asook dinge soos emulsieverwe los nie regtig in die water op waarin dit voorkom nie. Die water dra eintlik net die mikroskopiese klein deeltjies van die kleurstowwe.
Die kragte van kohesie en adhesie in water
ALLE stowwe—ook water— bestaan uit baie klein deeltjies wat molekules genoem word. Hierdie molekules vibreer gedurig en baie vinnig, en hulle trek mekaar aan asof hulle klein magneetjies is. Ons kan hierdie deeltjies en hul voortdurende beweging hoegenaamd nie sien deur bloot na die stowwe te kyk nie. Die molekules en die ruimtes daartussen is so uiters klein dat, sê, stilstaande water vir ons na een kompakte massa lyk.
Die aantrekkingskrag tussen die molekules van 'n spesifieke stof wat die deeltjies van daardie stof bymekaarhou, word kohesie genoem.
Daarteenoor kry ons ook adhesie. Adhesie is weer die aantrekkingskrag tussen die oppervlakke van twee stowwe wat chemies heeltemal van mekaar kan verskil.
As ons byvoorbeeld 'n glasskerf van 'n vensterruit in 'n houer met water insteek en dit dan weer uittrek, sal sekere van die water aan die glas bly vaskleef (adhesie), terwyl die res teruggetrek sal word na die water in die houer (kohesie).
Hierdie koherente en adherente kragte van water word duidelik in die natuur geïllustreer wanneer dit reën. As die grond dor en droog en die reënval betreklik lig is, sal baie van die water in die grond insyfer (adhesie). In die geval van 'n stortreën op grond wat boonop reeds deurweek is, sal baie van die reënwater saam in 'n massa wegvloei (kohesie) tot in spruite of riviere.
Kohesie is voorts deeglik in die spel wanneer waterdamp ('n gas) tot water ('n vloeistof) verdig en ook wanneer water as 'n vloeistof weens afkoeling in ys ('n vaste stof) verander. Kohesie is altyd die sterkste in 'n vaste stof, omdat die molekules nader aan mekaar is. In 'n vloeistof is die molekules verder van mekaar af en die krag is minder. Kohesie is die swakste in 'n gas, waarin die molekules so wyd verspreid lê dat die gas enige vorm of volume kan hê.
Wanneer waterdamp tot water verdig, is daar 'n kragtige saampersing van 'n aantal molekules met 'n vermeerderde aantrekkingskrag wat genoeg is om die struktuur van 'n vloeistof daaraan te verleen.
Kohesie word in vloeibare water weerspieël deur die oppervlakspanning wat veroorsaak word vanweë die ongebalanseerde binnewaartse trekkrag op die molekules by die oppervlak.
Dit is weens hierdie oppervlakspanning van water dat 'n soort "vlies" daarop voorkom, wat dit vir insekte soos waterkewers moontlik maak om daarop rond te skarrel sonder om te sink. 'n Mens sal selfs 'n naald op water kan laat dryf as jy dit hiperversigtig op die oppervlak sou kon neersit.
Tot muskietlarwes hang onderstebo aan hierdie "vlies" om te kan asemhaal by die wateroppervlak. Sodra olie egter op die water gegooi en die oppervlakspanning verbreek word, vrek die larwes omdat hulle nie verder kan hang nie.
Ook water wat stadig uit 'n kraan drup, toon die uitwerking van kohesie en oppervlakspanning. Elke druppel word stadig groter, is eers rond en word dan peervormig. Sodra die druppel 'n kritieke grootte bereik het, val dit. Met die valslag word dit bolvormig. 'n Reëndruppel word tot die vorm van 'n peer verwring as gevolg van die snelheid waarmee dit na benede val.
Druppels op 'n blaar [REGS] toon ook oppervlakspanning en kohesie. Die kleinste druppels is altyd presies rond. Groter druppels lyk platgedruk en is ovaalvormig. Daarteenoor is die heel grotes so swaar dat hulle nie meer aan oppervlakspanning onderworpe is nie en dus uitsprei.
Die wonderbaarlikheid van kohesie en oppervlakspanning kan eweneens geïllustreer word deur seepbelle te blaas, soos die meisie LINKS. 'n Mengsel van water en seep wat tot 'n dun vliesie met 'n ronde vorm uitgeblaas word, het besondere koherente kragte.
Oppervlakspanning gee die borrel sy ronde vorm en die lugdruk binne-in keer dat dit inmekaarval. Weerkaatste lig gee die borrel sy verskillende kleure. Maar die aantrekkingskrag van die aarde veroorsaak dat die water na die onderkant van die borrel vloei—en uiteindelik raak die vliesie bo so dun dat die borrel bars.
Foto van SciTech Center, Aurora, Illinois, deur Beacon News / Met vergunning van US National Science Foundation
Kragte wat afwesig is in water
WATER is kragteloos of onaktief in die sin dat dit nie kan verbrand nie—om die eenvoudige rede dat dit reeds "verbrand" het tydens die vurige vereniging van die waterstof en suurstof waaruit dit saamgestel is. Maar dis juis hierdie afwesige krag wat meebring dat dit so doeltreffend 'n vuur kan blus.
Water kan boonop nie alles oplos, met alles verbind of altyd as katalisator optree om alle stowwe chemies te verander nie. Goue juweliersware kan byvoorbeeld eeue lank in water lê sonder om "aan te slaan".
En in normale omstandighede is water ook nie radio-aktief nie. As dit was, sou die see en land dooie plekke gewees het en die lewe soos ons dit ken onmoontlik.
Water is dus sekerlik darem nie alles in ons stoflike lewe nie. Maar dit is 'n goeie ent voor enigiets wat die tweede plek kan inneem!