- Ciepło właściwe
- Utajone ciepło parowania
- Stała dielektryczna
- Dyfuzja
- Gęstość
- Woda lekka i ciężka
- Ekspansje lodowe
- Napięcie powierzchniowe
- Bibliografia
Te anomalie wodzie są te właściwości, które odróżniają i pozycjonowane za najważniejsze, natomiast specjalne wszystkich substancji ciekłej. Fizycznie i chemicznie woda wykazuje ogromną różnicę w porównaniu z innymi cieczami, przekraczając nawet oczekiwania i obliczenia teoretyczne. Być może jest to tak proste, a jednocześnie tak złożone, jak samo życie.
Jeśli węgiel jest kamieniem węgielnym życia, woda odpowiada jego płynowi. Gdyby nie był wyjątkowy i nieporównywalny, produkt swoich anomalii, wiązania węglowe, które tworzą biologiczne matryce, nie byłyby użyteczne; percepcja życia rozpadłaby się, oceany zamarzłyby całkowicie, a chmury nie zostałyby zawieszone na niebie.
Góry lodowe i bryły lodu unoszące się na wodzie stanowią zwykle pomijany przykład jednej z anomalii wodnych. Źródło: Pexels.
Para wodna jest dużo lżejsza niż inne gazy, a jej interakcja z atmosferą powoduje powstawanie chmur; ciecz jest znacznie bardziej gęsta w stosunku do gazu, a ta różnica w jej gęstości wydaje się wyraźniejsza w porównaniu z innymi związkami; a ciało stałe, anomalnie, ma znacznie mniejszą gęstość niż ciecz.
Przykładem tego ostatniego jest fakt, że góry lodowe i lód pływają w wodzie w stanie ciekłym, będącym produktem o mniejszej gęstości.
Ciepło właściwe
Plaże, kolejny naturalny przykład, gdzie anomalne ciepło właściwe wody jest obserwowane makroskopowo. Źródło: Pixabay.
Woda silnie sprzeciwia się podwyższaniu temperatury przed źródłem ciepła. Dlatego źródło musi dostarczyć wystarczającą ilość ciepła, aby zmusić wodę do podniesienia temperatury o jeden stopień Celsjusza; to znaczy, że jego ciepło właściwe jest wysokie, wyższe niż w przypadku jakiegokolwiek zwykłego związku i ma wartość 4,186 J / g · ºC.
Możliwe wyjaśnienia jego anomalnego ciepła właściwego wynikają z faktu, że cząsteczki wody tworzą nieuporządkowane wielokrotne wiązania wodorowe, a ciepło jest rozpraszane w celu zwiększenia wibracji takich mostów; w przeciwnym razie cząsteczki wody nie wibrowałyby z większą częstotliwością, co przekłada się na wzrost temperatury.
Z drugiej strony, gdy cząsteczki zostaną wzbudzone termicznie, przywrócenie pierwotnego stanu wiązań wodorowych wymaga czasu; jest to to samo, co stwierdzenie, że schłodzenie się w normalnych warunkach wymaga czasu, zachowując się jak zbiornik ciepła.
Na przykład plaże przejawiają oba zachowania w różnych porach roku. Zimą pozostają cieplejsze od otaczającego powietrza, a latem chłodniejsze. Z tego powodu będzie słonecznie, ale kiedy będziesz pływać w morzu, jest chłodniej.
Utajone ciepło parowania
Woda ma bardzo wysoką entalpię lub utajone ciepło parowania (2257 kJ / kg). Ta anomalia współdziała z ciepłem właściwym: zachowuje się jak rezerwuar i regulator ciepła.
Jego cząsteczki muszą wchłonąć wystarczającą ilość ciepła, aby przejść do fazy gazowej, a ciepło jest pobierane z ich otoczenia; zwłaszcza na powierzchni, do której są przymocowane.
Tą powierzchnią może być na przykład nasza skóra. Podczas ćwiczeń ciało wydziela pot, którego skład to zasadniczo woda (powyżej 90%). Pot pochłania ciepło ze skóry i odparowuje, dając w ten sposób uczucie chłodzenia. To samo dzieje się z glebą, która po odparowaniu wilgoci obniża temperaturę i jest chłodniejsza.
Stała dielektryczna
Cząsteczka wody jest wyjątkowo polarna. Znajduje to odzwierciedlenie w jego stałej dielektrycznej (78,4 przy 25ºC), która jest wyższa niż w przypadku innych płynnych substancji. Ze względu na swoją wysoką biegunowość jest zdolny do rozpuszczania dużej liczby związków jonowych i polarnych. Z tego powodu jest uważany za uniwersalny rozpuszczalnik.
Dyfuzja
Dyfuzja wody przez rurę. Źródło: Pxhere.
Jedną z dziwnych anomalii wody w stanie ciekłym jest to, że dyfunduje ona znacznie szybciej, niż szacuje się, przez otwór o mniejszych rozmiarach. Płyny generalnie zwiększają swoją prędkość, gdy przepływają przez węższe rury lub kanały; ale woda przyspiesza bardziej drastycznie i gwałtownie.
Makroskopowo można to zaobserwować, zmieniając pole przekroju poprzecznego rur, przez które krąży woda. I nanometrycznie, to samo można zrobić, ale używając nanorurek węglowych, zgodnie z badaniami obliczeniowymi, które pomagają wyjaśnić związek między strukturą molekularną a dynamiką wody.
Gęstość
Na początku wspomniano, że lód ma mniejszą gęstość niż woda. Oprócz tego osiąga maksymalną wartość około 4ºC. Kiedy woda ostygnie poniżej tej temperatury, gęstość zaczyna się zmniejszać, a zimniejsza woda rośnie; i wreszcie, blisko 0ºC, gęstość spada do minimalnej wartości, jaką jest lód.
Jedną z głównych konsekwencji tego jest nie tylko możliwość unoszenia się gór lodowych; ale także sprzyja życiu. Gdyby lód był gęstszy, opadłby i ochłodził głębiny do zamarznięcia. Morza ochłodziłyby się wtedy od dołu do góry, pozostawiając jedynie warstwę wody dostępną dla fauny morskiej.
Ponadto, gdy woda przedostaje się do zakamarków skał, a temperatura spada, po zamarznięciu rozszerza się, sprzyjając jej erozji oraz morfologii zewnętrznej i wewnętrznej.
Woda lekka i ciężka
W miarę jak lód pływa, powierzchnie jezior i rzek zamarzają, a ryby mogą nadal żyć w głębinach, gdzie tlen dobrze się rozpuszcza, a temperatura jest powyżej lub poniżej 4ºC.
Z drugiej strony, woda w stanie ciekłym w rzeczywistości nie jest uważana za idealnie jednorodną, ale składa się z agregatów strukturalnych o różnych gęstościach. Na powierzchni znajduje się woda najlżejsza, a na dnie najgęstsza.
Jednak takie „przejścia” ciecz-ciecz są zauważalne tylko w wodzie przechłodzonej i podczas symulacji przy wysokich ciśnieniach.
Ekspansje lodowe
Inną charakterystyczną anomalią wody jest to, że lód obniża temperaturę topnienia wraz ze wzrostem ciśnienia; to znaczy przy wyższym ciśnieniu lód topi się w niższych temperaturach (poniżej 0ºC). To tak, jakby lód zamiast się kurczyć, rozszerza się pod wpływem ciśnienia.
To zachowanie jest odwrotne do innych ciał stałych: im większy nacisk na nie, a tym samym ich kurczenie się, będą wymagały wyższej temperatury lub ciepła do stopienia, a tym samym będą w stanie oddzielić swoje cząsteczki lub jony.
Warto również wspomnieć, że lód jest jedną z najbardziej śliskich ciał stałych w przyrodzie.
Napięcie powierzchniowe
Owad chodzący po powierzchni wody. Źródło: Pixabay.
Wreszcie, chociaż wymieniono tylko kilka anomalii (z około 69 znanych i wiele innych do odkrycia), woda ma nienormalnie wysokie napięcie powierzchniowe.
Wiele owadów wykorzystuje tę właściwość, aby móc chodzić po wodzie (górne zdjęcie). Dzieje się tak, ponieważ jego ciężar nie wywiera wystarczającej siły, aby przełamać napięcie powierzchniowe wody, której cząsteczki zamiast rozszerzać się, kurczą się, zapobiegając zwiększaniu się powierzchni lub powierzchni.
Bibliografia
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia. (8th ed.). CENGAGE Learning.
- Dzieci i nauka. (2004). Anomalia wody. Odzyskany z: vias.org
- Chaplin Martin. (2019). Anomalne właściwości wody. Struktura wody i nauka. Odzyskane z: 1.lsbu.ac.uk
- ChimiSpiega. (02 lutego 2014). Woda: dziwny przypadek wokół nas. Chimicare. Odzyskane z: chimicare.org
- Nilsson, A. i Pettersson, LG (2015). Strukturalne pochodzenie anomalnych właściwości wody w stanie ciekłym. Nature communication, 6, 8998. doi: 10.1038 / ncomms9998
- IIEH. (2 lipca 2014). Anomalie wodne. Ewolucja i środowisko: Instytut Badawczy Ewolucji Człowieka AC Źródło: iieh.com
- Pivetta Marcos. (2013). Dziwna strona wody. Badania FAPESP. Odzyskane z: revistapesquisa.fapesp.br