ČO SÚ TO ANOMÁLIE VODY? - CHÉMIA - 2026

Tieto anomálie vody sú tie vlastnosti, ktoré odlišujú a umiestnené ako najdôležitejšie a špeciálne všetky kvapalné látky. Voda fyzikálne a chemicky vykazuje obrovský rozdiel v porovnaní s inými tekutinami, dokonca presahuje očakávania a teoretické výpočty. Možno je to také jednoduché a zároveň zložité ako samotný život.

Ak je uhlík základným kameňom života, voda zodpovedá jeho tekutine. Keby to nebolo jedinečné a neporovnateľné, produkt jeho anomálií, uhlíkové väzby, ktoré tvoria biologické matrice, by neboli použiteľné; vnímanie života by sa rozpadlo, oceány by úplne zmrzli a oblaky by sa na oblohe nezastavili.

Ľadovce a ľadové útvary plávajúce na vode sú zvyčajne prehliadnutým príkladom jednej z anomálií vo vode. Zdroj: Pexels.

Vodná para je oveľa ľahšia ako iné plyny a jej interakcia s atmosférou vedie k tvorbe mrakov; kvapalina je podstatne hustejšia, pokiaľ ide o plyn, a tento rozdiel v jej hustotách vyzerá v porovnaní s inými zlúčeninami zvýraznený; a pevná látka má neobvykle omnoho menšiu hustotu ako tekutina.

Príkladom toho je skutočnosť, že ľadovce a ľad plávajú v tekutej vode, čo je produkt s nižšou hustotou.

Špecifické teplo

Pláže, ďalší prírodný príklad, kde je anomálne špecifické teplo vody pozorované makroskopicky. Zdroj: Pixabay.

Voda vykazuje silný odpor proti zvyšovaniu teploty pred zdrojom tepla. Preto musí zdroj dodávať dostatok tepla, aby prinútil vodu zvýšiť teplotu o jeden stupeň Celzia; to znamená, že jeho špecifické teplo je vysoké, vyššie ako teplo akejkoľvek bežnej zlúčeniny a má hodnotu 4,166 J / g · ° C.

Možné vysvetlenia jeho anomálneho špecifického tepla sú spôsobené skutočnosťou, že molekuly vody vytvárajú rušivým spôsobom viacnásobné vodíkové väzby a teplo sa rozptyľuje, aby sa zvýšili vibrácie takýchto mostov; inak by molekuly vody nevibrovali pri vyššej frekvencii, čo sa prejaví zvýšením teploty.

Na druhej strane, keď sú molekuly tepelne vzrušené, vyžaduje si čas, aby obnovili pôvodný stav svojich vodíkových väzieb; je to rovnaké ako tvrdenie, že ochladenie za normálnych podmienok trvá určitý čas a správa sa ako tepelná nádrž.

Napríklad pláže vykazujú obe správanie počas rôznych ročných období. V zime sú teplejšie ako okolitý vzduch av lete chladnejšie. Z tohto dôvodu bude slnečno, ale keď plávate v mori, je to chladnejšie.

Latentné teplo odparovania

Voda má veľmi vysokú entalpiu alebo latentné teplo odparovania (2257 kJ / kg). Táto anomália synergizuje so svojím špecifickým teplom: správa sa ako rezervoár a regulátor tepla.

Jeho molekuly musia absorbovať dostatok tepla, aby prešli do plynnej fázy a teplo sa získava z ich okolia; najmä na povrchu, na ktorý sú pripevnené.

Týmto povrchom môže byť napríklad naša pokožka. Keď telo cvičí, uvoľňuje pot, ktorého zloženie je v podstate voda (viac ako 90%). Pot absorbuje teplo z pokožky, aby sa vyparil, čím dáva pocit chladenia. To isté sa deje s pôdou, ktorá po odparení vlhkosti zníži teplotu a je chladnejšia.

Dielektrická konštanta

Molekula vody je mimoriadne polárna. To sa odráža v jeho dielektrickej konštante (78,4 pri 25 ° C), ktorá je vyššia ako u iných kvapalných látok. Vďaka svojej vysokej polarite je schopný rozpustiť veľké množstvo iónových a polárnych zlúčenín. Z tohto dôvodu sa považuje za univerzálne rozpúšťadlo.

rozptyl

Difúzia vody potrubím. Zdroj: Pxhere.

Jednou zo zvláštnych anomálií tekutej vody je to, že difunduje oveľa rýchlejšie, ako sa odhadovalo, cez otvor, ktorý je zmenšený. Kvapaliny všeobecne zvyšujú svoju rýchlosť, keď pretekajú užšími potrubiami alebo kanálmi; ale voda sa prudko a prudko zrýchľuje.

Makroskopicky to možno pozorovať zmenou prierezu rúrok, ktorými voda cirkuluje. To isté sa dá urobiť nanometricky, ale pomocou uhlíkových nanorúrok podľa výpočtových štúdií, ktoré pomáhajú objasniť vzťah medzi molekulárnou štruktúrou a dynamikou vody.

Hustota

Na začiatku bolo uvedené, že ľad má nižšiu hustotu ako voda. Okrem toho dosahuje maximálnu hodnotu okolo 4 ° C. Keď sa voda ochladí pod túto teplotu, hustota začne klesať a chladnejšia voda stúpa; a nakoniec, pri 0 ° C, hustota klesne na minimálnu hodnotu, hustotu ľadu.

Jedným z hlavných dôsledkov toho nie je len to, že sa môžu vznášať ľadovce; ale tiež uprednostňuje život. Keby bol ľad hustejší, ponoril by sa a ochladil by hlbiny do mrazu. Moria by sa potom ochladili zdola nahor, čím by pre morskú faunu zostal k dispozícii iba vodný film.

Okrem toho, keď voda presakuje do výklenkov hornín a teplota klesá, pri zamrznutí sa rozširuje, čo podporuje jej eróziu a vonkajšiu a vnútornú morfológiu.

Ľahká a ťažká voda

Keď ľad pláva, povrchy jazier a riek zamŕzajú, zatiaľ čo ryby môžu naďalej žiť v hĺbkach, kde sa kyslík dobre rozpúšťa a teplota je nad alebo pod 4 ° C.

Na druhej strane tekutá voda sa v skutočnosti nepovažuje za ideálne homogénnu, ale pozostáva zo štrukturálnych agregátov s rôznymi hustotami. Na povrchu sa nachádza najľahšia voda, zatiaľ čo na spodnej časti je najhustejšia voda.

Takéto „prechody“ kvapalina-kvapalina sú však viditeľné iba v podchladenej vode a pri simuláciách s vysokými tlakmi.

Expanzia ľadu

Ďalšou charakteristickou anomáliou vody je to, že ľad zvyšuje teplotu topenia so zvyšujúcim sa tlakom; to znamená, že pri vyššom tlaku sa ľad topí pri nižších teplotách (pod 0 ° C). Je to, akoby sa ľad, namiesto toho, aby sa sťahoval, v dôsledku tlaku rozširoval.

Toto správanie je v rozpore so správaním iných tuhých látok: čím vyšší je tlak na ne, a preto ich kontrakcia, bude potrebovať vyššiu teplotu alebo teplo, aby sa roztavili, a tak mohli oddeliť svoje molekuly alebo ióny.

Za zmienku tiež stojí, že ľad je jednou z najkĺzavejších pevných látok v prírode.

Povrchové napätie

Hmyz chôdza po hladine vody. Zdroj: Pixabay.

Nakoniec, hoci bolo spomenutých iba niekoľko anomálií (z približne 69, ktoré sú známe a mnoho ďalších sa objaví), voda má abnormálne vysoké povrchové napätie.

Mnoho hmyzov využíva túto vlastnosť, aby mohli chodiť po vode (horný obrázok). Je to tak preto, že jej hmotnosť nevyvíja dosť sily na prerušenie povrchového napätia vody, ktorej molekuly namiesto rozširovania, sťahovania zabraňujú zväčšeniu oblasti alebo povrchu.

Referencie

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning.
2. Deti a veda. (2004). Anomálie vody. Získané z: vias.org
3. Chaplin Martin. (2019). Anomálne vlastnosti vody. Štruktúra a veda o vode. Získané z: 1.lsbu.ac.uk
4. ChimiSpiega. (2. februára 2014). Voda: nepárny prípad okolo nás. Chimicare. Obnovené z: chimicare.org
5. Nilsson, A. a Pettersson, LG (2015). Štrukturálny pôvod anomálnych vlastností tekutej vody. Nature communications, 6, 8998. doi: 10,1038 / ncomms9998
6. IIEH. (2. júla 2014). Vodné anomálie. Evolúcia a životné prostredie: Výskumný ústav pre evolúciu človeka AC Získané z: iieh.com
7. Pivetta Marcos. (2013). Podivná strana vody. Výskum FAPESP. Získané z: revistapesquisa.fapesp.br