CE SUNT ANOMALIILE DE APĂ? - CHIMIE - 2025

De anomaliile de apă sunt acele proprietăți care disting și poziționate ca cel mai important și speciale toate substanța lichidă. Fizic și chimic, apa prezintă o diferență uriașă în comparație cu alte lichide, depășind chiar așteptările și calculele teoretice. Poate că este la fel de simplu și, în același timp, la fel de complex ca viața.

Dacă carbonul este piatra de temelie a vieții, apa corespunde fluidului său. Dacă nu ar fi unic și incomparabil, un produs al anomaliilor sale, legăturile de carbon care alcătuiesc matricile biologice nu ar fi de niciun folos; percepția vieții s-ar sfărâma, oceanele s-ar îngheța complet, iar norii nu vor fi suspendați pe cer.

Aisbergurile și corpurile de gheață care plutesc pe apă reprezintă un exemplu de obicei neglijat al uneia dintre anomaliile de apă. Sursa: Pexels.

Vaporii de apă sunt mult mai ușori decât alți gaze, iar interacțiunea sa cu atmosfera duce la formarea de nori; lichidul este considerabil mai dens în ceea ce privește gazul, iar această diferență în densitățile sale pare accentuată în comparație cu alți compuși; iar solidul, anomal, are o densitate mult mai mică decât lichidul.

Un exemplu din urmă este observat în faptul că aisbergurile și gheața plutesc în apa lichidă, un produs al densității sale mai mici.

Căldura specifică

Plaje, un alt exemplu natural în care căldura specifică anomală a apei este observată macroscopic. Sursa: Pixabay.

Apa prezintă o opoziție severă la creșterea temperaturii sale înaintea unei surse de căldură. Prin urmare, sursa trebuie să furnizeze suficientă căldură pentru a forța apa să-și ridice temperatura cu un grad centigrad; adică, căldura sa specifică este ridicată, mai mare decât cea a oricărui compus obișnuit și are o valoare de 4,186 J / g · ºC.

Posibile explicații pentru căldura sa anomală specifică se datorează faptului că moleculele de apă formează mai multe legături de hidrogen, într-un mod dezordonat, iar căldura este disipată pentru a crește vibrațiile unor astfel de poduri; altfel, moleculele de apă nu ar vibra la o frecvență mai mare, ceea ce se traduce printr-o creștere a temperaturii.

Pe de altă parte, odată ce moleculele au fost excitate termic, își fac timp pentru a restabili starea inițială a legăturilor lor de hidrogen; aceasta este aceeași cu a spune că este nevoie de timp pentru a se răci în condiții normale, comportându-se ca un rezervor de căldură.

Plajele, de exemplu, afișează ambele comportamente în diferite sezoane ale anului. Iarna rămân mai calde decât aerul din jur, iar vara mai rece. Din acest motiv va fi soare, dar când înoți în mare se simte mai rece.

Căldură latentă de vaporizare

Apa are o entalpie foarte mare sau o căldură latentă de evaporare (2257 kJ / kg). Această anomalie sinergizează cu căldura sa specifică: se comportă ca un rezervor și un regulator de căldură.

Moleculele sale trebuie să absoarbă suficientă căldură pentru a trece în faza gazelor, iar căldura este obținută din împrejurimile lor; în special pe suprafața de care sunt atașate.

Această suprafață poate fi, de exemplu, pielea noastră. Când organismul exercită, eliberă transpirație, a cărei compoziție este în esență apă (mai mare de 90%). Transpiratia absoarbe caldura din piele pentru a se vaporiza, dand astfel senzatia de racire. La fel se întâmplă și cu solul, care după vaporizarea umidității sale, își scade temperatura și se simte mai rece.

Constantă dielectrică

Molecula de apă este extrem de polară. Aceasta se reflectă în constanta sa dielectrică (78,4 la 25ºC), care este mai mare decât cea a altor substanțe lichide. Datorită polarității sale ridicate, este capabil să dizolve un număr mare de compuși ionici și polari. Din acest motiv este considerat solventul universal.

difuziune

Difuzia apei printr-o conductă. Sursa: Pxhere.

Una dintre anomaliile curioase ale apei lichide este că difuzează mult mai repede decât este estimat printr-o gaură care are dimensiuni reduse. În general, fluidele își măresc viteza atunci când trec prin conducte sau canale mai înguste; dar apa accelerează mai drastic și mai violent.

Macroscopic acest lucru poate fi observat prin modificarea zonei secțiunii transversale a conductelor prin care circulă apa. Și nanometric, același lucru se poate face, dar folosind nanotuburi de carbon, conform studiilor de calcul, care ajută la clarificarea relației dintre structura moleculară și dinamica apei.

Densitate

La început a fost menționat că gheața are o densitate mai mică decât apa. În plus, aceasta atinge o valoare maximă în jurul valorii de 4ºC. Când apa s-a răcit sub această temperatură, densitatea începe să scadă și apa mai rece crește; iar în final, aproape de 0ºC, densitatea scade la o valoare minimă, cea a gheții.

Una dintre consecințele principale ale acestui fapt nu este doar faptul că aisbergurile pot pluti; dar, de asemenea, favorizează viața. Dacă gheața ar fi mai densă, aceasta s-ar scufunda și ar răci adâncurile până la îngheț. Mările s-ar răci apoi de jos în sus, lăsând doar o peliculă de apă disponibilă faunei marine.

În plus, când apa se scurge în adâncurile rocilor, iar temperatura scade, se extinde atunci când îngheață, promovând eroziunea și morfologia externă și internă.

Apă ușoară și apă grea

Pe măsură ce gheața plutește, suprafețele lacurilor și râurilor îngheață, în timp ce peștele poate continua să trăiască în adâncimi, unde oxigenul se dizolvă bine și temperatura este peste sau sub 4ºC.

Pe de altă parte, apa lichidă, de fapt, nu este considerată în mod ideal omogenă, ci constă în agregate structurale cu densități diferite. La suprafață, cea mai ușoară apă este localizată, în timp ce în partea de jos, cea mai densă.

Totuși, astfel de „tranziții” lichid-lichide sunt vizibile numai în apă supraîncălzită și în simulări cu presiuni ridicate.

Extinderi de gheață

O altă anomalie caracteristică a apei este aceea că gheața își scade temperatura de topire odată cu creșterea presiunii; adică la presiune mai mare, gheața se topește la temperaturi mai scăzute (sub 0ºC). Este ca și cum gheața, în loc să se contracte, se extinde ca urmare a presiunii.

Acest comportament este contrar celui al altor solide: cu cât este mai mare presiunea asupra lor și, prin urmare, contracția lor, acestea vor necesita o temperatură sau o căldură mai mare pentru a se topi și astfel vor putea separa moleculele sau ionii lor.

De menționat, de asemenea, că gheața este unul dintre cele mai alunecoase solide din natură.

Tensiune de suprafata

Insecte care merg pe suprafața apei. Sursa: Pixabay.

În cele din urmă, deși au fost menționate doar câteva anomalii (dintre cele aproximativ 69 cunoscute și multe altele care trebuie descoperite), apa are o tensiune superficială anormal de mare.

Multe insecte profită de această proprietate pentru a putea merge pe apă (imaginea de sus). Acest lucru se datorează faptului că greutatea sa nu exercită suficientă forță pentru a rupe tensiunea de suprafață a apei, ale cărei molecule, în loc să se extindă, se contractă, împiedicând ca suprafața sau suprafața să crească.

Referințe

1. Whitten, Davis, Peck și Stanley. (2008). Chimie. (Ediția a VIII-a). CENGAGE Învățare.
2. Copii și știință. (2004). Anomalia apei. Recuperat din: vias.org
3. Chaplin Martin. (2019). Proprietăți anomale ale apei. Structura și știința apei. Recuperat din: 1.lsbu.ac.uk
4. ChimiSpiega. (2 februarie 2014). Apa: cazul ciudat din jurul nostru. Chimicare. Recuperat de la: chimicare.org
5. Nilsson, A., & Pettersson, LG (2015). Originea structurală a proprietăților anomale ale apei lichide. Comunicări naturii, 6, 8998. doi: 10.1038 / ncomms9998
6. IIEH. (2 iulie 2014). Anomalii de apă. Evoluție și mediu: Institutul de cercetare a evoluției umane AC recuperat de la: iieh.com
7. Pivetta Marcos. (2013). Partea ciudată a apei. Cercetări FAPESP. Recuperat din: revistapesquisa.fapesp.br