КАКВО ПРЕДСТАВЛЯВАТ ВОДНИТЕ АНОМАЛИИ? - ХИМИЯ - 2025

На аномалии на вода са тези свойства, които разграничават и разположени като най-важен и специален течността вещество. Физически и химически водата показва огромна разлика в сравнение с други течности, дори надвишава очакванията и теоретичните изчисления. Може би е толкова просто и в същото време толкова сложно, колкото и самият живот.

Ако въглеродът е крайъгълният камък на живота, водата съответства на неговата течност. Ако не беше уникален и несравним, продукт на неговите аномалии, въглеродните връзки, които съставят биологичните матрици, нямаше да са от полза; възприятието за живот ще се разпадне, океаните ще замръзнат напълно и облаците няма да бъдат окачени на небето.

Айсбергите и телата на лед, плаващи върху водата, представляват обикновено пренебрегван пример за една от водните аномалии. Източник: Pexels

Водната пара е много по-лека от другите газове и нейното взаимодействие с атмосферата води до образуването на облаци; течността е значително по-гъста по отношение на газа и тази разлика в плътностите му изглежда подчертана в сравнение с други съединения; и твърдото вещество, аномално, има много по-ниска плътност от течността.

Пример за последното се наблюдава във факта, че айсберги и лед плуват в течна вода, продукт с по-ниската му плътност.

Специфична топлина

Плажове, друг естествен пример, при който аномалната специфична топлина на водата се наблюдава макроскопски. Източник: Pixabay

Водата показва силно противопоставяне на повишаване на температурата си преди източник на топлина. Следователно източникът трябва да доставя достатъчно топлина, за да принуди водата да повиши температурата си с един градус по Целзий; т.е. нейната специфична топлина е висока, по-висока от тази на всяко обикновено съединение и има стойност 4,186 J / g · ºC.

Възможните обяснения за неговата аномална специфична топлина се дължат на факта, че водните молекули образуват множество водородни връзки по безреден начин и топлината се разсейва, за да увеличи вибрациите на такива мостове; в противен случай молекулите на водата не биха вибрирали с по-висока честота, което се изразява в повишаване на температурата.

От друга страна, след като молекулите са термично възбудени, им е необходимо време да възстановят първоначалното състояние на водородните си връзки; това е същото като да се каже, че е необходимо време да се охлади при нормални условия, като се държи като резервоар за топлина.

Плажовете например показват и двете поведения през различните сезони на годината. През зимата остават по-топли от околния въздух, а през лятото по-хладно. Поради тази причина ще бъде слънчево, но когато плувате в морето, се чувства по-хладно.

Латентна топлина на изпаряване

Водата има много висока енталпия или латентна топлина на изпаряване (2257 kJ / kg). Тази аномалия синергизира със специфичната си топлина: тя се държи като резервоар и регулатор на топлината.

Молекулите му трябва да абсорбират достатъчно топлина, за да преминат в газовата фаза, а топлината се получава от заобикалящата ги среда; особено на повърхността, към която са прикрепени.

Тази повърхност може да бъде например нашата кожа. Когато тялото упражнява, той отделя пот, чийто състав по същество е вода (по-голяма от 90%). Потта абсорбира топлината от кожата, за да се изпари, като по този начин дава усещането за охлаждане. Същото се случва и с почвата, която след изпаряване на влагата си понижава температурата и се чувства по-студена.

Диелектрична константа

Водната молекула е изключително полярна. Това се отразява в неговата диелектрична константа (78.4 при 25ºC), която е по-висока от тази на други течни вещества. Поради високата си полярност е способен да разтваря голям брой йонни и полярни съединения. Именно поради тази причина се счита за универсален разтворител.

дифузия

Дифузия на водата през тръба. Източник: Pxhere.

Една от любопитните аномалии на течната вода е, че тя се дифундира много по-бързо, отколкото се изчислява през дупка, която е намалена по размер. Течностите обикновено увеличават скоростта си, когато текат през по-тесни тръби или канали; но водата се ускорява по-драстично и силно.

Макроскопски това може да се наблюдава чрез промяна на площта на напречното сечение на тръбите, през които циркулира водата. И нанометрично същото може да се направи, но с помощта на въглеродни нанотръби, според изчислителните проучвания, които помагат да се изясни връзката между молекулната структура и динамиката на водата.

плътност

В началото беше споменато, че ледът е с по-ниска плътност от водата. В допълнение към това той достига максимална стойност около 4ºC. Когато водата се охлади под тази температура, плътността започва да намалява и по-студената вода се повишава; и накрая, близо до 0 ° C, плътността пада до минимална стойност, тази на леда.

Едно от основните последствия от това не е само, че айсбергите могат да плават; но също така, той благоприятства живота. Ако ледът беше по-плътен, той би потънал и охлажда дълбочините до замръзване. След това моретата ще се охладят отдолу нагоре, оставяйки на разположение само филм с вода за морска фауна.

Освен това, когато водата прониква в вдлъбнатините на скалите и температурата спадне, тя се разширява, когато замръзне, насърчавайки нейната ерозия и външна и вътрешна морфология.

Лека вода и тежка вода

Докато ледът плава, повърхностите на езерата и реките замръзват, докато рибите могат да продължат да живеят в дълбините, където кислородът се разтваря добре и температурата е над или под 4 ° C.

От друга страна, течната вода всъщност не се счита за идеално хомогенна, а се състои от структурни агрегати с различна плътност. На повърхността се намира най-леката вода, а на дъното - най-гъста.

Такива "преходи" течност-течност обаче се забелязват само в преохладена вода и при симулации с високо налягане.

Ледени разширения

Друга характерна аномалия на водата е, че ледът намалява температурата си на топене с увеличаване на налягането; тоест при по-високо налягане ледът се топи при по-ниски температури (под 0 ° C). Сякаш ледът, вместо да се свива, се разширява в резултат на натиск.

Това поведение противоречи на това на други твърди частици: колкото по-високо е натискът върху тях и следователно тяхното свиване, те ще изискват по-висока температура или топлина, за да се стопят и по този начин ще могат да отделят молекулите или йоните си.

Също така си струва да се спомене, че ледът е едно от най-хлъзгавите твърди вещества в природата.

Повърхностно напрежение

Ходене на насекоми по повърхността на водата. Източник: Pixabay

И накрая, въпреки че са споменати само няколко аномалии (от приблизително 69, които са известни и много други предстои да бъдат открити), водата има необичайно високо повърхностно напрежение.

Много насекоми се възползват от това свойство, за да могат да ходят по вода (горно изображение). Това е така, защото теглото му не упражнява достатъчно сила, за да наруши повърхностното напрежение на водата, чиито молекули, вместо да се разширяват, свиват, предотвратявайки увеличаването на площта или повърхността.

Препратки

1. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. (2008 г.). Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.
2. Kids & Science. (2004 г.). Аномалията на водата. Възстановено от: vias.org
3. Чаплин Мартин. (2019). Аномални свойства на водата. Водна структура и наука. Възстановени от: 1.lsbu.ac.uk
4. ChimiSpiega. (2 февруари 2014 г.). Вода: странният случай около нас. Chimicare. Възстановено от: chimicare.org
5. Nilsson, A., & Pettersson, LG (2015). Структурният произход на аномалните свойства на течната вода. Природни комуникации, 6, 8998. doi: 10.1038 / ncomms9998
6. IIEH. (2 юли 2014 г.). Водни аномалии. Еволюция и околна среда: Изследователски институт за човешката еволюция AC Възстановено от: iieh.com
7. Пивета Маркос. (2013). Странната страна на водата. FAPESP изследвания. Възстановени от: revistapesquisa.fapesp.br