CO JSOU TO ANOMÁLIE VODY? - CHEMIE

Tyto anomálie vody jsou ty vlastnosti, které odlišují a umístěny jako nejdůležitější a speciální veškeré kapalné látky. Fyzicky a chemicky vykazuje voda obrovský rozdíl ve srovnání s jinými tekutinami, dokonce překračuje očekávání a teoretické výpočty. Možná je to tak jednoduché a zároveň složité jako život sám.

Pokud je uhlík základním kamenem života, voda odpovídá jeho tekutině. Kdyby to nebylo jedinečné a nesrovnatelné, produkt jeho anomálií, uhlíkové vazby, které tvoří biologické matrice, by byly k ničemu; vnímání života by se rozpadlo, oceány by úplně zmrzly a mraky by se na obloze nezastavily.

Ledovce a ledová tělesa plovoucí na vodě představují obvykle přehlížený příklad jedné z anomálií ve vodě. Zdroj: Pexels.

Vodní pára je mnohem lehčí než jiné plyny a její interakce s atmosférou vede k tvorbě mraků; kapalina je podstatně hustější, pokud jde o plyn, a tento rozdíl v jeho hustotách vypadá ve srovnání s jinými sloučeninami zvýrazněný; a pevná látka, anomálně, má mnohem nižší hustotu než kapalina.

Příkladem posledně jmenovaného je skutečnost, že ledovce a led se vznášejí v kapalné vodě, což je produkt jeho nižší hustoty.

Měrné teplo

Pláže, další přírodní příklad, kde je neobvyklé měrné teplo vody pozorováno makroskopicky. Zdroj: Pixabay.

Voda vykazuje silnou opozici vůči zvyšování její teploty před zdrojem tepla. Proto musí zdroj dodávat dostatek tepla, aby vodu donutil zvýšit teplotu o jeden stupeň Celsia; to znamená, že jeho měrné teplo je vysoké, vyšší než u kterékoli běžné sloučeniny a má hodnotu 4,166 J / g · ° C.

Možné vysvětlení jeho anomálního specifického tepla je způsobeno skutečností, že molekuly vody vytvářejí více vodíkových vazeb nepořádným způsobem a teplo se rozptyluje, aby se zvýšily vibrace takových můstků; jinak by molekuly vody nevibrovaly při vyšší frekvenci, což se projeví zvýšením teploty.

Na druhé straně, jakmile jsou molekuly tepelně vzrušeny, potřebují čas na obnovení původního stavu svých vodíkových vazeb; toto je stejné jako říkat, že to vyžaduje čas ochladit se za normálních podmínek, chovat se jako zásobník tepla.

Například pláže zobrazují obě chování během různých ročních období. V zimě zůstávají teplejší než okolní vzduch a v létě chladnější. Z tohoto důvodu bude slunečno, ale když budete plavat v moři, bude to chladnější.

Latentní teplo odpařování

Voda má velmi vysokou entalpii nebo latentní teplo odpařování (2257 kJ / kg). Tato anomálie spolupůsobí se svým specifickým teplem: chová se jako rezervoár a regulátor tepla.

Její molekuly musí absorbovat dostatečné množství tepla, aby prošlo do plynné fáze, a teplo se získává z jejich okolí; zejména na povrchu, ke kterému jsou připojeny.

Tímto povrchem může být například naše kůže. Když tělo cvičí, uvolňuje pot, jehož složení je v podstatě voda (více než 90%). Pot absorbuje teplo z pokožky, aby se odpařil, čímž dává pocit chlazení. Totéž se děje s půdou, která po odpaření vlhkosti snižuje teplotu a je chladnější.

Dielektrická konstanta

Molekula vody je extrémně polární. To se odráží v jeho dielektrické konstantě (78,4 při 25 ° C), která je vyšší než u jiných kapalných látek. Díky své vysoké polaritě je schopen rozpouštět velké množství iontových a polárních sloučenin. Z tohoto důvodu se považuje za univerzální rozpouštědlo.

Difúze

Difúze vody potrubím. Zdroj: Pxhere.

Jednou z kuriózních anomálií tekuté vody je to, že difunduje mnohem rychleji, než se odhaduje, skrz otvor, který se zmenšuje. Tekutiny obecně zvyšují jejich rychlost, když protékají užšími trubkami nebo kanály; ale voda zrychluje drasticky a prudce.

Makroskopicky to lze pozorovat změnou plochy průřezu trubek, kterými voda cirkuluje. A nanometricky to samé lze udělat, ale pomocí uhlíkových nanotrubic, podle výpočtových studií, které pomáhají objasnit vztah mezi molekulární strukturou a dynamikou vody.

Hustota

Na začátku bylo zmíněno, že led má nižší hustotu než voda. Kromě toho dosahuje maximální hodnoty kolem 4 ° C. Když se voda ochladí pod tuto teplotu, hustota začne klesat a chladnější voda stoupá; a konečně, blízko 0 ° C, hustota klesne na minimální hodnotu, hustotu ledu.

Jedním z hlavních důsledků toho není jen to, že ledovce mohou vznášet; ale také to zvýhodňuje život. Pokud by byl led hustší, ponořilo by se a ochladilo by hloubky na mráz. Moře by se potom zezdola ochladily a zůstala by pro mořskou faunu k dispozici pouze vodní vrstva.

Kromě toho, když voda proniká do výklenků hornin a teplota klesá, rozšiřuje se, když mrzne, což podporuje její erozi a vnější a vnitřní morfologii.

Lehká a těžká voda

Jak led plave, povrchy jezer a řek zamrzají, zatímco ryby mohou nadále žít v hlubinách, kde se kyslík dobře rozpouští a teplota je nad nebo pod 4 ° C.

Na druhé straně kapalná voda ve skutečnosti není považována za ideálně homogenní, nýbrž sestává ze strukturálních agregátů s různými hustotami. Na povrchu se nachází nejlehčí voda, zatímco na dně nejhustší voda.

Takové „přechody“ kapalina-kapalina jsou však patrné pouze v podchlazené vodě a při simulacích s vysokými tlaky.

Rozšíření ledu

Další charakteristickou anomálií vody je to, že led snižuje teplotu tání se zvyšujícím se tlakem; to znamená, že při vyšším tlaku se led taje při nižších teplotách (pod 0 ° C). Je to, jako by se led namísto stahování v důsledku tlaku rozšiřoval.

Toto chování je v rozporu s chováním jiných pevných látek: čím vyšší je tlak na ně, a proto jejich kontrakce, budou vyžadovat vyšší teplotu nebo teplo, aby se roztavily, a tak byly schopny oddělit své molekuly nebo ionty.

Za zmínku také stojí, že led je jednou z nejkluzavějších pevných látek v přírodě.

Povrchové napětí

Hmyz chůzi po hladině vody. Zdroj: Pixabay.

Konečně, ačkoli bylo zmíněno pouze několik anomálií (přibližně 69 známých a mnoho dalších, které mají být objeveny), voda má abnormálně vysoké povrchové napětí.

Mnoho hmyzů využívá této vlastnosti k tomu, aby mohli chodit po vodě (obrázek nahoře). Je to proto, že její hmotnost nevyvíjí dostatečnou sílu, aby přerušila povrchové napětí vody, jejíž molekuly místo rozšiřování, smrštění zabraňují zvětšování oblasti nebo povrchu.

Reference

Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chemie. (8. ed.). CENGAGE Učení.
Děti a věda. (2004). Anomálie vody. Obnoveno z: vias.org
Chaplin Martin. (2019). Anomální vlastnosti vody. Struktura vody a věda. Obnoveno z: 1.lsbu.ac.uk
ChimiSpiega. (2. února 2014). Voda: zvláštní případ kolem nás. Chimicare. Obnoveno z: chimicare.org
Nilsson, A. a Pettersson, LG (2015). Strukturální původ anomálních vlastností kapalné vody. Nature communications, 6, 8998. doi: 10,1038 / ncomms9998
IIEH. (2. července 2014). Vodní anomálie. Evoluce a životní prostředí: Výzkumný ústav pro evoluci člověka AC Obnoveno z: iieh.com
Pivetta Marcos. (2013). Podivná strana vody. Výzkum FAPESP. Obnoveno z: revistapesquisa.fapesp.br

CO JSOU TO ANOMÁLIE VODY? - CHEMIE - 2025