KAJ SO VODNE ANOMALIJE? - KEMIJA - 2025

V anomalije vode so tiste lastnosti, ki razlikujejo in postavljen kot najpomembnejši in posebne vso tekočo snovjo. V fizičnem in kemijskem smislu voda pokaže veliko razliko v primerjavi z drugimi tekočinami, celo presega pričakovanja in teoretične izračune. Morda je tako preprosto in hkrati zapleteno kot življenje samo.

Če je ogljik temeljni kamen življenja, voda ustreza njegovi tekočini. Če ne bi bil edinstven in neprimerljiv, produkt njegovih anomalij, ogljikove vezi, ki sestavljajo biološke matrike, ne bi koristile; dojemanje življenja bi se sesulo, oceani bi se popolnoma zmrznili in oblaki ne bi viseli na nebu.

Ledene države in telesa ledu, ki plavajo po vodi, predstavljajo običajno spregledan primer ene od vodnih anomalij. Vir: Pexels.

Vodna para je veliko lažja od drugih plinov, njena interakcija z atmosfero pa povzroči nastanek oblakov; tekočina je glede na plin precej bolj gosta in ta razlika v gostoti je v primerjavi z drugimi spojinami poudarjena; in trdno snov, ki ima anomalijo, veliko nižjo gostoto kot tekočina.

Primer slednjega opazimo v dejstvu, da ledene gore in led plavata v tekoči vodi, ki je produkt njene manjše gostote.

Specifična toplota

Plaže, še en naravni primer, kjer makroskopsko opazujemo nenavadno specifično toploto vode. Vir: Pixabay.

Voda je izrazito nasprotoval povečanju svoje temperature pred virom toplote. Zato mora vir oddajati dovolj toplote, da sili vodo, da zviša temperaturo za eno stopinjo Celzija; to pomeni, da je njegova specifična toplota visoka, večja kot pri vsaki navadni spojini in ima vrednost 4.186 J / g · ºC.

Možne razlage njene nenavadne specifične toplote so posledica dejstva, da molekule vode neurejeno tvorijo več vodikovih vezi in se toplota razprši, da poveča vibracije takih mostov; v nasprotnem primeru molekule vode ne bi vibrirale z višjo frekvenco, kar pomeni povečanje temperature.

Po drugi strani, ko so molekule toplotno vzburjene, potrebujejo čas, da ponovno vzpostavijo prvotno stanje svojih vodikovih vezi; to je isto, kot če rečemo, da je potreben čas, da se ohladi v normalnih pogojih in se obnaša kot rezervoar toplote.

Na primer, plaže prikazujejo obe vedenji v različnih letnih časih. Pozimi ostanejo toplejši od okoliškega zraka, poleti pa hladnejši. Zaradi tega bo sončno, ko pa plavate v morju, je bolj hladno.

Latentna toplota izparevanja

Voda ima zelo veliko entalpijo ali latentno toploto izhlapevanja (2257 kJ / kg). Ta anomalija sinergira s svojo specifično toploto: deluje kot rezervoar in regulator toplote.

Njegove molekule morajo absorbirati dovolj toplote, da preide v plinsko fazo, toploto pa dobijo iz njihove okolice; zlasti na površini, na katero so pritrjeni.

Ta površina je lahko na primer naša koža. Ko telo telovadi, sprošča znoj, katerega sestava je v bistvu voda (večja od 90%). Znoj absorbira toploto iz kože, da se izhlapi, s čimer daje občutek hlajenja. Enako se zgodi s tlemi, ki po uparjanju vlage znižajo temperaturo in se počutijo hladnejše.

Dielektrična konstanta

Molekula vode je izredno polarna. To se odraža v njegovi dielektrični konstanti (78,4 pri 25 ° C), ki je večja kot pri drugih tekočih snoveh. Zaradi visoke polarnosti je sposoben raztapljati veliko ionskih in polarnih spojin. Zaradi tega velja za univerzalno topilo.

Difuzija

Razprševanje vode skozi cev. Vir: Pxhere.

Ena izmed radovednih nepravilnosti tekoče vode je, da se razprši veliko hitreje, kot je ocenjeno, skozi luknjo, ki se zmanjša v velikosti. Tekočine na splošno povečajo svojo hitrost, ko tečejo skozi ožje cevi ali kanale; vendar voda pospešuje bolj drastično in silovito.

Makroskopsko lahko to opazimo s spreminjanjem površine preseka cevi, skozi katere kroži voda. Nanometrično je mogoče storiti isto, vendar z uporabo ogljikovih nanocevk, kažejo računalniške študije, ki pomagajo razjasniti razmerje med molekularno strukturo in dinamiko vode.

Gostota

Na začetku je bilo omenjeno, da ima led manjšo gostoto kot voda. Poleg tega doseže največjo vrednost okoli 4 ° C. Ko se voda ohladi pod to temperaturo, se gostota začne zmanjševati in hladnejša voda narašča; in na koncu, blizu 0 ° C, gostota pade na najmanjšo vrednost, gostoto ledu.

Ena glavnih posledic tega ni le, da lahko ledene gore plavajo; ampak tudi, da daje prednost življenju. Če bi bil led bolj gost, bi potonil in ohlajal globino do zmrzovanja. Morja bi se nato ohladila od spodaj navzgor, tako da bi za morsko favno ostalo le film vode.

Poleg tega voda, ko kaplja v vdolbine kamnin in temperatura pada, se ob zmrzovanju razširi, kar spodbuja njeno erozijo ter zunanjo in notranjo morfologijo.

Lahka in težka voda

Ko led plava, površine jezer in rek zamrznejo, ribe pa lahko še naprej živijo v globinah, kjer se kisik dobro raztopi in je temperatura nad ali pod 4 ° C.

Po drugi strani se tekoča voda v resnici ne šteje za idealno homogeno, ampak je sestavljena iz strukturnih agregatov z različno gostoto. Na površini se nahaja najlažja voda, na dnu pa najgostejša.

Vendar so takšni "prehodi" tekočina-tekočina opazni le v prehlajeni vodi in pod simulacijami z visokimi tlaki.

Razširitve ledu

Druga značilna anomalija vode je, da led s povečanjem tlaka znižuje svojo temperaturo taljenja; torej pri višjem tlaku se led topi pri nižjih temperaturah (pod 0 ° C). Kot da se led, namesto da bi se skrčil, zaradi pritiska razširi.

Takšno vedenje je v nasprotju z drugimi trdnimi snovmi: večji kot je pritisk nanje in zato bo njihovo krčenje zahtevalo višjo temperaturo ali toploto, da se stopijo in bodo tako lahko ločevali svoje molekule ali ione.

Omeniti velja tudi, da je led ena najbolj spolzkih trdnih snovi v naravi.

Površinska napetost

Hoje žuželk po površini vode. Vir: Pixabay.

Nazadnje, čeprav je bilo omenjenih le nekaj nepravilnosti (od približno 69, ki so znane in številne druge, ki jih je treba odkriti), ima voda nenormalno veliko površinsko napetost.

Veliko žuželk izkoristi to lastnost, da lahko hodijo po vodi (zgornja slika). To je zato, ker njegova teža ne izvaja dovolj sile, da bi razbila površinsko napetost vode, katere molekule se namesto da bi se razširile, strdijo, kar preprečuje, da bi se površina ali površina povečala.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
2. Kids & Science. (2004). Anomalija vode. Pridobljeno: vias.org
3. Chaplin Martin. (2019). Anomalne lastnosti vode. Struktura vode in znanost. Pridobljeno: 1.lsbu.ac.uk
4. ChimiSpiega. (2. februar 2014). Voda: čuden primer okoli nas. Chimicare. Pridobljeno: chimicare.org
5. Nilsson, A., in Pettersson, LG (2015). Strukturni izvor nepravilnih lastnosti tekoče vode. Naravne komunikacije, 6, 8998. doi: 10.1038 / ncomms9998
6. IIEH. (2. julij 2014). Vodne anomalije Evolucija in okolje: Raziskovalni inštitut za človekovo evolucijo AC Pridobljeno: iieh.com
7. Pivetta Marcos. (2013). Čudna stran vode. FAPESP raziskave. Pridobljeno: revistapesquisa.fapesp.br