Co jsou anomálie vody?

4282
Philip Kelley

The anomálie vody jsou vlastnosti, které ji odlišují a umisťují jako nejdůležitější a speciální kapalnou látku ze všech. Fyzicky a chemicky vykazuje voda ve srovnání s jinými kapalinami obrovský rozdíl, dokonce překračuje očekávání a teoretické výpočty. Možná je to tak jednoduché a zároveň tak složité jako život sám.

Pokud je uhlík základním kamenem života, voda odpovídá jeho tekutině. Pokud by to nebylo jedinečné a nesrovnatelné, výsledkem jeho anomálií, uhlíkových vazeb, které tvoří biologické matice, by bylo k ničemu; vnímání života by se rozpadlo, oceány by úplně zamrzly a mraky by nebyly zavěšeny na obloze.

Ledovce a ledové útvary plovoucí na vodě představují obvykle přehlížený příklad jedné z vodních anomálií. Zdroj: Pexels.

Vodní pára je mnohem lehčí než jiné plyny a její interakce s atmosférou vede k tvorbě mraků; kapalina je vzhledem k plynu podstatně hustší a tento rozdíl v hustotách vypadá ve srovnání s jinými sloučeninami zdůrazněn; a pevná látka má anomálně mnohem nižší hustotu než kapalina.

Příklad posledně jmenovaného lze pozorovat ve skutečnosti, že ledovce a led plují v kapalné vodě, která je produktem její nižší hustoty..

Rejstřík článků

  • 1 Specifické teplo
  • 2 Latentní výparné teplo
  • 3 Dielektrická konstanta
  • 4 Šíření
  • 5 Hustota
    • 5.1 Lehká a těžká voda
    • 5.2 Ledové expanze
  • 6 Povrchové napětí
  • 7 Reference

Specifické teplo

Pláže, další přírodní příklad, kde je neobvykle specifické teplo vody pozorováno makroskopicky. Zdroj: Pixabay.

Voda vykazuje silnou opozici vůči zvyšování teploty ze zdroje tepla. Proto musí zdroj dodávat dostatek tepla, aby donutil vodu zvýšit teplotu o jeden stupeň Celsia; to znamená, že jeho specifické teplo je vysoké, více než u jakékoli běžné sloučeniny, a má hodnotu 4,186 J / g · ºC.

Možná vysvětlení jeho anomálního specifického tepla jsou způsobena skutečností, že molekuly vody vytvářejí více vodíkových vazeb neuspořádaným způsobem a teplo se rozptyluje, aby se zvýšily vibrace takových mostů; jinak by molekuly vody nevibraly při vyšší frekvenci, což se projevuje zvýšením teploty..

Na druhou stranu, jakmile se molekuly tepelně vzbudí, potřebuje čas na obnovení původního stavu svých vodíkových vazeb; to je totéž jako říkat, že za normálních podmínek trvá vychladnutí, které se chová jako zásobník tepla.

Například pláže ukazují obě chování v různých ročních obdobích. V zimě zůstávají teplejší než okolní vzduch a v létě chladnější. Z tohoto důvodu bude slunečno, ale při koupání v moři se bude cítit chladněji..

Latentní výparné teplo

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

Jeho molekuly musí absorbovat dostatek tepla, aby mohly projít do plynné fáze, a teplo se získává z jejich okolí; zejména na povrchu, ke kterému jsou přilepeny.

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, a tím dává pocit ochlazení. Totéž se děje s půdou, která po odpaření vlhkosti snižuje teplotu a cítí se 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 je považován za univerzální rozpouštědlo.

Difúze

Difúze vody potrubím. Zdroj: Pxhere.

Jednou ze zvláštních anomálií kapalné vody je, že difunduje mnohem rychleji, než se odhaduje, skrz otvor se zmenšenou velikostí. Kapaliny obecně zvyšují svou rychlost, když procházejí užšími trubkami nebo kanály; ale voda zrychluje drastickěji a prudčeji.

Makroskopicky to lze pozorovat změnou průřezu trubek, kterými voda cirkuluje. A nanometricky lze provést totéž, ale pomocí uhlíkových nanotrubiček, 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, ledu.

Jedním z hlavních důsledků toho není jen to, že ledovce mohou plavat; ale také upřednostňuje život. Pokud by byl led tlustší, potopil by se a ochlazoval hluboce na mráz. Poté se moře ochlazovala zdola nahoru a pro mořskou faunu zůstával k dispozici pouze vodní film..

Kromě toho, když voda prosakuje do vybrání skal a teplota klesá, expanduje, když zmrzne, což podporuje její erozi a vnější a vnitřní morfologii..

Lehká a těžká voda

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

Na druhou stranu se kapalná voda ve skutečnosti nepovažuje za ideálně homogenní, ale sestává ze strukturních agregátů s různou hustotou. Na povrchu se nachází nejlehčí voda, zatímco na dně nejhustší.

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

Ledové expanze

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 místo smršťování v důsledku tlaku rozpínal.

Toto chování je v rozporu s chováním jiných pevných látek: čím větší je na ně tlak, a tedy i jejich kontrakce, budou k roztavení vyžadovat vyšší teplotu nebo teplo, a tak budou moci oddělit své molekuly nebo ionty..

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

Povrchové napětí

Hmyz chodící po hladině vody. Zdroj: Pixabay.

Nakonec, i když bylo zmíněno pouze několik anomálií (z přibližně 69, které jsou známy a mnoho dalších, které mají být objeveny), voda má abnormálně vysoké povrchové napětí..

Mnoho hmyzu využívá tuto vlastnost k tomu, aby mohlo chodit po vodě (horní obrázek). Je to proto, že jeho váha nevyvíjí dostatečnou sílu k rozbití povrchového napětí vody, jejíž molekuly se místo rozpínání smršťují a brání tak zvětšení plochy nebo povrchu..

Reference

  1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chemie. (8. vydání). Učení CENGAGE.
  2. Děti a věda. (2004). Anomálie vody. Obnoveno z: vias.org
  3. Chaplin Martin. (2019). Anomální vlastnosti vody. Vodní struktura a věda. Obnoveno z: 1.lsbu.ac.uk
  4. ChimiSpiega. (2. února 2014). Voda: zvláštní případ kolem nás. Chimicare. Obnoveno z: chimicare.org
  5. Nilsson, A., & Pettersson, L. G. (2015). Strukturní původ anomálních vlastností kapalné vody. Nature communications, 6, 8998. doi: 10,1038 / ncomms9998
  6. IIEH. (2. července 2014). Anomálie vody. Evoluce a životní prostředí: Instituto de Investigación sobre Evolución Humana A.C. Obnoveno z: iieh.com
  7. Pivetta Marcos. (2013). Podivná strana vody. Výzkum FAPESP. Obnoveno z: revistapesquisa.fapesp.br

Zatím žádné komentáře