MIK A VÍZ ANOMÁLIÁI? - KÉMIA - 2026

A víz rendellenességei azok a tulajdonságok, amelyek megkülönböztetik és pozicionálják a legfontosabb és legfontosabb folyékony anyagot. Fizikai és kémiai szempontból a víz hatalmas különbséget mutat más folyadékokhoz képest, még a várakozásokat és az elméleti számításokat is meghaladja. Talán olyan egyszerű, és ugyanakkor olyan összetett, mint maga az élet.

Ha a szén az élet sarokköve, akkor a víz megfelel annak folyadékának. Ha nem lenne egyedi és összehasonlíthatatlan, anomáliáinak terméke, a biológiai mátrixokat alkotó szénkötések nem lennének hasznosak; az élet észlelése összeomlik, az óceánok teljesen lefagynak, és a felhők nem függenek fel az égen.

A jéghegyek és a vízen lebegő jégtörzsek az egyik víz anomáliának általában figyelmen kívül hagyott példáját képviselik. Forrás: Pexels.

A vízgőz sokkal könnyebb, mint más gázok, és a légkörrel való kölcsönhatása felhők képződéséhez vezet; a folyadék a gázhoz képest lényegesen sűrűbb, sűrűségének ez a különbsége más vegyületekhez képest hangsúlyozottnak tűnik; és a szilárd anyag anomálisan sokkal alacsonyabb sűrűségű, mint a folyadék.

Ez utóbbi példa az a tény, hogy a jéghegyek és a jég folyékony vízben úszik, amely alacsonyabb sűrűségű termék.

Fajlagos hő

Strandok, egy másik természetes példa, ahol a víz rendellenes fajhőjét makroszkopikusan megfigyelik. Forrás: Pixabay.

A víz erősen ellenzi a hőmérséklet emelését a hőforrás előtt. Ezért a forrásnak elegendő hőt kell szolgáltatnia ahhoz, hogy a víz hőmérséklete egy Celsius fokos legyen; azaz fajlagos hője magas, magasabb, mint bármely más közönséges vegyületnél, és értéke 4,186 J / g ° ºC.

Anomáliás fajlagos hőjének lehetséges magyarázata annak a ténynek köszönhető, hogy a vízmolekulák rendellenes módon több hidrogénkötést képeznek, és a hő eloszlik, hogy növeljék az ilyen hidak rezgéseit; egyébként a vízmolekulák nem rezegnének magasabb frekvencián, ami a hőmérséklet növekedéséhez vezet.

Másrészt, amint a molekulák termikusan gerjesztették, időbe telik, hogy helyreállítsák hidrogénkötéseik eredeti állapotát; ez megegyezik azzal, hogy azt állítják, hogy normál körülmények között időt vesz igénybe, hogy hőtárolóként viselkedjen.

Például a strandok mindkét viselkedést az év különböző évszakaiban mutatják. Télen melegebb marad, mint a környező levegő, nyáron pedig hűvösebb. Ezért napos lesz, de a tengerben úszva hidegebbnek érzi magát.

A párologtatás látens hője

A víz nagyon magas entalpia vagy látens párolgási hővel rendelkezik (2257 kJ / kg). Ez a rendellenesség szinergizál a sajátos hővel: rezervoárként és hőszabályozóként viselkedik.

Molekuláinak elegendő hőt kell elnyelniük, hogy bejuthassanak a gázfázisba, és a hőt a környezetükből nyerik; különösen azon a felületen, amelyhez rögzítve vannak.

Ez a felület lehet például a bőrünk. Amikor a test gyakorolja, verejték szabadul fel, amelynek összetétele lényegében víz (több mint 90%). Az izzadság felszívja a hőt a bőrről, így párolgás érzi magát. Ugyanez történik a talajjal, amely a nedvesség elpárologtatása után csökken a hőmérsékletet és hidegebbnek érzi magát.

Dielektromos állandó

A vízmolekula rendkívül poláris. Ez tükröződik dielektromos állandójában (25,4 ° C-on 78,4), amely magasabb, mint más folyékony anyagoké. Magas polaritása miatt képes nagyszámú ionos és poláros vegyületet feloldani. Ez az oka annak, hogy univerzális oldószernek tekintik.

Diffusion

A víz diffúziója egy csőn keresztül. Forrás: Pxhere.

A folyékony víz egyik furcsa rendellenessége az, hogy sokkal kisebb méretű lyukon keresztül sokkal gyorsabban diffundál a becsültnél. A folyadékok általában növelik a sebességüket, amikor keskenyebb csöveken vagy csatornákon folynak át; de a víz drasztikusabban és erőszakosabban gyorsul fel.

Makroszkopikusan ez megfigyelhető a csövek keresztmetszetének változtatásával, amelyeken a víz kering. És nanometriásan ugyanezt lehet megtenni, de szén nanocsövek felhasználásával, olyan számítási tanulmányok szerint, amelyek segítenek tisztázni a víz molekuláris szerkezete és dinamikája közötti összefüggést.

Sűrűség

Az elején megemlítették, hogy a jég sűrűsége alacsonyabb, mint a vízé. Ezen felül a maximális értéket eléri 4ºC körül. Amikor a víz ezen a hőmérsékleten lehűlt, a sűrűség csökkenni kezd, és a hidegebb víz emelkedik; és végül, 0 ° C közelében, a sűrűség a jég minimális értékére esik.

Ennek egyik fő következménye nemcsak a jéghegyek úszása; ugyanakkor kedveli az életet. Ha a jég sűrűbb lenne, akkor elsüllyedne, és lehűti a mélységeket fagyásig. A tengerek alulról felfelé lehűlnek, és csak egy vízréteg marad a tengeri állatvilág számára elérhető.

Ezenkívül, amikor a víz a sziklák mélyedéseibe szivárog be, és a hőmérséklet csökken, fagyáskor megnő, elősegítve erózióját, valamint a külső és belső morfológiát.

Könnyű és nehéz víz

Ahogy a jég úszik, a tavak és a folyók felülete fagyos, miközben a halak tovább élhetnek a mélységben, ahol az oxigén jól oldódik, és a hőmérséklet 4ºC felett vagy alatt van.

Másrészt a folyékony vizet valójában nem tekintjük ideálisan homogénnek, hanem különböző sűrűségű szerkezeti aggregátumokból áll. A felszínen a legkönnyebb a víz, míg az alján a sűrűbb.

Az ilyen folyadék-folyadék "átmenetek" azonban csak túlhűtött vízben és nagy nyomású szimulációk alatt észlelhetők.

Jégtágulások

A víz másik jellegzetes rendellenessége az, hogy a jég csökkenti olvadáspontját a nyomás növekedésével; vagyis nagyobb nyomáson a jég alacsonyabb hőmérsékleten (0ºC alatt) megolvad. Úgy tűnik, hogy a jég a nyomás eredményeként ahelyett, hogy összehúzódna, kiterjed.

Ez a viselkedés ellentétes más szilárd anyagok viselkedésével: minél nagyobb a rájuk gyakorolt ​​nyomás és következésképpen összehúzódásuk, magasabb hőmérsékletet vagy hőt igényelnek az olvadáshoz, és így képesek lesznek a molekulák vagy ionok elválasztására.

Azt is érdemes megemlíteni, hogy a jég a természet egyik legcsúszóbbak.

Felületi feszültség

Rovar séta a víz felszínén. Forrás: Pixabay.

Végül, bár csak néhány anomáliát említettek (a körülbelül 69 közül, amelyek ismertek és még sokan felfedezésre várnak), a víznek rendkívül magas a felületi feszültsége.

Sok rovar kihasználja ezt a tulajdonságot, hogy képes vízen járni (felső kép). Ennek oka az, hogy súlya nem gyakorol elegendő erőt a víz felületi feszültségének megtörésére, amelynek molekulái a tágulás helyett összehúzódnak, megakadályozva ezzel a terület vagy a felület növekedését.

Irodalom

1. Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
2. Gyerekek és tudomány. (2004). A víz rendellenessége. Helyreállítva: vias.org
3. Chaplin Martin. (2019). A víz rendellenes tulajdonságai. A víz szerkezete és a tudomány. Helyreállítva: 1.lsbu.ac.uk
4. ChimiSpiega. (2014. február 2.). Víz: furcsa eset körülöttünk. Chimicare. Helyreállítva: chimicare.org
5. Nilsson, A., és Pettersson, LG (2015). A folyékony víz rendellenes tulajdonságainak szerkezeti eredete. Nature Communications, 6, 8998. doi: 10.1038 / ncomms9998
6. IIEH. (2014. július 2.). Víz anomáliák. Evolúció és környezet: Az emberi evolúció kutatóintézete AC helyreállítva: iieh.com
7. Pivetta Marcos. (2013). A víz furcsa oldala. FAPESP kutatás. Helyreállítva: revistapesquisa.fapesp.br