ЧТО ТАКОЕ ВОДНЫЕ АНОМАЛИИ? - ХИМИЯ - 2026

В аномалии воды являются теми свойствами , которые отличают и позиционируются как наиболее важной и особая вся жидкая субстанция. Физически и химически вода сильно отличается от других жидкостей, даже превосходит ожидания и теоретические расчеты. Возможно, это так же просто и в то же время так же сложно, как сама жизнь.

Если углерод - краеугольный камень жизни, вода соответствует его жидкости. Если бы он не был уникальным и несравненным, продуктом своих аномалий, углеродные связи, составляющие биологические матрицы, были бы бесполезны; восприятие жизни рухнет, океаны полностью замерзнут, а облака не будут висеть в небе.

Айсберги и льды, плавающие на воде, представляют собой обычно упускаемый из виду пример одной из водных аномалий. Источник: Pexels.

Водяной пар намного легче других газов, и его взаимодействие с атмосферой приводит к образованию облаков; жидкость значительно более плотная по сравнению с газом, и эта разница в ее плотностях выглядит более заметной по сравнению с другими соединениями; и твердое тело аномально имеет гораздо меньшую плотность, чем жидкость.

Пример последнего наблюдается в том факте, что айсберги и лед плавают в жидкой воде, что является продуктом ее более низкой плотности.

Удельная теплоемкость

Пляжи - еще один природный пример, где аномальная теплоемкость воды наблюдается макроскопически. Источник: Pixabay.

Вода категорически против повышения температуры перед источником тепла. Следовательно, источник должен подавать достаточно тепла, чтобы заставить воду поднять свою температуру на один градус по Цельсию; то есть его удельная теплоемкость высока, выше, чем у любого обычного соединения, и имеет значение 4,186 Дж / г · ºC.

Возможные объяснения его аномальной теплоемкости связаны с тем фактом, что молекулы воды беспорядочно образуют множественные водородные связи, и тепло рассеивается, увеличивая колебания таких мостиков; в противном случае молекулы воды не будут колебаться с более высокой частотой, что приведет к повышению температуры.

С другой стороны, когда молекулы термически возбуждены, им требуется время, чтобы восстановить исходное состояние их водородных связей; это то же самое, что сказать, что при нормальных условиях требуется время, чтобы остыть, действуя как резервуар тепла.

Например, пляжи демонстрируют оба поведения в разное время года. Зимой они остаются теплее окружающего воздуха, а летом прохладнее. По этой причине будет солнечно, но когда вы купаетесь в море, становится прохладнее.

Скрытая теплота испарения

Вода имеет очень высокую энтальпию или скрытую теплоту испарения (2257 кДж / кг). Эта аномалия сочетается с ее удельной теплоемкостью: она действует как резервуар и регулятор тепла.

Его молекулы должны поглощать достаточно тепла, чтобы перейти в газовую фазу, а тепло получается из окружающей среды; особенно на поверхности, к которой они прикреплены.

Этой поверхностью может быть, например, наша кожа. Когда тело тренируется, он выделяет пот, в основном состоящий из воды (более 90%). Пот поглощает тепло кожи и испаряется, создавая ощущение охлаждения. То же самое происходит с почвой, которая после испарения влаги понижает температуру и становится холоднее.

Диэлектрическая постоянная

Молекула воды чрезвычайно полярна. Это отражается в его диэлектрической проницаемости (78,4 при 25 ° C), которая выше, чем у других жидких веществ. Благодаря своей высокой полярности он способен растворять большое количество ионных и полярных соединений. Именно по этой причине он считается универсальным растворителем.

диффузия

Распространение воды по трубе. Источник: Pxhere.

Одна из любопытных аномалий жидкой воды заключается в том, что она диффундирует намного быстрее, чем предполагалось, через отверстие, размер которого уменьшился. Жидкости обычно увеличивают свою скорость, когда они протекают по более узким трубам или каналам; но вода ускоряется более резко и бурно.

Макроскопически это можно наблюдать, варьируя площадь поперечного сечения труб, по которым циркулирует вода. И нанометрически, то же самое можно сделать, но с использованием углеродных нанотрубок, согласно компьютерным исследованиям, которые помогают прояснить взаимосвязь между молекулярной структурой и динамикой воды.

плотность

В начале упоминалось, что лед имеет меньшую плотность, чем вода. Вдобавок к этому она достигает максимального значения около 4ºC. Когда вода остывает ниже этой температуры, плотность начинает уменьшаться, а более холодная вода поднимается; и, наконец, около 0ºC плотность падает до минимального значения - льда.

Одно из основных последствий этого не только в том, что айсберги могут плавать; но также он способствует жизни. Если бы лед был более плотным, он бы утонул и охладил бы глубины до замерзания. Море тогда охладится снизу вверх, оставив только пленку воды, доступную для морской фауны.

Кроме того, когда вода просачивается в углубления горных пород и температура падает, она расширяется при замерзании, способствуя ее эрозии и внешней и внутренней морфологии.

Легкая вода и тяжелая вода

По мере того, как лед плавает, поверхности озер и рек замерзают, а рыба может продолжать жить на глубине, где кислород хорошо растворяется и температура выше или ниже 4ºC.

С другой стороны, жидкая вода на самом деле не считается идеально однородной, а состоит из структурных агрегатов с разной плотностью. На поверхности находится самая легкая вода, а на дне - самая плотная.

Однако такие «переходы» жидкость-жидкость заметны только в переохлажденной воде и при моделировании с высокими давлениями.

Расширения льда

Еще одна характерная аномалия воды состоит в том, что температура плавления льда снижается с увеличением давления; то есть при более высоком давлении лед тает при более низких температурах (ниже 0ºC). Это как если бы лед вместо того, чтобы сжиматься, расширяется в результате давления.

Это поведение противоположно поведению других твердых тел: чем больше давление на них и, следовательно, их сжатие, им потребуется более высокая температура или тепло для плавления и, таким образом, для разделения своих молекул или ионов.

Также стоит упомянуть, что лед - одно из самых скользких твердых тел в природе.

Поверхностное натяжение

Насекомое гуляет по поверхности воды. Источник: Pixabay.

Наконец, хотя было упомянуто только несколько аномалий (из примерно 69 известных и многих других, которые предстоит обнаружить), вода имеет аномально высокое поверхностное натяжение.

Многие насекомые пользуются этим свойством, чтобы ходить по воде (верхнее изображение). Это связано с тем, что его вес не оказывает достаточной силы, чтобы сломать поверхностное натяжение воды, молекулы которой вместо того, чтобы расширяться, сжимаются, предотвращая увеличение площади или поверхности.

Ссылки

1. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия. (8-е изд.). CENGAGE Обучение.
2. Дети и наука. (2004). Аномалия Воды. Получено с: vias.org
3. Чаплин Мартин. (2019). Аномальные свойства воды. Структура воды и наука. Получено с: 1.lsbu.ac.uk
4. ChimiSpiega. (2 февраля 2014 г.). Вода: странный случай вокруг нас. Chimicare. Получено с: chimicare.org
5. Нильссон, А., и Петтерссон, LG (2015). Структурное происхождение аномальных свойств жидкой воды. Nature Communications, 6, 8998. DOI: 10.1038 / ncomms9998
6. IIEH. (2 июля 2014 г.). Водные аномалии. Эволюция и окружающая среда: Исследовательский институт эволюции человека AC Получено с: iieh.com
7. Пиветта Маркос. (2013). Странная сторона воды. Исследование FAPESP. Получено с: revistapesquisa.fapesp.br