VAD ÄR VATTENAVVIKELSER? - KEMI - 2025

De anomalier av vatten är de egenskaper som skiljer och placerade som den viktigaste och speciella all flytande ämne. Fysiskt och kemiskt visar vatten en enorm skillnad jämfört med andra vätskor, även överträffar förväntningarna och teoretiska beräkningar. Kanske är det lika enkelt och samtidigt lika komplext som livet i sig.

Om kol är hörnstenen i livet, motsvarar vatten dess vätska. Om det inte var unikt och ojämförligt, skulle en produkt av dess anomalier, inte använda de kolbindningar som utgör de biologiska matriserna. livets uppfattning skulle smulas, haven skulle frysa helt och molnen skulle inte hängas upp på himlen.

Isberg och iskroppar som flyter på vattnet representerar ett vanligt förbisett exempel på en av vattenavvikelserna. Källa: Pexels.

Vattenånga är mycket lättare än andra gaser, och dess interaktion med atmosfären resulterar i bildandet av moln; vätskan är betydligt tätare med avseende på gasen, och denna skillnad i densitet verkar accentueras jämfört med andra föreningar; och det fasta ämnet har anomalt en mycket lägre densitet än vätskan.

Ett exempel på det senare observeras i det faktum att isberg och is flyter i flytande vatten, en produkt med dess lägre densitet.

Specifik värme

Stränder, ett annat naturligt exempel där den anomala specifika vattenvärmen observeras makroskopiskt. Källa: Pixabay.

Vatten visar en stark motstånd mot att öka temperaturen före en värmekälla. Därför måste källan tillhandahålla tillräckligt med värme för att tvinga vattnet att höja temperaturen med en grad Celsius; det vill säga dess specifika värme är hög, högre än för någon vanlig förening och har ett värde av 4,166 J / g · ºC.

Möjliga förklaringar för dess anomala specifika värme beror på det faktum att vattenmolekylerna bildar flera vätebindningar på ett oroligt sätt, och värmen sprids för att öka vibrationerna i sådana broar; annars skulle vattenmolekylerna inte vibrera vid en högre frekvens, vilket kan leda till en temperaturökning.

Å andra sidan, när molekylerna har upphettats termiskt tar de tid att återupprätta det ursprungliga tillståndet för deras vätebindningar; detta är detsamma som att säga att det tar tid att svalna under normala förhållanden och uppträda som en värmebehållare.

Stränder visar till exempel båda beteenden under olika årstider. På vintern håller de sig varmare än den omgivande luften och på sommaren kallare. Av den anledningen blir det soligt, men när du simmar i havet känns det svalare.

Latent förångningsvärme

Vatten har en mycket hög entalpi eller latent förångningsvärme (2257 kJ / kg). Denna avvikelse synergiseras med sin specifika värme: den uppträder som en behållare och värmeregulator.

Dess molekyler måste absorbera tillräckligt med värme för att passera in i gasfasen, och värmen erhålls från deras omgivningar; särskilt på ytan till vilken de är fästa.

Denna yta kan till exempel vara vår hud. När kroppen utövar släpper den svett, vars sammansättning huvudsakligen är vatten (mer än 90%). Svett absorberar värmen från huden för att förångas, vilket ger känslan av kylning. Samma sak händer med jorden, som efter förångning av dess fukt sänker sin temperatur och känns kallare.

Dielektrisk konstant

Vattenmolekylen är extremt polär. Detta återspeglas i dess dielektriska konstant (78,4 vid 25 ° C), som är högre än för andra flytande ämnen. På grund av sin höga polaritet kan den lösa upp ett stort antal joniska och polära föreningar. Det är av detta skäl som det betraktas som det universella lösningsmedlet.

Diffusion

Diffusion av vatten genom ett rör. Källa: Pxhere.

En av de nyfikna avvikelserna med flytande vatten är att det diffunderar mycket snabbare än uppskattat genom ett hål som är mindre. Vätskor ökar i allmänhet hastigheten när de strömmar genom smalare rör eller kanaler; men vattnet accelererar mer drastiskt och våldsamt.

Makroskopiskt kan detta observeras genom att variera tvärsnittsarean för rören genom vilka vattnet cirkulerar. Och nanometriskt kan samma göras men med kolananorör enligt beräkningsstudier, som hjälper till att klargöra förhållandet mellan molekylstruktur och vattendynamik.

Densitet

Det nämndes i början att is har en lägre densitet än vatten. Utöver detta når det ett maximivärde runt 4ºC. När vattnet kyls under denna temperatur börjar densiteten minska och det kallare vattnet stiger; och slutligen, nära 0 ° C, faller densiteten till ett minimivärde, som för is.

En av de viktigaste konsekvenserna av detta är inte bara att isberg kan flyta; men också gynnar livet. Om isen var tätare skulle den sjunka och kyla djupen till frysning. Haven svalnade sedan nerifrån och upp och lämnade bara en film med vatten tillgänglig för marin fauna.

Dessutom, när vatten sipprar in i bergens urtag och temperaturen sjunker, expanderar det när det fryser, främjar dess erosion och yttre och inre morfologi.

Lätt vatten och tungt vatten

När isen flyter fryser ytorna på sjöar och floder, medan fisk kan fortsätta att leva i djupet, där syre upplöses bra och temperaturen är över eller under 4 ºC.

Å andra sidan anses flytande vatten faktiskt inte vara idealiskt homogent utan består av strukturella aggregat med olika tätheter. På ytan är det lättaste vattnet beläget, medan det i botten är det tätaste.

Sådana vätske-vätskeformiga "övergångar" märks emellertid endast i superkylt vatten och under simuleringar med högt tryck.

Ice expansions

En annan karakteristisk anomali för vatten är att is minskar sin smälttemperatur när trycket ökar; det vill säga, vid högre tryck smälter isen vid lägre temperaturer (under 0 ° C). Det är som om isen istället för att dra sig samman expanderar till följd av tryck.

Detta beteende är i motsats till det för andra fasta ämnen: ju högre trycket på dem, och därför, deras sammandragning, kommer de att kräva en högre temperatur eller värme för att smälta och därmed kunna separera deras molekyler eller joner.

Det är också värt att nämna att is är en av de mest hala fasta ämnena i naturen.

Ytspänning

Insekt som går på vattenytan. Källa: Pixabay.

Slutligen, även om endast ett par avvikelser har nämnts (av de cirka 69 som är kända och många andra att upptäckas), har vatten en onormalt hög ytspänning.

Många insekter drar nytta av den här egenskapen för att kunna vandra på vatten (toppbild). Detta beror på att dess vikt inte utövar tillräckligt med kraft för att bryta ytans spänning på vattnet, vars molekyler istället för att expandera, sammandras, förhindrar området eller ytan från att öka.

referenser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning.
2. Barn & vetenskap. (2004). Anomalin av vatten. Återställd från: vias.org
3. Chaplin Martin. (2019). Anomala egenskaper hos vatten. Vattenstruktur och vetenskap. Återställd från: 1.lsbu.ac.uk
4. ChimiSpiega. (2 februari 2014). Vatten: det udda fallet omkring oss. Chimicare. Återställd från: chimicare.org
5. Nilsson, A., & Pettersson, LG (2015). Det strukturella ursprunget för anomala egenskaper hos flytande vatten. Naturkommunikation, 6, 8998. doi: 10.1038 / ncomms9998
6. IIEH. (2 juli 2014). Vattenavvikelser. Evolution and Environment: Research Institute on Human Evolution AC Återställd från: iieh.com
7. Pivetta Marcos. (2013). Den konstiga sidan av vattnet. FAPESP-forskning. Återställd från: revistapesquisa.fapesp.br