HVAD ER VANDANOMALIER? - KEMI - 2025

De anomalier vand er de egenskaber, som adskiller og placeret som den vigtigste og særlige alle flydende stof. Fysisk og kemisk viser vand en enorm forskel sammenlignet med andre væsker, endda overstiger forventningerne og teoretiske beregninger. Måske er det så simpelt og på samme tid så komplekst som livet i sig selv.

Hvis kulstof er hjørnestenen i livet, svarer vandet til dets væske. Hvis det ikke var unikt og uforligneligt, et produkt af dets anomalier, ville kulstofbindingerne, der udgør de biologiske matrixer, ikke være til nogen nytte; opfattelsen af ​​livet ville smuldre, havene fryses helt, og skyerne ville ikke blive ophængt i himlen.

Isbjerge og kroer af is, der flyder på vandet, repræsenterer et normalt overset eksempel på en af ​​vandanomalierne. Kilde: Pexels.

Vanddamp er meget lettere end andre gasser, og dens interaktion med atmosfæren resulterer i dannelse af skyer; væsken er betydeligt mere tæt med hensyn til gassen, og denne forskel i dens densiteter ser fremhævet sammenlignet med andre forbindelser; og det faste stof har anomalt en meget lavere densitet end væsken.

Et eksempel på sidstnævnte ses i det faktum, at isbjerge og is flyder i flydende vand, et produkt med dens lavere densitet.

Specifik varme

Strande, et andet naturligt eksempel, hvor den afvigende specifikke varme af vand observeres makroskopisk. Kilde: Pixabay.

Vand viser en alvorlig modstand mod at øge sin temperatur før en varmekilde. Derfor skal kilden levere tilstrækkelig varme til at tvinge vandet til at hæve sin temperatur med en grad celsius; det vil sige, dens specifikke varme er høj, højere end for enhver almindelig forbindelse og har en værdi på 4,166 J / g · ºC.

Mulige forklaringer på dets anomale specifikke varme skyldes det faktum, at vandmolekylerne danner flere brintbindinger på en uordentlig måde, og varmen spredes for at øge vibrationerne i sådanne broer; Ellers ville vandmolekylerne ikke vibrere ved en højere frekvens, hvilket betyder en stigning i temperaturen.

På den anden side, når molekylerne er blevet termisk exciterede, tager de tid at genoprette den originale tilstand af deres brintbindinger; dette er det samme som at sige, at det tager tid at køle ned under normale forhold, opføre sig som et varmebeholder.

Strande viser for eksempel begge opførsler i forskellige årstider. Om vinteren forbliver de varmere end den omgivende luft og om sommeren køligere. Af den grund bliver det solrigt, men når du svømmer i havet føles det køligere.

Latent fordampningsvarme

Vand har en meget høj entalpi eller latent fordampningsvarme (2257 kJ / kg). Denne afvigelse synergiseres med dens specifikke varme: den opfører sig som et reservoir og regulator af varme.

Dens molekyler skal absorbere nok varme til at passere ind i gasfasen, og varmen opnås fra deres omgivelser; især på den overflade, som de er fastgjort til.

Denne overflade kan for eksempel være vores hud. Når kroppen træner frigiver den sved, hvis sammensætning i det væsentlige er vand (mere end 90%). Sved absorberer varme fra huden for at fordampe, hvilket giver følelsen af ​​afkøling. Det samme sker med jorden, der efter at have fordampet dens fugtighed sænker sin temperatur og føles koldere.

Dielektrisk konstant

Vandmolekylet er ekstremt polært. Dette afspejles i dens dielektriske konstant (78,4 ved 25 ° C), som er højere end for andre flydende stoffer. På grund af sin høje polaritet er det i stand til at opløse et stort antal ioniske og polære forbindelser. Det er af denne grund, at det betragtes som det universelle opløsningsmiddel.

Diffusion

Diffusion af vand gennem et rør. Kilde: Pxhere.

Et af de mærkelige afvigelser ved flydende vand er, at det diffunderer meget hurtigere end estimeret gennem et hul, der er reduceret i størrelse. Væsker øger generelt deres hastighed, når de strømmer gennem smalere rør eller kanaler; men vandet accelererer mere drastisk og voldsomt.

Makroskopisk kan dette observeres ved at variere tværsnitsarealet af rørene, gennem hvilke vandet cirkulerer. Og nanometrisk kan det samme gøres, men ved hjælp af kulstofnanorør ifølge beregningsundersøgelser, der hjælper med at afklare forholdet mellem molekylstruktur og vanddynamik.

Massefylde

Det blev nævnt i starten, at is har en lavere densitet end vand. Derudover når den en maksimal værdi omkring 4ºC. Når vandet afkøles under denne temperatur, begynder densiteten at falde, og det koldere vand stiger; og til sidst, tæt på 0 ° C, falder densiteten til en minimumsværdi, som for is.

En af de vigtigste konsekvenser af dette er ikke kun, at isbjerge kan flyde; men også, det favoriserer livet. Hvis isen var mere tæt, ville den synke og køle dybderne ned til frysepunktet. Havene afkøles derefter nedenfra og op og efterlader kun en film af vand til rådighed for marin fauna.

Derudover, når vand siver ind i fordybningerne i klipperne, og temperaturen falder, udvides det, når det fryser, hvilket fremmer dets erosion og ydre og indre morfologi.

Let vand og tungt vand

Når isen flyder, fryser overfladerne til søer og floder, mens fisk kan fortsætte med at leve i dybderne, hvor ilt opløses godt, og temperaturen er over eller under 4 ºC.

På den anden side betragtes flydende vand faktisk ikke som ideelt homogent, men består af strukturelle aggregater med forskellige densiteter. På overfladen er det letteste vand placeret, mens det i bunden er det tætteste.

Sådanne flydende-væskeformige "overgange" bemærkes imidlertid kun i superkølet vand og under simuleringer med højt tryk.

Isudvidelser

En anden karakteristisk anomali ved vand er, at is sænker sin smeltetemperatur, når trykket øges; dvs. ved højere tryk smelter isen ved lavere temperaturer (under 0 ° C). Det er som om isen i stedet for at trække sig sammen udvides som et resultat af pres.

Denne opførsel er i modsætning til for andre faste stoffer: jo større trykket på dem, og derfor deres sammentrækning, de vil kræve en højere temperatur eller varme for at smelte og således være i stand til at adskille deres molekyler eller ioner.

Det er også værd at nævne, at is er en af ​​de mest glatte faste stoffer i naturen.

Overfladespænding

Insekt går på vandets overflade. Kilde: Pixabay.

Endelig, selvom kun et par anomalier er blevet nævnt (af de ca. 69, der er kendt og mange andre, der skal opdages), har vand en unormalt høj overfladespænding.

Mange insekter drager fordel af denne egenskab for at kunne gå på vandet (øverste billede). Dette skyldes, at dens vægt ikke udøver nok kraft til at bryde overfladespændingen på vandet, hvis molekyler, i stedet for at udvide sig, trækker sig sammen, forhindrer, at området eller overfladen stiger.

Referencer

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8. udgave). CENGAGE Læring.
2. Børn & videnskab. (2004). Vandets afvigelse. Gendannes fra: vias.org
3. Chaplin Martin. (2019). Vandets anomale egenskaber. Vandstruktur og videnskab. Gendannes fra: 1.lsbu.ac.uk
4. ChimiSpiega. (2. februar 2014). Vand: den underlige sag omkring os. Chimicare. Gendannes fra: chimicare.org
5. Nilsson, A., & Pettersson, LG (2015). Den strukturelle oprindelse for anomale egenskaber ved flydende vand. Naturkommunikation, 6, 8998. doi: 10.1038 / ncomms9998
6. IIEH. (2. juli 2014). Vandanomalier. Evolution and Environment: Research Institute on Human Evolution AC Recovered from: iieh.com
7. Pivetta Marcos. (2013). Den mærkelige side af vandet. FAPESP-forskning. Gendannes fra: revistapesquisa.fapesp.br