ЩО ТАКЕ ВОДНІ АНОМАЛІЇ? - ХІМІЯ - 2025

У аномалії води є тими властивостями , які відрізняють і позиціонуються як найбільш важливою і особлива вся рідка субстанція. Фізично та хімічно вода показує величезну різницю порівняно з іншими рідинами, навіть перевищує очікування та теоретичні розрахунки. Можливо, воно таке ж просте, і водночас таке складне, як і саме життя.

Якщо вуглець є наріжним каменем життя, вода відповідає його рідині. Якби він не був унікальним і незрівнянним, продукт його аномалій, вуглецеві зв’язки, що складають біологічні матриці, не були б корисними; сприйняття життя рушиться, океани повністю замерзають, а хмари не зависають на небі.

Айсберги та тіла льоду, що плавають на воді, являють собою звичайно занедбаний приклад однієї з водних аномалій. Джерело: Пікселі.

Водна пара набагато легша, ніж інші гази, і її взаємодія з атмосферою призводить до утворення хмар; рідина значно щільніше по відношенню до газу, і ця різниця в його густинах виглядає акцентованою порівняно з іншими сполуками; і тверда речовина, аномально, має значно меншу щільність, ніж рідина.

Приклад останнього спостерігається в тому, що айсберги та лід плавають у рідкій воді, продукт її меншої щільності.

Питома теплота

Пляжі, ще один природний приклад, коли макроскопічно спостерігається аномальне специфічне тепло води. Джерело: Pixabay.

Вода виявляє різку опозицію до підвищення температури перед джерелом тепла. Тому джерело повинно подавати достатньо тепла, щоб змусити воду підвищити свою температуру на один градус Цельсія; тобто його питома теплоємність висока, вища, ніж у будь-якої звичайної сполуки, і має значення 4,186 Дж / г · ºC.

Можливі пояснення його аномальної питомої теплоти пов'язані з тим, що молекули води безладно утворюють безліч водневих зв’язків, а тепло розсіюється для збільшення коливань таких мостів; інакше молекули води не вібруватимуть з більш високою частотою, що означає збільшення температури.

З іншого боку, як тільки молекули були термічно збуджені, їм потрібно час, щоб відновити початковий стан їх водневих зв’язків; це те саме, що говорити про те, що потрібен час для охолодження в нормальних умовах, поводячись як тепловий резервуар.

Наприклад, пляжі демонструють обидва типи поведінки в різні пори року. Взимку вони залишаються теплішими, ніж навколишнє повітря, а влітку прохолодніше. З цієї причини буде сонячно, але коли ви купаєтесь у морі, то стає прохолодніше.

Прихована теплота випаровування

Вода має дуже високу ентальпію або приховану теплоту випаровування (2257 кДж / кг). Ця аномалія синергізується зі своїм специфічним теплом: вона поводиться як резервуар і регулятор тепла.

Його молекули повинні поглинати достатню кількість тепла, щоб перейти в газову фазу, а тепло отримується з їх оточення; особливо на поверхні, до якої вони прикріплені.

Ця поверхня може бути, наприклад, нашою шкірою. При фізичних вправах він виділяє піт, склад якого по суті становить вода (більше 90%). Пот поглинає тепло зі шкіри для випаровування, тим самим надаючи відчуття охолодження. Те саме відбувається з грунтом, який після випаровування вологи знижує свою температуру і відчуває себе холоднішим.

Діелектрична константа

Молекула води надзвичайно полярна. Це відбивається на його діелектричній постійній (78,4 при 25ºC), що вище, ніж у інших рідких речовин. Завдяки своїй високій полярності він здатний розчиняти велику кількість іонних та полярних сполук. Саме з цієї причини його вважають універсальним розчинником.

Дифузія

Дифузія води через трубу. Джерело: Pxhere.

Однією з цікавих аномалій рідкої води є те, що вона дифундується набагато швидше, ніж оцінюється через отвір, який зменшується в розмірах. Рідини зазвичай збільшують свою швидкість, коли вони протікають через більш вузькі труби або канали; але вода прискорюється більш різко і бурхливо.

Макроскопічно це можна спостерігати, змінюючи площу поперечного перерізу труб, по яких циркулює вода. І нанометрично те саме можна зробити, але за допомогою вуглецевих нанотрубок, згідно з обчислювальними дослідженнями, які допомагають уточнити взаємозв'язок між молекулярною структурою та динамікою води.

Щільність

На початку згадувалося, що лід має меншу щільність, ніж вода. На додаток до цього він досягає максимального значення близько 4ºC. Коли вода охолоне нижче цієї температури, густина починає зменшуватися і холодніша вода піднімається; і, нарешті, близько 0 ° C, щільність падає до мінімального значення - льоду.

Одним з головних наслідків цього є не лише те, що айсберги можуть плавати; але також, це сприяє життю. Якби лід був більш щільним, він би тонув і охолоджував глибини до замерзання. Мори тоді охолонуть знизу вгору, залишаючи лише плівку води для морської фауни.

Крім того, коли вода потрапляє в поглиблення гірських порід, а температура падає, вона розширюється, коли замерзає, сприяючи її ерозії та зовнішній та внутрішній морфології.

Легка вода та важка вода

Коли лід пливе, поверхні озер і річок замерзають, тоді як риба може продовжувати жити в глибинах, де кисень добре розчиняється, а температура вище або нижче 4ºC.

З іншого боку, рідка вода насправді не вважається ідеально однорідною, а складається із структурних агрегатів різної щільності. На поверхні розташована найлегша вода, тоді як на дні - найгустіша.

Однак такі «переходи рідина-рідина» помітні лише у переохолодженій воді та в симуляціях з високим тиском.

Крижані розширення

Іншою характерною аномалією води є те, що лід зменшує свою температуру плавлення при збільшенні тиску; тобто при більш високому тиску лід тане при нижчих температурах (нижче 0ºC). Це так, ніби лід замість стискання розширюється внаслідок тиску.

Така поведінка суперечить поведінці інших твердих тіл: чим більший тиск на них, а отже, і їх скорочення, вони потребуватимуть більш високої температури або тепла, щоб плавитись, і таким чином зможуть відокремити свої молекули чи іони.

Варто також згадати, що лід є одним із найбільш слизьких твердих тіл у природі.

Поверхневе натягнення

Комаха ходить по поверхні води. Джерело: Pixabay.

Нарешті, хоча було згадано лише пару аномалій (із приблизно 69, які відомі та багато інших, які слід відкрити), вода має аномально високий поверхневий натяг.

Багато комах користуються цією властивістю, щоб мати можливість ходити по воді (верхнє зображення). Це пояснюється тим, що його вага не спрацьовує достатньої сили, щоб зламати поверхневий натяг води, молекули якої замість того, щоб розширюватися, стискаються, не даючи площі чи поверхні збільшуватися.

Список літератури

1. Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. (2008). Хімія. (8-е видання). CENGAGE Навчання.
2. Діти та наука. (2004). Аномалія води. Відновлено з: vias.org
3. Чаплін Мартін. (2019). Аномальні властивості води. Будова води та наука. Відновлено: 1.lsbu.ac.uk
4. ChimiSpiega. (2 лютого 2014 р.). Вода: дивний випадок навколо нас. Хімікаре. Відновлено з: chimicare.org
5. Nilsson, A., & Pettersson, LG (2015). Структурне походження аномальних властивостей рідкої води. Природні комунікації, 6, 8998. doi: 10.1038 / ncomms9998
6. IIEH. (2 липня 2014 р.). Водні аномалії. Еволюція та навколишнє середовище: Науково-дослідний інститут еволюції людини AC Відновлюється з: iieh.com
7. Піветта Маркос. (2013). Дивна сторона води. Дослідження FAPESP Відновлено з: revistapesquisa.fapesp.br