KAS YRA VANDENS ANOMALIJOS? - CHEMIJA - 2025

Vandens anomalijos yra tos savybės, kurios išskiria ir yra svarbiausios ir ypatingiausios visos skystos medžiagos. Fiziškai ir chemiškai vanduo rodo didžiulį skirtumą, palyginti su kitais skysčiais, netgi viršydamas lūkesčius ir teorinius skaičiavimus. Galbūt tai taip paprasta, o kartu ir sudėtinga, kaip ir pats gyvenimas.

Jei anglis yra kertinis gyvenimo akmuo, vanduo atitinka jo skystį. Jei jis nebūtų unikalus ir nepalyginamas, jo anomalijų produktas, anglies jungtys, sudarančios biologines matricas, būtų nenaudingas; sutriks gyvenimo suvokimas, vandenynai visiškai užšals, o debesys nebus pakabinti danguje.

Ant vandens plūduriuojantys ledkalniai ir ledo kūnai yra dažniausiai nepastebimas vienos iš vandens anomalijų pavyzdys. Šaltinis: Pexels.

Vandens garai yra daug lengvesni už kitas dujas, o jų sąveika su atmosfera lemia debesų susidarymą; skystis yra žymiai tankesnis dujų atžvilgiu, ir šis tankių skirtumas atrodo padidėjęs, palyginti su kitais junginiais; ir kieta, anomaliai, turi daug mažesnį tankį nei skystis.

Pastarojo pavyzdys stebimas tuo, kad aisbergai ir ledas plūduriuoja skystame vandenyje, jo mažesnio tankio produktas.

Savitoji šiluma

Paplūdimiai - dar vienas natūralus pavyzdys, kai makroskopiškai stebimas nenormalus savitasis vandens karštis. Šaltinis: „Pixabay“.

Vanduo rodo priešingą temperatūros padidėjimą prieš šilumos šaltinį. Todėl šaltinis turi tiekti pakankamai šilumos, kad priverstų vandenį pakelti jo temperatūrą vienu laipsniu Celsijaus; tai yra, jo savitoji šiluma yra aukšta, didesnė nei bet kokio įprasto junginio, ir jo vertė yra 4,186 J / g ° ºC.

Galimi anomalios savitosios šilumos paaiškinimai yra dėl to, kad vandens molekulės netvarkingai sudaro daugybę vandenilio jungčių, o šiluma išsisklaido, kad padidintų tokių tiltų vibracijas; priešingu atveju vandens molekulės vibruotų ne aukštesniu dažniu, o tai reiškia, kad padidėja temperatūra.

Kita vertus, kai molekulės yra termiškai sužadintos, reikia laiko, kad būtų galima atkurti pradinę vandenilio jungčių būseną; tai tas pats, kas sakyti, kad reikia atvėsti normaliomis sąlygomis, veikiant kaip šilumos rezervuaras.

Pvz., Paplūdimiuose rodomas abiejų elgesys skirtingais metų laikais. Žiemą jie būna šiltesni už aplinkos orą, o vasarą vėsesni. Dėl šios priežasties bus saulėta, tačiau maudantis jūroje jaučiasi vėsiau.

Latentinis garinimo karštis

Vanduo turi labai didelę entalpiją arba latentinę garų šilumą (2257 kJ / kg). Ši anomalija sinergizuoja su savita šiluma: ji elgiasi kaip rezervuaras ir šilumos reguliatorius.

Jos molekulės turi sugerti pakankamai šilumos, kad galėtų pereiti į dujų fazę, o šiluma gaunama iš jų apylinkių; ypač ant paviršiaus, prie kurio jie pritvirtinti.

Šis paviršius gali būti, pavyzdžiui, mūsų oda. Kai kūnas mankštinasi, jis išskiria prakaitą, kurio sudėtis iš esmės yra vanduo (daugiau kaip 90%). Prakaitas sugeria iš odos šilumą, kad garuotų, tokiu būdu atvėsdamas. Tas pats atsitinka su dirvožemiu, kuris, išgarinęs drėgmę, sumažina jo temperatūrą ir jaučiasi šaltesnis.

Dielektrinė konstanta

Vandens molekulė yra ypač polinė. Tai atspindi jo dielektrinė konstanta (78,4, esant 25ºC temperatūrai), kuri yra didesnė nei kitų skystų medžiagų. Dėl didelio poliškumo jis gali ištirpinti daugybę joninių ir polinių junginių. Būtent dėl ​​šios priežasties jis laikomas universaliu tirpikliu.

Difuzija

Vandens difuzija per vamzdį. Šaltinis: Pxhere.

Viena iš įdomių skysto vandens anomalijų yra tai, kad jis sklinda daug greičiau, nei apskaičiuota, per skylę, kurios dydis yra mažesnis. Skysčiai paprastai padidina greitį, kai teka per siauresnius vamzdžius ar kanalus; bet vanduo greitėja drastiškiau ir žiauriau.

Makroskopiškai tai galima pastebėti keičiant vamzdžių, per kuriuos vanduo cirkuliuoja, skerspjūvio plotą. Remiantis skaičiavimo tyrimais, nanometriniu būdu tą patį galima padaryti naudojant anglies nanovamzdelius, kurie padeda išaiškinti vandens molekulinės struktūros ir dinamikos ryšį.

Tankis

Iš pradžių buvo minima, kad ledo tankis yra mažesnis nei vandens. Be to, jis pasiekia maksimalią vertę apie 4ºC. Vandeniui atvėsus žemiau šios temperatūros, tankis pradeda mažėti, o šaltesnis vanduo pakyla; ir, pagaliau, artimas 0ºC, tankis sumažėja iki minimalios ledo vertės.

Viena iš pagrindinių pasekmių yra ne tik tai, kad ledkalniai gali plūduriuoti; bet ir palankus gyvenimui. Jei ledas būtų tankesnis, jis nuskendtų ir atšaldytų gelmes iki užšalimo. Jūros iš apačios į viršų vėsta, o jūrinei faunai liko tik vandens plėvelė.

Be to, kai vanduo patenka į uolienų įdubas ir krenta temperatūra, jis plečiasi, kai užšąla, skatindamas jo eroziją ir išorinę bei vidinę morfologiją.

Lengvas ir sunkus vanduo

Kai ledas plūduriuoja, ežerų ir upių paviršiai užšąla, o žuvys gali toliau gyventi gelmėse, kur deguonis gerai ištirpsta, o temperatūra yra aukštesnė ar žemesnė kaip 4ºC.

Kita vertus, skystas vanduo iš tikrųjų nėra laikomas idealiai homogenišku, o susideda iš skirtingo tankio struktūrinių užpildų. Paviršiuje yra lengviausias vanduo, o apačioje - tankiausias.

Tačiau tokie skysčio-skysčio „perėjimai“ pastebimi tik peršaldytame vandenyje ir imituojant aukštą slėgį.

Ledo išsiplėtimas

Kita būdinga vandens anomalija yra tai, kad ledas mažina jo lydymosi temperatūrą didėjant slėgiui; y., esant aukštesniam slėgiui, ledas tirpsta žemesnėje temperatūroje (žemiau 0ºC). Lyg ledas, užuot susitraukęs, dėl slėgio plečiasi.

Šis elgesys prieštarauja kitų kietųjų dalelių elgesiui: kuo didesnis slėgis joms, taigi ir dėl jų susitraukimo, jiems ištirpti reikės aukštesnės temperatūros ar šilumos ir tokiu būdu bus galima atskirti jų molekules ar jonus.

Taip pat verta paminėti, kad ledas yra viena slidžiausių kietųjų dalelių gamtoje.

Paviršiaus įtempimas

Vabzdžiai vaikšto vandens paviršiumi. Šaltinis: „Pixabay“.

Galiausiai, nors buvo paminėta tik keletas anomalijų (iš maždaug 69 žinomų ir dar daugybės kitų, kurios dar turi būti aptiktos), vandens paviršiaus įtempis yra neįprastai didelis.

Daugelis vabzdžių pasinaudoja šia savybe, kad galėtų vaikščioti vandeniu (vaizdas viršuje). Taip yra todėl, kad jo svoris nesukelia pakankamai jėgos, kad sulaužytų vandens paviršiaus įtempimą, kurio molekulės užuot išsiplėtusios, susitraukia, neleisdamos plotui ar paviršiui didėti.

Nuorodos

1. Whittenas, Davisas, Peckas ir Stanley. (2008). Chemija. (8-asis leidimas). CENGAGE mokymasis.
2. Vaikai ir mokslas. (2004). Vandens anomalija. Atkurta iš: vias.org
3. Chaplinas Martinas. (2019 m.). Anomalios vandens savybės. Vandens struktūra ir mokslas. Atkurta iš: 1.lsbu.ac.uk
4. ChimiSpiega. (2014 m. Vasario 2 d.). Vanduo: keistas atvejis aplink mus. Chimicare. Atkurta iš: chimicare.org
5. Nilsson, A., ir Pettersson, LG (2015). Skysto vandens anomalių savybių struktūrinė kilmė. Gamtos komunikacijos, 6, 8998. doi: 10.1038 / ncomms9998
6. IIEH. (2014 m. Liepos 2 d.). Vandens anomalijos. Evoliucija ir aplinka: Žmogaus evoliucijos tyrimų institutas Atkurta iš: iieh.com
7. „Pivetta Marcos“. (2013). Keista vandens pusė. FAPESP tyrimai. Atkurta iš: revistapesquisa.fapesp.br