WAT ZIJN WATERAFWIJKINGEN? - CHEMIE - 2026

De anomalieën van water zijn die eigenschappen die zich onderscheiden en positioneren als de belangrijkste en meest bijzondere, alle vloeibare substantie. Fysiek en chemisch vertoont water een enorm verschil in vergelijking met andere vloeistoffen en overtreft het zelfs de verwachtingen en theoretische berekeningen. Misschien is het net zo eenvoudig en tegelijkertijd zo complex als het leven zelf.

Als koolstof de hoeksteen van het leven is, komt water overeen met zijn vloeistof. Als het niet uniek en onvergelijkbaar was, een product van zijn anomalieën, zouden de koolstofbindingen waaruit de biologische matrices bestaan, nutteloos zijn; de perceptie van het leven zou afbrokkelen, de oceanen zouden volledig bevriezen en de wolken zouden niet aan de lucht hangen.

IJsbergen en ijsmassa's die op het water drijven, zijn een vaak over het hoofd gezien voorbeeld van een van de waterafwijkingen. Bron: Pexels.

Waterdamp is veel lichter dan andere gassen, en de interactie met de atmosfeer leidt tot de vorming van wolken; de vloeistof is aanzienlijk dichter met betrekking tot het gas, en dit verschil in dichtheid ziet er geaccentueerd uit in vergelijking met andere verbindingen; en de vaste stof heeft op abnormale wijze een veel lagere dichtheid dan de vloeistof.

Een voorbeeld van het laatste is het feit dat ijsbergen en ijs drijven in vloeibaar water, een product van de lagere dichtheid.

Specifieke hitte

Stranden, een ander natuurlijk voorbeeld waar de abnormale soortelijke warmte van water macroscopisch wordt waargenomen. Bron: Pixabay.

Water vertoont een ernstige weerstand tegen het verhogen van de temperatuur vóór een warmtebron. Daarom moet de bron voldoende warmte leveren om het water te dwingen zijn temperatuur met één graad Celsius te verhogen; dat wil zeggen, de soortelijke warmte is hoog, hoger dan die van een gewone verbinding, en heeft een waarde van 4,186 J / g ºC.

Mogelijke verklaringen voor de afwijkende soortelijke warmte zijn te wijten aan het feit dat de watermoleculen op een ongeordende manier meerdere waterstofbruggen vormen en de warmte wordt afgevoerd om de trillingen van dergelijke bruggen te vergroten; anders zouden de watermoleculen niet met een hogere frequentie trillen, wat zich vertaalt in een stijging van de temperatuur.

Aan de andere kant, als de moleculen eenmaal thermisch geëxciteerd zijn, hebben ze de tijd nodig om de oorspronkelijke staat van hun waterstofbruggen te herstellen; dit is hetzelfde als zeggen dat het tijd kost om af te koelen onder normale omstandigheden en dat het zich gedraagt ​​als een warmtereservoir.

Stranden vertonen bijvoorbeeld beide gedragingen tijdens verschillende seizoenen van het jaar. In de winter blijven ze warmer dan de omringende lucht, en in de zomer koeler. Om die reden is het zonnig, maar als je in zee zwemt voelt het koeler aan.

Latente warmte van verdamping

Water heeft een zeer hoge enthalpie of latente verdampingswarmte (2257 kJ / kg). Deze anomalie werkt samen met zijn soortelijke warmte: het gedraagt ​​zich als een reservoir en regelaar van warmte.

Zijn moleculen moeten voldoende warmte opnemen om in de gasfase te komen, en de warmte wordt uit hun omgeving gehaald; vooral op het oppervlak waarop ze zijn bevestigd.

Dit oppervlak kan bijvoorbeeld onze huid zijn. Wanneer het lichaam traint, komt zweet vrij, waarvan de samenstelling in wezen water is (meer dan 90%). Zweet absorbeert warmte van de huid om te verdampen, waardoor het gevoel van verkoeling ontstaat. Hetzelfde gebeurt met de grond, die na het verdampen van zijn vocht, zijn temperatuur verlaagt en kouder aanvoelt.

Diëlektrische constante

Het watermolecuul is extreem polair. Dit komt tot uiting in de diëlektrische constante (78,4 bij 25ºC), die hoger is dan die van andere vloeibare stoffen. Door zijn hoge polariteit kan het een groot aantal ionische en polaire verbindingen oplossen. Om deze reden wordt het beschouwd als het universele oplosmiddel.

Verspreiding

Verspreiding van water door een buis. Bron: Pxhere.

Een van de merkwaardige anomalieën van vloeibaar water is dat het veel sneller diffundeert dan geschat door een kleiner gat. Vloeistoffen verhogen over het algemeen hun snelheid wanneer ze door smallere pijpen of kanalen stromen; maar het water versnelt drastischer en heftiger.

Macroscopisch kan dit worden waargenomen door de dwarsdoorsnede van de buizen waardoor het water circuleert te variëren. En nanometrisch kan hetzelfde worden gedaan, maar met behulp van koolstofnanobuisjes, volgens computationele studies, die helpen de relatie tussen moleculaire structuur en dynamica van water te verduidelijken.

Dichtheid

In het begin werd vermeld dat ijs een lagere dichtheid heeft dan water. Bovendien bereikt het een maximale waarde van rond de 4ºC. Wanneer het water onder deze temperatuur afkoelt, begint de dichtheid af te nemen en stijgt het koudere water; en tenslotte, dicht bij 0 ° C, daalt de dichtheid tot een minimumwaarde, die van ijs.

Een van de belangrijkste gevolgen hiervan is niet alleen dat ijsbergen kunnen drijven; maar het is ook goed voor het leven. Als het ijs dichter was, zou het zinken en de diepten afkoelen tot bevriezing. De zeeën zouden dan van onderaf afkoelen, waardoor er alleen een laagje water beschikbaar blijft voor de mariene fauna.

Bovendien, wanneer water in de uitsparingen van rotsen sijpelt en de temperatuur daalt, zet het uit wanneer het bevriest, waardoor de erosie en externe en interne morfologie wordt bevorderd.

Licht water en zwaar water

Terwijl het ijs drijft, bevriezen de oppervlakken van meren en rivieren, terwijl vissen kunnen blijven leven in de diepten, waar zuurstof goed oplost en de temperatuur boven of onder de 4ºC ligt.

Aan de andere kant wordt vloeibaar water in feite niet als ideaal homogeen beschouwd, maar bestaat het uit structurele aggregaten met verschillende dichtheden. Aan de oppervlakte bevindt zich het lichtste water, terwijl het onderaan het dichtste is.

Dergelijke vloeistof-vloeistof "overgangen" zijn echter alleen merkbaar in onderkoeld water en onder simulaties met hoge drukken.

IJsuitbreidingen

Een andere kenmerkende anomalie van water is dat ijs zijn smelttemperatuur verlaagt naarmate de druk toeneemt; dat wil zeggen, bij hogere druk smelt het ijs bij lagere temperaturen (onder 0 ° C). Het is alsof het ijs, in plaats van samen te trekken, uitzet als gevolg van druk.

Dit gedrag is in strijd met dat van andere vaste stoffen: hoe groter de druk erop, en dus hun samentrekking, ze zullen een hogere temperatuur of warmte nodig hebben om te smelten en zo hun moleculen of ionen te kunnen scheiden.

Het is ook vermeldenswaard dat ijs een van de meest gladde vaste stoffen in de natuur is.

Oppervlaktespanning

Insect lopen op het oppervlak van het water. Bron: Pixabay.

Ten slotte, hoewel er slechts een paar anomalieën zijn genoemd (van de ongeveer 69 die bekend zijn en vele anderen die ontdekt moeten worden), heeft het water een abnormaal hoge oppervlaktespanning.

Veel insecten profiteren van deze eigenschap om over water te kunnen lopen (bovenste afbeelding). Dit komt doordat het gewicht niet genoeg kracht uitoefent om de oppervlaktespanning van het water te doorbreken, waarvan de moleculen, in plaats van uit te zetten, samentrekken, waardoor het gebied of het oppervlak niet groter kan worden.

Referenties

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie. (8e ed.). CENGAGE Leren.
2. Kinderen en wetenschap. (2004). De anomalie van water. Hersteld van: vias.org
3. Chaplin Martin. (2019). Afwijkende eigenschappen van water. Waterstructuur en wetenschap. Hersteld van: 1.lsbu.ac.uk
4. ChimiSpiega. (2 februari 2014). Water: het vreemde geval om ons heen. Chimicare. Hersteld van: chimicare.org
5. Nilsson, A., en Pettersson, LG (2015). De structurele oorsprong van abnormale eigenschappen van vloeibaar water. Nature Communications, 6, 8998. doi: 10.1038 / ncomms9998
6. IIEH. (2 juli 2014). Waterafwijkingen. Evolution and Environment: Research Institute on Human Evolution AC Hersteld van: iieh.com
7. Pivetta Marcos. (2013). De vreemde kant van het water. FAPESP-onderzoek. Hersteld van: revistapesquisa.fapesp.br