MITÄ VEDEN POIKKEAVUUDET OVAT? - KEMIA - 2026

Veden poikkeavuudet ovat niitä ominaisuuksia, jotka erottavat ja sijoittuvat tärkeimmäksi ja erityisimmäksi nestemäiseksi aineeksi. Fysikaalisesti ja kemiallisesti vedellä on valtava ero verrattuna muihin nesteisiin, jopa ylittäen odotukset ja teoreettiset laskelmat. Ehkä se on yhtä yksinkertainen ja samalla monimutkainen kuin itse elämä.

Jos hiili on elämän kulmakivi, vesi vastaa sen nestettä. Jos se ei olisi ainutlaatuinen ja vertaansa vailla, anomalioidensa tuote, biologisista matriiseista muodostuvilla hiilisidoksilla ei olisi hyötyä; elämän käsitys murenee, valtameret jäätyvät kokonaan eikä pilviä ole ripustettu taivaalle.

Jäävuoret ja vedessä kelluvat jääelimet edustavat yleensä huomiotta jätettyä esimerkkiä yhdestä vesivirheestä. Lähde: Pexels.

Vesihöyry on paljon kevyempi kuin muut kaasut, ja sen vuorovaikutus ilmakehän kanssa johtaa pilvien muodostumiseen; neste on huomattavasti tiheämpi kaasun suhteen, ja tämä tiheyserot näyttävät korostuvan verrattuna muihin yhdisteisiin; ja kiinteällä aineella on epänormaalisti paljon pienempi tiheys kuin nesteellä.

Esimerkki jälkimmäisestä havaitaan tosiasiassa, että jäävuoret ja jää kelluvat nestemäisessä vedessä, tuotteen, jonka tiheys on alhaisempi.

Ominaislämpö

Rannat, toinen luonnollinen esimerkki, jossa veden poikkeava ominaislämpö havaitaan makroskooppisesti. Lähde: Pixabay.

Vesi osoittaa voimakasta vastustusta lämpötilansa nostamiseen ennen lämmönlähdettä. Siksi lähteen on toimitettava tarpeeksi lämpöä pakottaaksesi veden nostamaan lämpötilaansa yksi celsiusaste; ts. sen ominaislämpö on korkea, korkeampi kuin minkään tavanomaisen yhdisteen, ja sen arvo on 4,186 J / g · ºC.

Mahdolliset selitykset sen poikkeavalle ominaislämpölle johtuvat tosiasiasta, että vesimolekyylit muodostavat useita vety sidoksia epäsäännöllisellä tavalla ja lämpö hajoaa lisäämään tällaisten siltojen värähtelyjä; muuten vesimolekyylit eivät värise suuremmalla taajuudella, mikä tarkoittaa lämpötilan nousua.

Toisaalta, kun molekyylit ovat termisesti kiihtyneitä, ne vievät aikaa vety sidostensa alkuperäisen tilan palauttamiseen; tämä on sama kuin sanominen, että jäähtyminen normaalissa olosuhteissa vie aikaa, käyttäytyen lämmönvarastona.

Esimerkiksi rannoilla on molemmat käyttäytymiset vuoden eri vuodenaikoina. Talvella ne pysyvät lämpimämpiä kuin ympäröivä ilma ja kesällä viileämpiä. Tästä syystä on aurinkoista, mutta meressä uidessa tuntuu viileämmältä.

Latentti höyrystymislämpö

Vedessä on erittäin korkea entalpia tai piilevä haihtumislämpö (2257 kJ / kg). Tämä poikkeavuus synergoi ominaislämpönsä kanssa: se toimii säiliönä ja lämmön säätelijänä.

Sen molekyylien on absorboitava tarpeeksi lämpöä siirtyäkseen kaasufaasiin, ja lämpö saadaan niiden ympäristöstä; erityisesti pinnalla, johon ne on kiinnitetty.

Tämä pinta voi olla esimerkiksi ihomme. Kun vartalo käyttää, se vapauttaa hikeä, jonka koostumus on pääosin vettä (yli 90%). Hiki imee iholta lämpöä höyrystymiseen, mikä antaa jäähdytyksen tunteen. Sama tapahtuu maaperän kanssa, joka kosteuden höyrystymisen jälkeen laskee sen lämpötilaa ja tuntuu kylmemmältä.

Dielektrisyysvakio

Vesimolekyyli on erittäin polaarinen. Tämä heijastuu sen dielektrisessä vakiossa (78,4 25ºC: ssa), joka on suurempi kuin muiden nestemäisten aineiden. Korkean polaarisuudensa vuoksi se kykenee liuottamaan suuren määrän ionisia ja polaarisia yhdisteitä. Juuri tästä syystä sitä pidetään yleisenä liuottimena.

diffuusio

Veden diffuusio putken läpi. Lähde: Pxhere.

Yksi nesteveden uteliaisista poikkeavuuksista on, että se diffundoituu paljon nopeammin kuin arvioidaan reiän läpi, jonka koko on pienentynyt. Nesteet lisäävät yleensä nopeuttaan, kun ne virtaavat kapeampien putkien tai kanavien läpi; mutta vesi kiihtyy voimakkaammin ja väkivaltaisemmin.

Makroskooppisesti tämä voidaan havaita muuttamalla putkien poikkileikkausaluetta, jonka läpi vesi kiertää. Ja nanometrisesti sama voidaan tehdä, mutta käyttämällä laskennallisten tutkimusten mukaan hiilinanoputkia, jotka auttavat selventämään veden molekyylirakenteen ja dynamiikan välistä suhdetta.

Tiheys

Alussa mainittiin, että jään tiheys on alhaisempi kuin veden. Tämän lisäksi se saavuttaa maksimiarvon noin 4 ºC. Kun vesi jäähtyi tämän lämpötilan alapuolelle, tiheys alkaa vähentyä ja kylmempi vesi nousee; ja lopuksi, lähellä 0 ° C: ta, tiheys laskee minimiarvoon, jäätä.

Yksi tämän pääasiallisista seurauksista ei ole vain jäävuorien kelluvuus; mutta myös se suosii elämää. Jos jää olisi tiheämpää, se uppoaisi ja jäähdyttäisi syvyydet jäätymiseen. Meret jäähtyisivät sitten alhaalta ylöspäin, jättäen vain vesikalvon käytettäväksi meri-eläimistöön.

Lisäksi, kun vesi tunkeutuu kiviaukkoihin ja lämpötila laskee, se laajenee, kun se jäätyy, edistäen sen eroosiota ja ulkoista ja sisäistä morfologiaa.

Kevyt ja raskas vesi

Jään kelluessa järvien ja jokien pinnat jäätyvät, kun taas kalat voivat elää edelleen syvyyksissä, joissa happi liukenee hyvin ja lämpötila on yli 4ºC tai alle.

Toisaalta nestemäistä vettä ei itse asiassa pidetä ihanteellisesti homogeenisena, mutta se koostuu rakenteellisista aggregaateista, joilla on erilaiset tiheydet. Pinnalla on kevyin vesi, pohjassa tihein.

Tällaiset neste-neste "muutokset" ovat kuitenkin havaittavissa vain jäähdytetyssä vedessä ja korkeiden paineiden simulaatioissa.

Jäälaajennukset

Toinen veden ominainen poikkeavuus on, että jää laskee sulamislämpötilaaan paineen kasvaessa; ts. korkeammassa paineessa jää sulaa matalammissa lämpötiloissa (alle 0ºC). Vaikuttaa siltä, ​​että jään paisumisen sijasta se paisuu.

Tämä käyttäytyminen on ristiriidassa muiden kiintoaineiden kanssa: mitä korkeampi paine niihin on ja sen vuoksi niiden supistuminen, ne vaativat korkeamman lämpötilan tai lämmön sulamiseksi ja siten kyettävä erottamaan molekyylinsä tai ioninsa.

On myös syytä mainita, että jää on yksi luonnon liukkaimmista kiintoaineista.

Pintajännitys

Hyönteiset kävelevät veden pinnalla. Lähde: Pixabay.

Viimeinkin, vaikka vain muutamia poikkeavuuksia on mainittu (noin 69: stä, jotka tunnetaan ja monet muut löydettävät), veden pintajännitys on epänormaalin korkea.

Monet hyönteiset hyödyntävät tätä ominaisuutta voidakseen kävellä vedellä (yläkuva). Tämä johtuu siitä, että sen paino ei tee tarpeeksi voimaa hajottamaan veden pintajännitystä, jonka molekyylit laajenemisen sijaan supistuvat ja estävät alueen tai pinnan kasvaa.

Viitteet

1. Whitten, Davis, Peck ja Stanley. (2008). Kemia. (8. painos). CENGAGE -oppiminen.
2. Lapset ja tiede. (2004). Veden poikkeavuus. Palautettu osoitteesta: vias.org
3. Chaplin Martin. (2019). Veden epänormaalit ominaisuudet. Veden rakenne ja tiede. Palautettu: 1.lsbu.ac.uk
4. ChimiSpiega. (2. helmikuuta 2014). Vesi: outo tapaus ympärillämme. Chimicare. Palautettu osoitteesta: chimicare.org
5. Nilsson, A., ja Pettersson, LG (2015). Nestemäisen veden epänormaalien ominaisuuksien rakenteellinen alkuperä. Nature Communications, 6, 8998. doi: 10.1038 / ncomms9998
6. IIEH. (2. heinäkuuta 2014). Vesivirheet. Evoluutio ja ympäristö: Ihmisen evoluution tutkimusinstituutti AC palautettu: iieh.com
7. Pivetta Marcos. (2013). Veden outo puoli. FAPESP-tutkimus. Palautettu: revistapesquisa.fapesp.br