O que são anomalias da água?

As anomalias de água são aquelas propriedades que distinguem e posicionado como a toda a substância líquida mais importante e especial. Física e quimicamente a água mostra uma enorme diferença em relação a outros líquidos, superando até as expectativas e os cálculos teóricos. Talvez seja tão simples, mas tão complexo quanto a própria vida.

Se o carbono constitui a pedra angular da vida, a água corresponde ao seu fluido. Se não fosse única e incomparável, devido às suas anomalias, as ligações de carbono que compõem as matrizes biológicas não teriam utilidade; a percepção da vida desmoronaria, os oceanos congelariam completamente e as nuvens não seriam suspensas no céu.

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Icebergs e corpos de gelo flutuando na água representam um exemplo geralmente despercebido de uma das anomalias da água. Fonte: Pexels

O vapor de água é muito mais leve que outros gases, e sua interação com a atmosfera resulta na formação de nuvens; o líquido é consideravelmente mais denso em relação ao gás, e a referida diferença em suas densidades parece acentuada em comparação com outros compostos; e o sólido, anormalmente, tem uma densidade muito menor que o líquido.

Um exemplo deste último é observado no fato de que icebergs e gelo flutuam em água líquida, produto de menor densidade.

Calor específico

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Praias, outro exemplo natural onde o calor anômalo da água é observado macroscopicamente. Fonte: Pixabay

A água mostra uma forte oposição ao aumento de temperatura antes de uma fonte de calor. Portanto, a fonte deve fornecer calor suficiente para forçar a água a aumentar sua temperatura em um grau centígrado; isto é, seu calor específico é alto, mais que o de qualquer composto comum, e tem um valor de 4.186 J / g · ° C.

As possíveis explicações para seu calor específico anômalo devem-se ao fato de as moléculas de água formarem múltiplas ligações de hidrogênio, de maneira desordenada, e o calor se dissipar para aumentar as vibrações de tais pontes; caso contrário, as moléculas de água não vibrariam com uma frequência mais alta, o que resulta em um aumento de temperatura.

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Por outro lado, uma vez que as moléculas tenham sido excitadas termicamente, elas demoram a restabelecer o estado original de suas ligações de hidrogênio; É o mesmo que dizer que leva tempo para esfriar em condições normais, comportando-se como um reservatório de calor.

As praias, por exemplo, manifestam os dois comportamentos em diferentes estações do ano. No inverno, ficam mais quentes que o ar circundante e, no verão, mais frio. Por esse motivo, fará muito sol, mas tomar banho no mar parecerá mais frio.

Calor latente de vaporização

A água tem um calor de evaporação latente ou entalpia muito alto (2257 kJ / kg). Essa anomalia sinergiza com seu calor específico: se comporta como reservatório e regulador de calor.

Suas moléculas devem absorver calor suficiente para passar para a fase gasosa, e o calor o absorve; especialmente, da superfície à qual estão conectados.

Essa superfície pode ser, por exemplo, a nossa pele. Quando o corpo é exercitado, libera suor, cuja composição é essencialmente água (superior a 90%). O suor absorve o calor da pele para vaporizar, dando a sensação de resfriamento. O mesmo acontece com o solo, que após a vaporização da umidade diminui a temperatura e fica mais frio.

Constante dielétrica

A molécula de água é extremamente polar. Isso se reflete em sua constante dielétrica (78,4 a 25 ° C), que é maior que a de outras substâncias líquidas. Por ter uma alta polaridade, é capaz de dissolver um grande número de compostos iônicos e polares. É por esse motivo que é considerado o solvente universal.

Difusão

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Difusão de água através de um tubo. Fonte: Pxhere

Uma das curiosas anomalias da água líquida é que ela se difunde muito mais rapidamente do que o estimado através de um orifício com tamanho reduzido. Os fluidos, via de regra, aumentam sua velocidade quando passam por tubos ou canais mais estreitos; mas a água acelera de maneira mais drástica e violenta.

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Macroscopicamente, isso pode ser observado variando a área da seção transversal dos tubos através dos quais a água circula. E nanometricamente, o mesmo pode ser feito, mas usando nanotubos de carbono, de acordo com estudos computacionais, que ajudam a esclarecer a relação entre estrutura molecular e dinâmica da água.

Densidade

Foi mencionado no início que o gelo tem uma densidade mais baixa que a água. Além disso, atinge um valor máximo em torno de 4ºC. A água resfriada abaixo dessa temperatura começa a diminuir a densidade e a água mais fria aumenta; e finalmente, próximo a 0 ° C, a densidade cai para um valor mínimo, o do gelo.

Uma das principais conseqüências disso não é apenas que os icebergs possam flutuar; Também favorece a vida. Se o gelo fosse mais denso, afundaria e esfriaria as profundidades para congelar. Então, o mar esfriava de baixo para cima, deixando apenas um filme de água disponível para a fauna marinha.

Além disso, quando a água penetra nos recessos das rochas e a temperatura cai, ela se expande quando congela, promovendo sua erosão e morfologia externa e interna.

Água leve e água densa

Quando o gelo flutua, a superfície dos lagos e rios congela, enquanto o peixe pode continuar vivendo nas profundezas, onde o oxigênio se dissolve bem e a temperatura está acima ou abaixo de 4 ° C.

Por outro lado, a água líquida, de fato, não é considerada idealmente homogênea, mas consiste em agregados estruturais com diferentes densidades. Na superfície, a água mais leve está localizada, enquanto no fundo, a água mais densa.

No entanto, essas “transições líquido-líquido” são notadas apenas em água super-resfriada e sob simulações com altas pressões.

Expansões de gelo

Outra anomalia característica da água é que o gelo diminui sua temperatura de fusão à medida que a pressão aumenta; isto é, a pressão mais alta, o gelo derrete a temperaturas mais baixas (abaixo de 0 ° C). É como se o gelo em vez de contrair se expandisse como resultado da pressão.

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Esse comportamento é contrário a outros sólidos: quanto maior a pressão sobre eles e, portanto, sua contração, exigirá uma temperatura ou calor mais alto para derreter e, portanto, será capaz de separar suas moléculas ou íons.

Também vale ressaltar que o gelo é um dos sólidos mais escorregadios da natureza.

Tensão superficial

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Inseto andando na superfície da água. Fonte: Pixabay

Finalmente, embora apenas algumas anomalias tenham sido mencionadas (das aproximadamente 69 conhecidas e muitas outras a serem descobertas), a água tem uma tensão superficial anormalmente grande.

Muitos insetos aproveitam essa propriedade para poder andar sobre a água (imagem acima). Isso ocorre porque seu peso não exerce força suficiente para quebrar a tensão superficial da água, cujas moléculas, em vez de se expandirem, contraem, impedindo o aumento da área ou superfície.

Referências

  1. Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Química (8a ed.). Aprendizagem CENGAGE.
  2. Kids & Science (2004). A anomalia da água. Recuperado em: vias.org
  3. Chaplin Martin (2019). Propriedades anômalas da água. Estrutura da água e ciência. Recuperado de: 1.lsbu.ac.uk
  4. ChimiSpiega. (2 de fevereiro de 2014). Água: o caso estranho ao nosso redor. Chimicare Recuperado de: chimicare.org
  5. Nilsson, A. e Pettersson, LG (2015). A origem estrutural das propriedades anômalas da água líquida. Nature Communications, 6, 8998. doi: 10.1038 / ncomms9998
  6. IIEH (2 de julho de 2014). Anomalias de água Evolução e Meio Ambiente: Instituto de Pesquisa em Evolução Humana AC Recuperado de: iieh.com
  7. Pivetta Marcos. (2013). O lado estranho da água. Pesquisa da FAPESP. Recuperado de: revistapesquisa.fapesp.br

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