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.
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
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.
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
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.
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.
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
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
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