QUÈ SÓN LES ANOMALIES DE L'AIGUA? - QUIMICA - 2026

Les anomalies de l'aigua són aquelles propietats que la distingeixen i posicionen com la substància líquida més important i especial de totes. Física i químicament l'aigua mostra una enorme diferència respecte a altres líquids, superant fins i tot les expectatives i càlculs teòrics. Potser, sigui tan simple, i alhora tan complexa com la vida mateixa.

Si el carboni constitueix la pedra angular de la vida, l'aigua correspon al seu fluid. Si no fos única i incomparable, producte de les seves anomalies, de res servirien els enllaços de carboni que componen les matrius biològiques; la percepció de la vida s'enfonsaria, els oceans es congelarien per complet i els núvols no estarien suspeses al cel.

Els icebergs i cossos de gel surant sobre l'aigua representen un exemple usualment desapercebut d'una de les anomalies de l'aigua. Font: Pexels.

El vapor d'aigua és molt més lleuger que altres gasos, i la seva interacció amb l'atmosfera resulta en la formació de núvols; el líquid, és considerablement més dens pel que fa a el gas, i aquesta diferència en les seves densitats llueix accentuada davant d'altres compostos; i el sòlid, anòmalament, presenta una densitat molt menor que el líquid.

Un exemple del que últim s'observa en el fet que els icebergs i el gel surin a l'aigua líquida, producte de la seva menor densitat.

calor específica

Platges, un altre exemple natural on s'observa macroscòpicament l'anòmal calor específica de l'aigua. Font: Pixabay.

L'aigua mostra una severa oposició a incrementar la seva temperatura davant d'una font de calor. Per tant, la font ha de subministrar força calor per forçar l'aigua elevar la seva temperatura un grau centígrad; això és, la seva calor específica és alt, més que el de qualsevol compost ordinari, i té un valor de 4,186 J / g · ºC.

Les possibles explicacions per a la seva anòmal calor específica es deuen al fet que les molècules d'aigua formen múltiples ponts d'hidrogen, de manera desordenada, i la calor es dissipa per augmentar les vibracions de tals ponts; en cas contrari, les molècules d'aigua no vibrarían a una freqüència més gran, la qual es tradueix a un increment de temperatura.

D'altra banda, un cop les molècules s'hagin excitat tèrmicament, demoren en tornar a establir l'estat original de les seves ponts d'hidrogen; això és igual a dir que demora en refredar-se en condicions normals, comportant-se com un reservori de calor.

Les platges, per exemple, manifesten els dos comportaments durant diferents estacions de l'any. A l'hivern es mantenen més calents que l'aire circumdant, ia l'estiu, més fredes. Per aquesta raó farà molt de sol, però a l'banyar-se al mar se sent més fresc.

Calor latent de vaporització

L'aigua té una entalpia o calor latent d'evaporació molt alt (2257 kJ / kg). Aquesta anomalia fa sinergia amb la seva calor específica: es comporta com un reservori i regulador de la calor.

Les seves molècules han d'absorbir el suficient calor per passar a la fase gasosa, i la calor l'obté de les seves voltant; especialment, de la superfície a la qual estiguin adherides.

Aquesta superfície pot ser, per exemple, la nostra pell. Quan el cos s'exercita s'allibera suor, la composició és en essència aigua (major a l'90%). La suor absorbeix calor de la pell per vaporitzar, donant així la sensació de refrescar. El mateix succeeix amb el sòl, que després de vaporitzar la seva humitat, disminueix la seva temperatura i se sent més fred.

constant dielèctrica

La molècula d'aigua és en extrem polar. Això es reflecteix en la seva constant dielèctrica (78,4 a 25ºC), la qual és superior a la d'altres substàncies líquides. A l'tenir una alta polaritat, és capaç de dissoldre un gran nombre de compostos iònics i polars. És per aquesta raó que se li considera com el solvent universal.

difusió

Difusió de l'aigua per una canonada. Font: Pxhere.

Una de les curioses anomalies de l'aigua líquida és que difon molt més ràpid que l'estimat a través d'un orifici que es redueix de mida. Els fluids per regla general, augmenten la seva velocitat quan corren per canonades o canals més estrets; però l'aigua s'accelera de manera més dràstica i violenta.

Macroscópicamente pot observar això variant l'àrea transversal de les canonades per on circula l'aigua. I nanométricamente, pot fer-se el mateix però utilitzant nanotubs de carboni, d'acord a estudis computacionals, els quals ajuden a aclarir la relació entre estructura i dinàmica moleculars de l'aigua.

densitat

Es va esmentar a el principi que el gel té una densitat menor que la de l'aigua. A més d'això, aquesta arriba a un valor màxim al voltant dels 4ºC. Refredada l'aigua per sota d'aquesta temperatura, comença a disminuir la densitat i l'aigua més freda ascendeix; i finalment, proper als 0 ° C, la densitat cau a un valor mínim, el de el gel.

Una de les principals conseqüències d'això no és només que els icebergs puguin surar; sinó que a més, afavoreix la vida. Si el gel fos més dens, s'enfonsaria i refredaria les profunditats fins congelar-les. Llavors, els mars es refredarien de baix a dalt, quedant tot just una pel·lícula d'aigua disponible per a la fauna marina.

A més, quan l'aigua es filtra pels racons de les roques, i baixa la temperatura, aquesta s'expandeix a l'congelar-se, promovent la seva erosió i la morfologia externa i interna.

Aigua lleugera i aigua densa

A l'surar el gel, la superfície dels llacs i rius es congelen, mentre que els peixos poden continuar vivint a les profunditats, on l'oxigen es dissol bé i la temperatura està per sobre o sota dels 4ºC.

D'altra banda, a l'aigua líquida, de fet, no se li considera idealment homogènia, sinó que consisteix d'agregats estructurals amb diferents densitats. A la superfície, se situa l'aigua més lleugera, mentre que en el fons, la més densa.

Tot i això, com "transicions" líquid-líquid, només són apreciables en aigua sobrerefredada i sota simulacions amb elevades pressions.

Expansions de el gel

Una altra anomalia característica d'l'aigua és que el gel disminueix la seva temperatura de fusió conforme s'incrementa la pressió; és a dir, a major pressió, el gel es fon a temperatures més baixes (per sota dels 0ºC). És com si el gel en lloc de contreure s'expandís fruit de la pressió.

Aquest comportament és contrari a el d'altres sòlids: mentre més gran sigui la pressió sobre ells, i per tant, la seva contracció, requeriran d'una major temperatura o calor per fondre i poder així separar les seves molècules o ions.

Igualment cal esmentar que el gel és un dels sòlids més relliscosos hi ha hagut en la natura.

tensió superficial

Insecte caminant sobre la superfície de l'aigua. Font: Pixabay.

Per acabar, tot i que gairebé no s'hagi esmentat un parell d'anomalies (de les aproximadament 69 que es coneixen i altres tantes per descobrir), l'aigua presenta una tensió superficial anormalment gran.

Molts insectes aprofiten aquesta propietat per poder caminar sobre l'aigua (imatge superior). Això es deu al fet que el seu pes no exerceix la suficient força per trencar la tensió superficial de l'aigua, les molècules en lloc d'expandir-se, es contrauen, evitant que l'àrea o la superfície s'incrementin.

referències

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). Cengage Learning.
2. Kids & Science. (2004). The anomaly of Water. Recuperat de: vias.org
3. Chaplin Martin. (2019). Anomalous properties of water. Water structure and science. Recuperat de: 1.lsbu.ac.uk
4. ChimiSpiega. (02 de febrer de 2014). Water: the odd casi around us. Chimicare. Recuperat de: chimicare.org
5. Nilsson, A., & Pettersson, LG (2015). The structural origin of Anomalous properties of liquid water. Nature communications, 6, 8998. doi: 10.1038 / ncomms9998
6. IIEH. (02 de juliol de 2014). Anomalies de l'aigua. Evolució i Ambient: Institut de Recerca sobre Evolució Humana AC Recuperat de: iieh.com
7. Pivetta Marc. (2013). El costat estrany d'l'aigua. Perquisició FAPESP. Recuperat de: revistapesquisa.fapesp.br