אנומליות של מים הן אלו מאפיינים מבדילים ואת מיקומו בתור החומר הנוזלי ביותר כל חשוב ומיוחד. מבחינה פיזית וכימית, מים מראים הבדל עצום בהשוואה לנוזלים אחרים, אפילו מעבר לציפיות ולחישובים תיאורטיים. אולי זה פשוט, ובו בזמן מורכב כמו החיים עצמם.
אם הפחמן הוא אבן הפינה לחיים, מים תואמים את הנוזל שלהם. אם זה לא היה ייחודי ובלתי ניתן להשוואה, תוצר של חריגותיו, קשרי הפחמן המרכיבים את המטריצות הביולוגיות לא היו מועילים; תפיסת החיים הייתה מתפוררת, האוקיינוסים קופאים לחלוטין והעננים לא היו מושעים בשמיים.
גבעות קרח וגופי קרח שצפים על המים מייצגים דוגמא שמעל לעין נשקפת לאחד מאנמליות המים. מקור: Pexels.
אדי מים קלים בהרבה מגזים אחרים, והאינטראקציה ביניהם עם האטמוספרה גורמת להיווצרות עננים; הנוזל צפוף יותר באופן משמעותי ביחס לגז, והבדל זה בצפיפות שלו נראה מודגש בהשוואה לתרכובות אחרות; והמוצק, באופן חריג, בעל צפיפות נמוכה בהרבה מהנוזל.
דוגמה לכך האחרונה נצפתה בכך שקרחונים וקרח צפים במים נוזליים, תוצר של צפיפותו הנמוכה יותר.
חום ספציפי
חופים, דוגמה טבעית נוספת בה נצפה החום הספציפי האנומלי של מים מקרוסקופית. מקור: Pixabay.
מים מראים התנגדות קשה להעלאת הטמפרטורה שלהם לפני מקור חום. לכן, על המקור לספק מספיק חום בכדי להכריח את המים להעלות את הטמפרטורה בטמפרטורה של מעלות צלזיוס; כלומר, החום הספציפי שלו גבוה, גבוה יותר מזה של כל תרכובת רגילה, ויש לו ערך של 4.186 J / g · ºC.
הסברים אפשריים לחום הספציפי האנומלי שלהם נובעים מהעובדה שמולקולות המים יוצרות קשרי מימן מרובים, באופן לא מסודר, והחום מתפזר כדי להגביר את הרטט של גשרים כאלה; אחרת, מולקולות המים לא היו רוטטות בתדירות גבוהה יותר, מה שמתורגם לעלייה בטמפרטורה.
מצד שני, ברגע שהמולקולות התרגשו תרמית, הם לוקחים זמן כדי לבסס מחדש את המצב המקורי של קשרי המימן שלהם; זה כמו להגיד שלוקח זמן להתקרר בתנאים רגילים, ומתנהג כמאגר חום.
חופים, למשל, מציגים את שתי ההתנהגויות בעונות השנה השונות. בחורף הם נשארים חמים יותר מהאוויר שמסביב, ובקיץ קריר יותר. מסיבה זו יהיה שטוף שמש, אבל כשאתה שוחה בים הוא מרגיש קריר יותר.
חום אידוי סגור
למים יש אנטלפיה גבוהה או חום אידוי סמוי (2257 ק"ג / ק"ג). אנומליה זו משתלבת עם החום הספציפי שלה: היא מתנהגת כמאגר וכווסת חום.
על המולקולות שלה לספוג מספיק חום כדי לעבור לשלב הגז, והחום מתקבל מסביבתם; במיוחד על המשטח שאליו הם מחוברים.
משטח זה יכול להיות, למשל, העור שלנו. כאשר הגוף מתעמל הוא משחרר זיעה, שהרכבם בעיקרו מים (יותר מ- 90%). הזיעה סופגת חום מהעור להתאדות ובכך נותנת את תחושת הקירור. אותו דבר קורה עם האדמה, שאחרי אידוי הלחות שלה, מורידה את הטמפרטורה שלה ומרגישה קר יותר.
קבוע דיאלקטרי
מולקולת המים היא קוטבית ביותר. זה בא לידי ביטוי בקבוע הדיאלקטרי שלו (78.4 בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס), הגבוה מזה של חומרים נוזליים אחרים. בשל הקוטביות הגבוהה שלו, הוא מסוגל להמיס מספר רב של תרכובות יוניות וקוטביות. מסיבה זו הוא נחשב לממס האוניברסלי.
ריכוך
דיפוזיה של מים דרך צינור. מקור: Pxhere.
אחת החריגות המוזרות של מים נוזליים היא שהם מתפזרים מהר הרבה יותר מההערכה דרך חור שמצטמצם בגודלו. נוזלים בדרך כלל מגדילים את מהירותם כאשר הם זורמים בצינורות או בתעלות צרים יותר; אבל המים מאיצים בצורה דרסטית ואלימה יותר.
ניתן לראות זאת מקרוסקופית על ידי שינוי אזור חתך הצינורות שדרכם מסתובבים המים. וננומטרית ניתן לעשות את אותו הדבר אך באמצעות צינורות פחמן, על פי מחקרים חישוביים, המסייעים להבהיר את הקשר בין מבנה מולקולרי לדינמיקה של מים.
צְפִיפוּת
בתחילה הוזכר שלקרח יש צפיפות נמוכה יותר מאשר מים. בנוסף לכל זה הוא מגיע לערך מקסימאלי סביב 4 מעלות צלזיוס. כאשר המים התקררו מתחת לטמפרטורה זו, הצפיפות מתחילה לרדת והמים הקרים עולים; ולבסוף, קרוב ל 0 ° C, הצפיפות יורדת לערך מינימלי, זה של הקרח.
אחת ההשלכות העיקריות לכך היא לא רק שקרחונים יכולים לצוף; אבל גם זה מעדיף את החיים. אם הקרח היה צפוף יותר, הוא היה שוקע ומקרר את העומקים לקפוא. הימים אז היו מתקררים מלמטה למעלה, והשאירו רק סרט מים זמין לצומח הימי.
בנוסף, כאשר מים מחלחלים אל שקעים של הסלעים, והטמפרטורה יורדת, הם מתרחבים כשהם קופאים, מקדמים את שחיקתם ואת המורפולוגיה החיצונית והפנימית.
מים קלים ומים כבדים
כאשר הקרח צף, משטחי האגמים והנהרות קופאים, ואילו הדגים יכולים להמשיך לחיות במעמקים, שם החמצן מתמוסס היטב והטמפרטורה היא מעל 4 מעלות צלזיוס.
מצד שני, מים נוזלים, למעשה, אינם נחשבים הומוגניים באופן אידיאלי, אלא מורכבים מצבירים מבניים עם צפיפות שונה. לפני השטח, המים הקלים ביותר ממוקמים, ואילו בתחתיתם הם הצפופים ביותר.
עם זאת, "מעבר" נוזלי-נוזלי שכזה מורגש רק במים מקוררים-תחת ותחת הדמיות עם לחץ גבוה.
הרחבות קרח
אנומליה נוספת האופיינית למים היא שקרח מוריד את טמפרטורת ההתכה שלו ככל שהלחץ עולה; כלומר, בלחץ גבוה יותר, הקרח נמס בטמפרטורות נמוכות יותר (מתחת ל- 0 מעלות צלזיוס). זה כאילו הקרח, במקום להתכווץ, מתרחב כתוצאה מלחץ.
התנהגות זו מנוגדת לזו של מוצקים אחרים: ככל שהלחץ עליהם גדול יותר, ולכן התכווצותם, הם ידרשו להמיס טמפרטורה או חום גבוהים יותר וכך יוכלו להפריד בין המולקולות או היונים שלהם.
כדאי להזכיר גם שקרח הוא אחד המוצקים החלקלקים ביותר בטבע.
מתח פנים
חרקים הולכים על פני המים. מקור: Pixabay.
לבסוף, על אף שרק כמה אנומליות הוזכרו (מתוך כ -69 הידועים ורבים אחרים שהתגלו), למים יש מתח פנים גבוה באופן חריג.
חרקים רבים מנצלים את המאפיין הזה כדי להיות מסוגלים ללכת על מים (תמונה עליונה). הסיבה לכך היא שמשקלו אינו מפעיל מספיק כוח כדי לשבור את מתח פני השטח של המים, אשר מולקולותיהם, במקום להתרחב, מתכווצים, ומונעים את התרחבות השטח או השטח.
הפניות
- וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה. (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
- ילדים ומדע. (2004). אנומליה של מים. התאושש מ: vias.org
- צ'פלין מרטין. (2019). תכונות חריגות של מים. מבנה מים ומדע. התאושש מ: 1.lsbu.ac.uk
- ChimiSpiega. (2 בפברואר 2014). מים: המקרה המוזר סביבנו. Chimicare. התאושש מ: chimicare.org
- Nilsson, A., & Pettersson, LG (2015). המקור המבני של תכונות חריגות של מים נוזליים. תקשורת טבע, 6, 8998. doi: 10.1038 / ncomms9998
- IIEH. (2 ביולי 2014). חריגות מים. אבולוציה וסביבה: מכון המחקר בנושא אבולוציה אנושית AC התאושש מ: iieh.com
- פיווטה מרקוס. (2013). הצד המוזר של המים. מחקר FAPESP. התאושש מ: revistapesquisa.fapesp.br