Nienormalne właściwości wody

Artykuł pobrano ze strony

eioba.pl

Woda- jedna z najważniejszych substancji na Ziemi, jeśli nie powiedzieć, że najważniejsza.

Występuje głównie w oceanach, które pokrywają 70,8% jej powierzchni, ale także w rzekach, jeziorach i w postaci stałej w
lodowcach. Część wody znajduje się pod powierzchnią ziemi lub w atmosferze (chmury, para wodna). Ponadto woda stanowi
przeciętnie 65-70% składu chemicznego człowieka. Nikt bez niej by nie przeżył. Stanowi rozpuszczalnik płynów ustrojowych i
środowisko reakcji biochemicznych zachodzących w każdej żywej komórce oraz reguluje ciepłotę ciała.
Mimo tych wszystkich faktów przeciętny człowiek nie ma pojęcia czym jest woda, jakie unikalne właściwości fizyczne i
chemiczne posiada. Ale i takiego pojęcia mieć nie musi… Ta wiedza nie jest mu w żaden sposób do życia potrzebna! Ważne
żeby wodę spożywał.
Artykuł w dalszej części jest dla ciekawskich, dla tych, którzy chcą widzieć więcej, ale skoro już zacząłeś go czytać drogi
Czytelniku to zachęcam Cię abyś nie przerywał!

Z czego składa się cząsteczka wody chyba każdy powinien po szkole podstawowej wiedzieć, ale dla przypomnienia- wzór
chemiczny to H2O. To już jest swego rodzaju fenomen. Dwa gazy w warunkach normalnych dają ciecz o tak unikalnych
właściwościach. Centralnie położony atom tlenu znajduje się między dwoma połączonymi z nim wiązaniami kowalencyjnymi
atomami wodoru (pod kątem 104,45°). Struktura taka ma cechy nieforemnego czworościanu (w którego narożach znajdują się
odpowiednio ładunki dodatnie i ujemne). Jest to jednak czyste wyobrażenie cząsteczki wody. W rzeczywistości nie istnieje ona
jako geometryczna forma, a raczej jako układ o uśrednionych parametrach fizycznych. W układzie takim dodatnio naładowane
atomy jednej cząsteczki oddziałują na ujemnie naładowane atomy tlenu drugiej cząsteczki, tworząc wiązania wodorowe. Są to
wiązania kilkanaście razy słabsze od kowalencyjnych, ale to właśnie one umożliwiają asocjację cząstek wody.
Mówiąc o budowie cząsteczki wody od razu pojawia się jej nienormalna właściwość fizyczna. Dlaczego lód- woda w stanie
stałym- pływa po powierzchni cieczy? Wyjaśnienie jest następujące: każda cząsteczka wody posiada dwa ładunki dodatnie i
dwa ujemne, co pozwala utworzyć cztery wiązania wodorowe. Takie układy z pięcioma cząsteczkami, są elementami, z których
powstaje trójwymiarowa siatka wody w stanie stałym. Dzięki istnieniu w siatce pustych przestrzeni woda w stanie stałym ma
mniejszą gęstość niż w stanie ciekłym i dlatego jako ciało lżejsze (choć o takim samym składzie chemicznym) pływa po
powierzchni.

Z powyżej opisanej budowy cząsteczki wody wynikają jej swoiste anomalia, odchylenia od tego czego można się spodziewać
na podstawie samego chemicznego wzoru wody. Oto najważniejsze z nich:

Podczas topnienia woda nie rozszerza się jak większość ciał, lecz kurczy; jej przejście do fazy stałej odwrotnie- powoduje
zwiększenie objętości.

Gęstość wody podczas ogrzewania zwiększa się w granicach temperatur od 0°C do 3,98°C (w tej temperaturze woda ma
gęstość maksymalną 1kg/dm3 ), po czym znowu zaczyna się zmniejszać.

Woda ma stosunkowo niedużą lepkość, tzn. jej cząsteczki napotykają względnie mały opór podczas przemieszczania się obok
siebie. Lepkość ta ściśle zależy od ciśnienia i temperatury. Zwiększanie ciśnienia zewnętrznego prowadzi zwykle do
zwiększenia lepkości ciał, natomiast w wodzie wywołuje ono zmniejszenie lepkości w granicach temperatur od 0°C do 20-30°C
.

Temperatura topnienia wody jest niezwykle wysoka. Jeśli przedstawić na wykresie temperatury topnienia wodorków z 16 grupy
Układu Okresowego Pierwiastków, to okaże się, że znajdują się one na jednej prostej, oprócz H2O. Temperatura topnienia
wodorków 16 grupy maleje wraz ze spadkiem okresu, w którym znajduje się dany pierwiastek w związku z wodorem: H2Te
-51°C; H2Se -66 °C; H2S - 86°C. Ekstrapolacja prostej z tych punktów na wykresie pokazuje, że temperatura topnienia wody
powinna wynosić -108°C, a w rzeczywistości jak wiemy wynosi 0°C. Temperatura wrzenia wody jest również nienormalnie
wysoka. Dla wodorków 16 grupy wynosi: H2Te -2°C ; H2Se -41°C ; H2S - 60°C ; dla wody analogicznie powinna wynosić -70°C
, a w rzeczywistości wynosi 100°C.

Pojemność cieplna ciał podczas topnienia zmienia się zazwyczaj nieznacznie, natomiast pojemność cieplna wody podczas
topnienia zwiększa się dwukrotnie: z 2,0531J/g do 4,2277J/g.

Pojemność cieplna wody w fazie ciekłej podczas podwyższania jej temperatury początkowo się zmniejsza, ale od temp. 34,5°C
zaczyna się powiększać.

Źródła: