El agua es una sustancia inusual que merece un estudio detallado. El académico soviético I. V. Petryanov escribió un libro sobre esta asombrosa sustancia, La sustancia más inusual del mundo. ¿Qué anomalías en las propiedades físicas del agua son de particular interés? Juntos buscaremos la respuesta a esta pregunta.
Datos interesantes
Rara vez pensamos en el significado de la palabra "agua". En nuestro planeta, más del 70% del área total está ocupada por ríos y lagos, mares y océanos, icebergs, glaciares, pantanos, nieve en las cimas de las montañas, así como permafrost. A pesar de la enorme cantidad de agua, solo el 1 % es potable.
Importancia biológica
El cuerpo humano es 70-80% agua. Esta sustancia asegura el flujo de todos los procesos vitales, en particular, gracias a ella, se eliminan las toxinas y se restauran las células. La función principal del agua en una célula viva.es estructural y energético, con una disminución de su contenido cuantitativo en el cuerpo humano, se “encoge”.
No existe tal sistema en un organismo vivo que pueda funcionar sin H2O. A pesar de las anomalías del agua, es un estándar para determinar la cantidad de calor, masa, temperatura, altitud.
Conceptos básicos
H2O - óxido de hidrógeno, que contiene 11,19 % de hidrógeno, 88,81 % de oxígeno en masa. Es un líquido incoloro que no tiene ni olor ni sabor. El agua es un componente esencial de los procesos industriales.
Por primera vez esta sustancia fue sintetizada a finales del siglo XVIII por G. Cavendish. El científico hizo explotar una mezcla de oxígeno e hidrógeno con un arco eléctrico. G. Galileo analizó por primera vez la diferencia en la densidad del hielo y el agua en 1612.
En 1830, los científicos franceses P. Dulong y D. Arago crearon una máquina de vapor. Este descubrimiento permitió estudiar la relación entre la presión de vapor de saturación y la temperatura. En 1910, el científico estadounidense P. Bridgman y el alemán G. Tamman descubrieron varias modificaciones polimórficas en el hielo a alta presión.
En 1932, los científicos estadounidenses G. Urey y E. Washburn descubrieron el agua pesada. Se descubrieron anomalías en las propiedades físicas de esta sustancia debido a la mejora de los equipos y métodos de investigación.
Algunas contradicciones en las propiedades físicas
El agua pura es un líquido transparente e incoloro. Su densidad cuando se transforma en un líquido deaumenta la materia sólida, esto manifiesta una anomalía en las propiedades del agua. Calentarlo de 0 a 40 grados conduce a un aumento de la densidad. La alta capacidad calorífica debe señalarse como una anomalía del agua. La temperatura de cristalización es de 0 grados centígrados y el punto de ebullición es de 100 grados.
La molécula de este compuesto inorgánico tiene una estructura angular. Sus núcleos forman un triángulo isósceles con dos protones en su base y un átomo de oxígeno en su vértice.
Anomalías de densidad
Los científicos han podido identificar unas cuarenta características características del H2O. Las anomalías del agua merecen una cuidadosa consideración y estudio. Los científicos están tratando de explicar las causas de cada factor, para darle una explicación científica.
La anomalía de la densidad del agua radica en que esta sustancia tiene su valor máximo de densidad a partir de +3, 98°C. Con el enfriamiento posterior, al pasar de un estado líquido a un estado sólido, se observa una disminución de la densidad.
Para otros compuestos, la densidad en los líquidos disminuye al disminuir la temperatura, ya que un aumento de la temperatura contribuye a un aumento de la energía cinética de las moléculas (aumenta su velocidad de movimiento), lo que conduce a una mayor friabilidad de la sustancia.
Considerando tales anomalías del agua, cabe señalar que también tiende a aumentar su velocidad al aumentar la temperatura, pero la densidad disminuye solo a temperaturas elevadas.
Después de reducir la densidad del hielo, estará en la superficie del agua. Este fenómeno puede explicarse por el hecho de que las moléculas en el cristal tienen una estructura regular, que tiene una periodicidad espacial.
Si los compuestos ordinarios tienen moléculas apretadas en cristales, luego de que la sustancia se derrita, la regularidad desaparece. Un fenómeno similar se observa solo cuando las moléculas están ubicadas a distancias considerables. La disminución de la densidad durante la fusión de los metales es un valor insignificante, estimado en un 2-4%. La densidad del agua supera la del hielo en un 10 por ciento. Por lo tanto, esta es una manifestación de la anomalía del agua. La química explica este fenómeno con una estructura dipolar, así como un enlace polar covalente.
Anomalías de compresibilidad
Sigamos hablando de las características del agua. Se caracteriza por un comportamiento inusual de la temperatura. Su compresibilidad, es decir, la disminución de volumen, a medida que aumenta la presión, bien puede considerarse un ejemplo de anomalía en las propiedades físicas del agua. ¿Qué características específicas deben tenerse en cuenta aquí? Otros líquidos son mucho más fáciles de comprimir bajo presión, y el agua adquiere tales características solo a altas temperaturas.
Comportamiento de la temperatura de la capacidad calorífica
Esta anomalía es una de las más fuertes para el agua. La capacidad calorífica te dice cuánto calor se necesita para elevar la temperatura en 1 grado. Para muchas sustancias, después de la fusión, la capacidad calorífica del líquido aumenta en no más del 10 por ciento. Y para el agua después del derretimiento del hielo, esta cantidad física se duplica. Ninguna de las sustanciasno se registró tal aumento en la capacidad calorífica.
En el hielo, la energía que se le suministra para calentar se gasta principalmente en aumentar la velocidad de movimiento de las moléculas (energía cinética). Un aumento significativo en la capacidad calorífica después de la fusión indica que en el agua ocurren otros procesos intensivos en energía, que requieren aporte de calor. Son la razón del aumento de la capacidad calorífica. Este fenómeno es típico para todo el rango de temperatura en el que el agua tiene un estado líquido de agregación.
Tan pronto como se convierte en vapor, la anomalía desaparece. Actualmente, muchos científicos se dedican al análisis de las propiedades del agua sobreenfriada. Se encuentra en su capacidad para permanecer líquido por debajo del punto de cristalización de 0°C.
Es bastante posible sobreenfriar el agua en capilares delgados, así como en un medio no polar en forma de pequeñas gotas. Surge una pregunta natural en cuanto a lo que se observa con la anomalía de densidad en tal situación. A medida que el agua se sobreenfría, la densidad del agua disminuye significativamente, tiende a la densidad del hielo a medida que disminuye la temperatura.
Razones de aparición
Cuando se pregunta: "Nombre las anomalías del agua y describa sus causas", es necesario asociarlas con la reestructuración de la estructura. La disposición de las partículas en la estructura de cualquier sustancia está determinada por las características de la disposición mutua de las partículas (átomos, iones, moléculas) en ella. Las fuerzas del hidrógeno actúan entre las moléculas de agua, las cuales eliminan este líquido de la dependencia entre los puntos de ebullición y fusión,característica de otras sustancias que se encuentran en estado líquido de agregación.
Aparecen entre las moléculas de un determinado compuesto inorgánico debido a las peculiaridades de la distribución de la densidad electrónica. Los átomos de hidrógeno tienen cierta carga positiva, mientras que los átomos de oxígeno tienen una negativa. Como resultado, la molécula de agua tiene la forma de un tetraedro regular. Una estructura similar se caracteriza por un ángulo de enlace de 109,5°. La disposición más favorable es la colocación del oxígeno y el hidrógeno en la misma línea, teniendo diferentes cargas, por lo tanto, el enlace de hidrógeno se caracteriza por una naturaleza electrostática.
Entonces, las propiedades inusuales (anómalas) del agua son consecuencia de la estructura electrónica especial de su molécula.
Memoria del agua
Existe la opinión de que el agua tiene memoria, puede acumular y transferir energía, alimentando el cuerpo con información virtual. Durante mucho tiempo, el científico japonés Masaru Emoto se ocupó de este problema. El Dr. Emoto publicó los resultados de su investigación en el libro Messages from Water. Los científicos realizaron experimentos en los que primero congeló una gota de agua a 5 grados y luego analizó la estructura de los cristales bajo un microscopio. Para registrar los resultados, utilizó un microscopio en el que se construyó una cámara.
Como parte del experimento, Masau Emoto afectó el agua de varias maneras, luego la volvió a congelar y tomó fotografías. Logró obtener la relación entre la forma de los cristales de hielo y la música,que el agua escuchaba. Sorprendentemente, el científico grabó los copos de nieve más armoniosos utilizando música clásica y folclórica.
El uso de la música moderna, según Masau, "contamina" el agua, por lo que se fijaron cristales de forma irregular. Un hecho interesante es la identificación por parte de un científico japonés de la relación entre la forma de los cristales y la energía humana.
El agua es la sustancia más sorprendente que se encuentra en grandes cantidades en nuestro planeta. Es difícil imaginar cualquier esfera de actividad de una persona moderna en la que ella no tome parte activa. La versatilidad de esta sustancia está determinada por anomalías causadas por la estructura tetraédrica del agua.
