Posted on: 13 lipca, 2021 Posted by: admin Comments: 0

Ponieważ 70% naszej ziemi to woda oceaniczna, a 65% naszego ciała to woda, trudno nie zdawać sobie sprawy z tego, jak ważna jest to w naszym życiu. Istnieją 3 różne formy wody lub H2O: stała (lód), ciecz (woda) i gaz (para). Ponieważ woda wydaje się tak wszechobecna, wiele osób nie zdaje sobie sprawy z niezwykłych i unikalnych właściwości wody, w tym:

Temperatura wrzenia i temperatura zamarzania

Napięcie powierzchniowe, ciepło parowania i ciśnienie pary

Lepkość i spójność

Stan stały

Stan ciekły

Stan gazu

Temperatura wrzenia i temperatura zamarzania

Jeśli spojrzysz na układ okresowy i zlokalizujesz tellur (liczba atomowa: 52), odkryjesz, że temperatura wrzenia wodorków zmniejsza się wraz ze zmniejszaniem się rozmiaru cząsteczki. Tak więc wodorek dla telluru: H2Te (telurek wodoru) ma temperaturę wrzenia -4°C. Idąc w górę, następnym wodorkiem byłby H2Se (selenek wodoru) o temperaturze wrzenia -42°C. Jeszcze jeden i okazuje się, że H2S (siarkowodór) ma temperaturę wrzenia -62°C. Następnym wodorkiem będzie H2O (WODA!). A wszyscy wiemy, że temperatura wrzenia wody wynosi 100°C. Tak więc pomimo małej masy cząsteczkowej woda ma niewiarygodnie wysoką temperaturę wrzenia. Dzieje się tak, ponieważ woda wymaga więcej energii, aby zerwać wiązania wodorowe, zanim zacznie się gotować. Ta sama koncepcja dotyczy również temperatury zamarzania, jak pokazano w poniższej tabeli. Punkty wrzenia i zamarzania wody umożliwiają cząsteczkom bardzo powolne gotowanie lub zamrażanie, co jest ważne dla ekosystemów żyjących w wodzie. Gdyby wodę bardzo łatwo można było zamrozić lub zagotować, drastyczne zmiany w środowisku, a więc w oceanach lub jeziorach, spowodowałyby śmierć wszystkich organizmów żyjących w wodzie. Dlatego też pot jest w stanie ochłodzić nasze ciała.

Napięcie powierzchniowe, ciepło parowania i ciśnienie pary

Oprócz rtęci, największe napięcie powierzchniowe dla wszystkich cieczy ma woda. Wysokie napięcie powierzchniowe wody wynika z wiązania wodorowego w cząsteczkach wody. Woda ma również wyjątkowo wysokie ciepło parowania. Parowanie następuje, gdy ciecz zmienia się w gaz, co powoduje, że jest to reakcja endotermiczna. Ciepło parowania wody wynosi 41 kJ/mol. Prężność par jest odwrotnie proporcjonalna do sił międzycząsteczkowych, więc te z silniejszymi siłami międzycząsteczkowymi mają niższą prężność par. Woda ma bardzo silne siły międzycząsteczkowe, stąd niskie ciśnienie pary, ale jest jeszcze niższe w porównaniu z większymi cząsteczkami o niskim ciśnieniu pary.

Lepkość jest właściwością płynu o wysokim oporze przepływu. Zwykle myślimy, że płyny takie jak miód lub olej silnikowy są lepkie, ale w porównaniu z innymi substancjami o podobnej strukturze woda jest lepka. Ciecze o silniejszych oddziaływaniach międzycząsteczkowych są zwykle bardziej lepkie niż ciecze o słabych oddziaływaniach międzycząsteczkowych.

Spójność to siły międzycząsteczkowe między podobnymi cząsteczkami; dlatego cząsteczki wody są w stanie utrzymać się razem w kropli. Cząsteczki wody są bardzo spójne ze względu na polaryzację cząsteczki. Dlatego możesz napełnić szklankę wody tuż nad brzegiem, nie rozlewając jej.

Stan stały (lód)

Wszystkie substancje, w tym woda, stają się mniej gęste po podgrzaniu i bardziej gęste po schłodzeniu. Więc jeśli woda jest schłodzona, staje się gęstsza i tworzy lód. Woda jest jedną z niewielu substancji, których stan stały może unosić się w stanie ciekłym! Dlaczego? Woda staje się coraz bardziej gęsta, aż osiągnie 4°C. Po osiągnięciu 4°C staje się MNIEJ gęsty. Podczas zamrażania cząsteczki w wodzie zaczynają poruszać się wolniej, ułatwiając im tworzenie wiązań wodorowych i ostatecznie układają się w otwartą krystaliczną, heksagonalną strukturę. Ze względu na tę otwartą strukturę, gdy cząsteczki wody są dalej od siebie oddalone, objętość wody wzrasta o około 9%. Tak więc cząsteczki są ciaśniej upakowane w stanie ciekłym wody niż w stanie stałym. Dlatego puszka z napojem gazowanym może eksplodować w zamrażarce.

Stan ciekły (woda w stanie ciekłym)

Bardzo rzadko zdarza się, aby związek pozbawiony węgla był cieczą w standardowych temperaturach i ciśnieniach. Niezwykłe jest więc, aby woda w temperaturze pokojowej była cieczą! Woda w temperaturze pokojowej jest płynna, więc może poruszać się szybciej niż w stanie stałym, umożliwiając cząsteczkom tworzenie mniejszej liczby wiązań wodorowych, co powoduje, że cząsteczki są bardziej upakowane. Każda cząsteczka wody łączy się z czterema innymi, tworząc układ czworościenny, jednak są one w stanie swobodnie się poruszać i przesuwać obok siebie, podczas gdy lód tworzy solidną, większą heksagonalną strukturę.

Stan gazu (para)

Gdy woda się zagotuje, jej wiązania wodorowe zostają zerwane. Cząsteczki pary poruszają się bardzo daleko i szybko, więc prawie żadne wiązania wodorowe nie mają czasu na utworzenie się. Tak więc coraz mniej wiązań wodorowych jest obecnych, gdy cząstki osiągają punkt krytyczny nad parą. Brak wiązań wodorowych wyjaśnia, dlaczego para wodna powoduje znacznie gorsze oparzenia niż woda. Para zawiera całą energię potrzebną do zerwania wiązań wodorowych w wodzie, więc kiedy para uderza w twoją twarz, najpierw pochłaniasz energię, którą para zabrała z zerwania wiązań wodorowych w stanie ciekłym. Następnie, w reakcji egzotermicznej, para zamieniana jest w ciekłą wodę i uwalniane jest ciepło. To ciepło zwiększa ciepło wrzącej wody, gdy para skrapla się na skórze.

Woda jako „uniwersalny rozpuszczalnik

Ze względu na polarność wody jest w stanie rozpuścić lub zdysocjować wiele cząstek. Tlen ma lekko ujemny ładunek, podczas gdy dwa wodory mają lekko dodatni ładunek. Lekko ujemne cząsteczki związku będą przyciągane do atomów wodoru w wodzie, podczas gdy lekko dodatnie cząsteczki będą przyciągane przez cząsteczkę tlenu wody; powoduje to dysocjację związku. Oprócz powyższych wyjaśnień, możemy przyjrzeć się niektórym atrybutom cząsteczki wody, aby dostarczyć więcej powodów jej wyjątkowości:

Zapominając fluor, tlen jest najbardziej elektroujemny nieszlachetny składników gazu, więc podczas tworzenia wiązania elektrony są ciągnięte w kierunku atomu tlenu zamiast wodoru. Tworzy to 2 wiązania polarne, które sprawiają, że cząsteczka wody jest bardziej polarna niż wiązania w innych wodorkach w grupie.

Kąt wiązania 104,5° tworzy bardzo silny dipol.

Woda ma wiązania wodorowe, które prawdopodobnie są istotnym aspektem silnych interakcji międzycząsteczkowych wód

Dlaczego jest to ważne dla realnego świata?

Właściwości wody sprawiają, że jest ona odpowiednia do przetrwania organizmów w różnych warunkach pogodowych. Lód zamarza w miarę rozszerzania się, co wyjaśnia, dlaczego lód może unosić się na ciekłej wodzie. Zimą, gdy jeziora zaczynają zamarzać, powierzchnia wody zamarza, a następnie przesuwa się w dół w kierunku głębszej wody; to wyjaśnia, dlaczego ludzie mogą jeździć na łyżwach lub spadać przez zamarznięte jezioro. Gdyby lód nie był w stanie unosić się na wodzie, jezioro zamarzłoby od dna do góry, zabijając wszystkie żyjące w nim ekosystemy. Jednak lód pływa, więc ryby są w stanie przetrwać zimę pod powierzchnią lodu. Powierzchnia lodu nad jeziorem chroni również jeziora przed niską temperaturą na zewnątrz i izoluje wodę pod nią, umożliwiając jezioru pod zamarzniętym lodem pozostawanie w stanie płynnym i utrzymanie temperatury odpowiedniej do przetrwania ekosystemów żyjących w jeziorze.

rozpuszczalnik uniwersalny