Anomaliile apei

 

Apa caldă și apa rece au proprietăți opuse, comportamentul anormal fiind mai accentuat la temperaturi joase, la care proprietățile apei suprarăcite diferă adesea de cele ale gheții cristalizate hexagonal.

Când apa suprarăcită este încălzită, dimensiunile moleculelor se diminuează şi apa devine mai uşor compresibilă, indicele său de refracţie creşte, la fel viteza de propagare a sunetului, capacitatea de a dizolva gaze scade, este mai uşor de încălzit şi conductivitatea sa termică creşte.

Prin contrast, pe măsură ce apa caldă este încălzită, devine mai uşor compresibilă, indicele său de refracţie scade, la fel viteza de propagare a sunetului, gazele devin mai solubile, devine mai greu de încălzit şi un conductor termic mai slab.

Prin creşterea presiunii, moleculele individuale se dilată, viteza de deplasare a moleculelor este mai mare în apă rece decât în apă caldă.

Apa caldă îngheaţă mai rapid decât apa rece, iar gheaţa se topeşte la comprimare (cu excepţia situaţiilor în care se aplică presiuni înalte, când apa lichidă se solidifică la comprimare).

Anomaliile de fază ale apei

Apa are un punct de topire şi un punct de fierbere anormal de înalte.

Apa are un punct critic (punctul final al unei curbe în diagrama de fază) anormal de înalt.

Apă solidă prezintă mai multe varietăţi structurale (stabile şi metastabile, cristaline şi amorfe) decât orice altă substanţă.

Conductivitatea termică, modulul de rigiditate şi viteza de propagare a sunetului ale gheţii scad cu creşterea presiunii.

Structura apei se modifica la presiune înaltă.

Apa suprarăcită prezintă două faze şi un punct critic suplimentar la aproximativ -91°C.

Apa lichidă se poate suprarăci cu uşurinţă, dar este vaporizată cu dificultate.

Apa lichidă există la temperatură foarte coborâta şi îngheaţă (se solidifică) la încălzire.

Apa lichidă poate fi supraîncălzită cu uşurinţă, iar apa fierbinte îngheaţă mai repede decât apa rece (efectul Mpemba).

Amplitudinea de vibraţie a apei calde este mai mare decât a apei reci.

Moleculele de apă se contractă la creşterea temperaturii şi se dilată la creşterea presiunii.

Anomaliile termice ale apei

Căldura de topire a apei prezintă un maxim la -17°C.

Căldura specifică de încălzire a apei are o valoare dublă faţă de cea a gheţii sau a vaporilor.

Capacitatea termică specifică (CP şi CV) a apei este neobişnuit de ridicată.

Capacitatea termică specifică CP prezintă un minim la 36°C şi prezintă un minim în raport cu temperatura.

Capacitatea termică specifică CV prezintă un maxim la aproximativ -45°C.

Căldura şi entropia de vaporizare, ca şi căldura de sublimare au valori anormal de mari.

Conductibilitatea termică a apei este mare şi creşte la o valoare maximă la aproximativ 130°C.

Anomaliile fizice ale apei ca material

Apa are o vâscozitate neobişnuit de mare, care creşte pe măsură ce temperatura scade sub 33°C şi scade cu creşterea presiunii.

Coeficientul de difuzie este mare şi descreşte cu scăderea temperaturii.

La temperaturi coborâte, autodifuzia apei creşte pe măsură ce cresc densitatea şi temperatura.

Apa are o tensiune superficială neobişnuit de mare.

Cu creşterea temperaturii, solubilitatea în apă a gazelor cu structură nepolară scade până la o valoare minimă, după care (respectând comportamentul normal) creşte.

Constantele dielectrice (care reflectă opoziţia unui mediu faţă de forţele de atracţie între particulele încărcate cu sarcini) ale apei şi gheţii sunt neobişnuit de mari (la 0°C, aer: 1; gheaţă: 3,2; apă: 80).

Anomaliile privind densitatea apei

În cazul apei, relaţia temperatură - densitate prezintă un punct de maxim la 4°C.

Densitatea gheţii creşte la încălzire (până la 70K).

Apa se contractă la topire.

Presiunea reduce punctul de topire al gheţii.

Apa lichidă are o valoare mare a densităţii, care creşte la încălzire (până la 3,984°C).

Suprafaţa apei este mai densă decât întregul volum.

Creşterea presiunii reduce temperatura la care densitatea apei este maximă.

Apa suprarăcită prezintă o valoare minimă a densităţii.

Apa are un coeficient de dilatare termică coborât.

Gradul de dilatare termică al apei scade (devine negativ) la temperaturi coborâte.

Dilatarea termică a apei creşte cu creşterea presiunii.

Numărul de molecule din prima vecinătate a unei molecule de apă creşte la topire, dar şi cu creşterea temperaturii.

Apa are un grad de compresibilitate neobişnuit de scăzut.

Compresibilitatea scade cu creşterea temperaturii până la 46,5°C.

Relaţia temperatură - compresibilitate prezintă un punct de maxim.

La frecvenţe înalte, se înregistrează „sunetul rapid”, care prezintă discontinuitate la presiune înaltă.

Timpul de relaxare spin-rețea în RMN este foarte mic la temperaturi coborâte.

Frecvenţa de rezonanţă RMN a nucleelor prezintă un maxim la temperaturi coborâte (la suprarăcire).

Indicele de refracţie al apei prezintă o valoare maximă imediat sub temperatura de 0°C.

Modificarea de volum la vaporizare este foarte mare.

 

yogaesoteric
19 aprilie 2019