As anomalias da água são aquelas propriedades que o distinguem e posicionam como a substância líquida mais importante e especial de todas. Física e quimicamente, a água mostra uma grande diferença em relação a outros líquidos, superando até as expectativas e cálculos teóricos. Talvez seja tão simples e ao mesmo tempo tão complexo quanto a própria vida.
Se o carbono é a pedra angular da vida, a água corresponde ao seu fluido. Se não fosse único e incomparável, o produto de suas anomalias, as ligações de carbono que compõem as matrizes biológicas de nada serviriam; a percepção da vida desmoronaria, os oceanos congelariam completamente e as nuvens não ficariam suspensas no céu.
O vapor de água é muito mais leve do que outros gases e sua interação com a atmosfera resulta na formação de nuvens; o líquido é consideravelmente mais denso em relação ao gás, e essa diferença em suas densidades parece acentuada em comparação com outros compostos; e o sólido, anormalmente, tem uma densidade muito menor do que o líquido.
Um exemplo disso é observado no fato de icebergs e gelo flutuarem na água líquida, um produto de sua densidade mais baixa..
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A água mostra forte oposição ao aumento de sua temperatura de uma fonte de calor. Portanto, a fonte deve fornecer calor suficiente para forçar a água a aumentar sua temperatura em um grau centígrado; ou seja, seu calor específico é alto, mais do que o de qualquer composto comum e tem um valor de 4,186 J / g · ºC.
Possíveis explicações para seu calor específico anômalo se devem ao fato de que as moléculas de água formam múltiplas ligações de hidrogênio, de forma desordenada, e o calor é dissipado para aumentar as vibrações dessas pontes; caso contrário, as moléculas de água não vibrariam em uma frequência mais alta, o que se traduz em um aumento na temperatura..
Por outro lado, uma vez que as moléculas tenham se tornado termicamente excitadas, elas demoram para restabelecer o estado original de suas ligações de hidrogênio; isso é o mesmo que dizer que leva tempo para resfriar em condições normais, comportando-se como um reservatório de calor.
Praias, por exemplo, apresentam ambos os comportamentos durante as diferentes estações do ano. No inverno, eles ficam mais quentes do que o ar ao redor, e no verão, mais frios. Por isso vai fazer sol, mas ao tomar banho de mar fica mais fresco..
A água tem uma entalpia ou calor latente de evaporação muito alta (2257 kJ / kg). Esta anomalia sinergiza com seu calor específico: ele se comporta como um reservatório e regulador de calor..
Suas moléculas devem absorver calor suficiente para passar para a fase gasosa, e o calor é obtido de seus arredores; especialmente na superfície à qual estão aderidos.
Essa superfície pode ser, por exemplo, nossa pele. Quando o corpo se exercita libera suor, cuja composição é essencialmente aquosa (maior que 90%). O suor absorve o calor da pele para se vaporizar, dando a sensação de resfriamento. O mesmo acontece com o solo, que ao vaporizar sua umidade diminui sua temperatura e fica mais frio.
A molécula de água é extremamente polar. Isso se reflete em sua constante dielétrica (78,4 a 25ºC), que é maior do que a de outras substâncias líquidas. Devido à sua alta polaridade, é capaz de dissolver um grande número de compostos iônicos e polares. É por esta razão que é considerado como o solvente universal.
Uma das curiosas anomalias da água líquida é que ela se difunde muito mais rápido do que o estimado através de um orifício de tamanho reduzido. Os fluidos geralmente aumentam sua velocidade quando passam por tubos ou canais mais estreitos; mas a água acelera mais drástica e violentamente.
Macroscopicamente, isso pode ser observado variando-se a área da seção transversal dos tubos por onde a água circula. E nanometricamente, o mesmo pode ser feito usando nanotubos de carbono, de acordo com estudos computacionais, que ajudam a esclarecer a relação entre a estrutura molecular e a dinâmica da água..
Foi mencionado no início que o gelo tem uma densidade menor do que a água. Além disso, atinge um valor máximo em torno de 4ºC. Quando a água esfria abaixo dessa temperatura, a densidade começa a diminuir e a água mais fria sobe; e finalmente, perto de 0ºC, a densidade cai para um valor mínimo, o do gelo.
Uma das principais consequências disso não é apenas que os icebergs podem flutuar; mas também favorece a vida. Se o gelo fosse mais espesso, ele afundaria e esfriaria as profundezas até o congelamento. Então, os mares se resfriariam de baixo para cima, deixando apenas uma película de água disponível para a fauna marinha..
Além disso, quando a água escoa pelos recessos das rochas, e a temperatura cai, ela se expande ao congelar, promovendo sua erosão e a morfologia externa e interna..
À medida que o gelo flutua, as superfícies dos lagos e rios congelam, enquanto os peixes podem continuar a viver nas profundezas, onde o oxigénio se dissolve bem e a temperatura está acima ou abaixo dos 4ºC..
Por outro lado, a água líquida, de fato, não é considerada idealmente homogênea, mas consiste em agregados estruturais com densidades diferentes. Na superfície, a água mais leve está localizada, enquanto na parte inferior, a mais densa.
No entanto, tais “transições” líquido-líquido só são perceptíveis em água super-resfriada e em simulações com altas pressões..
Outra anomalia característica da água é que o gelo diminui sua temperatura de derretimento à medida que a pressão aumenta; ou seja, em pressões mais altas, o gelo derrete em temperaturas mais baixas (abaixo de 0ºC). É como se o gelo, em vez de se contrair, se expanda como resultado da pressão.
Esse comportamento é contrário ao de outros sólidos: quanto maior a pressão sobre eles e, portanto, sua contração, eles precisarão de maior temperatura ou calor para derreter e, assim, ser capazes de separar suas moléculas ou íons..
Também vale a pena mencionar que o gelo é um dos sólidos mais escorregadios da natureza..
Finalmente, embora apenas algumas anomalias tenham sido mencionadas (das aproximadamente 69 que são conhecidas e muitas outras a serem descobertas), a água tem uma tensão superficial anormalmente alta..
Muitos insetos aproveitam esta propriedade para poder andar sobre a água (imagem superior). Isso porque seu peso não exerce força suficiente para quebrar a tensão superficial da água, cujas moléculas, ao invés de se expandirem, se contraem, impedindo que a área ou superfície aumente..
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