Proprietățile fizice și chimice ale apei

Proprietățile fizice și chimice ale apei

Proprietățile apei: generalități și curiozități
Proprietățile apei: izotopi și structură moleculară

Istoric

Apa a fost considerată de Antici ca fiind unul dintre cele 4 elemente fundamentale: lumea era compusă dintr-un amestec al acestor 4 principii esențiale în proporții variabile. A fost considerat un corp simplu până în secolul al XVIII-lea. Apoi, mai mulți chimiști au descoperit că apa nu era un simplu corp prin efectuarea sintezei și apoi a analizei. Să cităm precursorii, Priestley care a produs apă din arderea hidrogenului (1774), Watts (1783) care au emis ipoteza că apa nu este un corp simplu, Monge care a realizat sinteză sub acțiunea unei scântei electrice dintr-un amestec de oxigen și hidrogen. Dar experimentul de sinteză decisiv a fost cel al lui Lavoisier și Laplace (1783) care au sintetizat apa din hidrogen și oxigen într-un experiment public memorabil. Descompunerea apei a avut loc mai târziu, după descoperirea celulei electrice de către Volta în 1800. Electroliza apei a făcut posibilă măsurarea raportului respectiv de oxigen și hidrogen pentru a ajunge în cele din urmă la binecunoscută formulă chimică H2O. Prima electroliză practică (și spectaculoasă) a fost efectuată în 1800 la Paris de Robertson; formula chimică a fost clarificată prin lucrarea teoretică a lui Dalton (1803) și Avogadro (1811).

Proprietățile fizice ale apei

Apa are proprietăți fizice destul de speciale în comparație cu alte lichide. Apare ca un lichid „structurat”, și nu dezordonat ca alte lichide, prin faptul că constituenții săi elementari sunt asociați.

Proprietățile apei servesc drept referință pentru standardizarea internațională a scalelor numerice: temperatură, densitate, masă, vâscozitate, căldură specifică. Căldura specifică este extrem de ridicată (18 moli de calorii pe grad), explică marea inerție termică a apei și rolul acesteia în reglarea temperaturii suprafeței pământului. Oceanele stochează o cantitate enormă de căldură pe care o redistribuie de curenții marini; evaporarea apei absoarbe energia din mediul acvatic și scade temperatura acesteia, condensarea vaporilor în picături din nori restabilește această căldură în atmosferă. Masele de apă de pe suprafața globului sunt adevărate volante termice pentru climă.

Pentru a citi, de asemenea:  tardigrade

Densitatea apei variază în funcție de temperatura sa; crește atunci când temperatura scade, dar densitatea maximă este la 4 ° C (0,997 g / cm3) și nu la 0 ° așa cum ne-am putea aștepta. Astfel, mările și lacurile îngheață de la suprafață și nu de pe fundul în care se acumulează cea mai densă apă prin stratificare. Apa în stare solidă este mai ușoară decât apa lichidă (densitatea gheții: 0,920 g / cm3).

Vâscozitatea apei depinde de compoziția sa izotopică: apa grea este cu 30% mai vâscoasă decât apa obișnuită. Viscozitatea scade mai întâi cu presiunea și apoi crește după aceea.

Coeficientul de compresibilitate izotermă a apei este mic (4,9 10-5 pe bar) și, ca primă aproximare, putem considera apa ca fiind incompresibilă. Cu toate acestea, marile depresiuni atmosferice acționează asupra nivelului mării care crește în timpul furtunilor. Tensiunea superficială este mare: apa este un bun agent de umectare (72 dyne / cm); se târăște și pătrunde în toate interstițiile și porii rocilor, precum și în soluri prin fenomenul capilarității. Această proprietate este fundamentală pentru stocarea apei în acvifere, pentru eroziunea de suprafață a rocilor (izbucnind sub efectul înghețului: pasajul apă-gheață dezvoltă o presiune de până la 207 KPa). Tensiunea superficială ridicată explică și forma sferică a picăturilor de apă.

Starea fizică a apei depinde de temperatură și presiune. Trecerea lichid-gaz se face în mod convențional la 100 ° C la presiune normală, dar la 72 ° C numai în vârful Everestului (8 m). Temperatura de topire a gheții scade odată cu presiunea: sub efectul presiunii gheața devine din nou lichidă: astfel, patinatorii alunecă de fapt pe o peliculă subțire de apă lichidă formată sub efectul presiunii patinei . Punctul triplu al apei este la 848 ° C sub 0,01 mbar.

Pentru a citi, de asemenea:  Diamantele sunt eterne ... și împotriva unei prese hidraulice?

Apa poate rămâne lichidă sub punctul de topire al gheții: acest fenomen de supraîncălzire poate fi menținut până la o temperatură de -40 ° C. Acest lucru se explică prin absența semințelor pentru a iniția cristalizarea solidă. În natură, germenul este furnizat de o bacterie comună, Pseudomonas syringae. Manipularea genetică a acestei bacterii face posibilă fie întârzierea înghețării pomilor fructiferi, fie accelerarea înghețului pentru a face zăpada artificială mai ușor.

În cele din urmă, apa este un solvent excelent care servește ca vehicul pentru majoritatea ionilor de pe suprafața globului.

Proprietățile chimice ale apei

Apa este un solvent excelent care dizolvă un număr mare de săruri, gaze și molecule organice. Reacțiile chimice ale vieții au loc într-un mediu apos; organismele sunt foarte bogate în apă (până la peste 90%). A fost mult timp considerat ca un solvent neutru care intervine puțin sau nu în reacțiile chimice. Diluarea în apă a făcut posibilă în special încetinirea activității reactivilor. De fapt, apa este un agent chimic foarte agresiv care riscă să atace pereții recipientului care îl conține: într-o sticlă de sticlă, ionii de siliciu trec prin apă. Apa pură poate exista din punct de vedere regulator, adică apă fără contaminanți bacterieni și chimici, dar practic nu există din punct de vedere chimic: chiar și apa distilată conține urme de ioni sau molecule organice luate din țevi și vase.

Pentru a citi, de asemenea:  Combustibili petrolieri: benzină, motorină, kerosen GPL și aditivii acestora

În reacțiile chimice, apa intervine mai întâi prin disocierea sa în protoni H +, adesea asociați cu H2O pentru a forma protoni hidrați H3O + și în ioni OH- hidroxil. Raportul dintre aceste 2 tipuri de ioni determină pH-ul soluției (pH: logaritmul invers al concentrației molare de H +). Multe metale pot descompune apa, degajând hidrogen și un hidroxid de metal.

Dizolvarea ionilor (săruri, acizi, baze) este o consecință a naturii polare a apei. Concentrația de ioni a unei sări caracterizează produsul de solubilitate. Sărurile au valori de produs de diferite solubilități, ceea ce explică fenomenul cristalizării fracționate în timpul evaporării unei soluții saline. În mlaștinile sărate, apa de mare depune mai întâi carbonat de calciu, sulfat de calciu, apoi clorură de sodiu și în final săruri foarte solubile precum potasiu, ioduri și bromuri.

O proprietate importantă de pe suprafața Pământului este dizolvarea CO2 care produce un acid slab, acid carbonic, responsabil pentru degradarea chimică a multor roci, în special calcar. Cantitatea de CO2 dizolvat este o funcție a presiunii și o funcție inversă a temperaturii. Carbonatul de calciu poate fi dizolvat sub formă de carbonat acid și apoi reprecipitat în funcție de variațiile de temperatură și presiune, ca în cazul rețelelor carstice.

Sursa: http://www.u-picardie.fr/

Citiți proprietățile apei: izotopi și structura moleculară

Lasă un comentariu

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate *