QUELLES SONT LES ANOMALIES DE L'EAU? - CHIMIE - 2025

Les anomalies de l'eau sont les propriétés qui distinguent et positionnent comme la substance liquide la plus importante et la plus spéciale. Physiquement et chimiquement, l'eau présente une énorme différence par rapport aux autres liquides, dépassant même les attentes et les calculs théoriques. C'est peut-être aussi simple et en même temps aussi complexe que la vie elle-même.

Si le carbone est la pierre angulaire de la vie, l'eau correspond à son fluide. S'il n'était pas unique et incomparable, produit de ses anomalies, les liaisons carbone qui composent les matrices biologiques ne seraient d'aucune utilité; la perception de la vie s'effondrerait, les océans gèleraient complètement et les nuages ​​ne seraient pas suspendus dans le ciel.

Les icebergs et les masses de glace flottant sur l'eau représentent un exemple généralement négligé d'une des anomalies de l'eau. Source: Pexels.

La vapeur d'eau est beaucoup plus légère que les autres gaz et son interaction avec l'atmosphère entraîne la formation de nuages; le liquide est considérablement plus dense par rapport au gaz, et cette différence de densité semble accentuée par rapport aux autres composés; et le solide, anormalement, a une densité beaucoup plus faible que le liquide.

Un exemple de ce dernier est observé dans le fait que les icebergs et la glace flottent dans l'eau liquide, un produit de sa densité plus faible.

Chaleur spécifique

Les plages, autre exemple naturel où la chaleur spécifique anormale de l'eau est observée macroscopiquement. Source: Pixabay.

L'eau montre une opposition sévère à l'augmentation de sa température avant une source de chaleur. Par conséquent, la source doit fournir suffisamment de chaleur pour forcer l'eau à augmenter sa température d'un degré centigrade; c'est-à-dire que sa chaleur spécifique est élevée, supérieure à celle de tout composé ordinaire et a une valeur de 4,186 J / g · ºC.

Les explications possibles de sa chaleur spécifique anormale sont dues au fait que les molécules d'eau forment de multiples liaisons hydrogène, de manière désordonnée, et que la chaleur est dissipée pour augmenter les vibrations de tels ponts; sinon, les molécules d'eau ne vibreraient pas à une fréquence plus élevée, ce qui se traduit par une augmentation de la température.

En revanche, une fois que les molécules ont été excitées thermiquement, elles mettent du temps à rétablir l'état d'origine de leurs liaisons hydrogène; cela revient à dire qu'il faut du temps pour se refroidir dans des conditions normales, en se comportant comme un réservoir de chaleur.

Les plages, par exemple, affichent les deux comportements à différentes saisons de l'année. En hiver, ils restent plus chauds que l'air ambiant et en été plus frais. Pour cette raison, il fera beau, mais quand vous nagez dans la mer, il fait plus frais.

La chaleur latente de vaporisation

L'eau a une enthalpie ou une chaleur latente d'évaporation très élevée (2257 kJ / kg). Cette anomalie est en synergie avec sa chaleur spécifique: elle se comporte comme un réservoir et un régulateur de chaleur.

Ses molécules doivent absorber suffisamment de chaleur pour passer dans la phase gazeuse, et la chaleur est obtenue de leur environnement; en particulier sur la surface à laquelle ils sont fixés.

Cette surface peut être, par exemple, notre peau. Lorsque le corps s'exerce, il libère de la sueur, dont la composition est essentiellement de l'eau (supérieure à 90%). La sueur absorbe la chaleur de la peau pour se vaporiser, donnant ainsi une sensation de refroidissement. La même chose se produit avec le sol qui, après avoir vaporisé son humidité, diminue sa température et se sent plus froid.

Constante diélectrique

La molécule d'eau est extrêmement polaire. Cela se reflète dans sa constante diélectrique (78,4 à 25 ° C), qui est supérieure à celle des autres substances liquides. En raison de sa polarité élevée, il est capable de dissoudre un grand nombre de composés ioniques et polaires. C'est pour cette raison qu'il est considéré comme le solvant universel.

La diffusion

Diffusion d'eau à travers un tuyau. Source: Pxhere.

L'une des curieuses anomalies de l'eau liquide est qu'elle se diffuse beaucoup plus rapidement que prévu à travers un trou de taille réduite. Les fluides augmentent généralement leur vitesse lorsqu'ils s'écoulent dans des tuyaux ou des canaux plus étroits; mais l'eau accélère plus drastiquement et violemment.

Macroscopiquement, cela peut être observé en faisant varier la section transversale des tuyaux à travers lesquels l'eau circule. Et au niveau nanométrique, la même chose peut être faite mais en utilisant des nanotubes de carbone, selon des études informatiques, qui aident à clarifier la relation entre la structure moléculaire et la dynamique de l'eau.

Densité

Il a été mentionné au début que la glace a une densité inférieure à celle de l'eau. De plus, il atteint une valeur maximale autour de 4 ° C. Lorsque l'eau refroidit en dessous de cette température, la densité commence à diminuer et l'eau plus froide monte; et enfin, proche de 0 ° C, la densité tombe à une valeur minimale, celle de la glace.

L'une des principales conséquences de ceci n'est pas seulement que les icebergs peuvent flotter; mais aussi, il favorise la vie. Si la glace était plus dense, elle coulerait et refroidirait les profondeurs jusqu'au gel. Les mers se refroidiraient alors de bas en haut, ne laissant qu'un film d'eau disponible pour la faune marine.

De plus, lorsque l'eau s'infiltre dans les creux des roches et que la température baisse, elle se dilate lorsqu'elle gèle, favorisant son érosion et sa morphologie externe et interne.

Eau légère et eau lourde

Au fur et à mesure que la glace flotte, la surface des lacs et des rivières gèle, tandis que les poissons peuvent continuer à vivre dans les profondeurs, où l'oxygène se dissout bien et la température est supérieure ou inférieure à 4 ° C.

D'autre part, l'eau liquide, en fait, n'est pas considérée comme idéalement homogène, mais se compose d'agrégats structurels de densités différentes. À la surface, l'eau la plus légère se trouve, tandis qu'au fond, la plus dense.

Cependant, de telles "transitions" liquide-liquide ne sont perceptibles que dans l'eau surfondue et sous des simulations avec des pressions élevées.

Expansions de glace

Une autre anomalie caractéristique de l'eau est que la glace diminue sa température de fusion lorsque la pression augmente; c'est-à-dire qu'à une pression plus élevée, la glace fond à des températures plus basses (inférieures à 0 ° C). C'est comme si la glace, au lieu de se contracter, se dilatait sous l'effet de la pression.

Ce comportement est contraire à celui des autres solides: plus la pression exercée sur eux est importante, et donc leur contraction, ils auront besoin d'une température ou d'une chaleur plus élevée pour fondre et ainsi pouvoir séparer leurs molécules ou ions.

Il convient également de mentionner que la glace est l'un des solides les plus glissants de la nature.

Tension superficielle

Insecte marchant à la surface de l'eau. Source: Pixabay.

Enfin, bien que seules quelques anomalies aient été mentionnées (sur les quelque 69 qui sont connues et de nombreuses autres à découvrir), l'eau a une tension superficielle anormalement élevée.

De nombreux insectes profitent de cette propriété pour pouvoir marcher sur l'eau (image du haut). En effet, son poids n'exerce pas une force suffisante pour briser la tension superficielle de l'eau, dont les molécules, au lieu de se dilater, se contractent, empêchant la surface ou la surface d'augmenter.

Références

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