água diagrama de fases: Eixo Y = Pressão em Pascal (10 n), do eixo X = Temperatura em Kelvin, S = Sólidos, L = líquido, V = vapor, CP = Ponto Crítico, TP = Ponto triplo da água
Embora seja comumente denominado como "o ponto triplo da água", a combinação estável de água líquida, I gelo, e vapor de água é apenas um dos vários pontos triplos no diagrama de fases da água. Gustav Heinrich Johann Apollon Tammann em Göttingen produziu dados sobre vários outros pontos triplos no início do século 20. Kamb e outros documentaram mais pontos triplos nos anos 1960.
O Efeito Mpemba é o fenômeno surpreendente em que a água quente pode, sob certas condições, congelar mais cedo do que a água fria, mesmo que ele deve passar a temperatura mais baixa no caminho para o congelamento. No entanto, isto pode ser explicado com evaporação, convecção, sobrearrefecimento, e o efeito de isolamento geada.
Gelo quente é o nome dado a um outro fenómeno surpreendente em que a água à temperatura ambiente, pode ser transformado em gelo que permanece à temperatura ambiente por um alinhamento de dipolos de água e a cristalização em gelo cúbico polar através do fornecimento de um campo eléctrico na ordem de 10 6 volts por metro. Este fenômeno foi mais tarde como não sendo descontado devido ao congelamento induzida por tensão e atribuída a um artefato.
O efeito de tais campos elétricos tem sido sugerida como uma explicação sobre a formação de nuvens. A primeira vez que as formas de gelo em torno de uma nuvem de partículas de argila, que requer uma temperatura de -10 ° C, mas subsequente congelação em torno do mesmo das partículas de argila requer uma temperatura de apenas -5 ° C, sugerindo algum tipo de mudança estrutural.
Gotas de água são estáveis, devido à alta tensão de superfície da água, de 72,8 mN / m, o mais elevado dos líquidos não-metálicos. Isto pode ser visto, quando pequenas quantidades de água são colocados numa superfície de vidro, tais como: a água permanece unida na forma de gotas. Esta propriedade é importante para a vida. Por exemplo, quando a água é levada através xilema-se hastes de plantas das fortes atracções intermoleculares segurar a coluna de água juntos. Propriedades coesivas forte influência da coluna de água em conjunto, e fortes propriedades adesivas furar a água para o xilema, e evitar a ruptura de tensão causada pela transpiração puxar. Outros líquidos com baixa tensão superficial teria uma maior tendência para "rasgar", formando vácuo ou bolsas de ar e tornando o transporte de água no xilema inoperante.
A água pura não contendo íons é uma excelente isolador, no entanto, nem mesmo água "deionizada", é completamente livre de íons. Sofre de água auto-ionização a qualquer temperatura acima do zero absoluto . Além disso, porque a água é um bom solvente tal, tem quase sempre alguns soluto dissolvido no mesmo, mais frequentemente um sal. Se a água tem ainda uma pequena quantidade de uma impureza tal, então ele pode facilmente conduzir electricidade, como impurezas, tais como sal de separar em livre iões em solução aquosa, através da qual uma corrente eléctrica pode fluir.
A água pode ser dividida nos seus elementos constituintes, hidrogénio e oxigénio, por passagem de uma corrente através dele. Este processo é chamado de electrólise . As moléculas de água se dissociam naturalmente em H + e OH - íons, que são puxados para o e cátodo ânodo, respectivamente. No cátodo, dois íons H + pegar elétrons e forma gás H2. No ânodo, quatro íons OH - se combinam e solte O 2 gás, água molecular, e quatro elétrons. Os gases produzidos bolha para a superfície, onde podem ser recolhidos. Sabe-se que a resistividade eléctrica máxima teórica para a água é aproximadamente de 182 kQ · m² / m (ou 18,2 mohms · cm / cm) a 25 ° C. Este valor está de acordo com o que é normalmente visto em osmose reversa, ultrafiltração e deionizada sistemas de água ultrapura utilizada, por exemplo, em instalações de fabrico de semicondutores. Um nível de contaminantes de sal ou de ácido superior a de até 100 partes por bilião (ppt) em água ultrapura começará a diminuir visivelmente o seu nível de resistividade em até vários metros kilohm quadrados por metro (uma mudança de várias centenas nanosiemens por metro de condutância).
A água pura tem um baixo condutividade eléctrica, mas isto aumenta significativamente pela solvatação de uma pequena quantidade de água, tal como material iónico cloreto de hidrogénio. Assim, os riscos de electrocussão são muito maiores na água com as impurezas habituais não encontrados na água pura. (É importante notar, no entanto, que os riscos de electrocussão diminuição quando as impurezas aumentar até o ponto onde a água em si é um melhor condutor do que o corpo humano. Por exemplo, os riscos de electrocussão em água do mar são mais baixos do que em água doce , como o mar tem um nível muito mais elevado de impurezas, sal particularmente comum, eo principal caminho atual vai procurar o melhor condutor. Esta é, no entanto, não é infalível e riscos substanciais permanecem em água salgada.) Quaisquer propriedades elétricas observáveis em água são a partir dos iões de sais minerais e de dióxido de carbono dissolvido na mesma. �?gua faz auto-ionizar onde duas moléculas de água se tornar um hidróxido de ânion e um cátion hidrônio, mas não o suficiente para levar o suficiente corrente elétrica para fazer qualquer trabalho ou dano para a maioria das operações. Em água pura, equipamentos sensíveis podem detectar um ligeiro eléctrico condutividade de 0,055 uS / cm a 25 ° C. A água também pode ser electrolisado em gases de oxigénio e hidrogénio mas na ausência de iões dissolvidos este é um processo muito lento, como muito pouca corrente é conduzida. Enquanto electrões são os transportadores primários de carga em água (e metais), em gelo (e alguns outros electrólitos), protões são os transportadores primários (ver condutor de prótons).
Uma característica importante da água é a sua natureza polar. A molécula de água forma um ângulo, com átomos de hidrogênio nas pontas e oxigênio no vértice. Desde oxigênio tem um maior electronegatividade de hidrogénio, o lado da molécula com o átomo de oxigénio tem uma carga negativa parcial. Uma molécula com uma tal diferença de carga é chamado um dipolo. As diferenças de carga causar moléculas de água a ser atraídos um para o outro (as áreas relativamente positivos sendo atraídos para as áreas relativamente negativos) e a outras moléculas polares. Essa atração é conhecida como ligação de hidrogénio, e explica muitas das propriedades da água. Certas moléculas, como o dióxido de carbono, também têm uma diferença de electronegatividade entre os átomos, mas a diferença é que a forma de dióxido de carbono é simetricamente alinhadas e para que as cargas opostas se anulam. Este fenómeno de água pode ser visto se você segurar uma fonte elétrica perto de uma fina corrente de água que cai na vertical, fazendo com que o fluxo de dobrar em direção à fonte elétrica.
Apesar de ligação de hidrogénio é uma atracção relativamente fraca em comparação com as ligações covalentes dentro da própria molécula de água, que é responsável por um número de propriedades físicas da água. Uma dessas propriedades é a sua relativamente altas de fusão e ponto de ebulição temperaturas; mais calor energia é necessária para quebrar as ligações de hidrogênio entre moléculas. O sulfureto de hidrogénio semelhante composto (H 2 S), o qual tem muito mais fraca ligação de hidrogénio, é um gás nas temperatura ambiente, embora tenha o dobro da massa molecular da água. A ligação extra entre as moléculas de água também dá água líquida uma grande capacidade de calor específico. Esta alta capacidade de calor torna a água um meio de armazenamento de calor bom.
Ligação de hidrogénio também dá regar o seu comportamento incomum quando congelamento. Quando arrefecida até perto do ponto de congelação, a presença de ligações de hidrogénio significa que as moléculas, como eles rearranjar para minimizar a sua energia, formar o hexagonal estrutura cristalina do gelo que é realmente de menor densidade: daí a forma sólida, o gelo, irá flutuar na água. Em outras palavras, a água expande-se como se congela, ao passo que quase todas as outras matérias encolher em solidificação.
Uma consequência interessante do sólido com uma densidade mais baixa do que o líquido é que o gelo se derreta pressão suficiente é aplicado. Com o aumento da pressão à temperatura do ponto de fusão cai e quando a temperatura do ponto de fusão é inferior à temperatura ambiente, o gelo começa a derreter. É necessário um aumento significativo da pressão para reduzir a temperatura do ponto de fusão -a pressão exercida por um patinador de gelo sobre o gelo só reduzir o ponto de fusão de cerca de 0,09 ° C (0,16 ° C).
A água tem uma carga negativa parcial (σ-) perto do átomo de oxigénio, devido aos pares de elétrons não compartilhados, e as cargas positivas parciais (σ +) perto dos átomos de hidrogênio. Na água, isso acontece porque o átomo de oxigênio é mais electronegativo que os átomos de hidrogénio - ou seja, ele tem uma forte " poder de atracção "em da molécula electrões , aproximando-os mais (juntamente com a sua carga negativa) e fazendo a área em torno do átomo de oxigénio mais negativa do que a área em torno de ambos os hidrogénio átomos.
Varas de água para si ( coesão) porque é polar. A água também tem alta propriedades de adesão devido à sua natureza polar. Em extremamente limpo / lisa de vidro a água pode formar uma película fina porque as forças moleculares entre o vidro e as moléculas de água) (forças adesivas são mais fortes do que as forças de coesão. Nas células biológicas e organelas, a água está em contacto com as superfícies da membrana e de proteína que são hidrofílico; isto é, as superfícies que têm uma forte atracção de água. Irving Langmuir observou uma força repulsiva forte entre superfícies hidrofílicas. Para desidratar hidrofílicos superfícies para remover as camadas fortemente arraigadas de água de hidratação-requer fazer um trabalho substancial contra estas forças, chamadas forças de hidratação. Estas forças são muito grandes, mas diminuem rapidamente ao longo de um nanômetro ou menos. A sua importância na biologia tem sido extensivamente estudada por V. Adrian Parsegian do Instituto Nacional de Saúde. Eles são particularmente importantes quando as células são desidratados por exposição a atmosferas secas ou de congelamento extracelular.
Este margarida é abaixo do nível da água, que subiu suavemente e sem sobressaltos. A tensão superficial impede a água de submergir o flor.
A água tem uma elevada tensão superficial provocada pela forte coesão entre as moléculas de água. Isto pode ser visto, quando pequenas quantidades de água são colocados sobre uma superfície não-solúvel, tal como polietileno; a água permanece juntos como gotas. Assim como significativamente, o ar retido em perturbações superficiais forma bolhas, o que por vezes durar o tempo suficiente para transferir as moléculas de gás para a água. Outro efeito de tensão superficial é ondas de capilaridade, que são as ondulações superficiais que formam a partir de em torno do impacto de gotas na superfície da água, e algumas vezes ocorrem com correntes fortes subsuperficiais fluir à superfície da água. A elasticidade aparente causada pela tensão superficial conduz as ondas.
A acção capilar refere-se ao processo de movimento da água para cima de um tubo estreito contra a força da gravidade . Isso ocorre porque a água adira aos lados do tubo, e, em seguida, a tensão superficial tende a alisar a superfície fazendo com que o aumento da superfície, e mais água é puxada para cima através da coesão. O processo é repetido como a água flui para cima do tubo até que haja água suficiente para que a gravidade neutraliza a força adesiva.
A água também é um bom solvente , devido à sua polaridade. Substâncias que vai misturar bem e se dissolvem na água (por exemplo sais ) são conhecidos como " "substâncias (que gostam de água), enquanto que aqueles que não se misturam bem com água (por exemplo, hidrofílicos gorduras e óleos ), são conhecidos como " "(água-tementes) substâncias hidrofóbicas. A capacidade de uma substância para dissolver em água é determinado por se ou não a substância pode corresponder ou melhor a forte forças atrativas que as moléculas de água geram entre outras moléculas de água. Se uma substância tem propriedades que não lhe permitem superar essas forças intermoleculares fortes, as moléculas são " empurrado para fora "a partir da água, e não se dissolvem. Ao contrário das substâncias equívoco comum, água e hidrofóbicos não" repelir ", e a hidratação de uma superfície hidrofóbica é energeticamente, mas não entropicamente, favorável.
Quando um composto iónico ou polar entra na água, é rodeado por moléculas de água ( A hidratação). O tamanho relativamente pequeno de moléculas de água tipicamente permite muitas moléculas de água para rodear uma molécula de soluto . As extremidades dipolo parcialmente negativos da água são atraídas para os componentes do soluto, e vice-versa para as extremidades dipolo positivos carregado positivamente.
Em geral, substâncias iónicas e polares, tais como os ácidos , álcoois , e sais são relativamente solúveis em água, e substâncias não polares, tais como gorduras e óleos não são. Moléculas não polares ficar juntos na água porque é energeticamente mais favorável para as moléculas de água para ligação de hidrogênio entre si do que se envolver em van der Waals com moléculas não polares.
Um exemplo de um soluto iônico é o sal de mesa ; o cloreto de sódio, NaCl, separa-se em + Na catiões e Cl - aniões , sendo cada uma rodeada por moléculas de água. Os iões são, então, facilmente transportadas para fora do seu estrutura cristalina em solução. Um exemplo de um soluto não-iónico é o açúcar de mesa . Os dipolos de água fazem ligações de hidrogênio com as regiões polares da molécula de açúcar (grupos OH) e permitir que ele seja levado para a solução.
Quimicamente, a água é anfotérico - isto é, é capaz de actuar tanto como um ácido ou uma base. Ocasionalmente, o ácido hydroxic termo é usado quando a água actua como um ácido numa reacção química. A um pH de 7 (neutro), a concentração de hidróxido de iões (OH -) é igual ao do hidrónio (H3O +) ou hidrogénio (H +) iões. Se o equilíbrio é perturbado, a solução torna-se ácida (maior concentração de iões hidrónio) ou base (maior concentração de iões de hidróxido).
A água pode actuar como um ácido ou uma base em reacções. De acordo com Sistema de Bronsted-Lowry, um ácido é definida como uma espécie que doa uma protão (um ião H +) em uma reacção, e de uma base como uma que recebe um protão. Quando reagindo com um ácido forte, a água actua como uma base; quando se faz reagir com uma base forte, que actua como um ácido. Por exemplo, ele recebe um ião H + de HCl em equilíbrio: