Φυσικές ιδιότητες του νερού

Υγρό, διαφανές σε μικρά πάχη, ωστόσο προσλαμβάνει κυανοπράσινη απόχρωση σε παχέα στρώματα, άοσμο, χωρίς γεύση.
Τριπλό σημείο (πάγος, νερό, ατμός): 0,0753° C σε 4,58 torr
Κρίσιμο σημείο: 374,1° C σε 218,4 torr
Πυκνότητες (kg/l):
Πάγου σε 0° C: 0,9165902
Υγρού σε 0° C: 0,999868
Υγρού σε 4° C: 1,000000
Θερμική αγωγιμότητα: 5,85W/(mk)
Διηλεκτρική σταθερά σε 0° C: 88,5
Διηλεκτρική σταθερά σε 100° C: 55,9
Ιξώδες σε 20° C: 1m Pa.s

Eίναι κοινώς αποδεκτό (!) ότι όλα (ή... σχεδόν όλα) τα υγρά παρουσιάζουν ελάττωση του όγκου τους με την ψύξη. Παρ' όλα αυτά, το νερό πάει κόντρα στο ρεύμα και παρουσιάζει κάποιες ιδιαιτερότητες. Κάτω από τη θερμοκρασία των 4° C, ο όγκος του αντί να ελαττώνεται... αυξάνεται! Έτσι, στους 4° C, που το νερό είναι ακόμη υγρό, έχει μεγαλύτερη πυκνότητα απ' ότι στους Ο° C, που έχει μετατραπεί σε πάγο.
Για το λόγο αυτό ο πάγος δε βυθίζεται στο νερό και έτσι αποφεύγεται το πάγωμα του πυθμένα των θαλασσών και των λιμνών, πράγμα το οποίο θα θανάτωνε τους υδρόβιους οργανισμούς, με όλες τις συνέπειες που αυτό το γεγονός θα είχε.
Εκτός όλων των παραπάνω -τα οποία, όπως είναι πολύ σημαντικά, αφού εξασφαλίζουν σε κάποιες ψυχούλες τη ζωή τους τις κρύες νύχτες του χειμώνα- η περίεργη αυτή ιδιότητα του νερού προσφέρει στους πιγκουΐνους και τις φώκιες τεράστιες εκτάσεις για να... βολτάρουν!
Ο πάγος, όντας λιγότερο πυκνός, επιπλέει επάνω στο νερό, εξασφαλίζοντας έτσι απέραντες "πεδιάδες πάγου" που, ασφαλώς, φροντίζουν να εκμεταλλεύονται δεόντως όλα τα ζωάκια που ζουν σε παγωμένες περιοχές (πιγκουΐνοι, φώκιες...)!
Οι δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ των μορίων του νερού και των μορίων άλλων σωμάτων (π.χ. νερού - γυαλιού), λέγονται δυνάμεις συνάφειας. Χάρη σε αυτές διατηρούνται υγρές οι επιφάνειες των μεμβρανών των κυττάρων, τα σπέρματα απορροφούν νερό και βλαστάνουν κ.α.

Image8.gif (19136 bytes)

Με το συνδυασμό των δυνάμεων συνοχής και συνάφειας (τριχοειδή φαινόμενα), επιτυγχάνεται η ανύψωση του νερού από τη ρίζα στο βλαστό και στα φύλλα των φυτών. Δείτε το παραπάνω σχήμα και θα καταλάβετε καλύτερα.
Σαν αποτέλεσμα των δεσμών υδρογόνου, τα μόρια του νερού προσκολλώνται σε άλλα μόρια νερού (δυνάμεις συνοχής). Τα μόρια του νερού επίσης σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου με άλλα μόρια (δυνάμεις συνάφειας). Τελικά, το νερό κινείται προς τα πάνω, σε πείσμα των νόμων της βαρύτητας, μέσω των λεπτών αγγείων του φυτού, των τριχοειδών αγγείων (τριχοειδές φαινόμενο)

ΕΡΩΤΗΜΑ –ΠΕΙΡΑΜΑ

Κολυμπάνε τα... ξυραφάκια;

Κι όμως! Για δοκιμάστε: Γεμίστε ένα ποτήρι με νερό (αυτό που πίνουμε από τη βρύση, δε θέλει κάτι ιδιαίτερο) και προσεκτικά αφήστε ένα ξυραφάκι επάνω στην ελεύθερη επιφάνειά του. Περιμένατε να βυθιστεί; Σιγά! Έχετε δει, άλλωστε έντομα να... πνίγονται αν δε βάλουμε εμείς το χεράκι μας; Κάτι άλλο που ίσως έχετε διαπιστώσει είναι πως, δύο πλάκες στις οποίες έχει παρεμβληθεί ένα λεπτό στρώμα νερού αποχωρίζονται με δυσκολία. Γιατί άραγε;
Τα δύο προηγούμενα φαινόμενα είναι αποτέλεσμα των ισχυρών δυνάμεων που ασκούνται μεταξύ των μορίων του νερού. Οι ίδιες αυτές δυνάμεις εμφανίζονται και μεταξύ των μορίων του νερού με μόρια άλλων χημικών ενώσεων, που έχουν υδρόφιλο χαρακτήρα.
Τα μόρια του νερού, χάρη στον πολικό τους χαρακτήρα, έλκονται με ισχυρές δυνάμεις, που ονομάζονται δυνάμεις συνοχής. Λόγω των σχετικά ισχυρών δυνάμεων συνοχής το νερό αντιστέκεται στην παραμόρφωση της ελεύθερης επιφάνειάς του, δηλαδή παρουσιάζει μεγάλη επιφανειακή τάση. Η μεγάλη επιφανειακή τάση του νερού εξηγεί το γεγονός ότι μερικά έντομα περπατάνε στην επιφάνειά του χωρίς να βυθίζονται, όπως επίσης και το συμπαγές των δομών των κυττάρων που περιέχουν νερό.

water21.gif (13709 bytes)

Σύνδεσμοι μορίων του νερού σε τμήμα πάγου το διπλανό σχήμα απεικονίζεται η διάταξη των δεσμών υδρογόνου που αναπτύσσονται μεταξύ των μορίων του νερού όταν αυτό είναι υγρό και όταν βρίσκεται σε στερεή κατάσταση.
Οι δεσμοί υδρογόνου μεταξύ των μορίων του νερού, όταν αυτό είναι σε υγρή κατάσταση, είναι λιγότεροι.

Συνέπειες του δεσμού υδρογόνου

Στην ύπαρξη του δεσμού υδρογόνου αποδίδεται το γεγονός ότι τα υδρίδια NH3, H2O και HF έχουν σημεία τήξεως υψηλότερα από αυτά που αναμένονται. Λόγω του δεσμού υδρογόνου, τα μόρια των παραπάνω υδριδίων έχουν υψηλότερο σημείο τήξεως και ζέσεως. Με το δεσμό υδρογόνου εξηγούνται και πολλά φαινόμενα διαλυτότητας. Για παράδειγμα το μεθάνιο (δεν έχει δεσμ.υδρογόνου), είναι σχεδόν αδιάλυτο στο νερό, ενώ η αμμωνία διαλύεται πάρα πολύ. Επίσης το υγρό HF αναμειγνύεται με το νερό σε όλες τις αναλογίες. Με το δεσμό υδρογόνου εξηγείται επίσης, η μεταβολή της πυκνότητας κατά την τήξη του πάγου. Πιο συγκεκριμένα η διάταξη των μορίων του νερού (λόγω δ.υ) στον πάγο αφήνει μεγάλα κενά ανάμεσα στα μόρια. Όταν ο πάγος λιώνει η δομή αυτή καταστρέφεται και μερικά μόρια πέφτουν στα κενά. Έτσι το νερό που προέρχεται από ορισμένο όγκο πάγου καταλαμβάνει μικρότερο όγκο και έχει μεγαλύτερη πυκνότητα. Όσο αυξάνει η θερμοκρασία αυξάνει ο όγκος οπότε μετά τους 4 βαθμούς Κέλσιου η αύξηση γίνεται μεγαλύτερη από την μείωση λόγω καταστροφής του πλέγματος οπότε αυξάνει ο όγκος και μειώνεται η πυκνότητα.

Η διαστολή του νερού

Όταν η θερμοκρασία στην επιφάνεια μιας λίμνης φτάσει στους 4°C, το νερό της επιφάνειας ως πυκνότερο βυθίζεται.
Δεν είναι ανάγκη η θερμοκρασία του νερού στην επιφάνεια της λίμνης να φτάσει στους 4°C για να γίνει πυκνότερο από το υπόλοιπο νερό και να βυθιστεί. Για παράδειγμα, αν η θερμοκρασία του νερού της λίμνης είναι 10°C και η θερμοκρασία στην επιφάνεια ελαττωθεί, ας πούμε στους 9°C, τότε το νερό της επιφάνειας γίνεται πυκνότερο και βυθίζεται.

Η περιγραφή του φαινομένου έχει ως εξής:

Όταν ο καιρός είναι ψυχρός, το νερό στην επιφάνεια της λίμνης ψύχεται, γίνεται πυκνότερο και βυθίζεται. Θερμότερο νερό, ως ελαφρύτερο, έρχεται στην επιφάνεια και με τη σειρά του ψύχεται και βυθίζεται. Με αυτόν τον τρόπο η θερμοκρασία του νερού της λίμνης ελαττώνεται σταδιακά μέχρι τους 4°C. Τότε, όμως, καθώς το νερό της επιφάνειας ψύχεται ακόμα περισσότερο, γίνεται ελαφρύτερο και παραμένει εκεί. Η ψύξη του συνεχίζεται και γίνεται πάγος, που επιπλέει στην επιφάνεια της λίμνης. Η θερμοκρασία του νερού κοντά στον πάγο είναι 0°C, αλλά νερό των 4°C συνεχίζει να παραμένει στον πυθμένα, επειδή είναι το πυκνότερο.

 Τήξη – Πήξη

... ο πάγος λιώνει - εκτός και αν ο αέρας είναι ψυχρότερος από τον πάγο!
Όχι. Για να μη λιώσει ο πάγος αρκεί η θερμοκρασία του αέρα να μην είναι μεγαλύτερη από 0°C.
Ένα κομμάτι πάγου λιώνει όταν εκτεθεί σε αέρα υψηλότερης θερμοκρασίας.
Το λάθος επαναλαμβάνεται. Το σωστό είναι ότι ένα κομμάτι πάγου λιώνει όταν εκτεθεί σε αέρα του οποίου η θερμοκρασία είναι υψηλότερη από 0°C.

Βρασμός – Υγροποίηση

Οι υδρατμοί υγροποιούνται στους 100°C δηλαδή σε θερμοκρασία ίση με τη θερμοκρασία βρασμού.
Η θερμοκρασία βρασμού του νερού είναι 100°C, μόνο αν η πίεση είναι 1 Αtm. Γι’ αυτό, οι υδρατμοί υγροποιούνται στους 100°C, μόνο όταν βρίσκονται σε πίεση 1 Αtm.
Η μερική πίεση των υδρατμών που υπάρχουν στον αέρα είναι μικρότερη από 1 Αtm και εξαρτάται από την περιεκτικότητα του αέρα σε υδρατμούς. Γι’ αυτό υγροποιούνται, μόνο αν η θερμοκρασία ελαττωθεί αρκετά (ώστε να γίνει ίση με τη θερμοκρασία βρασμού που αντιστοιχεί στη μερική τους πίεση). Επιπλέον, αν η μερική πίεση των υδρατμών είναι μικρότερη από 4,6 Τοrr, τότε δεν μπορούν να υγροποιηθούν, παρά μόνο να μετατραπούν σε πάγο.