Apa este adevărata sursă a vieții pe pământ, participând la nenumărate procese biologice și fiind o componentă integrantă a acestora. Acest lucru este posibil datorită proprietăților sale unice, cum ar fi:

Pe blogul nostru, ne referim adesea la anumite proprietăți ale apei, dar rareori aprofundăm fizica și chimia acesteia. Astăzi, vom încerca să vă expunem într-un limbaj simplu de ce apa nu este doar "sursa vieții pe Pământ", ci și o substanță chimică cu adevărat specială, evidențiind proprietățile sale fizice și chimice remarcabile.

Proprietățile fizice ale apei

Apa pură nu are gust sau miros și este în stare lichidă la temperatura normală (20°C).

"Apă" este un nume banal; compusul chimic se numește oxid de hidrogen. Din denumire, putem înțelege că acesta conține ioni de hidrogen și oxigen care sunt conectați printr-o așa-numită legătură covalentă.

Atomul de hidrogen are o valență (capacitatea de a forma legături) de 1, iar atomul de oxigen are o valență de 2. Acesta este motivul pentru care formula apei este H2O. De asemenea, fiecare moleculă de apă poate forma până la patru legături de hidrogen (două de hidrogen și două de oxigen). Toate anomaliile proprietăților fizice ale apei sunt legate de aceste legături - apa are un punct de fierbere relativ ridicat (100°C). Dacă nu ar exista legături de hidrogen, apa ar fierbe la o temperatură de -80°C și ar îngheța la -100°C. Această structură ne permite să vedem apa în trei stări (solidă, lichidă, gazoasă) în mediul natural. Aici, am descris doar pe scurt proprietățile fizice ale apei, dacă doriți să aflați mai multe despre aceasta, vă invităm să citiți articolul nostru anterior în care am vorbit mai mult despre cum fierbe și îngheață apa, precum și despre diferențele dintre apa grea.

Proprietățile chimice ale apei

Să aprofundăm proprietățile chimice ale apei și modul în care acestea sunt legate de indicatorii de apă de pe Pământ.

Pentru a înțelege procesele din mediu care implică apa ca o componentă a reacțiilor, este important să fim familiarizați cu principalele proprietăți chimice ale H2O. Aceste proprietăți pot fi rezumate într-o listă scurtă.

Interacțiunea apei cu substanțe simple

Caracteristicile chimice ale apei devin evidente în reacția sa cu metalele alcaline și alcalino-pământoase, care poate fi destul de viguroasă, producând căldură și uneori chiar lumină. De exemplu, sodiul, potasiul și calciul sunt capabile să se miște și chiar să "sară" pe suprafața apei.

2Na + 2H2O = H2 + 2NaOH

Metalele mai puțin active reacționează fie la încălzire, fie nu reacționează deloc, de exemplu, fierul:

3Fe + 4H2O = 4H2+ Fe3O4 (numai la încălzire)

Aceste reacții nu au loc în mod natural, dar reacția de coroziune care are loc atunci când aerul este adăugat la apă este foarte frecventă, demonstrând o altă proprietate chimică a apei.

4Fe + 3O2 + 6H2O ➝ 4Fe(OH)3.

Această ecuație descrie formarea ruginei pe suprafețele de fier. Procese similare pot avea loc și cu cuprul, zincul și aliajele acestora. Reacțiile cu nemetalele au loc exclusiv la încălzire sau alte tipuri de influențe.

Reacții cu neoxizi

Apa din natură intră adesea în contact cu dioxidul de carbon, precum și cu oxizii de sulf și azot, care sunt componente ale gazelor de eșapament, prin acest mecanism:

SO2 + H2O = H2SO4.

Ca urmare a acestor procese, se formează ploaia acidă, ilustrând în continuare caracteristicile chimice ale apei.

Fotosinteza

Fotosinteza este o reacție remarcabilă care permite plantelor să transforme dioxidul de carbon și apa în substanțe nutritive, inclusiv amidon și glucoză, folosind lumina soarelui ca sursă de energie.

Ecuația chimică pentru fotosinteză este:

6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n + 6nO2

Această ecuație sintetizează procesul prin care plantele folosesc apa pentru a crea carbohidrați și a elibera oxigen. Ca atare, fotosinteza este un proces esențial care susține viața pe Pământ prin generarea de oxigen și prin furnizarea bazei pentru multe lanțuri alimentare din ecosisteme.

Apa ca solvent ideal

Apa este un solvent versatil care facilitează multe procese invizibile, care sunt adesea cele mai fascinante. Cu toate acestea, este rar să găsim apă în forma sa cea mai pură în natură, deoarece aceasta conține de obicei săruri anorganice, gaze și o gamă diversă de substanțe organice. Duritatea naturală a apei este un rezultat al mișcării acesteia prin roci, ceea ce îi permite să se satureze cu minerale. În funcție de compoziția rocilor, de solubilitatea acestora și de temperatura mediului, anumite concentrații de ioni ai acestora se pot dizolva în apă. Carbonatul, sulfații, nitrații de calciu, magneziu, sodiu, potasiu și alți cationi se găsesc frecvent în astfel de roci. Mineralele precum gipsul (CaSO4), dolomita (CaCO3 - MgCO3) și calcarul (CaCO3) sunt probabil principalii factori care contribuie la duritatea apei.

Fierul și manganul dizolvate sunt de obicei prezente în apele naturale de foraj, deoarece sărurile de fier solubile tind să fie găsite în zonele lipsite de aer. Sursele lor sunt adesea minereuri de fier magnetic, brun, roșu, magnezită și materiale similare. Hidrogenul sulfurat este de asemenea prezent în apele subterane, unde este produs prin procese chimice care implică substanțe organice. În aer, aceasta se oxidează ușor în sulf elementar și precipită, adesea fără a fi vizibilă pentru ochiul uman.

Apele naturale de suprafață conțin oxigen dizolvat și componente cu conținut de azot care rezultă din activitatea vitală a microorganismelor, cum ar fi amoniacul, nitriții și nitrații, care se pot transforma ușor unele în altele. Proteinele și aminoacizii pot fi, de asemenea, găsiți în corpurile de apă. Activitățile antropice introduc în apă cei mai toxici poluanți, cum ar fi sărurile de metale grele, produsele organice industriale și nitrații și fosfații din îngrășăminte.

În apă au loc constant diverse reacții, inclusiv procese de schimb care determină precipitarea calcarului format din carbonat de calciu. În plus, reacțiile de oxidare-reducere pot face ca apa din foraje să dobândească nămol de fier ruginit sau sedimente.

Pe scurt, proprietățile chimice și fizice ale apei fac din aceasta o substanță excepțională cu diverse aplicații. Fiind un solvent ideal, capacitatea apei de a dizolva diverse substanțe și de a prezenta caracteristici fizice unice, cum ar fi tensiunea superficială ridicată și conductivitatea termică, contribuie la utilitatea sa pe scară largă în mediile biologice și industriale. Prin descrierea proprietăților fizice și chimice ale apei, putem înțelege rolul esențial al acesteia în susținerea vieții și în desfășurarea proceselor naturale esențiale.