Δήμητρα Σπανού, χημικός, μόνιμη καθηγήτια Δ/θμιας Εκπ/σης στο 1ο Γυμνάσιο Δάφνης (μετά το 2010)
υπό κατασκευή
ΟΙ ΙΔΙΑΙΤΕΡΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ ΛΟΓΩ ΤΩΝ ΔΕΣΜΩΝ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΜΟΡΙΩΝ ΤΟΥ
Όπως αναφέρω στο 1ο μέρος οι ιδιότητες του νερού οφείλονται στην δομή του μορίου του που παρουσιάζει διπολική ροπή και επί πλέον δημιουργεί δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των μορίων του,
Συνολικά τα μόριά του συνδέονται σε ένα υπερμόριο και αυτό έχει τα ανάλογα αποτελέσματα στην συμπεριφορά του.
Οι δεσμοί υδρογόνου που μειώνουν σημαντικά την κινητικότητά τους αλλα βέβαια δεν την εκμηδενίζουν.
Όμως στις συνδέσεις αυτές τα μόρια του νερού δεν παραμένουν ακίνητα.
Τα άτομα του υδρογόνου έχουν
πολύ μεγαλύτερη κινητικότητα από τα άτομα του οξυγόνου, κινούνται διαρκώς διασπώντας τους δεσμούς υδρογόνου και δημιουργούν νέους ώστε τα μόρια του νερού να αλλάζουν συνεχώς τους γείτονές τους αφού οι δεσμών υδρογόνου εναλλόσσονται μεταξύ των μορίων.
.jpg)
Δηλαδή, οι δεσμοί υδρογόνου διασπώνται και ανασχηματίζονται με άλλα μόρια αδιάκοπα. Σε θερμοκρασία 4ο όπου υπάρχει η μικρότερη κινητικότητα των μικροσωματιδίων, η διάρκεια ζωής των συστάδων είναι της τάξης τρισεκατομυριοστών του δευτερολέπτου!
Η ΑΝΩΜΑΛΙΑ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ
Ενδιαφέρον παρουσιάζει η συμπεριφορά του νερού ως προς την πυκνότητά του γιατί φαινομενικά, παραβιάζει τους φυσικούς νόμους, κυρίως όταν πρόεκιται για την συστολή που πρέπει να αναμένεται σε ένα σώμα με την πτώση της θερμοκρασίας.
Φυσιολογικά στην υγρή κατάσταση των σωμάτων τα μόριά τους χρειάζονται μεγαλύτερο όγκο λόγω της αυξημένης κινητικότητάς τους . Αντίθετα στην στερεά κατάσταση αυτή η κινητικότητα ελλαττώνεται και συνεπώς η πυκνότητα εμφανίζεται μειωμένη
Στο νερό παρατηρείται το αντίθετο:
Η πυκνότητα του νερού παίρνει την ελάχιστη τιμή της στους 3,98ο C και στους 4οC η πυκνοτητά του μετράται σε 1Kg/lt . Όταν η θερμοκρασία κατέβει κάτω από τους 3,98ο το νερό αρχίζει πάλι να διαστέλλεται και η πυκνότητά του αυξάνεται και πάλι. Ενδεικτικά η πυκνότητα του νερού στους 50ο είναι 0,988 Kg/lt ,στους 100ο είναι 9,96 Kg/lt και στους 0ο είναι 0, 92 Kg/lt
Ο λογος για αυτήν την ιδιαίτερη συμπεριφορά του νερού ξεκινά από τους δεσμούς υδρογόνου που σχηματίζονται μεταξύ των μορίων του.
Όταν το νερό ψύχεται κοντά στους 4ο C οι κινήσεις των μορίων έχουν σχετικά μειωθεί κι εκεί εμφανίζεται η μεγαλύτερη προσέγγιση των μορίων και η μέγιστη πυκνότητα. (Συγκεκριμένα στους 3,98οC). Εδώ έχουμε την μεγαλύτερη πυκνότητα του νερού.
Σε ακόμα μικρότερη θερμοκρασία η δομή του νερού αρχίζει να αλλάξει και τα μόρια διατάσσονται σιγά σιγά σε συγκεκριμένες θέσεις και αποστάσεις . Αυτή η νέα διάταξη αρχιζει να μοιάζει με την κρυσταλλική δομή του πάγου. Η κινητικότητα των ατόμων υδρογόνου μειώνεται αρκετά και
σχηματίζονται πια συγκεκριμένες συστάδες που ονομάζονται συστάδες παγωμένου νερού. Έχουν πολυεδρικό σχήμα και διατηρουν τις ιδιότητες του νερου.
Αυτη η ανάπτυξη γεωμετρικής κρυσταλλικής δομής απαιτεί μεγαλύτερο χώρο.
Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την εκ νέου αύξηση της πυκνότητας του νερού κάτω από το σημείο μέγιστης 
πυκνότητας των 3,98οC έως το 0oC
Η ανωμαλία στην πυκνότητα του νερού στη γη έχει μεγάλη σημασία στο νερό των ψυχρότερων περιοχών της γης, γιατί τα νερά που είναι σε θερμοκρασία κάτω των 4οC δεν βυθίζονται αλλά μένουν στην επιφάνεια και αυτό βοηθά υδρόβια φυτά και ψάρια να επιβιώνουν σε μεγαλύτερα βάθη όπου η θερμοκρασία δεν κατεβαίνει κάτω από τους 4οC
Να σημειώσουμε ότι ανωμαλία στην πυκνότητα εμφανίζεται και σε αντίστοιχες χημικές ενώσεις με δεσμούς υδρογόνου . Η αμμωνία και το υδροφθόριο όταν βρίσκονται σε υγρή κατάσταση εμφανίζουν ανωμαλία πυκνότητας
Στην συνέχεια αυτές οι αποστάσεις των μορίων θα σταθεροποιηθούν, επίσης οι αποστάσεις μεταξύ συστάδων σωματιδίων θα γίνουν συγκεκριμένες και επαναλαμβανόμενες και θα αποτελέσουν την κρυσταλλική δομή του πάγου.
Θα πρέπει να διακρίνουμε στις αποστάσεις των μορίων και την διάταξη των ατόμων στον χώρο και τις κοντινές αποστάσεις των σωματιδίων (άτομα , μόρια κ.λ.π.) μεταξύ των αλλά και τις μακρυνές αποστάσεις που αναφέρονται σε αποστάσεις μεταξύ επαναλαμβανόμενων διατάξεων σωματιδίων (συστάδων).
Η κρυσταλλική δομή του πάγου είναι παρόμοια με του διαμαντιού. Το κάθε άτομο οξυγόνου περιβάλλεται από τέσσερα πλησιέστερα άτομα οξυγόνου στον κρύσταλλο απέχουν που απέχουν ίσες αποστάσεις 2,76Α. Έχει χωρικό πλέγμα εξαγωνικό πλέγμα και σχηματίζεται με την ψύξη νερού στους 0ο C μα την ατμοσφαιρική πίεση. Οι παράμετροι της κυψέλης- μονάδας είναι a-0,45nm και η απόσταση μεταξύ των 2 βασικών επιπέδων είναι c=0,74nm
Έτσι η δομή στην στερεά κατάσταση είναι ανοικτή και απαιτεί περισσότερο όγκο από το υγρό νερό και έτσι ο πάγος έχει μικρότερη πυκνότητα από το υγρό νερό.
Αυτό επίσης είναι πολύ σημαντικό για την διατήρηση της ισορροπίας στον πλανήτη και της θαλάσσιας ζωής
ΡΟΗ ΚΑΙ ΘΡΑΥΣΗ ΤΟΥ ΠΑΓΟΥ. ΥΠΟΧΩΡΗΣΗ ΠΑΓΕΤΩΝΩΝ
Υπάρχουν 10 γνωστές τροποποιήσεις του πάγου και του άμορφου πάγου (ηπειρωτικός, πλωτός, υπόγειος κ.λ.π. καθώς και με την μορφή χιονιού, παγετού κ.λ.π.. Το πλέγμα όλων των κρυσταλλικών τροποποιήσεων του πάγου έχει τετραεδρική δομή. Οι κρύσταλλοι του πάγου είναι αρκετά μεγάλοι από μικρότεροι του χιλιοστού έως μερκά εκατοστά.
Ο πάγος με την επίδραση ορισμένων παραγόντων που δημιουργούν τάσεις, εμφανίζει ρεολογικές ιδιότητες και θραύση. Αυτό οφείλεται στην δομή των κρυστάλλων του.
Τα μόρια του νερού στον κρύσταλλο του πάγου εξακολουθούν βέβαια να έχουν κάποιες σημαντικές περιστροφικές και ταλαντωτικές κινήσεις.
Εδώ εξακολουθεί να υπάρχει η διαφορά στην κινητικότητα των ατόμων υδρογόνου από τα άτομα οξυγόνου στους δεσμούς υδρογόνου στο κρυσταλλικό πλέγμα.
Αυτό μπορεί να δημιουργήσει εξάρσεις που παραβιάζουν την τάξη της κρυσταλλικής δομής με αποτέλεσμα στον πάγο να εκδηλώνονται ιδιότητες ροής
Οι παγετώνες πολλές φορές ρέουν σαν τα ιξώδη υγρά και έτσι συμμετέχουν ενεργά στον κύκλο του νερού στην γη
Δήμητρα Σπανού
ΠΗΓΕΣ
Νερό - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)
Κρυσταλλικός πάγος: τι είναι αυτό (privetpiter.ru)
Источник: https://helpdoma.ru/voda/kristalliceskaya-resetka-vody-osnovnye-svoistva-i-struktura
