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La sorprendente transformación del agua sobrecalentada: ¿Cómo cambian sus propiedades a medida que aumenta la temperatura?
El agua sobrecalentada es agua líquida bajo presión a una temperatura entre su punto de ebullición normal (100 °C o 212 °F) y su temperatura crítica (374 °C o 705 °F). Este tipo de agua se estabiliza mediante sobrepresión o calentando agua en un recipiente cerrado para mantener un estado líquido bajo el equilibrio de la presión de vapor saturado. Sus características son significativamente diferentes de las del agua en un ambiente de presión atmosférica. Las investigaciones muestran que cuando el agua se calienta hasta un estado sobrecalentado, muchas de sus propiedades inusuales sufren cambios sorprendentes.
"Los enlaces de hidrógeno del agua se rompen durante el proceso de calentamiento, lo que hace que el agua sea menos polar, lo que hace que el agua comience a comportarse más como un disolvente orgánico".
Cambios en las propiedades del agua sobrecalentada
A medida que aumenta la temperatura del agua, el agua sobrecalentada muestra cambios de propiedades más significativos que otras sustancias. La viscosidad y la tensión superficial del agua disminuyen al aumentar la temperatura, mientras que la difusividad aumenta. Cuando aumenta la temperatura del agua, la autoionización del agua también aumentará. Su valor pKw es de aproximadamente 11 a 250 °C, lo que demuestra que la concentración de iones de hidrógeno (H3O+) y radicales hidroxilo (OH-) en el agua aumenta, pero. el pH sigue siendo el mismo.
Análisis del comportamiento anormal
El agua es una molécula polar con cargas positivas y negativas separadas por su centro. Cuando se calienta, el movimiento térmico de la estructura unida por enlaces de hidrógeno destruye la polaridad general del agua, lo que hace que la permitividad relativa del agua disminuya a medida que aumenta la temperatura. A 205°C, la constante dieléctrica relativa cae a 33, similar a la del metanol a temperatura ambiente. Este fenómeno hace que el agua comience a parecerse a una mezcla de agua y metanol, afectando su solubilidad y reactividad química.
Cambios de solubilidad
Compuestos orgánicos
A medida que aumenta la temperatura, la solubilidad de las moléculas orgánicas a menudo aumenta significativamente, en parte debido a cambios de polaridad. Además, ciertas sustancias consideradas insolubles a temperaturas convencionales pueden volverse solubles en agua sobrecalentada. Por ejemplo, la solubilidad de los HAP aumenta cinco órdenes de magnitud a 25°C en comparación con 225°C.
Sales
A pesar de una disminución en la permitividad relativa, muchas sales permanecen solubles hasta cerca del punto crítico. Por ejemplo, el cloruro de sodio tiene una solubilidad de hasta el 37% en peso a 300°C. Sin embargo, a medida que se acerca el punto crítico, su solubilidad disminuye significativamente.
gasolina
La solubilidad de los gases en agua generalmente disminuye a medida que aumenta la temperatura, pero aumenta nuevamente después de cierta temperatura. La solubilidad del oxígeno en agua sobrecalentada aumenta particularmente, lo que permite su aplicación en procesos de oxidación húmeda.
Efectos corrosivos
El agua sobrecalentada por encima de 300 °C puede ser más corrosiva que el agua a temperatura ambiente. Esto significa que, en estas condiciones, se debe tener especial cuidado en la selección de los materiales del equipo, requiriendo a menudo el uso de aleaciones resistentes a la corrosión.
Requerimientos energéticos
La energía necesaria para calentar el agua es significativamente menor que la energía necesaria para evaporarla, lo que hace más factible el uso de intercambiadores de calor para recuperar energía. Por ejemplo, la energía necesaria para calentar agua líquida de 25°C a 250°C es aproximadamente 976 kJ/kg, que es significativamente menor que los 2869 kJ/kg necesarios para convertirla en vapor.
Extracción y reacciones químicas
El agua sobrecalentada se utiliza ampliamente en procesos de extracción y reacciones químicas. Por ejemplo, puede extraer rápida y selectivamente componentes valiosos de las plantas y puede convertir químicamente materiales orgánicos en productos combustibles, lo cual es de gran importancia para la protección del medio ambiente.
Aplicación de la tecnología de cromatografía
En la cromatografía líquida de alta resolución de fase reversa, una fase móvil comúnmente utilizada es una mezcla de metanol y agua. Dado que el rango de polaridad del agua es estable con los cambios de temperatura, esto permite que sus propiedades se utilicen eficazmente en separaciones cromatográficas para la separación y análisis de diversos compuestos orgánicos.
La transformación de las propiedades del agua sobrecalentada no sólo revela el potencial único del agua como disolvente en la ciencia y la industria, sino que también nos lleva a pensar en cómo se comporta el agua en diversas condiciones ambientales y cómo sus usos potenciales pueden afectar a las tecnologías futuras. ¿Y la sostenibilidad medioambiental?
