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A surpreendente transformação da água superaquecida: como suas propriedades mudam à medida que a temperatura aumenta?
Água superaquecida é água líquida sob pressão a uma temperatura entre seu ponto de ebulição normal (100°C ou 212°F) e sua temperatura crítica (374°C ou 705°F). Este tipo de água é estabilizada por sobrepressão ou pelo aquecimento da água em um recipiente fechado para manter o estado líquido sob o equilíbrio da pressão de vapor saturado. Suas características são significativamente diferentes da água em um ambiente de pressão atmosférica. A pesquisa mostra que quando a água é aquecida a um estado superaquecido, muitas de suas propriedades incomuns sofrem mudanças surpreendentes.
"As ligações de hidrogênio da água são quebradas durante o processo de aquecimento, tornando a água menos polar, o que faz com que a água comece a se comportar mais como um solvente orgânico."
Mudanças nas propriedades da água superaquecida
À medida que a temperatura da água aumenta, a água superaquecida apresenta alterações de propriedades mais significativas do que outras substâncias. A viscosidade e a tensão superficial da água diminuem com o aumento da temperatura, enquanto a difusividade aumenta. Quando a temperatura da água aumenta, a auto-ionização da água também aumentará. Seu valor de pKw é cerca de 11 a 250°C, mostrando que a concentração de íons hidrogênio (H3O+) e radicais hidroxila (OH−) na água aumenta, mas. o pH permanece o mesmo.
Análise de comportamento anormal
A água é uma molécula polar com cargas positivas e negativas separadas no centro. Quando aquecida, o movimento térmico da estrutura ligada ao hidrogênio destrói a polaridade geral da água, fazendo com que a constante dielétrica relativa da água diminua à medida que a temperatura aumenta. A 205°C, a constante dielétrica relativa cai para 33, semelhante à do metanol à temperatura ambiente. Este fenômeno faz com que a água comece a se assemelhar a uma mistura água-metanol, afetando sua solubilidade e reatividade química.
Alterações na solubilidade
Compostos orgânicos
À medida que a temperatura aumenta, a solubilidade das moléculas orgânicas muitas vezes aumenta significativamente, em parte devido a mudanças na polaridade. Além disso, certas substâncias consideradas insolúveis a temperaturas convencionais podem tornar-se solúveis em água sobreaquecida. Por exemplo, a solubilidade dos PAHs aumenta em cinco ordens de grandeza a 25°C em comparação com 225°C.
Sais
Apesar de uma diminuição na permissividade relativa, muitos sais permanecem solúveis até perto do ponto crítico. Por exemplo, o cloreto de sódio tem uma solubilidade de até 37% em peso a 300°C. Contudo, à medida que o ponto crítico se aproxima, a sua solubilidade diminui significativamente.
Gás
A solubilidade dos gases na água geralmente diminui à medida que a temperatura aumenta, mas aumenta novamente após uma determinada temperatura. A solubilidade do oxigênio em água superaquecida é particularmente melhorada, possibilitando sua aplicação em processos de oxidação úmida.
Efeitos corrosivos
Água superaquecida acima de 300°C pode ser mais corrosiva que a água em temperatura ambiente. Isto significa que nestas condições, deve-se ter cuidado especial na seleção dos materiais dos equipamentos, muitas vezes exigindo o uso de ligas resistentes à corrosão.
Requisitos de energia
A energia necessária para aquecer a água é significativamente menor que a energia necessária para evaporá-la, tornando mais viável o uso de trocadores de calor para recuperação de energia. Por exemplo, a energia necessária para aquecer água líquida de 25°C a 250°C é de aproximadamente 976 kJ/kg, o que é significativamente menor do que os 2.869 kJ/kg necessários para convertê-la em vapor.
Extração e reações químicas
A água superaquecida é amplamente utilizada em processos de extração e reações químicas. Por exemplo, ele pode extrair de forma rápida e seletiva componentes valiosos das plantas e pode efetivamente converter quimicamente materiais orgânicos em produtos combustíveis, o que é de grande importância para a proteção ambiental.
Aplicação da tecnologia de cromatografia
Na cromatografia líquida de alta eficiência de fase reversa, uma fase móvel comumente usada é uma mistura de metanol-água. Como a faixa de polaridade da água é estável com as mudanças de temperatura, isso permite que suas propriedades sejam utilizadas de forma eficaz em separações cromatográficas para a separação e análise de vários compostos orgânicos.
A transformação das propriedades da água superaquecida não só revela o potencial único da água como solvente na ciência e na indústria, mas também nos leva a pensar sobre como a água se comporta sob diversas condições ambientais e como seus usos potenciais podem afetar tecnologias futuras . E a sustentabilidade ambiental?
