Apa nu ia foc

Apa este unul din lucrurile alea cu care nu prea îți bați capul în general. Acoperă cam 71% din suprafața Pământului, o ai la robinet (și chiar dacă nu locuiești în lumea a III-a, te încăpățânezi să o cumperi la sticlă și pe mai mulți bani) și știi că nu ia foc. Auzi, tu, la mine…normal că apa nu ia foc! Ce tâmpit pune chestii atât de evidente în titlurile articolelor sale? Da, da, știu, știu, chestia asta o știi încă de la grădiniță și nu prezintă prea mare interes, dar (cum este de foarte multe ori cazul cu lucruri complet banale) este de fapt mult mai fascinantă decât ai crede. Așa că, să n-o mai lălăim. De ce nu ia foc apa?

“Hei, frumoaso, vii des pe aici?”

Chiar dacă apa se găsește peste tot pe Pământ, nu știm exact de unde vine și cum a apărut sub formă lichidă la noi în bătătură, deși ipoteze sunt multe. Faptul că toată manevra s-a întâmplat acum vreo 4,6 miliarde de ani nu prea ne ajută, pentru că e foarte departe în timp, iar apa nu se fosilizează (ca să vezi…). Până anul trecut (anul de grație 2015), singurul loc în care știam cu siguranță că se găsește apă în formă lichidă era pe Pământ, dar în urma unei descoperiri absolut epice, monumentale și extraordinare (serios, n-ai cum să o supraestimezi) am aflat că și Marte are câteva firicele care curg voioase pe suprafața ei înghețată. Dar apa clar se găsește peste tot prin Univers, fie că în formă lichidă, solidă sau gazoasă.

Majoritatea apei din Univers este un produs secundar al formării stelelor. Când o stea se naște, în timp ce se aprinde, ea expulzează gaze și praf, care se lovesc de gazul deja existent în jurul ei. Undele de șoc din urma expulzării comprimă și încălzesc acele gaze, unde diverse elemente chimice se combină spre a crea te miri ce, printre care și apă. Pe 22 iulie 2011, s-a descoperit un nor gigant de apă care conține de 140 trilioane de ori (140.000.000.000.000) mai multă apă decât toate oceanele de pe Pământ, combinate. Norul ăsta se află în jurul unui cuasar, aflat la 12 miliarde ani-lumină de noi. Asta ne arată că apa a existat din abundență în Univers de aproape dintotdeauna.

Am găsit apă în norii interstelari din galaxia noastră și cel mai probabil există din abundență și în alte galaxii, pentru că hidrogenul și oxigenul (componentele sale) sunt unele din cele mai abundente elemente chimice din Univers.

 Oaia neagră a familiei

Încă din secolul al XIX-lea, oamenii de știință au stabilit niște reguli clare prin care pot defini lichidele. Regulile astea sunt, însă, practic inutile când vine vorba de apă, care doar planează maiestuos la doi metri deasupra lor, arătându-le degetele mijlocii și probabil scoțând limba sau ceva de genul.

Dubioșenia ei începe încă din momentul în care pui un cub de gheață de apă în apa lichidă. Ai în fața ta un solid, care plutește pe lichidul lui. Ceara solidă nu plutește pe ceara lichidă, de exemplu. Gheața de apă plutește pe apa lichidă, pentru că se extinde atunci când îngheață. Expansiunea asta este o forță destul de puternică încât să spargă sticla.

Și asta nu-i tot! Apa fierbinte îngheață mai repede ca apa rece (efectul Mpemba), iar felul în care moleculele de apă se leagă una de cealaltă e de-a dreptul magic. După cum vezi în partea dreaptă o moleculă de apă se mai poate lega de alte patru molecule de apă, așa că o moleculă de apă ajunge să fie vecină cu patru atomi de hidrogen, în total. Se creează, astfel, niște legături foarte puternice (mai ales la suprafață) între molecule și ai nevoie de ceva mai multă energie ca să le desparți. D-aia vezi o grămadă de țânțari care merg pe apă de parcă au supt sângele lui Iisus. Datorită acestor legături și a tensiunii superficiale (surface tension) se formează o peliculă  fină, dar rezistentă, la suprafața lichidului, un soi de “piele”.

Dar cea mai dubioasă chestie e că lichidul ăsta incolor, inodor și insipid e lichid. Apa nici n-ar trebui să fie lichidă pe Pământ, luând în considerare presiunea și temperatura. Toată apa de pe Pământ ar trebui să existe doar sub formă de vapori. Uită-te și tu la ea: o moleculă de apă este formată din două tipuri de atomi foarte ușori, adică hidrogen și oxigen. Apa ar trebui să fie gaz.  Acidul sulfhidric (H2S), de exemplu, este un gaz, deși are masa moleculară mai mare ca a apei (adică, for all intents and purposes, e mai greu ca apa, din punct de vedere molecular). Amoniacul (NH3) sau acidul clorhidric (HCl) la fel. Și atât acidul sulfhidric și amoniacul sunt gaze, în stare naturală. Apa este oaia neagră a familiei, a lichidelor. Este de o dubioșenie maximă, dar tocmai datorită dubioșeniei ăsteia suntem aici.

 El Fuego

Bun, hai să trecem la treabă. Am spus că apa nu arde. Asta o știm cu toții, dar de ce nu? Adică, dacă stai să analizezi separat elementele chimice care compun apa, e clar că ar trebui să ia foc. Uite:

Hidrogenul (H)

Hidrogenul se găsește oficial în Grupa 1 a tabelului periodic, dar e atât de diferit de restul grupei, încât este în general băgat într-o categorie numai de-a lui. Este cel mai abundent element din Univers. Efectiv oriunde ai fi în Univers, aici sau la 12 miliarde de ani-lumină distanță, o să găsești hidrogen din abundență. Asta pentru că acest element (împreună cu heliul) s-a format la foarte puțin timp după nașterea Universului. Da, hidrogenul a apărut acum vreo 13,8 miliarde de ani, în urma Big Bang-ului.

Partea bună cu hidrogenul este că e foarte foarte ușor. Este mult mai puțin dens ca aerul pe care îl respirăm (care e o combinație de alte elemente) și mai ușor și ieftin de produs decât heliul. Partea proastă este că hidrogenul se aprinde mai rău ca un cocalar beat care tocmai a pierdut la păcănele. E mai ușor ca aerul, dar ia foc la fel de ușor. Hm…ce bine că nu ne-am apucat să le punem în baloane, să zburăm cu ele. Adică hidrogen în baloane de pasageri țipă din toți rărunchii “O SĂ FIE UN DEZASTRU!”…n-am făcut asta, nu? Doar nu suntem atât de idioți.

Îți dai seama că da! LZ-129 Hindenburg a fost un zeppelin transatlantic german, care plutea pe bază de hidrogen. Un milion de litri de hidrogen, mai exact. La un moment dat, acei un milion de litri de hidrogen au luat foc datorită unei scântei, în momentul în care balonul a ajuns la destinație, în New Jersey, SUA. Au murit 36 de oameni.

Oxigenul (O)

Oxigenul se găsește în grupa 16 a tabelului periodic și apare în general prin Univers în ultimele momente de viață ale unei stele. De exemplu, Soarele nostru, când va ajunge în stadiul de gigantă roșie, va începe să fuzioneze heliul din el în carbon și oxigen.

Oxigenul lichid fierbe (adică începe să se transforme din lichid în gaz) la -183°C și e ținut în general în sticle vidate. El este puțin mai dens ca apa, este atras de polii magneților foarte puternici (da, oxigenul lichid este magnetic. Serios!). De asemenea, are o foarte drăguță nuanță albăstruie. Oxigenul lichid devine solid la -219°C.

Ah, v-am spus că este esențial pentru procesul de combustie (ardere)? Oxigenul este esențial pentru procesul de combustie (ardere). D-aia, dacă vrei să stingi vreun foc, este foarte important să îi tai accesul la oxigen.

Deci avem un element care ia foc foarte ușor și un element care întreține arderea. Ar trebui să iasă măcar un foc mocnit, dacă nu o explozie. Iarăși, întrebi cu nerăbdare:

Cum de nu ia foc apa?

Problema e că privim chestia asta din unghiul nepotrivit.

Vezi tu, draga mea, atunci când ceva arde, are loc un proces prin care elementele dintr-o substanță (sau dintr-un obiect) se combină cu oxigenul. Este un proces exotermic: un proces prin care se eliberează energie către exterior, de obicei sub formă de căldură și lumină (la alte reacții exotermice energia se eliberează și sub formă de electricitate sau sunet). De unde și focul. Atunci când ardem o substanță care e bogată în carbon, carbonul se combină cu oxigenul, pentru a forma dioxid de carbon (CO2).  Acum vine palma peste față și momentul de mindfuck: când ardem o substanță bogată în hidrogen, hidrogenul din ea se combină cu oxigenul din atmosferă. Din procesul ăsta de “ardere” rezultă apă. Asta-i toată șmecheria: apa nu mai are cum să ia foc, pentru că este deja rezultatul unei “arderi”, rezultatul unui proces de combinare cu oxigenul.

Apa e deja cenușă.

Nu poți arde apa pură, dar dacă te încăpățânezi și vrei să vezi cum s-a ajuns aici, trebuie să separi apa în hidrogen și în oxigen, iar pentru asta trebuie să bagi atâta energie câtă a fost eliberată atunci când s-a produs arderea inițială. Chestia asta e posibilă dacă adaugi niște curent electric. Astfel, apa se separă în două părți hidrogen și o parte oxigen.

Până la urmă e o chestie total banală și ușor de intuit (mai ales dacă studiezi chimie), da’ pentru noi ăștia care nu mâncăm chimie pe pâine, e ceva de-a dreptul dubios și (să o zic?) magic. E mișto rău momentul în care afli cum se petrece de fapt un lucru de care știi de atâta amar de vreme, dar pe care nu ți l-a explicat nimeni niciodată. Se simte bine de tot.

Acum știi.

[Ilustrația din titlu se numește “Speedpaint 30” și a fost creată de Sylar113.]