La densitat de l'aigua (H₂O) depèn de moltes coses, entre les quals hi ha el contingut dels salnitres a l'aigua, els elements químics i els gasos dissolts que conté, si hi ha gel present o no, la temperatura de l'aigua o humitat absoluta relativa .
La densitat de laigua és important perquè determina quant pesa un volum determinat daigua. Com més densitat, més pes.
La densitat de laigua es defineix com la massa daigua continguda en un volum específic. En termes matemàtics, s'expressa com:
Densitat=Volum / Massa
La unitat estàndard per a la densitat al sistema internacional és el quilogram per metre cúbic (kg/m³), encara que també s'utilitza el gram per centímetre cúbic (g/cm³) en certs contextos.
Per a l'aigua, la densitat és d'aproximadament 1000 kg/m³ a temperatura ambient (20°C) ia pressió atmosfèrica normal (1 atm). Això vol dir que un litre daigua té una massa daproximadament 1000 grams, o 1 quilogram.
Densitat de laigua pura
La densitat de l'aigua pura (destil·lada) és de 1 gram per centímetre cúbic a 4 graus Celsius, o el que és el mateix: 1 kg/l. Això significa que hi ha un quilogram daigua per a cada decímetre cúbic (litre) despai que ocupa.
L'aigua té la densitat màxima als 4 graus Celsius. A partir d´aquesta temperatura, l´aigua es dilata augmentant la temperatura i també en refredar-se fins als zero graus Celsius. Al punt de congelació de l'aigua (zero graus Celsius), la seva densitat és 0,99980 kg/l. Un cop s'ha congelat, la densitat baixa fins a la densitat del gel: 0,9168 kg/l.
Densitat de l'aigua de mar
La densitat de laigua de mar amb un índex de salinitat del 35 per mil és de 1.0267 kg/l.
L'aigua d'oceà és una barreja d'aigua i de sals minerals, per la qual cosa la seva densitat varia en funció de la quantitat de sals minerals presents i de la temperatura. En general, l'aigua de mar té una densitat més gran que l'aigua dolça a causa de la presència d'aquests minerals.
Com hem vist, quan l'aigua és per sota dels quatre graus centígrads, la densitat disminueix. Aquesta propietat fa que quan laigua està prop del seu punt de congelació se situï a les capes daigua superficials dels oceans, llacs, etc. fent possible la vida aquàtica a les capes inferiors.
Taula de densitats de diferents tipus d'aigua
La taula següent mostra la densitat de diferents tipus d'aigua a temperatures i pressions estàndard.
La densitat pot variar lleugerament segons les condicions específiques, però aquests valors són aproximats i fan referència a l'aigua en condicions normals:
|
Tipus d'aigua |
Densitat (kg/m³) |
|
Aigua pura (a 20°C) |
998.2 |
|
Aigua de mar |
Aproximadament 1025 |
|
Aigua destil·lada |
1000 |
|
Aigua salada |
Aproximadament 1020 |
|
Aigua a 0°C (gel) |
917 |
|
Aigua a 100°C (vapor) |
0.6 (a 100°C i 1 atm) |
La densitat de laigua de mar varia lleugerament depenent de la ubicació geogràfica i la salinitat específica de laigua. La densitat de l'aigua dolça, com la destil·lada, també pot variar en funció de la puresa i les impureses dissoltes. Per acabar, la densitat del gel és menor que la de l'aigua líquida a causa de l'expansió que experimenta quan es congela.
Factors que influeixen a la densitat de l'aigua
La densitat depèn principalment de dos factors: la temperatura i la pressió
Variació amb la temperatura
Una característica interessant de laigua és que la seva densitat varia amb la temperatura. A temperatures més baixes, l'aigua és més densa, mentre que a temperatures més altes es torna menys densa. Això té implicacions importants en la natura i la vida quotidiana.
A 4°C, l'aigua arriba a la màxima densitat, que és d'aproximadament 1000 kg/m³. A aquesta temperatura, les molècules d'aigua estan organitzades de manera més eficient, cosa que resulta en més densitat.
A temperatures més baixes, les molècules d'aigua comencen a formar estructures de gel, expandint-se i disminuint-ne la densitat. A temperatures més altes, les molècules tenen més energia cinètica i se separen, cosa que disminueix la densitat de l'aigua.
Variació amb la pressió
La densitat de laigua també està influenciada per la pressió. A mesura que augmenta la pressió, la densitat augmenta. Això és particularment evident a les profunditats oceàniques, on la pressió és molt més gran que a la superfície.
A l'oceà, la densitat augmenta a mesura que es baixa a profunditats més grans. Això és degut a la compressió de les molècules d'aigua sota la influència de la pressió. La pressió en el fons de l'oceà pot ser milers de vegades més gran que la pressió a la superfície, i això resulta en una densitat significativament més gran en les profunditats.
La relació entre la densitat de l'aigua i la pressió és important a l'oceanografia ia la comprensió de la circulació oceànica. La diferència en densitat entre les masses d‟aigua juga un paper crucial en la formació de corrents oceànics i la barreja de nutrients en els oceans.
Relació amb la gravetat específica
La densitat de laigua es relaciona estretament amb la gravetat específica.
La gravetat específica compara la densitat duna substància amb la densitat de laigua a les mateixes condicions de temperatura i pressió. La relació es calcula dividint la densitat de la substància per la densitat de laigua en aquestes mateixes condicions.
Una gravetat específica igual a 1 indica que la substància té la mateixa densitat que l'aigua, mentre que valors superiors a 1 indiquen més densitat i valors inferiors a 1, menor densitat en comparació amb l'aigua.
La gravetat específica s'utilitza per comparar les densitats relatives de diferents substàncies en relació amb l'aigua, cosa que és valuosa en una varietat d'aplicacions científiques i d'enginyeria.
Importància de la densitat de laigua
Tot seguit, es destaquen algunes de les raons per les quals la densitat de l'aigua és important:
Vida quotidiana
La densitat de l'aigua és essencial per a la flotació d'objectes i vaixells a l'aigua. El principi d'Arquimedes es basa en la diferència de densitat entre un objecte i l'aigua, cosa que permet que objectes més lleugers surin i objectes més densos s'enfonsin.
Ecologia
La variació en la densitat de laigua de mar amb la profunditat i la temperatura afecta la distribució dorganismes marins.
La vida marina sovint es troba en capes específiques d'aigua que tenen una densitat adequada per a la supervivència.
Ciència
Al camp de l'oceanografia, aquesta propietat és crucial a l'estudi de la circulació oceànica i la formació de masses d'aigua. Les diferències en la densitat tenen un paper fonamental en la formació de corrents oceànics i la barreja de nutrients als oceans.
D'altra banda, a la meteorologia, la densitat del vapor d'aigua és fonamental en la formació de núvols i la precipitació. Aquesta variació del vapor d'aigua a l'atmosfera influeix en el clima i els patrons climàtics.
Indústria
Alguns exemples de la seva importància a la indústria són:
-
Centrals nuclears: a la indústria nuclear juga un paper important en la refrigeració de reactors nuclears. L'aigua actua com a refrigerant i moderador, transferint la calor del nucli del reactor i alentint neutrons per mantenir la reacció nuclear sota control.
-
Indústria alimentària: La densitat de l'aigua juga un paper crucial en la formulació i la producció d'aliments, especialment en la determinació de la concentració de solucions i la qualitat dels productes.
-
Indústria de petroli i gas: En aquest sector, és essencial per a l'avaluació i el control dels fluids en pous de perforació, garantint la seguretat en l'exploració i la producció de petroli i gas.
-
Enginyeria de processos i química: A camps relacionats amb l'enginyeria de processos i la química, la densitat de l'aigua s'utilitza àmpliament per calcular masses de substàncies i controlar reaccions químiques en diverses aplicacions industrials.
Ecologia i conservació
Al camp de l'ecologia és important la conservació d'ecosistemes aquàtics, ja que pot afectar la capacitat dels cossos d'aigua per acollir vida i mantenir l'equilibri ecològic.