من يعرف صيغة الماء منذ أيام الدراسة؟ بالطبع كل شيء. من المحتمل أنه من خلال الدورة التدريبية الكاملة للكيمياء ، بالنسبة للكثيرين الذين لم يدرسوها بعد ذلك بشكل متخصص ، فإن الشيء الوحيد المتبقي هو معرفة ما ترمز إليه الصيغة H2O. لكننا سنحاول الآن أن نفهم قدر الإمكان بالتفصيل وبعمق ما هو الماء؟ ما هي خصائصه الرئيسية ولماذا بالضبط بدونه تكون الحياة على كوكب الأرض مستحيلة
الماء كمادة
جزيء الماء ، كما نعلم ، يتكون من ذرة أكسجين واحدة وذرتين هيدروجين. صيغته مكتوبة على النحو التالي: H2O. يمكن أن تحتوي هذه المادة على ثلاث حالات: صلبة - على شكل جليد ، وغازية - على شكل بخار ، وسائلة - كمادة بلا لون وطعم ورائحة. بالمناسبة ، هذه هي المادة الوحيدة على الكوكب التي يمكن أن توجد في جميع الحالات الثلاث في وقت واحد في ظروف طبيعية. على سبيل المثال: في أقطاب الأرض - الجليد ، في المحيطات - الماء ، والتبخر تحت أشعة الشمس هو بخار. بهذا المعنى الماء شاذ.
أيضًا ، الماء هو المادة الأكثر شيوعًا لديناكوكب. يغطي سطح كوكب الأرض بنسبة سبعين بالمائة تقريبًا - هذه محيطات وأنهار عديدة بها بحيرات وأنهار جليدية. معظم المياه الموجودة على هذا الكوكب مالحة. إنه غير صالح للشرب وللزراعة. تشكل المياه العذبة اثنين ونصف في المائة فقط من إجمالي كمية المياه على الكوكب.
الماء مذيب قوي جدا وعالي الجودة. نتيجة لذلك ، تحدث التفاعلات الكيميائية في الماء بسرعة هائلة. هذه الخاصية نفسها تؤثر على التمثيل الغذائي في جسم الإنسان. إنها حقيقة معروفة أن جسم الشخص البالغ يتكون من سبعين بالمائة من الماء. في الأطفال ، هذه النسبة أعلى من ذلك. مع تقدم العمر ، ينخفض هذا الرقم من سبعين إلى ستين بالمائة. بالمناسبة ، تُظهر ميزة الماء هذه بوضوح أنه أساس حياة الإنسان. كلما زاد الماء في الجسم - كان أكثر صحة ونشاطا وشبابا. لذلك ، يكرر العلماء والأطباء من جميع البلدان بلا كلل أنك بحاجة إلى شرب الكثير. هو الماء في صورته النقية وليس بدائل في صورة شاي أو قهوة أو مشروبات أخرى.
الماء يشكل المناخ على الكوكب ، وهذه ليست مبالغة. تسخن التيارات الدافئة في المحيط قارات بأكملها. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الماء يمتص الكثير من حرارة الشمس ، ثم يتخلص منها عندما يبدأ في البرودة. لذلك فهو ينظم درجة الحرارة على الكوكب. يقول العديد من العلماء إن الأرض كانت لتبرد وتتحول إلى حجر منذ فترة طويلة لولا وجود الكثير من الماء على الكوكب الأخضر.
خصائص المياه
يحتوي الماء على العديد من الخصائص المثيرة للاهتمام.
على سبيل المثال ، الماء هو المادة الأكثر قدرة على الحركة بعد الهواء. من الدورة المدرسية ، يتذكر الكثيرون بالتأكيد شيئًا مثل دورة الماء في الطبيعة. على سبيل المثال: يتبخر تيار تحت تأثير أشعة الشمس المباشرة ، ويتحول إلى بخار ماء. علاوة على ذلك ، تحمل الرياح هذا البخار في مكان ما ، ويتجمع في السحب ، وحتى في السحب الرعدية ويسقط في الجبال على شكل ثلج أو برد أو مطر. علاوة على ذلك ، من الجبال ، يجري النهر مرة أخرى ، يتبخر جزئيًا. وهكذا - في دائرة - تتكرر الدورة ملايين المرات.
أيضًا ، يتمتع الماء بسعة حرارية عالية جدًا. ولهذا السبب ، تبرد المسطحات المائية ، وخاصة المحيطات ، ببطء شديد أثناء الانتقال من موسم دافئ أو وقت من اليوم إلى موسم بارد. على العكس من ذلك ، عندما ترتفع درجة حرارة الهواء ، يسخن الماء ببطء شديد. نتيجة لذلك ، كما ذكرنا سابقًا ، يعمل الماء على استقرار درجة حرارة الهواء في جميع أنحاء كوكبنا.
بعد الزئبق ، يكون للماء أعلى توتر سطحي. من المستحيل عدم ملاحظة أن السقوط العرضي على سطح مستو يصبح أحيانًا بقعة مثيرة للإعجاب. هذا يدل على ليونة الماء. تتجلى خاصية أخرى عندما تنخفض درجة الحرارة إلى أربع درجات. بمجرد أن يبرد الماء إلى هذه العلامة ، يصبح أفتح. لذلك ، يطفو الجليد دائمًا على سطح الماء ويتجمد في قشرة تغطي الأنهار والبحيرات. بفضل هذا ، لا تتجمد الأسماك في المسطحات المائية التي تتجمد في الشتاء.
الماء كموصل للكهرباء
أولاً ، يجب أن تتعرف على ماهية التوصيل الكهربائي (بما في ذلك الماء). الموصلية الكهربائية هي قدرة أأو المواد التي توصل الكهرباء من خلال نفسها. وفقًا لذلك ، فإن التوصيل الكهربائي للماء هو قدرة الماء على توصيل التيار. تعتمد هذه القدرة بشكل مباشر على كمية الأملاح والشوائب الأخرى في السائل. على سبيل المثال ، يتم التقليل تقريبًا من الموصلية الكهربائية للماء المقطر نظرًا لحقيقة أن هذا الماء يتم تنقيته من إضافات مختلفة ضرورية جدًا للتوصيل الكهربائي الجيد. موصل تيار ممتاز هو مياه البحر ، حيث يكون تركيز الأملاح مرتفعًا جدًا. تعتمد الموصلية الكهربائية أيضًا على درجة حرارة الماء. كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زادت الموصلية الكهربائية للماء. تم الكشف عن هذا النمط بفضل التجارب المتعددة لعلماء الفيزياء.
قياس التوصيل الكهربائي للماء
هناك مثل هذا المصطلح - قياس التوصيل. هذا هو اسم إحدى طرق التحليل الكهروكيميائي القائمة على التوصيل الكهربائي للحلول. تستخدم هذه الطريقة لتحديد التركيز في محاليل الأملاح أو الأحماض وكذلك للتحكم في تكوين بعض المحاليل الصناعية. الماء له خصائص مذبذبة. وهذا يعني ، اعتمادًا على الظروف ، أنه قادر على إظهار كل من الخصائص الحمضية والأساسية - للعمل كحمض وكقاعدة.
للجهاز المستخدم في هذا التحليل اسم مشابه جدًا - مقياس موصلية. باستخدام مقياس الموصلية ، يتم قياس الموصلية الكهربائية للكهارل في محلول ، ويتم تحليلها. ربما يجدر شرح مصطلح آخر - المنحل بالكهرباء. هذه مادة عندما تذوب أو تذوب ،يتحلل إلى أيونات ، مما يؤدي إلى توصيل تيار كهربائي لاحقًا. الأيون عبارة عن جسيم مشحون كهربائيًا. في الواقع ، يحدد مقياس الموصلية ، الذي يأخذ كأساس وحدات معينة من التوصيل الكهربائي للماء ، الموصلية الكهربائية له. أي أنه يحدد التوصيل الكهربائي لحجم معين من الماء مأخوذ كوحدة أولية.
حتى قبل بداية السبعينيات من القرن الماضي ، كانت وحدة القياس "مو" تستخدم للإشارة إلى موصلية الكهرباء ، كانت مشتقة من كمية أخرى - أوم ، وهي الوحدة الرئيسية للمقاومة. الموصلية الكهربائية هي كمية تتناسب عكسياً مع المقاومة. الآن يتم قياسه في شركة سيمنز. حصلت هذه القيمة على اسمها تكريما للفيزيائي من ألمانيا - Werner von Siemens.
سيمنز
سيمنز (يمكن الإشارة إليها بكل من Cm و S) هو مقلوب أوم ، وهو وحدة توصيل كهربائي. سم واحد يساوي التوصيل الكهربائي لأي موصل تكون مقاومته 1 أوم. عبرت عنها شركة سيمنز من خلال الصيغة:
-
1 سم=1: أوم=أ: ب=كجم−1م−2s³A² ، حيث أ - أمبير ،
V - فولت.
التوصيل الحراري للماء
الآن دعنا نتحدث عن ماهية التوصيل الحراري. الموصلية الحرارية هي قدرة المادة على نقل الطاقة الحرارية. يكمن جوهر الظاهرة في حقيقة أن الطاقة الحركية للذرات والجزيئات ، التي تحدد درجة حرارة جسم أو مادة معينة ، يتم نقلهاجسم أو مادة أخرى أثناء تفاعلهم. بمعنى آخر ، الموصلية الحرارية هي التبادل الحراري بين الأجسام والمواد وكذلك بين الجسم والمادة.
الموصلية الحرارية للمياه عالية أيضًا. يستخدم الناس هذه الخاصية المائية يوميًا دون أن يلاحظوها. على سبيل المثال ، صب الماء البارد في وعاء وتبريد المشروبات أو الأطعمة فيه. الماء البارد يأخذ الحرارة من الزجاجة ، الحاوية ، بدلاً من ذلك يعطي البرودة ، التفاعل العكسي ممكن أيضًا.
الآن يمكن تخيل الظاهرة نفسها بسهولة على نطاق كوكبي. يسخن المحيط خلال الصيف ، وبعد ذلك - مع بداية الطقس البارد ، يبرد ببطء ويتخلى عن حرارته في الهواء ، وبالتالي تسخين القارات. بعد أن تبرد خلال الشتاء ، يبدأ المحيط بالدفء ببطء شديد مقارنة بالأرض ويتخلى عن برودة القارات التي تعاني من شمس الصيف.
كثافة الماء
قيل أعلاه أن الأسماك تعيش في البركة في الشتاء بسبب حقيقة أن الماء يتجمد مع وجود قشرة على سطحها بالكامل. نعلم أن الماء يبدأ في التحول إلى جليد عند درجة حرارة صفر درجة. بسبب حقيقة أن كثافة الماء أكبر من كثافة الجليد ، يطفو الجليد ويتجمد على السطح.
ما هي خصائص الأكسدة والاختزال للماء
أيضًا ، في ظل ظروف مختلفة ، يمكن أن يكون الماء عامل مؤكسد وعامل مختزل. أي أن الماء ، الذي يتخلى عن إلكتروناته ، يشحن ويتأكسد إيجابياً. أو يكتسب الإلكترونات ويتم شحنه سالبًا مما يعني استعادته. في الحالة الأولى ، يتأكسد الماء ويسمى ميتًا. هي تمتلكخصائص قوية جدًا للجراثيم ، لكن لا داعي لشربها. في الحالة الثانية ، الماء حي. إنه ينشط ويحفز الجسم على التعافي ويجلب الطاقة للخلايا. يتم التعبير عن الفرق بين هاتين الخاصيتين للماء في مصطلح "جهد الأكسدة والاختزال".
ما الذي يمكن أن يتفاعل معه الماء
الماء قادر على التفاعل مع جميع المواد الموجودة على الأرض تقريبًا. الشيء الوحيد هو أنه لحدوث هذه التفاعلات ، تحتاج إلى توفير درجة حرارة ومناخ محلي مناسبين.
على سبيل المثال ، في درجة حرارة الغرفة ، يتفاعل الماء جيدًا مع المعادن مثل الصوديوم والبوتاسيوم والباريوم - يطلق عليهم اسم نشط. الهالوجينات هي الفلور والكلور. عند تسخينه ، يتفاعل الماء جيدًا مع الحديد والمغنيسيوم والفحم والميثان.
بمساعدة المحفزات المختلفة ، يتفاعل الماء مع الأميدات وإسترات الأحماض الكربوكسيلية. المحفز هو مادة يبدو أنها تدفع المكونات إلى تفاعل متبادل ، مما يؤدي إلى تسريعها.
هل يوجد ماء في أي مكان آخر غير الأرض؟
حتى الآن ، لم يتم العثور على الماء على أي كوكب في النظام الشمسي ، باستثناء الأرض. نعم ، إنهم يفترضون وجوده على الأقمار الصناعية للكواكب العملاقة مثل المشتري وزحل ونبتون وأورانوس ، لكن العلماء حتى الآن ليس لديهم بيانات دقيقة. هناك فرضية أخرى ، لم يتم التحقق منها بالكامل بعد ، حول المياه الجوفية على كوكب المريخ وعلى القمر الصناعي للأرض. فيما يتعلق بالمريخ ، تم طرح عدد من النظريات القائلة بوجود محيط على هذا الكوكب ، وقد صمم العلماء نموذجه المحتمل.
خارج النظام الشمسي ، هناك العديد من الكواكب الكبيرة والصغيرة ، حيث وفقًا للعلماء ، قد يكون هناك ماء. لكن حتى الآن لا توجد أدنى طريقة للتأكد من هذا بالتأكيد.
كيفية استخدام التوصيل الحراري والكهربائي للماء لأغراض عملية
نظرًا لحقيقة أن المياه ذات سعة حرارية عالية ، يتم استخدامها في أنابيب التدفئة كناقل للحرارة. يوفر نقل الحرارة من المنتج إلى المستهلك. تستخدم العديد من محطات الطاقة النووية أيضًا الماء كمبرد ممتاز.
في الطب ، يستخدم الثلج للتبريد ، ويستخدم البخار للتطهير. يستخدم الثلج أيضًا في نظام تقديم الطعام.
في العديد من المفاعلات النووية ، يتم استخدام الماء كوسيط لتفاعل نووي متسلسل ناجح.
يتم استخدام ماء الضغط لتقسيم الصخور واختراقها وحتى قطعها. يستخدم هذا بنشاط في بناء الأنفاق والمرافق تحت الأرض والمستودعات ومترو الأنفاق.
الخلاصة
يستنتج من المقال أن الماء في خصائصه ووظائفه هو أكثر المواد المدهشة التي لا يمكن الاستغناء عنها على وجه الأرض. هل تعتمد حياة الإنسان أو أي كائن حي آخر على الأرض على الماء؟ نعم بكل تأكيد. هل تساهم هذه المادة في النشاط العلمي للإنسان؟ نعم. هل للماء موصلية كهربائية وموصلية حرارية وخصائص مفيدة أخرى؟ الجواب هو أيضا نعم. شيء آخر هو أن هناك كمية أقل وأقل من المياه على الأرض ، بل وأكثر من ذلك المياه النظيفة. ومهمتنا هي الحفاظ عليه وتأمينه (وبالتالي ، كل واحد منا) منهاختفاء
