الخصائص الحرارية للمياه. سنتحدث أيضًا عن الخواص الكيميائية للماء وما هي الحرارة النوعية للماء. وسوف نتحدث أيضا عن الخصائص الفيزيائية للمياه. كل هذه المواضيع تجدونها في هذه المقالة.
الخصائص الحرارية للمياه
1- يتمتع الماء بقدرة حرارية عالية جداً تبلغ 4181.4 جول/(كجم كلفن) عند درجة حرارة 25 درجة مئوية – وهي ثاني أعلى قدرة بين جميع الأنواع غير المتجانسة (بعد الأمونيا)، بالإضافة إلى درجة حرارة تبخر عالية (40.65 كيلوجول/مول أو 2257 كيلوجول). /كجم عند نقطة الغليان العادية)، وكلاهما ينتج عن الروابط الهيدروجينية الواسعة بين جزيئاته. هاتان الخاصيتان غير العاديتان للمياه تسمحان بتلطيف مناخ الأرض عن طريق تخفيف التقلبات الكبيرة في درجات الحرارة. معظم الطاقة الإضافية المخزنة في النظام المناخي منذ عام 1970 تراكمت في المحيطات.
2- المحتوى الحراري النوعي للانصهار (المعروف أكثر بالحرارة الكامنة) للماء هو 333.55 كيلوجول/كجم عند 0 درجة مئوية: نفس كمية الطاقة اللازمة لإذابة الجليد للثلج الدافئ من -160 درجة مئوية حتى نقطة الانصهار أو لتسخين نفس الكمية من الماء بحوالي 80 درجة مئوية. درجة مئوية. من بين المواد الشائعة، الأمونيا فقط هي الأعلى. تضفي هذه المقاومة خاصية ذوبان على جليد الأنهار الجليدية والأنهار الجليدية. قبل ظهور التبريد الميكانيكي وبعده، كان الثلج ولا يزال يُستخدم بشكل شائع لمنع تلف الطعام.
3- السعة الحرارية النوعية للثلج عند -10 درجة مئوية هي 2030 جول/(كجم كلفن) [28] السعة الحرارية للبخار عند 100 درجة مئوية هي 2080 جول/(كجم ك).
4- تبلغ كثافة الماء حوالي 1 جرام لكل سنتيمتر مكعب (62 رطل/قدم مكعب): تم استخدام هذه العلاقة في الأصل لتحديد الجرام.
تختلف الكثافة مع درجة الحرارة، ولكن ليس خطيًا: مع زيادة درجة الحرارة، ترتفع الكثافة إلى ذروتها عند 3.98 درجة مئوية (39.16 درجة فهرنهايت) ثم تنخفض؛ هذا غير عادي. [د] كما أن الجليد السداسي العادي أقل كثافة من الماء السائل، فعند تجميده، تنخفض كثافة الماء بحوالي 9%. [هـ]
5-ترجع هذه التأثيرات إلى انخفاض الحركة الحرارية مع التبريد، مما يسمح لجزيئات الماء بتكوين المزيد من الروابط الهيدروجينية التي تمنع الجزيئات من الاقتراب من بعضها البعض.
6-بينما تكون درجة الحرارة أقل من 4 درجات مئوية، فإن كسر الروابط الهيدروجينية بسبب التسخين يسمح لجزيئات الماء بالتجمع بشكل أوثق على الرغم من زيادة الحركة الحرارية (التي تميل إلى تمدد السائل)، أما فوق 4 درجات مئوية يتمدد الماء مع ارتفاع درجة الحرارة. [31] الماء بالقرب من نقطة الغليان أقل كثافة بنسبة 4٪ تقريبًا من الماء عند 4 درجات مئوية (39 درجة فهرنهايت).
7-تحت ضغط متزايد، يخضع الجليد لعدد من التحولات إلى عدة أشكال أخرى ذات كثافات أعلى من الماء السائل، مثل الجليد II، الجليد III، الجليد غير المتبلور عالي الكثافة (HDA)، والجليد غير المتبلور عالي الكثافة (VHDA).
8- منحنى الكثافة غير المعتاد وكثافة الجليد الأقل من كثافة الماء أمر حيوي للحياة – فلو كان الماء أكثر كثافة عند نقطة التجمد، ففي الشتاء يغوص الماء شديد البرودة إلى سطح البحيرات والمسطحات الأخرى. من الماء، ومن الممكن أن تتجمد البحيرات من الأسفل إلى الأعلى، وتقتل كل أشكال الحياة فيها.
علاوة على ذلك، نظرًا لأن الماء عازل حراري جيد (بسبب قدرته الحرارية)، فقد لا تذوب بعض البحيرات المتجمدة تمامًا في الصيف.
9- طبقة الجليد التي تطفو على السطح تعزل الماء الموجود تحتها.
كما يغوص الماء عند درجة حرارة 4 درجات مئوية (39 درجة فهرنهايت) أيضًا إلى القاع، مما يحافظ على ثبات درجة حرارة الماء عند قاعه (انظر الرسم البياني).
الخصائص الكيميائية للمياه
1- مركب مستقر كيميائيا .
2- يعتبر المركب الوحيد الذي لا يحترق ولا يساهم في الاحتراق.
3- يتحلل كهربائياً ليعطي الأكسجين والهيدروجين.
4- يتفاعل مع المعادن، وذلك على النحو التالي: تتفاعل المعادن مع الماء البارد، مثل: الصوديوم، والكالسيوم، والبوتاسيوم.
5- المعادن التي تتفاعل عند تسخينها مع بخار الماء مثل: الزنك والمغنيسيوم.
6- تميل جزيئات الماء إلى التفاعل كمجموعات مترابطة، وليس كجزيئات منفصلة، كما تحتوي هذه المجموعات على فراغات.
7-خاصية الحياد الحمضي، حيث أن مركب الماء متعادل كيميائيا، ولا يمكن اعتباره مادة حمضية، أو اعتباره مادة قاعدية، ودرجة الحموضة أو القاعدة له تساوي سبعة.
الحرارة النوعية للماء
1- لكي ترتفع درجة حرارة المادة تحتاج إلى قدر معين من الطاقة. ويجب إعطاء هذه الكمية من الطاقة على شكل حرارة. وهذا ما يُعرف بالحرارة النوعية. الاسم الآخر الذي يُعرف به هو السعة الحرارية النوعية. هذه القيمة هي التي تمكننا من تفسير سبب تسخين الملعقة الخشبية بشكل أبطأ وتدريجيًا من الملعقة العقلية. ويوضح أيضًا سبب استخدامنا لمواد معينة حتى نتمكن من بناء أدوات وأدوات معينة وفقًا للاستخدام الذي نشأت عليه.
2- وهكذا في الفيزياء نحدد بالحرارة النوعية كمية الطاقة التي يجب أن تنتقل إلى وحدة كتلة المادة لترتفع درجة حرارتها درجة واحدة. يتم دائمًا استخدام الحرارة النوعية للماء كمثال. وهذا يعني كمية الطاقة اللازمة لتسخين الماء بدرجة حرارة واحدة. نحن نعلم أنه إذا تم تحويل 4182 جول من الطاقة إلى كيلوجرام من الماء في درجة حرارة الغرفة، فإن هذه الكمية من الماء سترفع درجة حرارته درجة واحدة. ومن هذا يمكننا الحصول على قيمة الحرارة النوعية للماء وتساوي 4182 جول لكل كيلو جرام ودرجة.
الخصائص الفيزيائية للمياه
1- الماء في حالته النقية له درجة حموضة متعادلة، ونتيجة لذلك فإن الماء النقي ليس حامضيا ولا قاعديا، ويتغير الرقم الهيدروجيني للماء عندما تتحلل المواد الموجودة فيه، حيث أن المطر له درجة حموضة طبيعية تبلغ حوالي 5.6 لأنه يحتوي على الكربون المشتق. ثاني أكسيد. الطبيعي وثاني أكسيد الكبريت.
2- يوصل الماء الحرارة بسهولة أكبر من أي سائل باستثناء الزئبق. هذه الحقيقة تجعل المسطحات الكبيرة من الماء السائل مثل البحيرات والمحيطات تتمتع بدرجة حرارة عمودية موحدة بشكل أساسي.
3- تتواجد جزيئات الماء في صورة سائلة على نطاق مهم من درجات الحرارة من 0 إلى 100 درجة مئوية، وهذه المجموعة تتيح لجزيئات الماء أن تكون سائلة في معظم الأماكن على كوكب الأرض.
4- يتميز الماء بالحرارة النوعية العالية . الحرارة النوعية هي كمية الطاقة اللازمة لتغيير درجة حرارة المادة. ونظرًا لأن الماء له حرارة نوعية عالية، فإنه يمكنه امتصاص كميات كبيرة من الطاقة الحرارية قبل أن يبدأ في التسخين. ويعني أيضًا أن الماء يطلق الطاقة الحرارية ببطء عندما تتسبب الظروف في تبريده، كما أن ارتفاع درجة حرارة الماء يسمح لمناخ الأرض بالاعتدال ويساعد الكائنات الحية على تنظيم درجة حرارة أجسامها بشكل أكثر فعالية.
5- يعتبر الماء من المواد عالية المذيبات، وهو قادر على إذابة عدد كبير من المركبات الكيميائية المختلفة. تتيح هذه الميزة للمياه حمل العناصر الغذائية المذيبة في الجريان السطحي وتدفق المياه الجوفية وفي داخل الكائنات الحية.