خصائص الماء وحالاته

خصائص وظروف المياه، وكذلك الخصائص الحرارية للمياه. وسنذكر أيضًا استخدامات الماء، وسنتحدث أيضًا عن مفهوم خواص الماء. كل هذا من خلال مقالتنا. تابع معنا.

خصائص المياه وحالاتها

1- خواص الماء :
– القطبية:

يتميز الماء بقطبية عالية، نتيجة الروابط التساهمية التي تربط ذرتي الهيدروجين بذرة الأكسجين. تتمتع ذرة الأكسجين بسالبية كهربية عالية تسمح لها بجذب الإلكترونات التي تشاركها معها في تلك الروابط التساهمية. تتشكل القطبية نتيجة لتجمع الإلكترونات لفترة أطول حول النواة. تحتوي ذرة الأكسجين المشحونة على شحنة سالبة جزئية وزمن أقل حول نوى ذرات الهيدروجين المشحونة. مع شحنة جزئية موجبة على جزيء الماء؛ وذلك لأنها تحتوي على بروتونات إضافية غير محايدة.
يشير ما سبق إلى أن الأكسجين قادر على جذب إلكترونات بعض المواد الأخرى نحوه في جزيء الماء أكثر من الهيدروجين، والمواد التي تنجذب إلى الماء وتتفاعل معه تسمى بالمواد المحبة للماء. مثل السكريات، أما المواد التي لا تتفاعل مع الماء فتعرف بالمواد الكارهة للماء. مثل الزيوت والدهون.
– الحل:

تحدث غالبية التفاعلات الكيميائية المهمة في الحياة داخل بيئة مائية في خلايا الكائنات الحية. إن التركيب الكيميائي والخواص الفيزيائية للماء تجعله مذيباً رائعاً للعديد من المواد، لذلك يطلق عليه المذيب العالمي. نظرًا لقدرة الماء العالية على إذابة المواد أكثر من أي سائل آخر، بالإضافة إلى قطبيته العالية وقدرته على تكوين روابط هيدروجينية، فإن الماء يعد عاملًا أساسيًا في حدوث التفاعلات الكيميائية داخل أجسام الكائنات الحية.
القطبية العالية للماء تسمح له بجذب العديد من جزيئات المواد المختلفة بدرجات متفاوتة، وتتأثر نتيجة لذلك قدرته على الذوبان. على سبيل المثال، ينجذب الماء بقوة إلى العديد من الجزيئات، بما في ذلك كلوريد الصوديوم (NaCl)، والذي يعرف بملح الطعام. ويتم ذلك عن طريق فصل الروابط بين جزيئات الصوديوم والكلوريد عن بعضها البعض وتكسيرها، وبالتالي إذابتها بالكامل بداخله.
– السعة الحرارية :

يتمتع الماء بقدرة حرارية كبيرة جداً، أي أن قدرته على تخزين الحرارة كبيرة، وهذا يكفي لتنظيم العديد من الظواهر التي تحدث في الطبيعة. بمعنى آخر، يتطلب جعل الماء ساخنًا كمية كبيرة من الطاقة والحرارة، إذ يحتاج 1 كجم من الماء إلى امتصاص حوالي 4184 جول – أي ما يعادل 1 سعرة حرارية – من الطاقة لترتفع درجة حرارته بمقدار درجة مئوية واحدة فقط، بينما يمتص 1 كجم من النحاس ويتطلب 385 جولًا واحدًا فقط لرفع درجة حرارته درجة مئوية واحدة، ويساعد الأسماك على تنظيم درجات حرارتها النسبية في الماء أثناء النهار والليل. بسبب ثبات درجة حرارة الماء في البرك خلال النهار.
– حرارة التبخر :

يتم تعريف التبخر على أنه العملية التي تتحول بها المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية. فكما يتطلب رفع درجة حرارة الماء السائل قدرًا كبيرًا من الطاقة، يحتاج الماء أيضًا إلى كمية كبيرة جدًا من الطاقة لتغيير حالته السائلة إلى الحالة الغازية عندما تكون درجة الحرارة ثابتة. ويتبخر الحرارة والماء نتيجة تفكك الروابط الهيدروجينية بين جزيئاته. ونتيجة لارتفاع درجة الحرارة والطاقة يؤدي ذلك إلى زيادة كبيرة جداً في حركة واهتزاز جزيئات الماء، فتتحول جزيئات الماء السائلة إلى جزيئات بخار ماء تطير بعيداً وتهرب إلى الغلاف الجوي.
تحتاج جزيئات الماء إلى درجة حرارة 100 درجة مئوية لكي تتبخر، وهي درجة غليان الماء التي تكتسب عندها الجزيئات طاقة حركية عالية تؤدي إلى تبخرها. تصبح درجة حرارة السطح الذي تحدث فيه عملية التبخر أكثر برودة نتيجة لذلك، ومثال على ذلك تبخر العرق من جسم الإنسان. عند درجات حرارة عالية للحفاظ على درجة حرارة الجسم مستقرة.
– التماسك والالتصاق:

ترتبط جزيئات الماء ببعضها البعض بشكل جيد؛ نتيجة لامتلاك الماء خاصية تعرف بالتماسك، تشير هذه الخاصية إلى قدرة جزيئات المادة الواحدة على الانجذاب نحو بعضها البعض، كما يحدث نتيجة لاستقطاب جزيئات الماء العالية، مما يسمح لها بالتشكل روابط هيدروجينية.
ويمكن تفسير خاصية التماسك من خلال تجربة ملء كوب من الماء إلى أقصى حد ممكن قبل سكبه، وملاحظة سطح الماء المتجمع على شكل قبة فوق حافة الكوب. ويفسر شكل القبة الناتج على السطح شدة تماسك جزيئات الماء مع بعضها البعض. ومن الجدير بالذكر أن قوى التماسك مسؤولة عن ظاهرة التوتر السطحي التي تحدث في الماء، وهي الظاهرة التي تفسر ميل السطح السائل إلى مقاومة أي إجهاد أو توتر يتعرض له.
ويحدث نوع آخر من التجاذب بين جزيئات الماء وجزيئات المواد الأخرى، خاصة إذا كانت تحمل شحنات موجبة أو سالبة في ظروف معينة. وذلك لأن الماء يتميز بخاصية أخرى تعرف بالالتصاق، والتي تحدث بين نوعين مختلفين من الجزيئات. وهذه الخاصية مسؤولة أيضًا عما يعرف بالعمل الشعري، والذي يسمح للماء بالارتفاع إلى أعلى، أي ضد الجاذبية. الكلمة.
ويلاحظ الترابط بين قوى التماسك والالتصاق في العديد من الظواهر الموجودة في الطبيعة، على سبيل المثال آلية حصول النباتات على الغذاء والمعادن عن طريق سحب الماء من جذور النباتات إلى الأوراق، بالإضافة إلى اعتماد بعض الحشرات على خاصية التوتر السطحي للمشي على الماء واستخدامه كوسيلة للتزاوج.
– كثافة:

تتجمع جزيئات الماء المتجمد على شكل بلورات متباعدة عن بعضها البعض عما تكون جزيئاته في الحالة السائلة، أي أن حجمها يزداد نتيجة التجميد، وبالتالي تكون كثافة الماء عندما يتجمد أقل من كثافته عندما يكون في الحالة السائلة، وبالتالي يطفو على السطح، وهذا ضروري للعديد من الحيوانات التي تعيش على الجليد، حيث أنه يحمي بيئتها من الغرق.
وتشكل طبقة الجليد الموجودة أعلى البرك طبقة عازلة بين الهواء البارد والماء الموجود أسفله، فتحافظ على درجة حرارته، وبالتالي تساعد الحياة البحرية على البقاء وتحميها خلال فصل الشتاء. ومن الجدير بالذكر أن أعلى كثافة للمياه تكون عندما تصل درجة الحرارة إلى 4 درجات مئوية. وبعد ذلك يصبح الماء أقل كثافة مرة أخرى، أي أن كثافة الماء تقل مع استمرار التبريد.
2- حالات الماء الثلاث:

الماء هو المادة الوحيدة على الأرض التي توجد في الحالات الفيزيائية الثلاث: الصلبة والسائلة والغازية. وتلعب هذه الميزة دوراً رئيسياً في إعادة توزيع الطاقة الحرارية في الغلاف الجوي، وذلك لأن التغير في حالات الماء المختلفة يحتوي على كميات هائلة من التبادل الحراري، فحوالي ثلاثة أرباع الحرارة المنقولة في الغلاف الجوي هي نتيجة عمليتي التبخر والتكثيف. ماء.

الخصائص الحرارية للمياه

1- يتمتع الماء بقدرة حرارية عالية جداً تبلغ 4181.4 جول/(كجم كلفن) عند 25 درجة مئوية – وهي ثاني أعلى درجة حرارة 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. تسمح هذه الخصائص غير العادية للمياه 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 إلى 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 والجليد. قبل وبعد ظهور التبريد الميكانيكي، كان الثلج ولا يزال يُستخدم بشكل شائع لمنع تلف الطعام.
3- السعة الحرارية النوعية للثلج عند -10 درجة مئوية هي 2030 جول/(كجم ك) والسعة 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. كما أن الجليد السداسي العادي أقل كثافة من الماء السائل، فعند تجميده، تنخفض كثافة الماء بحوالي 9%.
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 أقل من 4 درجات مئوية، فإن كسر الروابط الهيدروجينية بسبب التسخين يسمح لجزيئات الماء بالتقارب معًا على الرغم من زيادة الحركة الحرارية (التي تميل إلى تمدد السائل)، أما فوق 4 درجات مئوية فإن الماء يتمدد مع زيادة درجة حرارة الماء. بالقرب من نقطة الغليان أقل كثافة بنحو 4% من كثافة 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 والجليد والجليد 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 – لو كان الماء أكثر كثافة عند نقطة التجمد، في الشتاء ستغرق المياه شديدة البرودة إلى سطح البحيرات والمسطحات الأخرى 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 حوالي 4 درجات مئوية (39 درجة فهرنهايت) إلى القاع، وبالتالي يحافظ على درجة حرارة الماء عند قاعه ثابتة (انظر الرسم البياني).

استخدامات المياه

يستخدم الماء في أشياء كثيرة، فهو يعتبر مصدراً أساسياً للشرب. وله فائدة كبيرة للإنسان، حيث يعمل على التخلص من التعب والإرهاق، والتخلص من التوتر والقلق، وعلاج الإمساك، ونقل الأكسجين بين الدم والخلايا، كما يخلص الجسم من الأملاح الزائدة. عمليات الهضم في المعدة. كما يلعب الماء دوراً أساسياً في الحفاظ على درجة حرارة الأرض، ويستخدم كوسيلة للتنقل، وذلك من خلال حمل السفن والانتقال من مكان إلى آخر.
يتم استخدام المياه في القطاع الصناعي، حيث أن إنتاج بعض السلع الصناعية يحتاج إلى كميات من المياه، كما أنها تلعب دوراً في توليد الطاقة الكهربائية، من خلال المياه الجارية التي تعتمد على رسوم التوليد، وتستخدم في القطاع الزراعي، لري النباتات، مما يساعدها على النمو والتكاثر. النضج والترفيه من خلال المنافسة والسباحة وسباق السفن.

مفهوم خصائص الماء

الماء (H2O) هو المركب الكيميائي الأكثر وفرة على وجه الأرض، حيث يغطي 70% من الكوكب. يوجد الماء في الطبيعة في حالات سائلة وصلبة وغازية.
إنه يشكل توازنًا ديناميكيًا بين السائل والغاز في ظروف درجة الحرارة والضغط القياسيين. في درجة حرارة الغرفة، يكون سائلًا عديم الطعم والرائحة وعديم اللون تقريبًا مع لمسة من اللون الأزرق.
العديد من المواد تذوب في الماء ويشار إليها عادة بالمذيبات العامة. ولهذا السبب نادراً ما يستخدم الماء في الطبيعة نقياً وقد تختلف بعض خصائصه عن خصائص المادة النقية.
ومع ذلك، هناك أيضًا العديد من المركبات التي لا تذوب في الماء بشكل أساسي، إن لم يكن بشكل كامل. الماء هو المادة الوحيدة التي تحدث بشكل طبيعي والتي توجد في الحالات الثلاث المشتركة للمادة. إنه ضروري لجميع أشكال الحياة على الأرض. يشكل الماء ما بين 55% إلى 78% من جسم الإنسان.