الخواص الفيزيائية والكيميائية للمياه
خواص الماء: عموميات وفضول
خواص الماء: النظائر والبنية الجزيئية
تاريخي
اعتبر القدماء الماء أحد العناصر الأساسية الأربعة: كان العالم مكونًا من مزيج من هذه المبادئ الأساسية الأربعة بنسب متفاوتة. كان يعتبر هيئة بسيطة حتى القرن الثامن عشر. ثم اكتشف العديد من الكيميائيين أن الماء لم يكن جسمًا بسيطًا عن طريق إجراء تركيبه وتحليله. دعنا نذكر السلائف ، بريستلي الذي أنتج الماء من احتراق الهيدروجين (4) ، واتس (4) الذي طرح فرضية أن الماء لم يكن جسمًا بسيطًا ، مونجي الذي أدرك التوليف تحت تأثير شرارة كهربائية من مزيج من الأكسجين والهيدروجين. ولكن تجربة التوليف الحاسمة هي أن لافوازييه ولابلاس (1774) الذي المياه synthétisèrent من الهيدروجين والأكسجين في تجربة لا تنسى العامة. حدث تحلل الماء في وقت لاحق ، بعد اكتشاف الخلية الكهربائية بواسطة فولتا في عام 1783. وجعل التحليل الكهربائي للماء من الممكن قياس نسبة الأكسجين والهيدروجين للوصول إلى الصيغة الكيميائية المعروفة H1783O. تم إجراء أول عملية تحليل كهربائي (ومذهلة) في عام 1800 في باريس من قبل روبرتسون. تم توضيح الصيغة الكيميائية من خلال الأعمال النظرية ل Dalton (2) و Avogadro (1800).
الخصائص الفيزيائية للمياه
الماء له خصائص فيزيائية محددة للغاية مقارنة بالسوائل الأخرى. ويبدو كسائل "منظم" وليس الفوضى مثل السوائل الأخرى، التي ترتبط مكوناته الأساسية.
يتم استخدام خصائص المياه كمرجع لتوحيد الدولي للموازين الرقمية: الحرارة والكثافة والكتلة واللزوجة والحرارة المحددة. حرارة محددة مرتفعة بشكل غير عادي (18 سعرة حرارية لكل درجة الخلد)، وهذا ما يفسر الجمود الحراري كبير من الماء ودورها التنظيمي من درجة حرارة سطح الأرض. تخزن المحيطات كمية هائلة من الحرارة التي يعيد توزيعها عن طريق التيارات المحيطية ؛ إن تبخر الماء يمتص الطاقة في البيئة المائية ويقلل من درجة الحرارة ، ويعيد تكثف البخار في قطرات في السحب هذه الحرارة إلى الغلاف الجوي. المسطحات المائية على سطح الكرة الأرضية هي مكوكات حرارية حقيقية للمناخات.
تختلف كثافة الماء حسب درجة حرارته. يزداد عندما تنخفض درجة الحرارة ، لكن الحد الأقصى للكثافة هو 4 درجات مئوية (0,997 جم / سم 3) وليس عند 0 درجة كما تتوقع. وهكذا، فإن البحار والبحيرات تجميد من على سطح الأرض وليس من القاع حيث تتراكم ثم من ظاهرة الطبقية والماء أكثر كثافة. الماء في الحالة الصلبة أخف من الماء السائل (كثافة الجليد: 0,920 جم / سم 3).
لزوجة الماء تتوقف على تكوينها النظائر: الماء الثقيل هو 30٪ أكثر لزوجة من الماء العادي. تتناقص اللزوجة أولاً بالضغط ثم تزيد بعد ذلك.
معامل انضغاط الماء متساوي الحرارة صغير (4,9 10-5 لكل بار) وكتقريب أولي يمكننا اعتبار الماء غير قابل للضغط. ومع ذلك، فإن المنخفضات الجوية الرئيسية التي تؤثر ارتفاع مستويات سطح البحر خلال العواصف. التوتر السطحي مرتفع: الماء عامل ترطيب جيد (72 د / سم) ؛ تزحف وفي الفجوات والمسام من الصخور وفي التربة من خلال العمل الشعري. هذه الخاصية أساسية لتخزين المياه في طبقات المياه الجوفية ، للتآكل السطحي للصخور (الانفجار تحت تأثير الصقيع: يمر ممر جليد الماء بضغط يصل إلى 207،000 كيلو باسكال). كما يفسر التوتر السطحي القوي الشكل الكروي لقطرات الماء.
الحالة المادية للمياه تعتمد على درجة الحرارة والضغط. يتم الانتقال الغاز السائل التقليدية عند 100 درجة مئوية تحت الضغط العادي ولكن في 72 ° C فقط في قمة جبل ايفرست (8 م). تنخفض درجة حرارة ذوبان الجليد مع الضغط: تحت تأثير الضغط يصبح الجليد سائلاً مرة أخرى: وبالتالي ، ينزلق المتزلجون فعليًا على طبقة رقيقة من الماء السائل تتشكل تحت تأثير ضغط الزلاجات. . النقطة الثلاثية للمياه عند 848 درجة مئوية تحت 0,01 ملي بار.
يمكن أن تبقى في الماء السائل إلى أقل من درجة انصهار الجليد: يمكن الحفاظ على هذه الظاهرة والبرودة الفائقة لدرجة حرارة -40 درجة مئوية. يفسر عدم وجود الجراثيم لبدء التبلور الصلبة. في البرية ، يتم توفير الجراثيم بواسطة بكتيريا شائعة ، Pseudomonas syringae. يمكن للمعالجة الوراثية لهذه البكتريا أن تؤخر تجميد أشجار الفاكهة أو تسريع التجميد لجعل الثلج الاصطناعي أكثر سهولة.
أخيرًا ، يعد الماء مذيبًا ممتازًا يعمل كوسيلة لمعظم الأيونات الموجودة على سطح الكرة الأرضية.
الخواص الكيميائية للمياه
الماء مذيب ممتاز يحل عددًا كبيرًا جدًا من الأملاح والغازات والجزيئات العضوية. تحدث التفاعلات الكيميائية للحياة في وسط مائي ؛ الكائنات الحية غنية جدا بالمياه (تصل إلى أكثر من 90 ٪). منذ فترة طويلة يعتبر مذيب محايد تشارك قليلا أو لا في التفاعلات الكيميائية. جعل التخفيف في الماء من الممكن بشكل خاص إبطاء نشاط الكواشف. في الواقع ، الماء عامل كيميائي قوي للغاية يهدد بمهاجمة جدران الحاوية التي تحتوي عليها: في قارورة زجاجية ، تمر أيونات السيليكون عبر الماء. يمكن أن يوجد الماء النقي من وجهة نظر تنظيمية ، أي الماء بدون ملوثات بكتيرية أو كيميائية ، لكنه غير عملي من الناحية الكيميائية: حتى الماء المقطر يحتوي على آثار أيونات أو جزيئات عضوية مأخوذة من الأنابيب والحاويات.
في التفاعلات الكيميائية ، يتدخل الماء أولاً عن طريق تفككه في بروتونات H + ، وغالبًا ما يرتبط مع H2O لتكوين بروتونات رطبة H3O + ، وفي أيونات الهيدروكسيل OH-. هي النسبة بين هذين النوعين من الأيونات التي تحدد الرقم الهيدروجيني للمحلول (pH: لوغاريتم معكوس التركيز المولي لـ H +). يمكن للعديد من المعادن تحطيم المياه وإنتاج الهيدروجين وهيدروكسيد المعادن.
انحلال أيونات (الأملاح والأحماض والقواعد) هو نتيجة للطبيعة القطبية للمياه. تركيز الأيونات في الملح يميز منتج الذوبان. الأملاح لها قيم مختلفة للذوبان في المنتج ، وهو ما يفسر ظاهرة التبلور الكسري أثناء تبخر محلول ملحي ، وفي مستنقعات الملح ، ترسب مياه البحر كربونات الكالسيوم أولاً ، كبريتات الكالسيوم ، ثم كلوريد الصوديوم وأخيرا الأملاح القابلة للذوبان للغاية مثل البوتاسيوم ، اليود والبروميدات.
من الخصائص المهمة على سطح الأرض انحلال ثاني أكسيد الكربون الذي ينتج حمضًا ضعيفًا ، وهو حمض الكربونيك ، المسؤول عن التغيير الكيميائي للعديد من الصخور ، وخاصة الصخور الكلسية. كمية ثاني أكسيد الكربون المذاب هي وظيفة ضغط ووظيفة عكسية لدرجة الحرارة. يمكن إذابة كربونات الكالسيوم في صورة كربونات حمضية ثم إعادة تقديرها وفقًا لتغيرات درجة الحرارة والضغط ، كما في حالة الشبكات الكارستية.
المصدر: http://www.u-picardie.fr/
