خصائص المياه: النظائر والتركيب الجزيئي.

خواص الماء: النظائر والبنية الجزيئية.

خواص الماء 1: عامة
خصائص 2 المياه: الخصائص الفيزيائية والكيميائية

تكوين نظائر الماء

الماء عبارة عن مزيج من توليفات مختلفة من نظائر الأكسجين والهيدروجين تختلف عن بعضها البعض بعدد النيوترونات المرتبطة بالبروتونات في النواة.

1H,2 H (الديوتيريوم)3ح (التريتيوم)

16O, 17O,18O.

نسب النظائر هي كما يلي:

للهيدروجين:
2H/1H = 1 / 6900

3H/1H = 1 / 10 18

التريتيوم عنصر غير مستقر ، وعمر النصف هو سنوات 12,5.

للأكسجين:
18O/16O = 1 / 500

17O/16O = 1 / 2500

الأنواع الجزيئية الرئيسية 4 وتردداتها هي كما يلي:

1H216O = 99,7٪

1H2 18 O = 0,2٪

1H217O = 0,04٪

1HD16O = 0,03٪

D216يا = ضعيف جدا

تثير النظائر المختلفة اختلافات في الخواص الفيزيائية للجزيئات ، ولا سيما كثافتها ، لكن الخواص الكيميائية تظل كما هي.

الماء الثقيل د2يا موجود في حالته الطبيعية ولكن بكميات كبيرة جدا
منخفضة. للحصول على كمية ملموسة ، يجب عليك إتقان تقنيات الفصل النظائري: لقد كان هذا أحد التحديات الأساسية خلال الحرب العالمية الأخيرة لإعداد السلاح النووي.

يستخدم التركيب النظائري للمكونات الكيميائية للمياه في تقدير المعلمات الديناميكية الحرارية مثل درجة الحرارة ؛
تقرير 18 O/16O الجليد من القمم الجليدية القطبية والماء من طبقات المياه الجوفية الأحفورية يوفر معلومات عن مناخ الماضي.

يتبخر ماء المحيط مع تجزئة النظائر: يتبخر نظير ضوء الأكسجين بالأفضلية على النظير الثقيل. المحيطات أكثر ثراءً في النظائر الثقيلة من المياه الناتجة عن السحب وهطول الأمطار.

نظائر الماء في مياه الأمطار


محتوى نظير مستقر لهطول الأمطار (من Blavoux و Letolle ، 1995).

اقرأ أيضا: الوقود: تعاريف

نظائر الأكسجين في الشعاب المرجانية
التباين في محتوى نظير الأكسجين في مرجان جزيرة مايوت (من Casanova et al. ، 1994).

هيكل الجزيء

تقوم ذرات الهيدروجين والأكسجين بتجميع إلكتروناتها لتشكيل طبقة كاملة مثل طبقة النيون. في الواقع ، تفتقر ذرة الأكسجين إلى إلكترونين لإكمال طبقة الإلكترون ، وهما ذرتان الهيدروجين اللتان توفران له. يكون جزيء H2O مستقراً.

الأكسجين: بروتونات 8 + نيوترونات 8
الهيدروجين: 2 (2 * (1 proton + 1 neutron))

المجموع: بروتونات 10 التي توازن بين شحنة إلكترونات 10.

تحتوي نواة الهيدروجين على جانب واحد من الأكسجين لتكوين "رأس ميكي" مميز (الهيدروجين هو آذان).

التركيب الجزيئي للماء

زاوية HOH هي 104,474 درجة (سمة هندسة رباعي السطوح). المسافة بين ذرة الأكسجين والهيدروجين قريبة من 1 درجة (0,95718 درجة مئوية) في البخار. القطر الفعال للجزيء حوالي 2,82 درجة مئوية.

يتم توزيع الشحنات الكهربائية بشكل غير متساو في هذا الجزيء الصغير. تنجذب الإلكترونات بقوة نحو ذرة الأكسجين أكثر من جذبها إلى الهيدروجين. يتم إنشاء مركزين لشحن موجب بالقرب من نواة الهيدروجين ومركزين للشحن السلبي بالقرب من نواة الأكسجين. يتجلى هذا الخلل في توزيع الشحنات ، إلى جانب الهندسة غير الخطية لجزيء الماء ، في وجود لحظة ثنائي القطب الكهربائي القوية. جزيء الماء قطبي. يتصرف مثل ثنائي القطب الكهربائي الذي يمكن بالتالي الارتباط مع الجزيئات القطبية الأخرى. في الواقع ، يمكن إدخال جزيئات الماء بين الأيونات المكونة لبلورة من خلال توجيه الجزء المقابل لها من الشحنة الكهربائية نحوه. يتم إضعاف جاذبية الأيونات البلورية بشكل كبير ويتم تقليل تماسك البلورة ، مما يسهل ذوبانها. الخواص القطبية لجزيء الماء تشرح تقنية تسخين الميكروويف. في الواقع ، يتم توجيه جزيء مستقطب فيما يتعلق بحقل كهربائي ؛ إذا تغير ، يتبع الجزيء تغيير الاتجاه. من تردد معين ، بضعة غيغاهرتز للمياه ، فإن حركات الجزيئات تنتج الحرارة عن طريق الاحتكاك. تعمل الأفران المنزلية عمومًا بتردد 2 جيجاهرتز ، وهو ما يتوافق مع الموجات العشرية.

اقرأ أيضا: الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمياه

3 نوى للجزيء ليست ثابتة ، فهي تتحرك بالنسبة لبعضها البعض ، والجزيء يهتز ويلوي. في الماء السائل ، تميل الجزيئات إلى الارتباط: رؤوس ميكي تربط الأذن بالذقن بواسطة رابطة الهيدروجين. في الواقع ، من بين 8 إلكترونات أكسجين محيطية ، 4 فقط منخرطون في الروابط التساهمية مع ذرات الهيدروجين. يتم تجميع الإلكترونات الأربعة المتبقية في أزواج تدعى المضاعفات الإلكترونية المجانية. يمكن لكل من هذه المضاعفات ذات الشحنة الكهربائية السلبية أن تشكل رابطة إلكتروستاتيكية مع ذرة هيدروجين موجبة الشحنة من جزيء ماء قريب. رابطة الهيدروجين ، مستقرة في درجة حرارة الغرفة ، مع ذلك هشة مقارنة بالرابطة التساهمية. في جزيء الماء ، تكون الهندسة التي تشكلت بواسطة اتجاه السندات التساهمية والثنائيين الإلكترونيين المجاورين قريبة من تلك الموجودة في رباعي الأسطح الذي تشغله نواة الأكسجين مركزه.

ومع ذلك ، فإن التركيب الكبير لجزيء الماء لا يزال غير معروف بشكل كامل. توفر أطياف الأشعة السينية والحيود النيوتروني قيمتين رئيسيتين: إشارة تقابل 2 درجة مئوية ، المسافة بين نواة الهيدروجين والأكسجين ، وتتراوح قيمة تتراوح ما بين 1 إلى 2,84 درجات مئوية حسب درجة الحرارة و المقابلة للمسافة بين 4 نواة الأكسجين. يجعل قياس حيود RX أيضًا من الممكن معرفة متوسط ​​عدد الجزيئات لكل وحدة حجم السائل الموجود على مسافة R من جزيء معين. يحتوي جزيء الماء على معدل 2 جيران ، مما يشير إلى شبكة رباعي السطوح. بالإضافة إلى الجزيئات المرتبطة بالروابط الهيدروجينية ، سيكون هناك جزيئات أخرى غير منضمة ، والتي قد تفسر السبب في أن عدد الجزيئات المجاورة أكبر قليلاً من 4,4 ، وليس 4 تمامًا كما ستفرض حالة صارمة من التتراهدرا. سوف تشكل الشبكة البلورية للجزيئات المرتبطة بالروابط الهيدروجينية تجاويف حيث توضع الجزيئات غير المربوطة. تعتمد فرضية أخرى على تشويه روابط الهيدروجين. الأخيرة ، الخطية في الأصل ، أي مع ذرات O - HO المحاذاة ، يمكن أن تتحول إلى درجات متفاوتة وتسمح للجزيئات البعيدة أكثر من الجزيئات المجاورة بالاقتراب من الجزيء المركزي.

اقرأ أيضا: تنزيل: الطاقة والقوة مفيدة لتحريك السيارة والحسابات والتحليلات والمعادلات

تم تطوير النماذج النظرية مؤخرًا باستخدام أجهزة كمبيوتر قوية. فهي تشير إلى أن حوالي 80 ٪ من جزيئات الماء تشارك في 3 أو 4 روابط هيدروجينية ؛ ومع ذلك ، فإنها تستبعد وجود جزيئات غير منضم. تشير نمذجة الكمبيوتر إلى أنه مع تبريد الماء ، تشبه شبكات الجزيئات بشكل متزايد السداسي مثل تلك الموجودة في الجليد.

الحالة الصلبة يتوافق مع ترتيب بلوري أكثر صرامة. عند الضغط العادي ، يكون للجليد هيكل سداسي. في درجة حرارة منخفضة (أقل من -80 درجة مئوية) ، يمكن أن تأخذ بنية مكعبة. يمكن أن تتحرك الشحنات الكهربائية في الشبكة البلورية وتنتج عيوبًا بلورية من النوع الأيوني: البروتون H3O + المائي والهيدروكسيل أيون OH-. لا تتوافق الشبكة البلورية للجليد مع أكبر مجموعة ممكنة من الجزيئات. عند الانصهار ، تنهار العيوب لأن روابط الهيدروجين تنهار وتتقارب الجزيئات: تزداد الكثافة إلى 4 درجات مئوية كحد أقصى. بعد ذلك ، في الماء السائل ، تنتشر الزيادة في درجة الحرارة في الجزيئات وتنخفض الكثافة.

لمعرفة المزيد ، المراجع والببليوغرافيا:

Blavoux B. و Letolle R. (1995) - مساهمة التقنيات النظرية في معرفة المياه الجوفية. جيوتشرونيك ، 54 ، ص. 12-15.

Caro P. (1990) - الخواص الفيزيائية والكيميائية للمياه. كتاب الماء العظيم ، لا فيليت ، ص. 183-194.

Eagland D. (1990) - بنية المياه. البحوث ، 221 ، ص. 548-552.

Maidment DR (1992) - دليل الهيدروجيولوجيا. مولودية جراو هيل.

Casanova J.، Colonna M. and Djerroud K. (1994) - Géoprospective - paléoclimatologie. راب. Scient. BRGM ، ص. 76-79.

المصدر: http://www.u-picardie.fr/

قم بكتابة تعليق

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها ب *