الخصائص الفيزيائية والكيميائية للماء

الخواص الفيزيائية والكيميائية للماء

خواص الماء: العموميات والفضول
خواص الماء: النظائر والتركيب الجزيئي

تاريخنا

اعتبر القدماء الماء أحد العناصر الأساسية الأربعة: كان العالم مكونًا من مزيج من هذه المبادئ الأساسية الأربعة بنسب متفاوتة. كان يعتبر كجسم بسيط حتى القرن الثامن عشر. ثم اكتشف العديد من الكيميائيين أن الماء لم يكن جسمًا بسيطًا من خلال إجراء عملية التركيب ثم التحليل. دعونا نقتبس من السلائف ، بريستلي الذي أنتج الماء من احتراق الهيدروجين (4) ، واتس (4) الذي طرح فرضية أن الماء لم يكن جسماً بسيطاً ، مونج الذي أدرك التركيب تحت تأثير شرارة كهربائية من خليط من الأكسجين والهيدروجين. لكن تجربة التوليف الحاسمة كانت تجربة لافوازييه ولابلاس (1774) اللذين صنعوا الماء من الهيدروجين والأكسجين خلال تجربة عامة لا تُنسى. حدث تحلل الماء في وقت لاحق ، بعد اكتشاف فولتا للبطارية الكهربائية في عام 1783. أتاح التحليل الكهربائي للماء قياس النسبة الخاصة بكل من الأكسجين والهيدروجين للوصول أخيرًا إلى الصيغة الكيميائية المعروفة H1783O. تم إجراء أول تحليل كهربائي عملي (ومذهل) في عام 1800 في باريس بواسطة روبرتسون. تم تحديد الصيغة الكيميائية من خلال العمل النظري لدالتون (2) وأفوجادرو (1800).

الخصائص الفيزيائية للماء

الماء له خصائص فيزيائية خاصة مقارنة بالسوائل الأخرى. يظهر كسائل "منظم" ، وليس مضطربًا مثل السوائل الأخرى ، بسبب ارتباط مكوناته الأولية.

تعمل خصائص الماء كمرجع للتوحيد القياسي الدولي للمقاييس العددية: درجة الحرارة ، والكثافة ، والكتلة ، واللزوجة ، والحرارة النوعية. الحرارة النوعية عالية بشكل استثنائي (18 مول لكل درجة) ، وهذا يفسر الجمود الحراري الكبير للماء ودوره في تنظيم درجة حرارة سطح الأرض. تخزن المحيطات كمية هائلة من الحرارة تعيد توزيعها بواسطة التيارات البحرية ؛ يمتص تبخر الماء الطاقة من البيئة المائية ويخفض درجة حرارتها ، ويعيد تكثيف البخار إلى قطرات في السحب هذه الحرارة إلى الغلاف الجوي. كتل الماء على سطح الكرة الأرضية هي حذافات حرارية حقيقية للمناخات.

اقرأ أيضا:  التنوع البيولوجي في خطر

تختلف كثافة الماء باختلاف درجة حرارته. تزداد عندما تنخفض درجة الحرارة ، لكن الكثافة القصوى تكون عند 4 درجات مئوية (0,997 جم / سم 3) وليس عند 0 درجة كما قد يتوقع المرء. وهكذا ، تتجمد البحار والبحيرات من السطح وليس من القاع حيث تتراكم المياه الأكثر كثافة عن طريق التقسيم الطبقي. الماء في حالته الصلبة أخف من الماء السائل (كثافة الجليد: 0,920 جم / سم 3).

تعتمد لزوجة الماء على تركيبته النظيرية: الماء الثقيل أكثر لزوجة بنسبة 30٪ من الماء العادي. تنخفض اللزوجة أولاً مع الضغط ثم تزداد بعد ذلك.

معامل انضغاط الماء متساوي الحرارة صغير (4,9 10-5 لكل بار) وكتقريب أولي ، يمكن اعتبار الماء غير قابل للضغط. ومع ذلك ، فإن المنخفضات الجوية الكبيرة تؤثر على مستوى سطح البحر الذي يرتفع خلال العواصف. التوتر السطحي مرتفع: الماء عامل ترطيب جيد (72 داين / سم) ؛ يتسلل إلى نفسه ويخترق جميع فجوات ومسام الصخور وكذلك في التربة من خلال ظاهرة الشعيرات الدموية. هذه الخاصية أساسية لتخزين المياه في طبقات المياه الجوفية ، من أجل تآكل سطح الصخور (الانفجار تحت تأثير الصقيع: يطور ممر الجليد المائي ضغطًا يصل إلى 207،000 كيلو باسكال). يفسر التوتر السطحي العالي أيضًا الشكل الكروي لقطرات الماء.

تعتمد الحالة الفيزيائية للماء على درجة الحرارة والضغط. يتم انتقال الغاز السائل تقليديًا عند 100 درجة مئوية تحت الضغط الطبيعي ولكن فقط عند 72 درجة مئوية عند قمة إيفرست (8،848 م). تنخفض درجة حرارة انصهار الجليد مع الضغط: تحت تأثير الضغط ، يتحول الجليد إلى سائل مرة أخرى: وهكذا ، ينزلق المتزلجون في الواقع على طبقة رقيقة من الماء السائل المتكون تحت تأثير ضغط التزلج. النقطة الثلاثية للماء هي 0,01 درجة مئوية عند 6,1 ملي بار.

اقرأ أيضا:  في الهندسة الجيولوجية العالمية

يمكن أن يظل الماء سائلاً تحت نقطة انصهار الجليد: يمكن الحفاظ على ظاهرة التبريد الفائق هذه حتى درجة حرارة -40 درجة مئوية. ويفسر ذلك بغياب البذور لبدء التبلور الصلب. في الطبيعة ، يتم توفير الجرثومة بواسطة بكتيريا شائعة ، Pseudomonas syringae. إن التلاعب الجيني لهذه البكتيريا يجعل من الممكن إما تأخير تجميد أشجار الفاكهة ، أو تسريع عملية التجميد لجعل الثلج الاصطناعي أكثر سهولة.

أخيرًا ، يعد الماء مذيبًا ممتازًا يعمل كوسيلة لمعظم الأيونات الموجودة على سطح الكرة الأرضية.

الخواص الكيميائية للماء

الماء مذيب ممتاز يذيب عددًا كبيرًا جدًا من الأملاح والغازات والجزيئات العضوية. تحدث التفاعلات الكيميائية للحياة في وسط مائي ؛ الكائنات الحية غنية جدًا بالمياه (تصل إلى أكثر من 90٪). لطالما اعتبر مذيبًا محايدًا مع مشاركة قليلة أو معدومة في التفاعلات الكيميائية. جعل التخفيف في الماء من الممكن على وجه الخصوص إبطاء نشاط الكواشف. في الواقع ، يعد الماء عاملًا كيميائيًا شديد العدوانية ويخاطر بمهاجمة جدران الحاوية التي تحتوي عليها: في زجاجة زجاجية ، تمر أيونات السيليكون في الماء. قد توجد المياه النقية من وجهة نظر تنظيمية ، أي الماء بدون ملوثات بكتيرية وكيميائية ، لكنها عمليًا غير موجودة من وجهة نظر كيميائية: حتى الماء المقطر يحتوي على آثار أيونات أو جزيئات عضوية مأخوذة من الأنابيب والحاويات.

في التفاعلات الكيميائية ، يتدخل الماء أولاً عن طريق تفككه إلى بروتونات H + ، وغالبًا ما يرتبط بـ H2O لتكوين البروتونات المائية H3O + ، وفي أيونات الهيدروكسيل OH-. إن النسبة بين هذين النوعين من الأيونات هي التي تحدد الرقم الهيدروجيني للمحلول (الرقم الهيدروجيني: لوغاريتم معكوس التركيز المولي لـ H +). يمكن للعديد من المعادن تحلل الماء الناتج عن الهيدروجين وهيدروكسيد المعدن.

اقرأ أيضا:  انبعاثات CO2 لكل لتر من الوقود: البنزين والديزل أو الغاز الطبيعي المسال

إن انحلال الأيونات (الأملاح ، الأحماض ، القواعد) هو نتيجة للطبيعة القطبية للماء. يميز تركيز أيونات الملح منتج الذوبان. للأملاح قيم منتجات ذوبان مختلفة ، وهو ما يفسر ظاهرة التبلور الجزئي أثناء تبخر محلول ملحي. في المستنقعات المالحة ، ترسب مياه البحر أولاً كربونات الكالسيوم ، وكبريتات الكالسيوم ، ثم كلوريد الصوديوم وأخيرًا الأملاح شديدة الذوبان مثل البوتاسيوم واليوديد والبروميدات.

من الخصائص المهمة على سطح الأرض انحلال ثاني أكسيد الكربون الذي ينتج عنه حامض ضعيف ، وهو حمض الكربونيك ، المسؤول عن التجوية الكيميائية للعديد من الصخور ، ولا سيما صخور الحجر الجيري. كمية ثاني أكسيد الكربون المذاب هي دالة للضغط ودالة عكسية لدرجة الحرارة. يمكن إذابة كربونات الكالسيوم على شكل كربونات حمض ثم إعادة ترسيبها وفقًا للتغيرات في درجة الحرارة والضغط ، كما في حالة الشبكات الكارستية.

المصدر: http://www.u-picardie.fr/

اقرأ خواص الماء: النظائر والتركيب الجزيئي

قم بكتابة تعليق

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