الماء هي المادة الأكثر انتشاراً على وجه الكرة الأرضية، بالرغم من ذلك الماء ذو صفات شاذة
ومن كثرة الاستعجاب أحد صفات الماء الشاذة هو وجود الحالة السائلة في درجة حرارة الغرفة، هذه الصفة شاذة بالأخذ بالحسبان مواد أخرى مركبة من جزيئات صغيرة جدا مثل جزيئات الماء تكون غازيّة ذات درجة غليان وتجمد منخفضة بكثير عن درجات غليان وتجمد الماء.
صفة شاذة أخرى للماء هي بالعكس لباقي المواد التي كثافتها ترتفع كلما انخفضت درجة الحرارة بينما كثافة الماء تقل في الحالة الصلبة (جليد) تكون حرارة أقل من 4º مئوية لذلك، الماء الموجود في الحالة الصلبة (جليد) تكون ذات كثافة أقل من كثافة الماء الموجود في الحالة السائلة (لذلك الجليد يطفو على سطح الماء).
لهذه الحقيقة أهميّة كبيرة للحياة في الماء في المناطق الباردة، عندما تنخفض درجة الحرارة في الشتاء، الجليد يطفو على سطح الماء ويعمل طبقة عازلة التي تمكن الأسماك في الماء من العيش بدون مضايقة.
للماء وظيفة مهمة في استمرارية الحياة على الكرة الأرضية.
• الماء تشكل 70% من وزن الكائنات الحيّة، من الجراثيم وحتى الثدييات الكبيرة، جميع التفاعلات الكيماويّة التي تتم في أجسام الكائنات الحيّة تتم في بيئة مائية، الحفاظ على كمية الماء في الخلايا والجسم مهمة لعمله، خسارة 5% من الماء يمكن أن تؤدي الى الموت.
• للماء حرارة نوعيّة (קיכול חום) عاليّة بالنسبة لسوائل أخرى ولذلك توجد أهمية كبيرة في الحفاظ على درجة حرارة ثابتة على وجه الكرة الأرضية، الماء يعّد كسائل تبريد ممتاز (لتبريد المحرك في السيارة، لإطفاء الحرائق، لتبريد أجسامنا في الأيام الحارة......
• للماء أهميّة في تحديد المنظر الطبيعي، عمليات الجرف وقدرة الماء على اذابة مركبات كثيرة على وجه الكرة الأرضية.
مبنى جزيئات الماء
الصفات الخاصة بجزيئات الماء تنبع من الذرات التي تتركب منها جزيئات الماء، تصف باختصار مبنى ذرة الأوكسجين، الذرة المركزية في جزئ الماء.
لذرة الأوكسجين 8 بروتونات في النواة و8 إلكترونات حول النواة، هذه الإلكترونات تترتب بالشكل التالي:
2 الكترون تتواجد حول النواة قريبة منها وتدور حولها بشكل دائري.
6 الكترونات الباقية تتواجد في مستوى طاقة أعلى وأبعد عن النواة، هذا المستوى يميز بأربعة أفلاك " אורבטלים" .
الإلكترونات الستة لذرة الأوكسجين تتواجد في الأربع أفلاك "אורבטלים"، 4 إلكترونات تتواجد בשני אורבטלים (واثنين في كل واحد)، وفي البقيّة يتواجد إلكترون واحد في كل فلك אורבטלים، ذرتي الهيدروجين ترتبط مع الإلكترونات الوحيدة.
الزاوية بين ذرات الهيدروجين هي 104.5º ، هذه الزاوية تختلف عن الزاوية المثاليّة 109.5º لكن تختلف عن 180º
النتيجة! جزئ الماء هو جزئ غير متماثل، أي لها أقطاب.
ذرة الهيدروجين هي أبسط ذرة في الطبيعة، مبني من بروتون واحد (النواة) وحوله يوجد إلكترون واحد. الرابط بين ذرة الأوكسجين والهيدروجين يتكون عن طريق اشتراك الإلكترون الوحيد في ذرة الهيدروجين مع أحد الإلكترونات الموجودة في أحد الأفلاك في ذرة الأوكسجين، هذا الرابط يدعى رباط كوفلنتي (تساهمي).
لان ذرة الأوكسجين، تجذب إليها الإلكترونات الموجودة في الرابط الكوفليني (التساهمي) بشدة تنكشف الشحنة الموجبة لذرات الهيدروجين ( البروتونات، الموجودة في الذرة)
إلكترونات الرابط التي تنجذب بقوة أكبر للعدد الأكبر من البروتونات في ذرة الأوكسجين، تتواجد مدة أكثر حوله.
الأوكسجين ذو الكتروسالبية أكبر من الهيدروجين النتيجة:
حول ذرات الهيدروجين يتكون حقل كهربائي موجب (القطب الموجب)، وحول ذرة الأوكسجين يتكون حقل كهربائي سالب (القطب السالب)، لذلك جزئ الماء يكون قطبي أيضا.
للتلخيص: القطبية في جزيئات الماء تنبع من حقيقتين أساسيتين:
1. مبنى ذرة الأوكسجين يقرر الزاويّة التي تختلف عن 180º بين الذرات الهيدروجين المرتبطة معه لذلك الجزئ يكون غير متماثل.
2. ذرة الأوكسجين تجذب إليها إلكترونات الرباط مع الهيدروجين وبذلك يتكون قطبين، موجب حول نواة ذرة الهيدروجين وسالب جزئي (دلتا) حول ذرة الأوكسجين.
هذه القطبية تسبب في جاذبيّة قويّة بين قطب سالب (على ذرة الأوكسجين) في جزيء الماء وبين القطب الموجب (على ذرة الهيدروجين) في جزيء ماء مجاور له. أي تكون رابط بين ذرات الماء المتجاورة، هذه الروابط تسمى روابط هيدروجينية، الأربطة الهيدروجينية قويّة، بالنسبة لروابط بين جزيئية أخرى ولكن ضعيفة بالنسبة للرباط الكوفيلتي أو الأيوني.
هذه الروابط مسؤولة عن الصفات الفيزيائية الغريبة للماء التي ذكرت (درجات غليان وتجمد عالية نسبيا، حرارة نوعيّة عالية وكثافة منخفضة في حالة تبريده، أي عدد قليل من جزيئات الماء تتواجد في نفس الحجم).
الأحد نوفمبر 25, 2012 1:38 am