الخواص الفيزيائية للماء

نحن نعيش على كوكب تهيمن عليه المياه، حيث يتم تغطية أكثر من ٧٠٪ من سطح الأرضبهذه الجزية البسيطة، ويقدر العلماء أن الغلاف المائي يحتوي على حوالي ١.٣٦ مليار كيلو متر مكعب من هذه المادة في الغالب على شكل سائل (مياه) تحتل المنخفضات الطبوغرافية على الأرض، وثاني أكثر أشكال جزيات الماء شيوعا على كوكبنا هو الجليد.

الماء

الماء هو المكون الرئيسي لمعظم أشكال الحياة، حيث يحتوي معظم الحيوانات والنباتات على أكثر من 60٪ من حجمها على الماء. ومن غير المرجح أن تتطور الحياة على كوكبنا بدون الماء. ويتكون الهيكل الذري للماء من ذرتي هيدروجين مرتبطتين بذرة أكسجين واحدة، ويتمتع بخصائص كهروكيميائية فريدة من نوعها. يحمل الجانب الهيدروجيني لجزيء الماء شحنة موجبة طفيفة، في حين يحمل الجانب الآخر شحنة سالبة.

يتكون جزيء الماء من ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين ويتميز بطريقة فريدة لارتباط ذرتي الهيدروجين بالأكسجين، مما يؤدي إلى وجود جانب من الجزيء يحمل شحنة سالبة وجانب آخر يحمل شحنة موجبة، وبسبب هذه القطبية الشحنية يتم جذب جزيئات الماء ببعضها البعض لتشكل روابط جزيئية قوية.

طبيعة جزيئات الماء

ترتب جزيئات الماء بأنماط مختلفة بوضوح، ويحدد كل ترتيب لهذه الجزيئات طبيعة هذا المركب الفريد، حيث يؤدي الترتيب الجزيئي للثلج إلى زيادة الحجم وانخفاض الكثافة، ويسمح توسع جزيء الماء عند التجميد للجليد بالطفو فوق الماء السائل.

– هناك أنماط متميزة لجزيئات الماء أثناء تغيير حالتها الفيزيائية من الجليد إلى الماء إلى الغاز ، و ترتب جزيئات الماء المجمد نفسها في نمط هندسي جامد محدد للغاية ينجم عن كتلة الماء التي يمكن أن تتسع و تقل الكثافة ، ففي المرحلة السائلة ، ترتب جزيئات الماء نفسها في مجموعات صغيرة من الجسيمات الملتصقة.

تسمح الترتيبات الصغيرة بحركة الماء وتدفقه، حيث تكون جزيئات الماء عالية الطاقة ومشحونة بشكل كبير في شكل الغاز، وتتسبب هذه الحالة العالية من الطاقة في حركة الجزيئات بشكل دائم، مما يقلل من احتمال ترابط الروابط بين الجزيئات الفردية.

 الخصائص الفيزيائية للماء

الماء له حرارة محددة عالية، والحرارة النوعية تعني كمية الطاقة المطلوبة لتغير درجة حرارة المادة. بفضل حرارته العالية والمحددة، يمكن للماء امتصاص كميات كبيرة من الطاقة الحرارية قبل أن يبدأ في التسخين. وهذا يعني أيضا أن الماء يفقد الطاقة الحرارية ببطء عندما يتعرض لعوامل تبريده. تساهم الحرارة العالية الخاصة بالماء في تنظيم مناخ الأرض وتساعد الكائنات الحية في تنظيم درجة حرارة أجسامها بفعالية أكبر.

– المياه في حالة نقية لديها درجة حموضة محايدة ، و نتيجة لذلك فإن المياه النقية ليست حمضية و لا أساسية ، و يغير الماء درجة الحموضة عند تحلل المواد فيه ، حيث يحتوي المطر على درجة حموضة طبيعية من حوالي 5.6 لأنه يحتوي على ثاني أكسيد الكربون المشتق الطبيعي و ثاني أكسيد الكبريت.

تتم تدفق المياه الساخنة بسهولة أكبر من أي سائل آخر باستثناء الزئبق. هذه الحقيقة تؤدي إلى وجود كميات كبيرة من الماء السائل مثل البحيرات والمحيطات التي تحتفظ في الأساس بدرجة حرارة ثابتة عموديا.

تتواجد جزيئات الماء في شكل سائل في معظم الأماكن على كوكب الأرض نظرا لوجود درجات حرارة تسمح بذلك، فتتراوح هذه الدرجات بين 0 و100 درجة مئوية.

الماء يعتبر مذيبا عاليا ويمتلك القدرة على إذابة مجموعة واسعة من المركبات الكيميائية المختلفة. تمكن هذه الخاصية المميزة للماء من حمل المغذيات المذابة في التدفقات المائية السطحية والجوفية، وفي أجسام الكائنات الحية.