- حرارة نوعية
- الحرارة الكامنة لتبخير
- ثابت العزل الكهربائي
- تعريف
- كثافة
- الماء الخفيف والماء الثقيل
- تمدد الجليد
- التوتر السطحي
- المراجع
و الشذوذ من الماء هي تلك الخصائص التي تميز وضعه كأكثر الهامة وخاصة عن مادة سائلة. جسديًا وكيميائيًا ، يُظهر الماء فرقًا كبيرًا مقارنة بالسوائل الأخرى ، حتى أنه يتجاوز التوقعات والحسابات النظرية. ربما يكون الأمر بسيطًا ومعقدًا في نفس الوقت مثل الحياة نفسها.
إذا كان الكربون هو حجر الزاوية في الحياة ، فإن الماء يتوافق مع سائلها. إذا لم يكن منتجًا فريدًا ولا يضاهى ، فهو نتاج تشوهاته ، فلن تكون روابط الكربون التي تشكل المصفوفات البيولوجية ذات فائدة ؛ سينهار تصور الحياة ، وتتجمد المحيطات تمامًا ، ولن تتدلى الغيوم في السماء.
تمثل الجبال الجليدية والأجسام الجليدية العائمة على الماء مثالًا يتم تجاهله عادةً لإحدى الانحرافات المائية. المصدر: Pexels.
يعتبر بخار الماء أخف بكثير من الغازات الأخرى ، وتفاعله مع الغلاف الجوي يؤدي إلى تكون السحب ؛ يكون السائل أكثر كثافة بالنسبة للغاز ، ويبدو هذا الاختلاف في كثافته أكثر حدة مقارنة بالمركبات الأخرى ؛ والمادة الصلبة لها كثافة أقل بكثير من كثافة السائل.
لوحظ مثال على هذا الأخير في حقيقة أن الجبال الجليدية والجليد تطفو في الماء السائل ، وهو منتج من كثافته المنخفضة.
حرارة نوعية
الشواطئ ، مثال طبيعي آخر حيث يتم ملاحظة حرارة المياه النوعية الشاذة بالعين المجردة. المصدر: Pixabay.
يظهر الماء معارضة شديدة لزيادة درجة حرارته قبل مصدر الحرارة. لذلك ، يجب أن يوفر المصدر حرارة كافية لإجبار الماء على رفع درجة حرارته بمقدار درجة مئوية واحدة ؛ أي أن حرارته النوعية عالية ، أعلى من أي مركب عادي ، ولها قيمة 4.186 J / g · C.
ترجع التفسيرات المحتملة للحرارة النوعية الشاذة إلى حقيقة أن جزيئات الماء تشكل روابط هيدروجينية متعددة ، بطريقة غير منظمة ، ويتم تبديد الحرارة لزيادة اهتزازات هذه الجسور ؛ خلاف ذلك ، لن تهتز جزيئات الماء بتردد أعلى ، مما يترجم إلى زيادة في درجة الحرارة.
من ناحية أخرى ، بمجرد إثارة الجزيئات حراريًا ، فإنها تستغرق وقتًا لإعادة تكوين الحالة الأصلية لروابطها الهيدروجينية ؛ هذا هو نفس القول بأن الأمر يستغرق بعض الوقت ليبرد في ظل الظروف العادية ، مع التصرف كخزان حرارة.
تعرض الشواطئ ، على سبيل المثال ، كلا السلوكين خلال مواسم مختلفة من العام. في الشتاء يظلون أكثر دفئًا من الهواء المحيط ، وفي الصيف يكونون أكثر برودة. لهذا السبب سيكون الجو مشمسًا ، ولكن عندما تسبح في البحر ستشعر بالبرودة.
الحرارة الكامنة لتبخير
يحتوي الماء على نسبة عالية جدًا من المحتوى الحراري أو حرارة التبخر الكامنة (2257 كيلو جول / كجم). هذا الشذوذ يتآزر مع حرارته النوعية: إنه يتصرف كخزان ومنظم للحرارة.
يجب أن تمتص جزيئاتها حرارة كافية لتمريرها إلى الطور الغازي ، ويتم الحصول على الحرارة من محيطها ؛ خاصة على السطح الذي تعلق به.
يمكن أن يكون هذا السطح ، على سبيل المثال ، بشرتنا. عندما يقوم الجسم بتمارين فإنه يطلق العرق الذي يتكون أساسًا من الماء (أكثر من 90٪). يمتص العرق الحرارة من الجلد ليتبخر ، مما يعطي الإحساس بالبرودة. يحدث الشيء نفسه مع التربة ، والتي بعد تبخير رطوبتها ، تنخفض درجة حرارتها وتشعر بالبرودة.
ثابت العزل الكهربائي
جزيء الماء قطبي للغاية. ينعكس هذا في ثابت العزل الكهربائي (78.4 عند 25 درجة مئوية) ، وهو أعلى من ثابت المواد السائلة الأخرى. نظرًا لقطبيتها العالية ، فهي قادرة على إذابة عدد كبير من المركبات الأيونية والقطبية. ولهذا السبب يعتبر مذيبًا عالميًا.
تعريف
انتشار الماء عبر أنبوب. المصدر: Pxhere.
من الأمور الشاذة الغريبة للماء السائل أنه ينتشر بشكل أسرع بكثير مما هو متوقع من خلال ثقب يتقلص حجمه. تزيد السوائل عمومًا من سرعتها عندما تتدفق عبر أنابيب أو قنوات أضيق ؛ لكن الماء يتسارع بشكل أكثر حدة وعنف.
يمكن ملاحظة ذلك بشكل مجهري عن طريق تغيير مساحة المقطع العرضي للأنابيب التي يدور الماء من خلالها. ومن الناحية النانومترية ، يمكن فعل الشيء نفسه ولكن باستخدام الأنابيب النانوية الكربونية ، وفقًا للدراسات الحسابية ، والتي تساعد في توضيح العلاقة بين التركيب الجزيئي وديناميكيات الماء.
كثافة
ذكر في البداية أن كثافة الجليد أقل من كثافة الماء. بالإضافة إلى ذلك ، تصل قيمته القصوى إلى حوالي 4 درجات مئوية. عندما يبرد الماء تحت درجة الحرارة هذه ، تبدأ الكثافة في الانخفاض وترتفع المياه الباردة ؛ وأخيرًا ، بالقرب من 0 درجة مئوية ، تنخفض الكثافة إلى الحد الأدنى لقيمة الجليد.
ومن النتائج الرئيسية لذلك ليس فقط أن الجبال الجليدية يمكن أن تطفو ؛ لكنها أيضًا تفضل الحياة. إذا كان الجليد أكثر كثافة ، فسيغرق ويبرد الأعماق إلى درجة التجمد. ثم تبرد البحار من الأسفل إلى الأعلى ، تاركة فقط طبقة من الماء متاحة للحيوانات البحرية.
بالإضافة إلى ذلك ، عندما تتسرب المياه إلى تجاويف الصخور ، وتنخفض درجة الحرارة ، فإنها تتمدد عندما تتجمد ، مما يؤدي إلى تآكلها وتشكلها الخارجي والداخلي.
الماء الخفيف والماء الثقيل
عندما يطفو الجليد ، تتجمد أسطح البحيرات والأنهار ، بينما يمكن للأسماك أن تستمر في العيش في الأعماق ، حيث يذوب الأكسجين جيدًا وتكون درجة الحرارة أعلى أو أقل من 4 درجات مئوية.
من ناحية أخرى ، لا تعتبر المياه السائلة ، في الواقع ، متجانسة بشكل مثالي ، ولكنها تتكون من مجاميع هيكلية ذات كثافة مختلفة. على السطح ، توجد المياه الأخف وزناً ، بينما توجد في الأسفل ، الأكثر كثافة.
ومع ذلك ، فإن مثل هذه "التحولات" بين السائل والسائل يمكن ملاحظتها فقط في الماء فائق التبريد وتحت عمليات المحاكاة ذات الضغوط العالية.
تمدد الجليد
الشذوذ المميز الآخر للماء هو أن الجليد يقلل درجة حرارة انصهاره مع زيادة الضغط. أي عند الضغط العالي يذوب الجليد عند درجات حرارة منخفضة (أقل من 0 درجة مئوية). يبدو الأمر كما لو أن الجليد ، بدلاً من الانكماش ، يتمدد نتيجة الضغط.
هذا السلوك مخالف لسلوك المواد الصلبة الأخرى: فكلما زاد الضغط عليها ، وبالتالي تقلصها ، سوف تتطلب درجة حرارة أو حرارة أعلى لتذوب وبالتالي تكون قادرة على فصل جزيئاتها أو أيوناتها.
ومن الجدير بالذكر أيضًا أن الجليد من أكثر المواد الصلبة انزلاقًا في الطبيعة.
التوتر السطحي
حشرة تمشي على سطح الماء. المصدر: Pixabay.
أخيرًا ، على الرغم من ذكر عدد قليل من الحالات الشاذة (من بين ما يقرب من 69 حالة معروفة والعديد من الحالات الأخرى التي يجب اكتشافها) ، فإن الماء له توتر سطحي مرتفع بشكل غير طبيعي.
تستفيد العديد من الحشرات من هذه الخاصية لتتمكن من المشي على الماء (الصورة العلوية). وذلك لأن وزنه لا يبذل قوة كافية لكسر التوتر السطحي للماء ، الذي تتقلص جزيئاته ، بدلاً من التمدد ، مما يمنع المنطقة أو السطح من الزيادة.
المراجع
- ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). كيمياء. (الطبعة الثامنة). سينجاج ليرنينج.
- الاطفال والعلوم. (2004). شذوذ الماء. تم الاسترجاع من: vias.org
- شابلن مارتن. (2019). خصائص الماء الشاذة. هيكل المياه والعلوم. تم الاسترجاع من: 1.lsbu.ac.uk
- ChimiSpiega. (2 فبراير 2014). الماء: حالة غريبة من حولنا. كيميكير. تم الاسترجاع من: chimicare.org
- نيلسون ، أ ، وبيتيرسون ، إل جي (2015). الأصل الهيكلي للخصائص الشاذة للماء السائل. اتصالات الطبيعة ، 6 ، 8998. دوى: 10.1038 / ncomms9998
- IIEH. (2 يوليو 2014). شذوذ المياه. التطور والبيئة: معهد أبحاث التطور البشري AC المسترجع من: iieh.com
- بيفيتا ماركوس. (2013). الجانب الغريب من الماء. بحث FAPESP. تم الاسترجاع من: revistapesquisa.fapesp.br