تعريف الماء وخصائصه

يعرفه الجميع لكن، لا يفهمه أحد…

يعرفه الرجل البسيط تمام المعرفة ويحتار في تفسيره العلمـاء والمهندسون.. يتكون من ذرتين هيدروجيـن وذرة أكسجيــن واحده فقط.. التركيب والمظهر بسيط جداً، مـع أهمية قصوى لأبعد الحدود.

موجود حولنا في كل الجوانب، ومـع ذلك لا يستطيـع 40% مـن سكـان الأرض الحصول عليه بسهولة ويسر.

يقدره المسلمـون وأحياناً تكون لهم صلاة خاصـة لأجل الحصـول عليه، بـل ولا تصـح الصلاة هذه أو غيرهـا قبل التطهر والوضوء به.

– تعريف الماء:

هـو سائـل شفاف عديـم اللـون والطعم والرائحة، يتكون مـن عناصـر كيميائيــة وهـي الأكسجين والهيدروجين (H2O).

,هو مركب كيميائي غير عضوي صيغته الكيميائية H₂O، ويتكون من ذرة أكسجين وذرتي هيدروجين.

يتواجد الماء في حالاته الثلاث (سائلة، صلبة، وغازية)، وهو مذيب جيد للعديد من المواد، ويشكل الجزء الأكبر من كوكبنا وجسم الإنسان.

– خصائص الماء:

هناك العديد من الخصائص الكيميائية والفيزيائية للماء تتلخص في:

– ليس له طعم أو لون أو رائحة:

الماء النقي، بتركيبه الكيميائي H₂O، هو بالفعل عديم اللون، وعديم الرائحة، وعديم الطعم في حالته السائلة عند الظروف المحيطة.

أما بالنسبة للون، فهو يبدو عديم اللون بكميات صغيرة ولكنه يكتسب لونًا أزرق خفيفًا في الأحجام الكبيرة.

يعود انعدام هذه الخصائص إلى طبيعة جزيء الماء نفسه وامتصاصه للإلكترونات في نطاق الأشعة فوق البنفسجية، مما يجعله غير مرئي وغير محسوس بهذه الحواس عند الظروف العادية.

لماذا لا يمتلك الماء خصائص حسية؟ 

اللون:

جزيئات الماء تمتص الضوء في نطاق الأشعة فوق البنفسجية وليس في الطيف المرئي. لهذا السبب، لا تعكس الماء اللون في الكميات الصغيرة، ولكن في الكميات الكبيرة، يحدث امتصاص لبعض الألوان مما يجعل اللون الأزرق هو اللون الظاهر.

الرائحة:

لا توجد لدينا مستقبلات شَمّ محددة لاستشعار جزيء الماء (H₂O) نفسه.

ومع ذلك، فإن إضافة أي مواد أخرى للماء (مثل المعادن أو الغازات) يمكن أن تعطي الماء رائحة.

الطعم:

يشبه الأمر الرائحة، حيث لا نمتلك مستقبلات طعم لجزيء الماء نفسه.

ولكن، الطعم الذي نشعر به في مياه الشرب يأتي من المعادن والأملاح والعناصر النادرة الموجودة فيه، وليس من الماء النقي نفسه.

وللحصول على ماء خالي من  الطعم واللون والرائحة من خلال فلاتر المياه المنزلية، يتم تركيب فلتر كربون نشط.

– القدرة على التفاعل مع الكثير من المواد الكيميائية المتنوعة:

نعم، يمتلك الماء قدرة تفاعل واسعة مع العديد من المواد الكيميائية نظرًا لخصائصه الفريدة، أبرزها قطبيته العالية التي تجعله مذيبًا ممتازًا لمجموعة متنوعة من المواد القطبية والأيونات، مما يجعله وسطًا مثاليًا لحدوث التفاعلات الكيميائية الحيوية والبيئية.

 كيف يتفاعل الماء مع المواد الكيميائية؟

• الخاصية القطبية:

  كل جزيء ماء (H₂O) يتكون من ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين. تكون ذرة الأكسجين أكثر سالبية كهربائيًا من الهيدروجين، مما ينتج عنه شحنات جزئية موجبة على الهيدروجين وشحنة جزئية سالبة على الأكسجين. هذه القطبية تسمح لجزيئات الماء بالارتباط بجزيئات أو أيونات أخرى ذات شحنات مماثلة، مما يؤدي إلى إذابتها.

• كمذيب عالمي:

  بفضل قطبيته، يُعتبر الماء مذيبًا ممتازًا للعديد من المواد، مثل الأملاح والسكريات والبروتينات. هذه القدرة على الذوبان تجعل العديد من التفاعلات الكيميائية تحدث في الماء، وتشمل هذه التفاعلات الترسيب، وتفاعلات الحمض والقاعدة، وتفاعلات الأكسدة والاختزال.

• الطبيعة الأمفوتيرية:

  يمكن للماء أن يعمل كحمض (مانح بروتون) أو كقاعدة (مستقبل بروتون).

• الروابط الهيدروجينية:

  يمكن لجزيئات الماء تكوين روابط هيدروجينية مع بعضها البعض ومع جزيئات أخرى قطبية أو قادرة على تكوينها. هذه الروابط تساهم في قدرته على إذابة العديد من المواد.

• النقل في الأنظمة البيولوجية:في الجسم الحي، يساعد الماء كمذيب الخلايا على نقل المواد الضرورية مثل الأكسجين والعناصر الغذائية، كما يسهل الدم القائم على الماء نقل الجزيئات الضرورية مثل الأدوية إلى مواقعها في الجسم.

– الشذوذ:

 أي الكثافة الكتلية، حيث عند تجمده يزداد حجمه، وتقل كثافته.

يشير شذوذ الماء إلى الظاهرة التي يخالف فيها الماء السلوك المعتاد للسوائل الأخرى، حيث يتمدد وينخفض حجمه عندما يبرد، ويصل إلى أعلى كثافة عند 4 درجات مئوية. يتسبب هذا السلوك في أن يصبح الجليد أقل كثافة من الماء السائل، فيطفو على سطحه، وله عواقب مناخية وبيولوجية مهمة، كالحفاظ على الحياة المائية في المسطحات المتجمدة.  كيف يعمل شذوذ الماء؟ 

• مقارنة بالسوائل الأخرى:معظم السوائل، عند تبريدها، يزداد حجمها وتقل كثافتها. لكن الماء يتصرف بشكل مختلف، فهو ينكمش ويصل إلى أعلى كثافة له عند درجة حرارة 4 درجات مئوية.
• تكوين الجليد:عند التجمد من 4 درجات مئوية إلى الصفر، يتمدد الماء بدلاً من أن يتقلص، مما يؤدي إلى انخفاض كثافته.
• دور الروابط الهيدروجينية:هذه الظاهرة تنبع من بنية جزيئات الماء والروابط الهيدروجينية بينها. عند التبريد، تشكل هذه الروابط هياكل بلورية مفتوحة، مما يؤدي إلى زيادة حجم الماء.

– الإذابـــــة:

 حيــث يتسـم المـــاء بقدرته علـى إذابـة الكثيـر من المـواد المتنوعـة، فهـو يعـد من المذيبات القطبية. بسبب عدم التوازن في التوزيع الإلكتروني في ترابط الهيدروجين مع الأكسجين.

لماذا يعتبر الماء مذيبًا جيدًا؟ 

1. 1. القطبية:الماء جزيء قطبي لأن توزيع الشحنة بداخله غير متماثل.
2. 2. التفاعلات الكهربائية:بفضل قطبيته، يتفاعل الماء مع الأيونات والجزيئات القطبية الأخرى عبر قوى كهروستاتيكية.
3. 3. إحاطة الجزيئات:عندما يذوب ملح الطعام (كلوريد الصوديوم)، تحيط جزيئات الماء بذرات الصوديوم والكلور، مما يؤدي إلى تفككها واختفائها.

ما هي عملية الإذابة؟ 

• هي عملية اختفاء جزيئات أو أيونات المادة المذابة في المذيب.
• تحدث عندما تتفكك البنية البلورية للمادة الصلبة (مثل الملح) إلى جزيئات منفصلة تنتقل إلى المذيب.
• يتشكل في النهاية محلول يتكون من المادة المذابة والمذيب.

أنواع المواد التي يذيبها الماء: 

• المواد الأيونية: مثل كلوريد الصوديوم (ملح الطعام).
• الجزيئات القطبية: مثل السكر أو الكحول.

– القدرة على التماسك:

حيث إن جزيئه متماسكة ومترابطة بقـوة عالية،بسبب إحتوائه على

  الروابط الهيدروجينيـة والكيميائية، ولذلك يأخذ الشكل الكروي عند توتر سطحه.

– موصل سيء للكهرباء:

الماء النقي موصل سيء جداً للكهرباء، ولكنه يصبح موصلاً جيداً للكهرباء عندما يحتوي على شوائب مثل الأملاح والمعادن الذائبة التي تتحلل إلى أيونات حرة تنقل الشحنات الكهربائية.

– التحـول من حالـة إلى حالـة أخرى:

أي يتواجـد المـاء فـي ثلاث حالات، الحالـة الصلبة كالجليـــد،

  والحالة الغازية كالبخار، والحالة السائلة كجريان الماء النهري.

– موصلة للحرارة:

الماء موصل رديء للحرارة مقارنة بالمعادن، لكنه أفضل في نقل الحرارة من الغازات. تنتقل الحرارة في الماء بشكل أساسي عن طريق الحمل الحراري، وهو حركة دوران الماء نفسه، وليس من خلال حركة الإلكترونات الحرة كما في المعادن.

– مزيــج انفجـاري:

حيث يصنـف المـاء بشكـل كيميائـي بأنه أكسيـد للهيدروجيـن، وهو ينشأ عند إحتراق الهيدروجين، أو أي مادة تحتوي عليه بالأكسجين.

– درجة الحموضة:

 حيث أن من طبيعة الماء بأنه من المواد السائلة المتعادلة كيميائياً.

– الملوحة:

 أي إنتقال الماء من وسط قليل الملوحة إلى وسط عالي الملوحة.

– العسر واليسر:

عند إحتواءه على نسبـة عالية جـداً من الأمـلاح المعدنيــة  مثل الكالسيـوم والكبريتـــات والماغنيسيـوم والبيكربونـات يكون المــاء عسـراً، وعند إحتواءه على نسبة قليلة نسبياً من الأمـلاح المعدنيـة يصبح يسـراً.

– ناقل لموجات الصوت:

نعم، الماء ناقل لموجات الصوت وهو ينقلها بكفاءة أعلى وأسرع مما في الهواء، وذلك لأن جزيئات الماء أكثر كثافة وقرباً من بعضها البعض. تنتقل الموجات الصوتية عبر أي وسط مادي، بما في ذلك السوائل مثل الماء، عن طريق اهتزاز جزيئات هذا الوسط.

كيف ينتقل الصوت في الماء؟ 

• آلية الانتقال:ينتقل الصوت على شكل موجات ميكانيكية، وهي عبارة عن اضطراب أو اهتزاز ينتقل من مكان لآخر عبر وسط مادي.
• كثافة الوسط:في الماء، تكون جزيئات الماء متقاربة وكثيفة، مما يسمح للطاقة الصوتية بالانتقال بينها بشكل أسرع بكثير مقارنة بالهواء.
• السرعة:تبلغ سرعة الصوت في الماء حوالي 1500 متر في الثانية، بينما تكون في الهواء حوالي 340 مترًا في الثانية.

ما العوامل التي تؤثر على سرعة الصوت في الماء؟

• درجة الحرارة:تزداد سرعة الصوت مع زيادة درجة حرارة الماء.
• الملوحة:زيادة نسبة الملوحة في الماء تزيد من سرعة الصوت.
• الضغط:يزداد الضغط في الماء مع زيادة العمق، مما يؤثر أيضًا على سرعة الصوت.