أكثر

4: خواص المياه - علوم الأرض

4: خواص المياه - علوم الأرض


4: خواص الماء

الماء فيك: الماء وجسم الإنسان

الماء ضروري حقًا لجميع أشكال الحياة على الأرض وفيها وفوقها. هذا مهم بالنسبة لك لأنك تتكون في الغالب من الماء. اكتشف ما يفعله الماء لجسم الإنسان.

الماء فيك: الماء وجسم الإنسان

يخدم الماء عددًا من الوظائف الأساسية لإبقائنا جميعًا مستمرين

فكر في ما تحتاجه للبقاء على قيد الحياة ، حقًا البقاء على قيد الحياة. طعام؟ ماء؟ هواء؟ فيسبوك؟ بطبيعة الحال ، سأركز على الماء هنا. الماء ذو ​​أهمية كبيرة لجميع الكائنات الحية في بعض الكائنات الحية ، ما يصل إلى 90٪ من وزن الجسم يأتي من الماء. ما يصل إلى 60٪ من جسم الإنسان البالغ يتكون من الماء.

وفقًا لـ H.H. Mitchell ، مجلة الكيمياء البيولوجية 158 ، يتكون الدماغ والقلب من 73٪ ماء ، والرئتان حوالي 83٪ ماء. يحتوي الجلد على 64٪ ماء ، والعضلات والكلى 79٪ ، وحتى العظام مائيّة: 31٪.

يجب أن يستهلك البشر كل يوم كمية معينة من الماء للبقاء على قيد الحياة. بالطبع ، هذا يختلف حسب العمر والجنس ، وكذلك حسب المكان الذي يعيش فيه الشخص. بشكل عام ، يحتاج الذكر البالغ حوالي 3 لترات (3.2 لتر) في اليوم بينما تحتاج الأنثى البالغة حوالي 2.2 لتر (2.3 لتر) في اليوم. كل الماء الذي يحتاجه الإنسان لا يجب أن يأتي من شرب السوائل ، حيث أن بعض هذه المياه موجود في الطعام الذي نتناوله.

يخدم الماء عددًا من الوظائف الأساسية لإبقائنا جميعًا مستمرين

  • عنصر غذائي حيوي لحياة كل خلية ، يعمل أولاً كمواد بناء.
  • ينظم درجة حرارة الجسم الداخلية عن طريق التعرق والتنفس
  • يتم استقلاب الكربوهيدرات والبروتينات التي تستخدمها أجسامنا كغذاء ونقلها بواسطة الماء في مجرى الدم
  • يساعد في التخلص من الفضلات بشكل رئيسي عن طريق التبول
  • يعمل كممتص للصدمات للدماغ والحبل الشوكي والجنين
  • يشكل اللعاب
  • يشحم المفاصل

وفقًا للدكتور جيفري أوتز ، علم الأعصاب ، وطب الأطفال ، جامعة أليغيني ، فإن الأشخاص المختلفين لديهم نسب مختلفة من أجسامهم تتكون من الماء. الأطفال هم أكثر من يولدون ، حيث يولدون بنسبة 78٪. بحلول عام واحد ، تنخفض هذه الكمية إلى حوالي 65٪. في الرجال البالغين ، تشكل المياه حوالي 60٪ من أجسامهم. ومع ذلك ، فإن الأنسجة الدهنية لا تحتوي على الكثير من الماء مثل الأنسجة الخالية من الدهون. في النساء البالغات ، تشكل الدهون أكثر من الرجال ، لذا فإن حوالي 55٪ من أجسامهن مصنوعة من الماء. هكذا:

  • الرضع والأطفال لديهم ماء أكثر (كنسبة مئوية) من البالغين.
  • النساء لديهن ماء أقل من الرجال (كنسبة مئوية).
  • الأشخاص الذين لديهم أنسجة دهنية أكثر يكون لديهم ماء أقل من الأشخاص ذوي الأنسجة الدهنية الأقل (كنسبة مئوية).

لن يكون هناك أي شخص أنت أو أنا أو الكلب فيدو دون وجود إمدادات مياه سائلة وافرة على الأرض. الصفات الفريدة و خصائص الماء هي ما يجعلها مهمة وأساسية في الحياة. تمتلئ الخلايا في أجسامنا بالماء. تسمح القدرة الممتازة للماء على إذابة العديد من المواد لخلايانا باستخدام العناصر الغذائية القيمة والمعادن والمواد الكيميائية في العمليات البيولوجية.

"لزوجة" الماء (من التوتر السطحي) يلعب دورًا في قدرة أجسامنا على نقل هذه المواد من خلال أنفسنا. يتم استقلاب الكربوهيدرات والبروتينات التي تستخدمها أجسامنا كغذاء ونقلها بواسطة الماء في مجرى الدم. لا تقل أهمية عن قدرة الماء على نقل النفايات من أجسامنا.


10 خواص للماء

الماء هو بلا شك أحد المركبات الأساسية على كوكب الأرض. يلعب دورًا حاسمًا في أجسام الكائنات الحية.

المياه النقية عديمة اللون والرائحة والمذاق. مثل أي مادة كيميائية أخرى ، لها خصائص فريدة تميزها عن البقية. إذن ما هي خصائص الماء؟

أفضل 10 أسماك قبيحة: أغرب مخلوقات بحرية في العالم

1. الماء قطبي

في الترابط الكيميائي ، يشير القطبية إلى توزيع الشحنات الكهربائية على الذرات المرتبطة برابطة. الماء عبارة عن بنية جزيئية تتكون من ذرة أكسجين وذرتين هيدروجين.

نموذج كيميائي لجزيء الماء - H2O يتكون من ذرتين هيدروجين وذرة أكسجين. الصورة: azatvaleev
المصدر: Getty Images

ذرات الهيدروجين مرتبطة تساهميًا مع الأكسجين لتكوين الجزيئات. ثم يتم ربط هذه الجزيئات عبر روابط هيدروجينية.

أربعة أزواج من الإلكترونات تحيط بذرة الأكسجين. يشارك زوجان في الترابط مع ذرة الهيدروجين ، في حين أن الاثنين المتبقيين غير مشتركين وعلى عكس ذرة الأكسجين.

لأن الأكسجين أكثر كهرسلبية من الهيدروجين ، فإنه يجذب الإلكترونات المشتركة وله شحنة سالبة جزئية. يصبح أقل شحنة كهربية (الهيدروجين) مشحونًا جزئيًا بشحنة موجبة.

نتيجة لذلك ، يتم شحن الجزيء قليلاً في النهايات. تسبب هذه الشحنات الجزئية جذب الجزيئات لتكوين روابط هيدروجينية.

2. إنه مذيب عالمي

الماء مذيب عالمي لأن معظم المواد تذوب فيه. هذه إحدى الخصائص الخاصة للمياه ، وقد أصبحت ممكنة بسبب خصائصها القطبية.

التفكير خارج الصندوق! - شاهد المنزل المكون من 3 غرف والذي بناه هذا الرجل النيجيري بـ 14800 زجاجة بلاستيكية ، تتفاعل وسائل التواصل الاجتماعي (صور)

بالنظر إلى أن الماء مشحون قليلاً في النهايات (الأكسجين مشحون سالبًا والهيدروجين مشحون إيجابياً) ، فإنه يمكن فصل المركبات الأيونية. يشير التفكك إلى فصل الأيونات السالبة والموجبة في مركب أيوني.

عندما يتم وضع مركب أيوني في الماء ، فإنه يتفكك إلى أيونات موجبة وسالبة. تنجذب الأيونات الموجبة نحو الأكسجين (وهو سالب الشحنة) ، والأيونات السالبة تنجذب نحو الهيدروجين (وهو موجب الشحنة). هذه هي الطريقة التي يحدث بها الانحلال.

امرأة تنظر إلى الماء في دورق مخروطي الشكل. الصورة: unsplash.com
المصدر: UGC

كونه مذيبًا عالميًا ، لا ينبغي الخلط بينه وبين أنه يذيب كل مادة. بعض المركبات العضوية ، مثل الزيت والشمع وغيرها الكثير ، لا تذوب في الماء.

3. لديه توتر سطحي مرتفع

يشير التوتر السطحي إلى خاصية السائل الذي يسمح له بمقاومة قوة خارجية. الخاصية أصبحت ممكنة بسبب قوى التماسك. إذا وضعت إبرة بعناية على سطح الماء ، فإنها تطفو بسبب التوتر السطحي.

الميزات: لماذا يقتل الاكتئاب أسرع من COVID-19 وفيروس نقص المناعة البشرية الآخرين

عادة ، يشير معظم الناس إلى الطبقة المتكونة بالجلد. ومع ذلك ، فليس صحيحًا أن & quotskin & quot يتشكل على السطح.

يجعل التماسك الأقوى بين جزيئات الماء ، على عكس جاذبية جزيئاته في الهواء ، من الصعب تحريك الجسم عبر سطحه بدلاً من تحريكه عندما يكون مغمورًا به تمامًا. يبلغ توتر سطحه 72 داين / سم عند 25 درجة مئوية (درجة حرارة الغرفة).

4. لديه سعة حرارية عالية

تشير السعة الحرارية المحددة لأي مادة إلى كمية الطاقة الحرارية المطلوبة لرفع درجة حرارة كيلوغرام واحد من تلك المادة المعينة بمقدار درجة واحدة مئوية. H2O لها سعة حرارية محددة تبلغ 4200 جول لكل كيلوغرام لكل درجة مئوية (J / كجم درجة مئوية). هذا يعني أنك تحتاج إلى 4200 جول لرفع كيلوغرام واحد من الماء بدرجة واحدة مئوية.

هذه إحدى خصائص الماء التي تجعله ضروريًا للحياة. نتيجة لقدرته الحرارية العالية ، يلعب H2O دورًا حاسمًا في تنظيم درجات الحرارة على سطح الأرض.

ما هو الارتباط في العلاقة وكيف يتعامل معها؟

يمكن لـ H2O امتصاص كميات كبيرة من الطاقة الحرارية قبل أن تبدأ في التسخين. هذا يعني أيضًا أنه يطلق الطاقة الحرارية ببطء عندما تتسبب المواقف في تبريدها.

نظرًا لأن الكتل المائية تشكل جزءًا كبيرًا من كوكب الأرض ، فإن هذه الخاصية تسمح باعتدال مناخ الأرض. كما أنه يساعد الكائنات الحية التي تعيش فيه ، مثل البرمائيات والزواحف ، على تنظيم درجة حرارة أجسامهم بشكل أكثر فعالية.

5. H2O أقل كثافة كمادة صلبة من السائل

الكثافة هي قياس كمية المادة (الكتلة) الموجودة في حجم معين. يتم حسابه بقسمة الكتلة على الحجم (الكتلة / الحجم). وحدة الكثافة في النظام الدولي للوحدات هي Kg / m ^ 3.

في معظم السوائل ، يحدث التصلب عندما تنخفض درجة الحرارة ، مما يؤدي إلى خفض الطاقة الحركية بين الجزيئات. نتيجة لذلك ، تقترب الجزيئات من بعضها البعض مقارنةً بالوقت الذي كانت فيه في صورة سائلة.

لذلك ، فإن كثافة الحالة الصلبة لها كثافة أكبر من حالتها السائلة. لكن لماذا يطفو الجليد على الماء؟ في H2O ، الأمور مختلفة بعض الشيء.

أعلى اقتباسات كانديد والنقد والحب والحرية فولتير

الماء في الحالة الجليدية (الحالة الصلبة) أقل كثافة من حالته السائلة. عندما يحدث التجمد تحت -4 درجة مئوية ، تؤدي الروابط الهيدروجينية والاتجاه # 39 إلى دفع الجزيئات بعيدًا عن بعضها ، مما يزيد من حجمها. يشار إلى هذا باسم التوسع الشاذ.

بالنظر إلى أن الكتلة ظلت في الاعتبار ، وزاد الحجم ، ستنخفض الكثافة في النهاية. هذا هو السبب في أن الجليد يطفو في الماء.

6. خصائص التماسك والالتصاق

لقوى التماسك والالتصاق تأثير كبير على خواص الماء. تشير قوى التماسك إلى قوى الجذب الموجودة بين جزيئات نفس المادة.

من ناحية أخرى ، تشير قوى الالتصاق إلى قوى الجذب بين المواد غير المتشابهة. تتمتع جزيئات H2O بقوى قوية ومتماسكة نظرًا لقدرتها على تكوين روابط هيدروجينية مع بعضها البعض.

كما أن لها خصائص لاصقة تسمح لها بالالتصاق بالمواد الأخرى.

7. نقاط الغليان والتجميد

تشير نقطة الغليان إلى درجات الحرارة التي يكون عندها الضغط الجوي الذي تمارسه البيئة المحيطة على السائل معادلاً للضغط الذي يمارسه بخار السائل. في ظل هذه الحالة ، تؤدي الحرارة الزائدة إلى تحول السائل إلى شكل بخار دون رفع درجة الحرارة.

فوائد التمر مع الحليب يجب أن يعرفها الجميع

من ناحية أخرى ، فإن نقطة التجمد هي النقطة التي يبدأ عندها السائل بالتحول إلى مادة صلبة. بالنظر إلى أن H2O يمكن أن يوجد في الحالات الثلاث للمادة (الصلبة والسائلة والغازية) ، فإن لها نقاط غليان وتجميد محددة.

يغلي H2O النقي عند 100 درجة مئوية ، ودرجات حرارة أعلى من ذلك تحوله إلى حالة غازية (بخار). يتجمد عند درجة صفر درجة مئوية ، ودرجات حرارة أقل من ذلك تتسبب في تصلبها.

8. خصائص مذبذبة

تظهر المواد المتذبذبة الخصائص الحمضية والأساسية. جزيء الماء مذبذب لأنه يحتوي على ذرات الهيدروجين والأكسجين.

عالم لديه معدات يحمل أدوات أثناء تجربة علمية. الصورة: SARINYAPINNGAM
المصدر: Getty Images

يمكن أن تعمل ذرة الهيدروجين كحمض في تفاعل ، ويمكن لذرة الأكسجين (بسبب الزوجين الوحيدين) أن تتفاعل مع (H ^ +) لتكوين أيون هيدروكسيد (OH ^ -). يمكن أن يعمل أيون الهيدروكسيد (OH ^ -) كقاعدة في التفاعل.

تظهر هذه الخاصية في التفاعلات الكيميائية للماء مع الأحماض والقواعد. عندما يتفاعل مع حمض الهيدروكلوريك (HCl) ، فإنه يقبل (H ^ +) من الحمض ، وبالتالي يعمل كقاعدة (متقبل للبروتون).

أفضل ثمار للخصوبة يجب أن يعرفها كل شخص يحاول الإنجاب

من ناحية أخرى ، عندما يتفاعل مع غاز الأمونيا ، فإنه يتبرع بـ (H ^ +) للغاز لتكوين أيون الأمونيوم. في هذا التفاعل المعين ، يعمل كحامض (مانح للبروتون).

9. عمل شعري

العمل الشعري هو ظاهرة صعود السوائل من خلال أنابيب رفيعة أو أسطوانات أو مواد قابلة للاختراق. يرجع التأثير إلى قوى الالتصاق والتماسك التي تتفاعل بين السائل والسطح.

عندما يكون الترابط بين الجزيئات للسائل نفسه أدنى إلى حد كبير من سطح المادة الذي يتفاعل معه ، عندئذ يحدث الفعل الشعري. H2O هو أحد السوائل التي تختبر هذه الخاصية.

المواد السائلة الأخرى مثل الزئبق لا تعاني من هذا السلوك لأن قوى التماسك بين جزيئاتها أكبر من القوى اللاصقة بين جزيئاتها وتلك الموجودة في الأنبوب الموجود فيها.

لذلك ، إذا أدخلت أنبوبًا في وعاء (دورق) يحتوي على الزئبق ، فستلاحظ أنه على عكس الماء ، يكون مستواه في الأنبوب أقل قليلاً من مستواه في الحاوية.

نصائح مفيدة حول كيفية تناول الطعام بشكل صحيح للحمل

عادة ، عند إدخال أنبوب في وعاء من الماء ، سيرتفع مستوى H2O في الأنبوب أعلى من المستوى الطبيعي في الحاوية.

10. يمكن أن يوجد الماء في الحالة الصلبة والسائلة والغازية

من بين جميع خصائص الماء ، يعد وجود H2O في حالات مختلفة من المادة خاصية أساسية يجب أن تعرفها. عند درجة الحرارة والضغط القياسيين (STP) ، يكون الماء سائلاً. إنه أحد المركبات غير العضوية النادرة الموجودة في الحالة السائلة في هذه الظروف.

ترتيب الجسيمات في حالات مختلفة من المادة. الصورة: ttsz
المصدر: Getty Images

عندما تنخفض درجات الحرارة إلى نقطة التجمد (صفر درجة مئوية) ، فإنها تغير حالتها إلى صلبة (جليد). يمكن أيضًا تغيير شكله إلى غازي عندما ترتفع درجات الحرارة إلى ما بعد نقطة الغليان (100 درجة مئوية).

ها أنت ذا. هذه بعض أهم الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمياه التي يجب أن تعرفها.

فوائد الصبار على الوجه بين عشية وضحاها: سر جمال بسيط

كما نشر موقع Legit.ng مقالاً عن العبارات التشاركية. العبارة التشاركية هي مجموعة من الكلمات التي تظهر كفعل ولكنها تعمل كصفة. يحتوي على أجزاء مختلفة - يبدأ بالمشاركة ثم يشتمل على معدِّلات أخرى وكائنات مباشرة (أو مكملات للموضوع).

كان هذا الموضوع حتى الآن مجالًا للنقاش بين العديد من المتعلمين. على الرغم من أنه يبدو أمرًا شائعًا ، ويحدث في معظم الجمل التي تقرأها في الروايات أو المجلات ، إلا أن معظم الناس لا يفهمون ما هو.


محتويات

الماء هو مادة كيميائية لها الصيغة الكيميائية H
2 O يحتوي جزيء واحد من الماء على ذرتين من الهيدروجين مرتبطة تساهميًا بذرة أكسجين واحدة. [24] الماء سائل عديم الرائحة لا طعم له في درجة الحرارة والضغط المحيطين. يحتوي الماء السائل على نطاقات امتصاص ضعيفة عند أطوال موجية تبلغ حوالي 750 نانومتر مما يجعلها تبدو زرقاء اللون. [3] يمكن ملاحظة ذلك بسهولة في الحمام المملوء بالماء أو حوض الغسيل الذي تكون البطانة بيضاء. بلورات الجليد الكبيرة ، كما هو الحال في الأنهار الجليدية ، تظهر أيضًا باللون الأزرق.

في ظل الظروف القياسية ، يكون الماء سائلًا بشكل أساسي ، على عكس الهيدرات المماثلة الأخرى لعائلة الأكسجين ، والتي تكون غازية بشكل عام. هذه الخاصية الفريدة للمياه ترجع إلى الترابط الهيدروجيني. جزيئات الماء تتحرك باستمرار فيما يتعلق ببعضها البعض ، والروابط الهيدروجينية تتكسر وتتشكل باستمرار في نطاقات زمنية أسرع من 200 فمتوثانية (2 × 10 13 ثانية). [25] ومع ذلك ، فإن هذه الروابط قوية بما يكفي لخلق العديد من الخصائص المميزة للماء ، وبعضها يجعله جزءًا لا يتجزأ من الحياة.

تحرير الماء والجليد والبخار

داخل الغلاف الجوي للأرض وسطحها ، تكون المرحلة السائلة هي الأكثر شيوعًا وهي الشكل الذي يُشار إليه عمومًا بكلمة "ماء". تُعرف المرحلة الصلبة من الماء بالجليد وعادة ما تأخذ بنية البلورات الصلبة والمندمجة ، مثل مكعبات الثلج ، أو البلورات الحبيبية المتراكمة بشكل فضفاض ، مثل الثلج. بصرف النظر عن الجليد البلوري السداسي الشائع ، تُعرف أطوار الجليد البلورية وغير المتبلورة الأخرى. تُعرف المرحلة الغازية للماء باسم بخار الماء (أو البخار). يتكون البخار المرئي والغيوم من قطرات صغيرة من الماء معلقة في الهواء.

يشكل الماء أيضًا سائلًا فوق الحرج. درجة الحرارة الحرجة 647 كلفن والضغط الحرج 22.064 ميجا باسكال. في الطبيعة ، نادرًا ما يحدث هذا في ظروف معادية للغاية. من الأمثلة المحتملة للمياه فوق الحرجة التي تحدث بشكل طبيعي في الأجزاء الأكثر سخونة من فتحات المياه العميقة الحرارية المائية ، حيث يتم تسخين المياه إلى درجة الحرارة الحرجة بواسطة أعمدة بركانية وينتج الضغط الحرج عن وزن المحيط في الأعماق القصوى حيث الفتحات تقع. يتم الوصول إلى هذا الضغط على عمق حوالي 2200 متر: أقل بكثير من متوسط ​​عمق المحيط (3800 متر). [26]

تحرير السعة الحرارية وسخانات التبخير والانصهار

يتمتع الماء بسعة حرارية عالية جدًا تبلغ 4184 جول / (كجم · كلفن) عند 25 درجة مئوية - وهي ثاني أعلى نسبة بين جميع الأنواع غير المتجانسة (بعد الأمونيا) ، بالإضافة إلى درجة حرارة عالية للتبخر (40.65 كيلو جول / مول أو 2257 كيلو جول / كجم عند نقطة الغليان العادية) ، وكلاهما ناتج عن الرابطة الهيدروجينية الواسعة بين جزيئاته. تسمح هاتان الخواص غير العادية للمياه بتلطيف مناخ الأرض عن طريق تخفيف التقلبات الكبيرة في درجات الحرارة. تراكمت معظم الطاقة الإضافية المخزنة في النظام المناخي منذ عام 1970 في المحيطات. [27]

المحتوى الحراري المحدد للانصهار (المعروف أكثر باسم الحرارة الكامنة) للماء هو 333.55 كيلو جول / كجم عند 0 درجة مئوية: نفس كمية الطاقة المطلوبة لإذابة الجليد بالنسبة للثلج الدافئ من -160 درجة مئوية حتى نقطة الانصهار أو لتسخين نفس الكمية من الماء بحوالي 80 درجة مئوية. من المواد الشائعة ، فقط الأمونيا أعلى. تمنح هذه الخاصية مقاومة للذوبان على جليد الأنهار الجليدية والجليد الطافي. قبل وبعد ظهور التبريد الميكانيكي ، كان الثلج ولا يزال شائع الاستخدام لتثبيط تلف الطعام.

تبلغ السعة الحرارية النوعية للجليد عند -10 درجة مئوية 2030 جول / (كجم · كلفن) [28] والسعة الحرارية للبخار عند 100 درجة مئوية هي 2080 جول / (كجم · كلفن). [29]

كثافة الماء والجليد تحرير

تبلغ كثافة الماء حوالي 1 جرام لكل سنتيمتر مكعب (62 رطل / قدم مكعب): تم استخدام هذه العلاقة في الأصل لتحديد الجرام. [30] تختلف الكثافة باختلاف درجة الحرارة ، ولكن ليس خطيًا: مع زيادة درجة الحرارة ، ترتفع الكثافة إلى ذروتها عند 3.98 درجة مئوية (39.16 درجة فهرنهايت) ثم تنخفض [31] وهذا أمر غير معتاد. [د] الثلج العادي السداسي هو أيضًا أقل كثافة من الماء السائل - عند التجميد ، تقل كثافة الماء بحوالي 9٪. [34] [هـ]

ترجع هذه التأثيرات إلى تقليل الحركة الحرارية مع التبريد ، مما يسمح لجزيئات الماء بتكوين المزيد من الروابط الهيدروجينية التي تمنع الجزيئات من الاقتراب من بعضها البعض. [31] بينما تحت 4 درجات مئوية ، فإن كسر الروابط الهيدروجينية بسبب التسخين يسمح لجزيئات الماء بالتجمع بشكل أقرب على الرغم من الزيادة في الحركة الحرارية (التي تميل إلى توسيع السائل) ، يتوسع الماء فوق 4 درجات مئوية مع زيادة درجة الحرارة. [31] الماء بالقرب من نقطة الغليان أقل كثافة بنحو 4٪ من الماء عند 4 درجات مئوية (39 درجة فهرنهايت). [34] [و]

تحت الضغط المتزايد ، يخضع الجليد لعدد من التحولات إلى أشكال متعددة أخرى ذات كثافة أعلى من الماء السائل ، مثل الجليد II ، والجليد III ، والجليد غير المتبلور عالي الكثافة (HDA) ، والجليد غير المتبلور عالي الكثافة (VHDA). [35] [36]

يعد منحنى الكثافة غير المعتاد وكثافة الجليد الأقل من كثافة الماء أمرًا حيويًا للحياة - إذا كان الماء أكثر كثافة عند نقطة التجمد ، ففي الشتاء ستغرق المياه شديدة البرودة على سطح البحيرات والأجسام المائية الأخرى ، ويمكن أن تتجمد البحيرات من من الأسفل إلى الأعلى ، وستقتل كل الحياة فيها. [34] علاوة على ذلك ، نظرًا لأن الماء عازل حراري جيد (نظرًا لقدرته الحرارية) ، فقد لا تذوب بعض البحيرات المجمدة تمامًا في الصيف. [34] طبقة الجليد التي تطفو على السطح تعزل الماء تحتها. [37] تغرق المياه عند حوالي 4 درجات مئوية (39 درجة فهرنهايت) أيضًا في القاع ، وبالتالي تحافظ على درجة حرارة الماء عند قاعها ثابتة (انظر الرسم البياني). [34]

كثافة المياه المالحة والجليد تحرير

تعتمد كثافة المياه المالحة على محتوى الملح المذاب بالإضافة إلى درجة الحرارة. لا يزال الجليد يطفو في المحيطات ، وإلا فإنها ستتجمد من الأسفل إلى الأعلى. ومع ذلك ، فإن محتوى الملح في المحيطات يقلل من درجة التجمد بنحو 1.9 درجة مئوية [38] (انظر هنا للتوضيح) ويخفض درجة حرارة أقصى كثافة للماء إلى درجة التجمد السابقة عند 0 درجة مئوية. لهذا السبب ، في مياه المحيطات ، يكون الحمل الحراري للمياه الباردة ليس يسدها تمدد الماء حيث يصبح أكثر برودة بالقرب من نقطة التجمد. يستمر الماء البارد للمحيطات بالقرب من نقطة التجمد في الغرق. لذا فإن الكائنات التي تعيش في قاع المحيطات الباردة مثل المحيط المتجمد الشمالي تعيش عمومًا في مياه أكثر برودة بمقدار 4 درجات مئوية عن قاع البحيرات والأنهار المتجمدة فوق المياه العذبة.

عندما يبدأ سطح الماء المالح بالتجمد (عند -1.9 درجة مئوية [38] بالنسبة لمياه البحر ذات الملوحة العادية ، 3.5٪) فإن الجليد الذي يتكون بشكل أساسي يكون خاليًا من الملح ، وبنفس كثافة جليد المياه العذبة تقريبًا. يطفو هذا الجليد على السطح ، ويضيف الملح "المتجمد" إلى ملوحة وكثافة مياه البحر تحته مباشرة ، في عملية تعرف باسم رفض المحلول الملحي. تغرق هذه المياه المالحة الأكثر كثافة بالحمل الحراري ويخضع استبدال مياه البحر لنفس العملية. ينتج هذا أساسًا جليدًا من المياه العذبة بدرجة حرارة -1.9 درجة مئوية [38] على السطح. تؤدي الكثافة المتزايدة لمياه البحر تحت الجليد المتشكل إلى غرقها نحو القاع. على نطاق واسع ، تؤدي عملية رفض المحلول الملحي وغرق المياه المالحة الباردة إلى تكوين تيارات محيطية لنقل هذه المياه بعيدًا عن القطبين ، مما يؤدي إلى نظام عالمي للتيارات يسمى الدورة الحرارية الملحية.

تعديل الاختلاط والتكثيف

الماء قابل للامتزاج مع العديد من السوائل ، بما في ذلك الإيثانول بجميع النسب. الماء ومعظم الزيوت غير قابلة للامتزاج عادة ما تكون طبقات حسب الكثافة المتزايدة من الأعلى. يمكن توقع ذلك من خلال مقارنة القطبية. الماء مركب قطبي نسبيًا يميل إلى الامتزاج مع السوائل ذات القطبية العالية مثل الإيثانول والأسيتون ، في حين أن المركبات ذات القطبية المنخفضة تميل إلى أن تكون غير قابلة للامتزاج وقابلة للذوبان بشكل سيئ مثل الهيدروكربونات.

كغاز ، بخار الماء قابل للامتزاج تمامًا بالهواء. من ناحية أخرى ، يكون الحد الأقصى لضغط بخار الماء المستقر ديناميكيًا مع السائل (أو الصلب) عند درجة حرارة معينة منخفضًا نسبيًا مقارنة بالضغط الجوي الكلي. على سبيل المثال ، إذا كان الضغط الجزئي للبخار هو 2٪ من الضغط الجوي وتم تبريد الهواء من 25 درجة مئوية ، يبدأ الماء عند حوالي 22 درجة مئوية في التكثف ، وتحديد نقطة التكثف ، وخلق الضباب أو الندى. تمثل العملية العكسية احتراق الضباب في الصباح. إذا زادت الرطوبة في درجة حرارة الغرفة ، على سبيل المثال ، عن طريق تشغيل دش ساخن أو حوض استحمام ، وظلت درجة الحرارة على حالها تقريبًا ، وسرعان ما يصل البخار إلى الضغط لتغيير الطور ثم يتكثف على شكل قطرات ماء دقيقة ، يشار إليها عادةً كالبخار.

الغاز المشبع أو الغاز ذو الرطوبة النسبية 100٪ يحدث عندما يكون ضغط بخار الماء في الهواء في حالة توازن مع ضغط البخار بسبب ماء الماء (السائل) (أو الثلج ، إذا كان باردًا بدرجة كافية) سيفشل في فقد الكتلة من خلال التبخر عند تعرضه للهواء المشبع. نظرًا لأن كمية بخار الماء في الهواء صغيرة ، فإن الرطوبة النسبية ، تكون نسبة الضغط الجزئي الناتج عن بخار الماء إلى ضغط البخار الجزئي المشبع أكثر فائدة. يُطلق على ضغط البخار الذي يزيد عن 100٪ الرطوبة النسبية اسم التشبع الفائق ويمكن أن يحدث إذا تم تبريد الهواء بسرعة ، على سبيل المثال ، عن طريق الارتفاع المفاجئ في تيار صاعد. [ز]

تحرير ضغط البخار

تحرير الانضغاطية

انضغاطية الماء هي دالة للضغط ودرجة الحرارة. عند 0 درجة مئوية ، عند حد الضغط الصفري ، تكون الانضغاطية 5.1 × 10 −10 باسكال -1. عند حد الضغط الصفري ، تصل قابلية الانضغاط إلى الحد الأدنى 4.4 × 10 10 باسكال -1 حوالي 45 درجة مئوية قبل الزيادة مرة أخرى مع زيادة درجة الحرارة. كلما زاد الضغط ، تقل الانضغاطية ، لتصبح 3.9 × 10 −10 باسكال -1 عند 0 درجة مئوية و 100 ميغا باسكال (1000 بار). [39]

يبلغ معامل كتلة الماء حوالي 2.2 جيجا باسكال. [40] إن الانضغاطية المنخفضة للغازات غير الغازية ، والماء على وجه الخصوص ، تؤدي في كثير من الأحيان إلى افتراض أنها غير قابلة للضغط. تعني الانضغاطية المنخفضة للمياه أنه حتى في أعماق المحيطات على عمق 4 كيلومترات ، حيث يبلغ الضغط 40 ميجا باسكال ، لا يوجد سوى انخفاض بنسبة 1.8٪ في الحجم. [40]

يتراوح معامل الكتلة للجليد المائي من 11.3 جيجا باسكال عند 0 كلفن وحتى 8.6 جيجا باسكال عند 273 كلفن [41] والتغير الكبير في انضغاط الجليد كدالة لدرجة الحرارة هو نتيجة لمعامل التمدد الحراري الكبير نسبيًا مقارنة بالمعامل الأخرى. المواد الصلبة المشتركة.

نقطة ثلاثية التحرير

درجة الحرارة والضغط التي تتعايش عندها المياه الصلبة والسائلة والغازية في حالة توازن هي نقطة ثلاثية من الماء. منذ عام 1954 ، تم استخدام هذه النقطة لتحديد الوحدة الأساسية لدرجة الحرارة ، كلفن [42] [43] ولكن بدءًا من عام 2019 ، يتم تعريف كلفن باستخدام ثابت بولتزمان ، بدلاً من النقطة الثلاثية للماء. [44]

نظرًا لوجود العديد من الأشكال (الأشكال) من الجليد ، فإن الماء له نقاط ثلاثية أخرى ، والتي تحتوي إما على ثلاثة أشكال من الجليد أو اثنين من أشكال الجليد والسائل في حالة توازن. [43] أنتج جوستاف هاينريش يوهان أبولون تامان في جوتنجن بيانات عن عدة نقاط ثلاثية أخرى في أوائل القرن العشرين. وثق كامب وآخرون نقاطًا ثلاثية أخرى في الستينيات. [45] [46] [47]

النقاط الثلاثية المختلفة للماء
مراحل التوازن المستقر ضغط درجة حرارة
ماء سائل ، ثلج أناح، وبخار الماء 611.657 باسكال [48] 273.16 كلفن (0.01 درجة مئوية)
ماء سائل ، ثلج أناح، والجليد الثالث 209.9 ميجا باسكال 251 كلفن (−22 درجة مئوية)
الماء السائل والجليد الثالث والجليد الخامس 350.1 ميجا باسكال −17.0 درجة مئوية
الماء السائل والجليد V والجليد VI 632.4 ميجا باسكال 0.16 درجة مئوية
أنا الجليدحوالجليد الثاني والجليد الثالث 213 ميجا باسكال −35 درجة مئوية
الجليد الثاني والجليد الثالث والجليد الخامس 344 ميجا باسكال −24 درجة مئوية
الجليد الثاني والجليد الخامس والجليد السادس 626 ميجا باسكال −70 درجة مئوية

تعديل نقطة الانصهار

نقطة انصهار الجليد هي 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت 273 كلفن) عند الضغط القياسي ، ومع ذلك ، يمكن تبريد الماء السائل النقي بدرجة أقل بكثير من درجة الحرارة دون أن يتجمد إذا لم يكن السائل مضطربًا ميكانيكيًا. يمكن أن تظل في حالة سائلة وصولاً إلى نقطة نواة متجانسة تبلغ حوالي 231 كلفن (−42 درجة مئوية -44 درجة فهرنهايت). [49] تنخفض نقطة انصهار الجليد السداسي العادي قليلاً تحت ضغوط عالية معتدلة ، بمقدار 0.0073 درجة مئوية (0.0131 درجة فهرنهايت) / atm [ساعة] أو حوالي 0.5 درجة مئوية (0.90 درجة فهرنهايت) / 70 ضغط جوي [i] [50] نظرًا لأن طاقة تثبيت الرابطة الهيدروجينية يتم تجاوزها عن طريق التنافر بين الجزيئات ، ولكن عندما يتحول الجليد إلى أشكاله المتعددة الأشكال (انظر الحالات البلورية للجليد) فوق 209.9 ميجا باسكال (2.072 ضغط جوي) ، تزداد نقطة الانصهار بشكل ملحوظ مع الضغط ، أي تصل إلى 355 كلفن (82). درجة مئوية) عند 2.216 جيجا باسكال (21870 ضغط جوي) (النقطة الثلاثية للجليد السابع [51]).

تحرير الخصائص الكهربائية

تحرير الموصلية الكهربائية

الماء النقي الذي لا يحتوي على أيونات خارجية هو عازل إلكتروني ممتاز ، ولكن حتى الماء "منزوع الأيونات" لا يكون خاليًا تمامًا من الأيونات. يخضع الماء للتأين التلقائي في الحالة السائلة عندما يشكل جزيء ماء واحد أنيون هيدروكسيد واحد (OH -
) وكاتيون هيدرونيوم واحد (H
3 O +
). بسبب التأين التلقائي ، في درجات الحرارة المحيطة ، يكون للماء السائل النقي تركيز حامل شحنة جوهري مماثل للجرمانيوم شبه الموصّل وتركيز حامل شحنة جوهري أكبر بثلاث مرات من السيليكون أشباه الموصلات ، وبالتالي ، بناءً على تركيز حامل الشحنة ، لا يمكن للماء تعتبر مادة عازلة تمامًا أو عازلًا كهربائيًا ولكنها موصل محدود للشحنة الأيونية [52].

نظرًا لأن الماء مذيب جيد ، فغالبًا ما يحتوي على مادة مذابة فيه ، وغالبًا ما يكون ملحًا. إذا كان الماء يحتوي حتى على كمية ضئيلة من هذه الشوائب ، فيمكن للأيونات أن تحمل الشحنات ذهابًا وإيابًا ، مما يسمح للماء بتوصيل الكهرباء بسهولة أكبر.

من المعروف أن المقاومة الكهربائية القصوى النظرية للماء تبلغ حوالي 18.2 ميكرون سم (182 كيلو متر مكعب) عند 25 درجة مئوية. [53] يتوافق هذا الرقم جيدًا مع ما يُلاحظ عادةً في أنظمة التناضح العكسي ، وأنظمة المياه فائقة النقاء المفلترة للغاية والمنزلة الأيونات المستخدمة ، على سبيل المثال ، في مصانع تصنيع أشباه الموصلات. يبدأ مستوى الملح أو الملوث الحمضي الذي يتجاوز حتى 100 جزء لكل تريليون (جزء لكل تريليون) في الماء شديد النقاء في خفض مقاومته بشكل ملحوظ بما يصل إلى عدة كيلو مترات. [ بحاجة لمصدر ]

في الماء النقي ، يمكن للمعدات الحساسة الكشف عن موصلية كهربائية طفيفة جدًا تبلغ 0.05501 ± 0.0001 ميكرو ثانية / سم عند 25.00 درجة مئوية. [53] يمكن أيضًا أن يتحلل الماء إلى أكسجين وغازات هيدروجين ، ولكن في حالة عدم وجود أيونات مذابة ، فهذه عملية بطيئة جدًا ، حيث يتم توصيل تيار ضئيل للغاية. في الجليد ، حوامل الشحنة الأولية هي البروتونات (انظر موصل البروتون). [54] كان يُعتقد سابقًا أن الجليد لديه موصلية صغيرة ولكن قابلة للقياس تبلغ 1 × 10-10 S / cm ، ولكن يُعتقد الآن أن هذه الموصلية بالكامل تقريبًا ناتجة عن عيوب السطح ، وبدون ذلك ، يكون الجليد عازلًا له صغر حجم التوصيل. [31]

تحرير الترابط بين القطبية والهيدروجين

سمة مهمة للمياه هي طبيعتها القطبية. يحتوي الهيكل على هندسة جزيئية منحنية لهذين الهيدروجين من قمة الأكسجين. تحتوي ذرة الأكسجين أيضًا على زوجان منفردان من الإلكترونات. أحد التأثيرات التي تُنسب عادةً إلى الأزواج المنفردة هو أن زاوية انحناء الطور الغازي H - O - H هي 104.48 درجة ، [55] وهي أصغر من زاوية التتراهدرا النموذجية البالغة 109.47 درجة. تكون الأزواج الوحيدة أقرب إلى ذرة الأكسجين من الإلكترونات المرتبطة بالهيدروجين ، لذا فهي تتطلب مساحة أكبر. يؤدي التنافر المتزايد للأزواج المنفردة إلى إجبار روابط O-H على التقارب من بعضها البعض. [56]

نتيجة أخرى لهيكلها هي أن الماء جزيء قطبي. بسبب الاختلاف في الكهربية ، يشير عزم السندات ثنائي القطب من كل H إلى O ، مما يجعل الأكسجين سالبًا جزئيًا وكل هيدروجين موجب جزئيًا. يشير ثنائي القطب الجزيئي الكبير من منطقة بين ذرتي الهيدروجين إلى ذرة الأكسجين. تؤدي فروق الشحنة إلى تجمع جزيئات الماء (تنجذب المناطق الإيجابية نسبيًا إلى المناطق السلبية نسبيًا). يفسر هذا الجذب ، الرابطة الهيدروجينية ، العديد من خصائص الماء ، مثل خصائصه المذيبة. [57]

على الرغم من أن الترابط الهيدروجيني عامل جذب ضعيف نسبيًا مقارنة بالروابط التساهمية داخل جزيء الماء نفسه ، إلا أنه مسؤول عن العديد من الخصائص الفيزيائية للماء. تتضمن هذه الخصائص درجات حرارة عالية نسبيًا عند درجة الانصهار والغليان: يلزم المزيد من الطاقة لكسر الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء. في المقابل ، فإن كبريتيد الهيدروجين (H
2 S) ، لديه روابط هيدروجينية أضعف بكثير بسبب انخفاض كهرسلبية الكبريت. ح
2 S هو غاز في درجة حرارة الغرفة ، على الرغم من احتواء كبريتيد الهيدروجين على ضعف الكتلة المولية للماء تقريبًا. كما أن الترابط الإضافي بين جزيئات الماء يمنح الماء السائل سعة حرارية كبيرة محددة. هذه السعة الحرارية العالية تجعل الماء وسيلة تخزين حرارة جيدة (مبرد) ودرع حراري.

تحرير التماسك والالتصاق

تبقى جزيئات الماء قريبة من بعضها البعض (التماسك) ، بسبب العمل الجماعي للروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء. تنكسر روابط الهيدروجين هذه باستمرار ، مع تكوين روابط جديدة مع جزيئات ماء مختلفة ولكن في أي وقت في عينة من الماء السائل ، يتم تجميع جزء كبير من الجزيئات معًا بواسطة هذه الروابط. [58]

للماء أيضًا خصائص التصاق عالية بسبب طبيعته القطبية. على الزجاج النظيف الأملس ، قد يشكل الماء غشاء رقيقًا لأن القوى الجزيئية بين جزيئات الزجاج والماء (قوى الالتصاق) أقوى من قوى التماسك. [ بحاجة لمصدر ] في الخلايا والعضيات البيولوجية ، يتلامس الماء مع الأسطح الغشائية والبروتينية المحبة للماء ، أي الأسطح التي لها جاذبية قوية للماء. لاحظ إيرفينغ لانجموير وجود قوة دافعة قوية بين الأسطح المحبة للماء. لتجفيف الأسطح المحبة للماء - لإزالة طبقات الماء المتماسكة بشدة - يتطلب القيام بعمل كبير ضد هذه القوى ، تسمى قوى الترطيب. هذه القوى كبيرة جدًا ولكنها تتناقص بسرعة على مدى نانومتر أو أقل. [59] وهي مهمة في علم الأحياء ، خاصة عندما تتعرض الخلايا للجفاف بسبب التعرض للأجواء الجافة أو التجميد خارج الخلية. [60]

تحرير التوتر السطحي

Water has an unusually high surface tension of 71.99 mN/m at 25 °C [61] which is caused by the strength of the hydrogen bonding between water molecules. [62] This allows insects to walk on water. [62]

Capillary action Edit

Because water has strong cohesive and adhesive forces, it exhibits capillary action. [63] Strong cohesion from hydrogen bonding and adhesion allows trees to transport water more than 100 m upward. [62]

Water as a solvent Edit

Water is an excellent solvent due to its high dielectric constant. [64] Substances that mix well and dissolve in water are known as hydrophilic ("water-loving") substances, while those that do not mix well with water are known as hydrophobic ("water-fearing") substances. [65] The ability of a substance to dissolve in water is determined by whether or not the substance can match or better the strong attractive forces that water molecules generate between other water molecules. If a substance has properties that do not allow it to overcome these strong intermolecular forces, the molecules are precipitated out from the water. Contrary to the common misconception, water and hydrophobic substances do not "repel", and the hydration of a hydrophobic surface is energetically, but not entropically, favorable.

When an ionic or polar compound enters water, it is surrounded by water molecules (hydration). The relatively small size of water molecules (

3 angstroms) allows many water molecules to surround one molecule of solute. The partially negative dipole ends of the water are attracted to positively charged components of the solute, and vice versa for the positive dipole ends.

In general, ionic and polar substances such as acids, alcohols, and salts are relatively soluble in water, and non-polar substances such as fats and oils are not. Non-polar molecules stay together in water because it is energetically more favorable for the water molecules to hydrogen bond to each other than to engage in van der Waals interactions with non-polar molecules.

An example of an ionic solute is table salt the sodium chloride, NaCl, separates into Na +
cations and Cl −
anions, each being surrounded by water molecules. The ions are then easily transported away from their crystalline lattice into solution. An example of a nonionic solute is table sugar. The water dipoles make hydrogen bonds with the polar regions of the sugar molecule (OH groups) and allow it to be carried away into solution.

Quantum tunneling Edit

The quantum tunneling dynamics in water was reported as early as 1992. At that time it was known that there are motions which destroy and regenerate the weak hydrogen bond by internal rotations of the substituent water monomers. [66] On 18 March 2016, it was reported that the hydrogen bond can be broken by quantum tunneling in the water hexamer. Unlike previously reported tunneling motions in water, this involved the concerted breaking of two hydrogen bonds. [67] Later in the same year, the discovery of the quantum tunneling of water molecules was reported. [68]

Electromagnetic absorption Edit

Water is relatively transparent to visible light, near ultraviolet light, and far-red light, but it absorbs most ultraviolet light, infrared light, and microwaves. Most photoreceptors and photosynthetic pigments utilize the portion of the light spectrum that is transmitted well through water. Microwave ovens take advantage of water's opacity to microwave radiation to heat the water inside of foods. Water's light blue colour is caused by weak absorption in the red part of the visible spectrum. [3] [69]

A single water molecule can participate in a maximum of four hydrogen bonds because it can accept two bonds using the lone pairs on oxygen and donate two hydrogen atoms. Other molecules like hydrogen fluoride, ammonia, and methanol can also form hydrogen bonds. However, they do not show anomalous thermodynamic, kinetic or structural properties like those observed in water because none of them can form four hydrogen bonds: either they cannot donate or accept hydrogen atoms, or there are steric effects in bulky residues. In water, intermolecular tetrahedral structures form due to the four hydrogen bonds, thereby forming an open structure and a three-dimensional bonding network, resulting in the anomalous decrease in density when cooled below 4 °C. This repeated, constantly reorganizing unit defines a three-dimensional network extending throughout the liquid. This view is based upon neutron scattering studies and computer simulations, and it makes sense in the light of the unambiguously tetrahedral arrangement of water molecules in ice structures.

However, there is an alternative theory for the structure of water. In 2004, a controversial paper from Stockholm University suggested that water molecules in the liquid state typically bind not to four but only two others thus forming chains and rings. The term "string theory of water" (which is not to be confused with the string theory of physics) was coined. These observations were based upon X-ray absorption spectroscopy that probed the local environment of individual oxygen atoms. [70]

Molecular structure Edit

The repulsive effects of the two lone pairs on the oxygen atom cause water to have a bent, not linear, molecular structure, [71] allowing it to be polar. The hydrogen-oxygen-hydrogen angle is 104.45°, which is less than the 109.47° for ideal sp 3 hybridization. The valence bond theory explanation is that the oxygen atom's lone pairs are physically larger and therefore take up more space than the oxygen atom's bonds to the hydrogen atoms. [72] The molecular orbital theory explanation (Bent's rule) is that lowering the energy of the oxygen atom's nonbonding hybrid orbitals (by assigning them more s character and less p character) and correspondingly raising the energy of the oxygen atom's hybrid orbitals bonded to the hydrogen atoms (by assigning them more p character and less s character) has the net effect of lowering the energy of the occupied molecular orbitals because the energy of the oxygen atom's nonbonding hybrid orbitals contributes completely to the energy of the oxygen atom's lone pairs while the energy of the oxygen atom's other two hybrid orbitals contributes only partially to the energy of the bonding orbitals (the remainder of the contribution coming from the hydrogen atoms' 1s orbitals).

Self-ionization Edit

In liquid water there is some self-ionization giving hydronium ions and hydroxide ions.

The equilibrium constant for this reaction, known as the ionic product of water, K w = [ H 3 O + ] [ O H − ] >=[< m O^<+>>>][< m >>]> , has a value of about 10 − 14 at 25 °C. At neutral pH, the concentration of the hydroxide ion ( OH −
) equals that of the (solvated) hydrogen ion ( H +
), with a value close to 10 −7 mol L −1 at 25 °C. [73] See data page for values at other temperatures.

The thermodynamic equilibrium constant is a quotient of thermodynamic activities of all products and reactants including water:

However for dilute solutions, the activity of a solute such as H3O + or OH − is approximated by its concentration, and the activity of the solvent H2O is approximated by 1, so that we obtain the simple ionic product K e q ≈ K w = [ H 3 O + ] [ O H − ] >approx K_< m >=[< m O^<+>>>][< m >>]>

Geochemistry Edit

The action of water on rock over long periods of time typically leads to weathering and water erosion, physical processes that convert solid rocks and minerals into soil and sediment, but under some conditions chemical reactions with water occur as well, resulting in metasomatism or mineral hydration, a type of chemical alteration of a rock which produces clay minerals. It also occurs when Portland cement hardens.

Water ice can form clathrate compounds, known as clathrate hydrates, with a variety of small molecules that can be embedded in its spacious crystal lattice. The most notable of these is methane clathrate, 4 CH
4 ·23H
2 O , naturally found in large quantities on the ocean floor.

Acidity in nature Edit

Rain is generally mildly acidic, with a pH between 5.2 and 5.8 if not having any acid stronger than carbon dioxide. [74] If high amounts of nitrogen and sulfur oxides are present in the air, they too will dissolve into the cloud and raindrops, producing acid rain.

Several isotopes of both hydrogen and oxygen exist, giving rise to several known isotopologues of water. Vienna Standard Mean Ocean Water is the current international standard for water isotopes. Naturally occurring water is almost completely composed of the neutron-less hydrogen isotope protium. Only 155 ppm include deuterium ( 2
H or D), a hydrogen isotope with one neutron, and fewer than 20 parts per quintillion include tritium ( 3
H or T), which has two neutrons. Oxygen also has three stable isotopes, with 16
O present in 99.76%, 17
O in 0.04%, and 18
O in 0.2% of water molecules. [75]

Deuterium oxide, D
2 O , is also known as heavy water because of its higher density. It is used in nuclear reactors as a neutron moderator. Tritium is radioactive, decaying with a half-life of 4500 days THO exists in nature only in minute quantities, being produced primarily via cosmic ray-induced nuclear reactions in the atmosphere. Water with one protium and one deuterium atom HDO occur naturally in ordinary water in low concentrations (

0.03%) and D
2 O in far lower amounts (0.000003%) and any such molecules are temporary as the atoms recombine.

The most notable physical differences between H
2 O and D
2 O , other than the simple difference in specific mass, involve properties that are affected by hydrogen bonding, such as freezing and boiling, and other kinetic effects. This is because the nucleus of deuterium is twice as heavy as protium, and this causes noticeable differences in bonding energies. The difference in boiling points allows the isotopologues to be separated. The self-diffusion coefficient of H
2 O at 25 °C is 23% higher than the value of D
2 O . [76] Because water molecules exchange hydrogen atoms with one another, hydrogen deuterium oxide (DOH) is much more common in low-purity heavy water than pure dideuterium monoxide D
2 O .

Consumption of pure isolated D
2 O may affect biochemical processes – ingestion of large amounts impairs kidney and central nervous system function. Small quantities can be consumed without any ill-effects humans are generally unaware of taste differences, [77] but sometimes report a burning sensation [78] or sweet flavor. [79] Very large amounts of heavy water must be consumed for any toxicity to become apparent. Rats, however, are able to avoid heavy water by smell, and it is toxic to many animals. [80]

Light water refers to deuterium-depleted water (DDW), water in which the deuterium content has been reduced below the standard 155 ppm level.

Water is the most abundant substance on Earth and also the third most abundant molecule in the universe, after H
2 and CO . [21] 0.23 ppm of the earth's mass is water and 97.39% of the global water volume of 1.38 × 10 9 km 3 is found in the oceans. [81]

Acid-base reactions Edit

Water is amphoteric: it has the ability to act as either an acid or a base in chemical reactions. [82] According to the Brønsted-Lowry definition, an acid is a proton ( H +
) donor and a base is a proton acceptor. [83] When reacting with a stronger acid, water acts as a base when reacting with a stronger base, it acts as an acid. [83] For instance, water receives an H +
ion from HCl when hydrochloric acid is formed:

In the reaction with ammonia, NH
3 , water donates a H +
ion, and is thus acting as an acid:

Because the oxygen atom in water has two lone pairs, water often acts as a Lewis base, or electron-pair donor, in reactions with Lewis acids, although it can also react with Lewis bases, forming hydrogen bonds between the electron pair donors and the hydrogen atoms of water. HSAB theory describes water as both a weak hard acid and a weak hard base, meaning that it reacts preferentially with other hard species:

When a salt of a weak acid or of a weak base is dissolved in water, water can partially hydrolyze the salt, producing the corresponding base or acid, which gives aqueous solutions of soap and baking soda their basic pH:

Ligand chemistry Edit

Water's Lewis base character makes it a common ligand in transition metal complexes, examples of which include metal aquo complexes such as Fe(H
2 O) 2+
6 to perrhenic acid, which contains two water molecules coordinated to a rhenium center. In solid hydrates, water can be either a ligand or simply lodged in the framework, or both. Thus, FeSO
4 ·7H
2 O consists of [Fe2(H2O)6] 2+ centers and one "lattice water". Water is typically a monodentate ligand, i.e., it forms only one bond with the central atom. [84]

Organic chemistry Edit

As a hard base, water reacts readily with organic carbocations for example in a hydration reaction, a hydroxyl group ( OH −
) and an acidic proton are added to the two carbon atoms bonded together in the carbon-carbon double bond, resulting in an alcohol. When the addition of water to an organic molecule cleaves the molecule in two, hydrolysis is said to occur. Notable examples of hydrolysis are the saponification of fats and the digestion of proteins and polysaccharides. Water can also be a leaving group in Sن2 substitution and E2 elimination reactions the latter is then known as a dehydration reaction.

Water in redox reactions Edit

Water contains hydrogen in the oxidation state +1 and oxygen in the oxidation state −2. [85] It oxidizes chemicals such as hydrides, alkali metals, and some alkaline earth metals. [86] [87] One example of an alkali metal reacting with water is: [88]

Some other reactive metals, such as aluminum and beryllium, are oxidized by water as well, but their oxides adhere to the metal and form a passive protective layer. [89] Note that the rusting of iron is a reaction between iron and oxygen [90] that is dissolved in water, not between iron and water.

Water can be oxidized to emit oxygen gas, but very few oxidants react with water even if their reduction potential is greater than the potential of O
2 /H
2 O . Almost all such reactions require a catalyst. [91] An example of the oxidation of water is:

Electrolysis Edit

Water can be split into its constituent elements, hydrogen, and oxygen, by passing an electric current through it. [92] This process is called electrolysis. The cathode half reaction is:

The anode half reaction is:

The gases produced bubble to the surface, where they can be collected or ignited with a flame above the water if this was the intention. The required potential for the electrolysis of pure water is 1.23 V at 25 °C. [92] The operating potential is actually 1.48 V or higher in practical electrolysis.

Henry Cavendish showed that water was composed of oxygen and hydrogen in 1781. [93] The first decomposition of water into hydrogen and oxygen, by electrolysis, was done in 1800 by English chemist William Nicholson and Anthony Carlisle. [93] [94] In 1805, Joseph Louis Gay-Lussac and Alexander von Humboldt showed that water is composed of two parts hydrogen and one part oxygen. [95]

Gilbert Newton Lewis isolated the first sample of pure heavy water in 1933. [96]

The properties of water have historically been used to define various temperature scales. Notably, the Kelvin, Celsius, Rankine, and Fahrenheit scales were, or currently are, defined by the freezing and boiling points of water. The less common scales of Delisle, Newton, Réaumur and Rømer were defined similarly. The triple point of water is a more commonly used standard point today.

The accepted IUPAC name of water is oxidane أو ببساطة ماء, [97] or its equivalent in different languages, although there are other systematic names which can be used to describe the molecule. Oxidane is only intended to be used as the name of the mononuclear parent hydride used for naming derivatives of water by substituent nomenclature. [98] These derivatives commonly have other recommended names. For example, the name hydroxyl is recommended over oxidanyl for the –OH group. The name oxane is explicitly mentioned by the IUPAC as being unsuitable for this purpose, since it is already the name of a cyclic ether also known as tetrahydropyran. [99] [100]

The simplest systematic name of water is hydrogen oxide. This is analogous to related compounds such as hydrogen peroxide, hydrogen sulfide, and deuterium oxide (heavy water). Using chemical nomenclature for type I ionic binary compounds, water would take the name hydrogen monoxide, [101] but this is not among the names published by the International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). [97] Another name is dihydrogen monoxide, which is a rarely used name of water, and mostly used in the dihydrogen monoxide parody.

Other systematic names for water include hydroxic acid, hydroxylic acid، و hydrogen hydroxide, using acid and base names. [j] None of these exotic names are used widely. The polarized form of the water molecule, H +
OH −
, is also called hydron hydroxide by IUPAC nomenclature. [102]

Water substance is a term used for hydrogen oxide (H2O) when one does not wish to specify whether one is speaking of liquid water, steam, some form of ice, or a component in a mixture or mineral.


10 Properties Of Water

Polar covalent bonds are a type of covalent bond and means unequal sharing of electrons.

High Heat Capacity - huge amount of heat stored.Water's heat capacity stores a lot of heat which is why it is difficult to boil water.

Density - the amount of thickness in a substance. Water's density is less and more stable as a solid.

Capillary Action - is the movement of liquid to slide through narrow areas by the attraction of molecules of the liquid to the molecules of the solid.

Solute - substance dissolved in a solevent to form a solution.

Solvent - fluid that dissolves solute.

Surface Tension - water is pulled together creating the smallest surface area possible.

Cohesion - water attracted to other water molecules becayse of polar properties.

Adhesion - water attracted to other molecules.

Gas, Liquid, and Solid - are known as the three states of matter or material, but each of solid and liquid states may exist in one or more forms


Add standard and customized parametric components - like flange beams, lumbers, piping, stairs and more - to your Sketchup model with the Engineering ToolBox - SketchUp Extension - enabled for use with the amazing, fun and free SketchUp Make and SketchUp Pro .Add the Engineering ToolBox extension to your SketchUp from the SketchUp Pro Sketchup Extension Warehouse!


Properties of Water

Water’s chemical description is H2O. As the diagram to the left shows, that is one atom of oxygen bound to two atoms of hydrogen. The hydrogen atoms are “attached” to one side of the oxygen atom, resulting in a water molecule having a positive charge on the side where the hydrogen atoms are and a negative charge on the other side, where the oxygen atom is. This uneven distribution of charge is called polarity. Since opposite electrical charges attract, water molecules tend to attract each other, making water kind of “sticky.” As the right-side diagram shows, the side with the hydrogen atoms (positive charge) attracts the oxygen side (negative charge) of a different water molecule. (If the water molecule here looks familiar, remember that everyone’s favorite mouse is mostly water, too). This property of water is known as cohesion.

Water, the liquid commonly used for cleaning, has a property called surface tension. In the body of the water, each molecule is surrounded and attracted by other water molecules. However, at the surface, those molecules are surrounded by other water molecules only on the water side. A tension is created as the water molecules at the surface are pulled into the body of the water. This tension causes water to bead up on surfaces (glass, fabric), which slows wetting of the surface and inhibits the cleaning process. You can see surface tension at work by placing a drop of water onto a counter top. The drop will hold its shape and will not spread.

In the cleaning process, surface tension must be reduced so water can spread and wet surfaces. Chemicals that are able to do this effectively are called surface active agents, or surfactants. They are said to make water “wetter.” Surfactants perform other important functions in cleaning, such as loosening, emulsifying (dispersing in water) and holding soil in suspension until it can be rinsed away. Surfactants can also provide alkalinity, which is useful in removing acidic soils.


شاهد الفيديو: شرح درس المياه السطحية والمياه الجوفيه للصف الثالث في مادة العلوم