المقدمة:

هل تساءلت يومًا كيف يمكن لشيء بسيط مثل الماء أن يكون متعدد الاستخدامات بهذا القدر؟ من إرواء عطشنا إلى تشكيل المناظر الطبيعية، يحمل الماء سرًا ساحرًا - وهو تعادله. حيث نستمر في الغوص في عالم H2O ونكشف عن القوى الخفية وراء واجهتها المتواضعة. استعد الإذهال من خلال الطرق المذهلة التي يؤثر بها الطابع المتعادل للماء حياتنا، بدءًا من الفوائد الصحية وصولاً إلى عجائب البيئة. لذا، أمسك بكوب من الماء المنعش واستعد للانطلاق في رحلة مثيرة عبر أعماق هذا السائل الشائع!

عناصر المقالة :

1.       تركيب الماء:

2.       خواص الماء:

3.       التعريف على الماء كمذيب قطبى:

4.       ارتفاع درجة غليانه وتجمده:

5.       انخفاض كثافته عند التجمد:

6.       اكتشاف تعادل الماء:

7.       تقصى عملية التحليل الكهربي للماء:

8.       الختام:

تركيب الماء:

سبق لك أن علمت أن جزيء الماء يتكون من ارتباط ذرة أكسجينO بذرتى هيدروجين H لتكوين رابطتين تساهميتين احاديتين الزاوية بينهما ١٠٤.٥. شكل(1)

ونتيجة لكبر قيمة السالبية الكهربية للأكسجين - مقارنة بالهيدروجين - ينشأ بين جزيئات الماء القطبية نوعا من التجاذب الإلكتروستاتيكي الضعيف، يسمى الرابطة الهيدروجينية شكل (۲) وبالرغم من أن الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء أضعف من الروابط التساهمية في نفس الجزيئات، إلا أنها تعتبر من أهم العوامل المسئولة عن شذوذ خواص الماء.

خواص الماء:

ينفرد الماء بين باقى المركبات بوجوده في حالات المادة الثلاث في درجات الحرارة العادية شكل (۳) وله العديد من الخواص الفيزيائية والكيميائية، منها :

التعريف على الماء كمذيب قطبى:

في هذا التجربة، قمت بتجربة مذيبية للماء وكيف يتفاعل مع مواد مختلفة. قمت بوضع ملعقة من كل من السكر والملح وبعض قطرات من زيت الطعام في كؤوس محتوية على الماء. ثم قمت بتقليب المحتوى في هذه الكؤوس.

النتائج:

1. سكر المائدة ذاب في الماء وأصبح لديك محلول سكري في الكأس الأول.

2. ملح الطعام أيضاً ذاب في الماء وأصبح لديك محلول ملحي في الكأس الثاني.

3. زيت الطعام لا يذوب في الماء وظل على سطحه دون أن يمتزج مع الماء في الكأس الثالث.

استنتاج:

هذه التجربة تظهر كيف يكون الماء مذيبًا قطبيًا فعالًا. يمكن للماء حل المواد التي تحتوي على روابط هيدروجينية مثل السكر والملح، والتي تكون قطبية. ومع ذلك، لا يمكن للماء حلاً للزيت الذي ليس لديه تلك الروابط الهيدروجينية. هذا يشير إلى أهمية تعددية الماء كمذيب قطبي في العديد من العمليات الكيميائية والحيوية.

ارتفاع درجة غليانه وتجمده:

كان من المفروض أن تكون درجة غليان الماء أقل بكثير من ١٠٠م ودرجة تجمده أقل من الصفر المنوى إلا أن الماء النقي – تحت الضغط الجوي المعتاد - يغنى عند (۱۰۰م) ويتجمد عند الصفر و سبب ارتفاع درجة غليان الماء وارتفاع درجة تجمده ، يرجع إلى وجود الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء.

انخفاض كثافته عند التجمد:

يشذ الماء عن جميع المواد في أن كثافته وهو في الحالة الصلبة (الثلج) أقل من كثافته وهو في الحالة السائلة ويُفسر ذلك أنه عند انخفاض درجة الحرارة عن ٤م تتجمع جزيئات الماء بواسطة الروابط الهيدروجينية مكونة بلورات ثلج سداسية الشكل كبيرة الحجم بينها الكثير من الفراغات (شكل ٥) لذا يطفو الثلج فوق الماء في المناطق المتجمدة، مما يحافظ على حياة الكائنات المائية فيها (شكل 6).

اكتشاف تعادل الماء:

يتم استخدام ورقتي عباد الشمس، إحداهما زرقاء والأخرى حمراء، ووضعها في حوض ماء نقي. بعد وضع الورقتين في الماء، لوحظ أن الماء لم يؤثر على ورقتي عباد الشمس الزرقاء والحمراء. هذا يشير إلى أن الماء النقي هو متعادل التأثير ولا يؤثر على الألوان أو الخصائص اللونية للمواد الموجودة فيه.

هذا التجربة تظهر أيضًا أهمية تعادل الماء كمذيب قطبي، حيث يمكن للماء حمل وحل المواد دون أن يؤثر على خصائصها اللونية أو الخواص الكيميائية. هذا يجعل الماء مادة مثالية كمذيب في العديد من التفاعلات الكيميائية والعمليات البيولوجية.

تقصى عملية التحليل الكهربي للماء:

تم تنفيذ تحليل كهربائي للماء لتقسيمه إلى عنصري الهيدروجين والأكسجين. تم استخدام ماء يحتوي على كربونات الصوديوم ومواد مذيبة، وتم إجراء التحليل باستخدام قلمين رصاص مع قلب جرافيتي عاري ومغطى بسلك نحاسي. تم إجراء التحليل عن طريق إنشاء دائرة كهربائية مع بطارية وأنبوب اختبار لجمع الغاز.

الاستنتاج:

• ينحل الماء المحمض كهربيًا إلى عنصرى الهيدروجين والأكسجين ويكون حجم غاز الهيدروجين المتصاعد ضعف حجم غاز .
• يتصاعد غاز الهيدروجين فوق المهبط القطب السالب - ) ، بينما يتصاعد غاز الأكسجين فوق المصعد (القطب الموجب + ).

يُستخدم جهاز فولتامتر هوفمان في عملية التحليل الكهربي للماء (شكل ٩).

الختام:

1.       الماء هو مادة مذهلة تتميز بخصائص فريدة تجعلها أساسية للحياة على كوكب الأرض. يتكون الماء من جزيئات تحتوي على روابط هيدروجينية تجعلها مادة قطبية قوية كمذيب.

2.       كما تظهر تجارب مذيبية وتحليل كهربائي للماء أهمية تعددية الماء كمذيب قطبي وقدرته على التفاعل مع مواد مختلفة.

3.       الماء يظهر خواصًا فريدة مثل ارتفاع درجات غليانه وتجمده بفضل الروابط الهيدروجينية بين جزيئاته، وانخفاض كثافته عند التجمد مما يساعد في الحفاظ على حياة الكائنات المائية.

4.       تجسد تعادل الماء النقي في تجربة تعادل الماء القوة والاستقرار في خصائصه.

5.       الماء ليس مجرد مادة عادية، بل هو عنصر أساسي للحياة ويحمل في خصائصه أسرارًا مذهلة تجعله مادة مثيرة للدراسة والاستكشاف.

قم بتنفيذ التجربة بنفسك من خلال منصة ڤلابي لمعامل العلوم الافتراضية