الماء هو المركب الأكثر وفرة على سطح الأرض ويشغل حوالي 70% من نسبة مساحة الكرة الأرضية، ويعد الماء مكون حيوي لجميع أنواع الحياة النباتية والحيوانية على الأرض، وفي هذا المقال سنذكر الصيغة الكيميائية للماء.
الصيغة الكيميائية للماء
- الماء مادة تتكون من عنصري الهيدروجين والأكسجين الكيميائيين.
- موجود كجزيئات، يتكون كل جزيء من ذرتين هيدروجين متصلتين بذرة أكسجين واحدة، هذا يعني أن الصيغة الكيميائية للماء هي H2O.
- يتواجد في حالات غازية وسائلة وصلبة، وهو واحد من أكثر المركبات وفرة وضرورية.
- الماء سائل عديم الطعم والرائحة في درجة حرارة الغرفة، وله قدرة مهمة على إذابة العديد من المواد الأخرى.
- المعادن النبيلة، مثل الذهب والفضة، لا تتفاعل مع الماء.
الخصائص الكيميائية للماء
- خاصية الإذابة
- خاصية التعادل
- خاصية التوصيل للكهرباء
- خاصية الكثافة
- خاصية التبخر
- خاصية الترابط
- خاصية التفكك المائي
السمات الأساسية للماء
- يغطي الماء أكثر من 70٪ من سطح الأرض، المواقع الأكثر شيوعًا هي المحيطات والأنهار والبحيرات والأنهار الجليدية.
- يمكن أن يوجد الماء في الحالات الصلبة والسائلة والغازية في درجات الحرارة العادية على الأرض.
- عند 4 درجات مئوية، يكون الماء في أكثر حالاته كثافة، وتحت درجة الحرارة هذه، يمكن للثلج أن يطفو على الماء السائل.
- يذوب الماء العديد من المواد، بما في ذلك الأملاح في البحر والبروتينات في الكائنات الحية.
- للماء توتر سطحي مرتفع، مما يسمح لبعض الحشرات الصغيرة بالسير على سطحه.
- في الكميات الصغيرة، يبدو الماء عديم اللون، ولكن الماء في الواقع له لون أزرق جوهري ناتج عن امتصاص طفيف للضوء عند الأطوال الموجية الحمراء.
- يوجد الماء في الحالة السائلة والصلبة والغازية، وهو في حالة توازن ديناميكي بين حالات السائل والغاز عند 0 درجة مئوية و 1 ضغط جوي، وفي درجة حرارة الغرفة حوالي 25 درجة مئوية، يكون سائلًا عديم الطعم والرائحة واللون.
- تذوب العديد من المواد في الماء، ويشار إليها عادةً باسم المذيب الشامل.
- من أهم الخصائص الكيميائية للمياه هي قدرتها على التصرف كحمض (مانح بروتون) وقاعدة (متقبل للبروتون)، وهي الخاصية المميزة للمواد المتذبذبة.
أهمية الماء
- الماء ضروري لجميع أنواع الحياة الحيوانية والنباتية على الأرض النباتات، حيث يستخدم الماء مع النباتات في عملية التمثيل الضوئي لصنع طعامها.
- ما يقرب من 60٪ من جسم الإنسان البالغ هو ماء ويقوم بالعديد من الوظائف، مثل:
- إذابة العناصر الغذائية الحيوية في مجرى الدم وتوصيلها للخلايا.
- تنظيم درجة حرارة الجسم.
- إذابة الفضلات وإخراجها من الجسم في البول والبراز والعرق،
- حماية الأنسجة والمفاصل والنخاع الشوكي.
- يحتاج البشر إلى شرب الكثير من الماء لتعويض ما نخسره من العرق والبول والبراز.
- تعد تعددية استخدامات الماء كمذيب أمر ضروري للكائنات الحية، حيث يُعتقد أن الحياة نشأت في المحاليل المائية لمحيطات العالم، وتعتمد الكائنات الحية على المحاليل المائية، مثل الدم والعصارات الهضمية، للعمليات البيولوجية.
- توجد المياه أيضًا على الكواكب والأقمار الأخرى داخل وخارج النظام الشمسي.
مراحل دورة الماء
على غرار العديد من المواد الأخرى، يمكن أن يتخذ الماء أشكالًا عديدة، كالأتى:
المرحلة السائلة
هي المرحلة الأكثر شيوعًا للمياه على الأرض، هي الشكل الذي يُقصد به عمومًا بكلمة “ماء”.
يعتبر الماء سائلًا بشكل أساسي في ظل الظروف القياسية (25 درجة مئوية و 1 ضغط جوي)، ولا يمكن التنبؤ بهذه الخاصية من خلال علاقتها بالهيدريدات الغازية الأخرى لعائلة الأكسجين في الجدول الدوري، مثل كبريتيد الهيدروجين، والعناصر المحيطة بالأكسجين في الجدول الدوري تتحد جميعها مع الهيدروجين لإنتاج الغازات في ظل الظروف القياسية.
المرحلة الصلبة
تُعرف المرحلة الصلبة من الماء بالجليد وعادة ما تأخذ بنية البلورات الصلبة والمندمجة، مثل مكعبات الثلج ، أو البلورات الحبيبية المتراكمة بشكل فضفاض، مثل الثلج.
وعلى عكس معظم المواد الأخرى، يكون شكل الماء الصلب (الجليد) أقل كثافة من شكله السائل، نتيجة لطبيعة عبوته السداسية داخل هيكله البلوري، تحتوي هذه الشبكة على مساحة أكبر مما كانت عليه عندما تكون الجزيئات في الحالة السائلة.
المرحلة الغازية
تُعرف المرحلة الغازية للماء باسم بخار الماء (أو البخار) وتتميز بسحابة شفافة.
يوجد الماء أيضًا في حالة رابعة نادرة تسمى السائل فوق الحرج، والذي يحدث فقط في ظروف غير صالحة للسكن على الإطلاق، عندما يصل الماء إلى درجة حرارة حرجة محددة وضغط حرج محدد (647 كلفن و 22.064 ميجا باسكال)، تندمج أطوار السائل والغاز في طور سائل واحد متجانس يشترك في خصائص كل من الغاز والسائل.
مخطط طور الماء
يتجمد الماء ليشكل جليدًا، ويذوب الجليد لتكوين ماء سائل ، ويمكن أن يتحول كل من الماء والجليد إلى حالة البخار، وتساعد مخططات الطور في وصف حالة تغير الماء اعتمادًا على الضغط ودرجة الحرارة.
قطبية الماء
- تعد الطبيعة القطبية للماء ميزة مهمة بشكل خاص تساهم في تفرد هذه المادة، ويشكل جزيء الماء زاوية مع وجود ذرة أكسجين في القمة وذرات الهيدروجين عند الأطراف.
- نظرًا لأن الأكسجين له كهرسلبية أعلى من الهيدروجين، فإن جانب الجزيء مع ذرة الأكسجين له شحنة سالبة جزئية، ويسمى الجسم الذي يحتوي على مثل هذا الاختلاف في الشحنة ثنائي القطب أي قطبين.
- نهاية الأكسجين سالبة جزئيًا، ونهاية الهيدروجين موجبة جزئيًا، وبسبب هذا، يشير اتجاه العزم ثنائي القطب من الأكسجين نحو الموضع المركزي بين ذروتي الهيدروجين، ويؤدي اختلاف الشحنة هذا إلى انجذاب جزيئات الماء إلى بعضها البعض حيث تنجذب المناطق الإيجابية نسبيًا إلى المناطق السلبية نسبيًا، وكذلك إلى الجزيئات القطبية الأخرى.
- ساهم هذا الجذب في الترابط الهيدروجيني ويفسر العديد من خصائص الماء.
- يمكن لجزيء الماء تكوين أربعة روابط هيدروجين كحد أقصى بقبول ذرتين من الهيدروجين والتبرع بذرتين من الهيدروجين، على الرغم من أن الرابطة الهيدروجينية عامل جذب ضعيف نسبيًا مقارنة بالروابط التساهمية داخل جزيء الماء نفسه إلا أنها مسؤولة عن درجة انصهاره الماء وغليانه.
اقرأ ايضآ: العوامل التي تؤثر في الاتزان الكيميائي
