الماء (أكسيد الهيدروجين) هو سائل شفاف عديم اللون (بأحجام صغيرة) وعديم الرائحة والمذاق. الصيغة الكيميائية: H2O. في الحالة الصلبة يسمى الجليد أو الثلج، وفي الحالة الغازية يسمى بخار الماء. حوالي 71% من سطح الأرض مغطى بالمياه (المحيطات والبحار والبحيرات والأنهار والجليد عند القطبين).

وهو مذيب جيد للغاية القطبية. في الظروف الطبيعية يحتوي دائمًا على مواد مذابة (أملاح وغازات). للمياه أهمية أساسية في خلق وصيانة الحياة على الأرض، وفي التركيب الكيميائي للكائنات الحية، وفي تكوين المناخ والطقس.

ما يقرب من 70٪ من سطح كوكبنا تشغله المحيطات والبحار. يغطي الماء العسر - الثلج والجليد - 20% من الأرض. من إجمالي كمية المياه على الأرض، أي ما يعادل 1 مليار 386 مليون كيلومتر مكعب، 1 مليار 338 مليون كيلومتر مكعب هي حصة المياه المالحة في المحيط العالمي، و35 مليون كيلومتر مكعب فقط هي حصة المياه العذبة. ستكون الكمية الإجمالية لمياه المحيط كافية لتغطية الكرة الأرضية بطبقة تزيد عن 2.5 كيلومتر. يوجد لكل ساكن على وجه الأرض ما يقرب من 0.33 كيلومتر مكعب من مياه البحر و0.008 كيلومتر مكعب من المياه العذبة. لكن الصعوبة تكمن في أن الغالبية العظمى من المياه العذبة على الأرض موجودة في حالة تجعل من الصعب على البشر الوصول إليها. يوجد ما يقرب من 70% من المياه العذبة في الصفائح الجليدية في البلدان القطبية وفي الأنهار الجليدية الجبلية، و30% منها في طبقات المياه الجوفية تحت الأرض، ولا يوجد سوى 0.006% من المياه العذبة في قيعان جميع الأنهار. تم اكتشاف جزيئات الماء في الفضاء بين النجوم. الماء جزء من المذنبات ومعظم الكواكب في النظام الشمسي وأقمارها.

تركيب الماء (بالكتلة): 11.19% هيدروجين و 88.81% أكسجين. الماء النقي شفاف، عديم الرائحة والمذاق. تبلغ الكثافة القصوى عند 0 درجة مئوية (1 جم / سم 3). كثافة الجليد أقل من كثافة الماء السائل، لذلك يطفو الجليد على السطح. يتجمد الماء عند 0 درجة مئوية ويغلي عند 100 درجة مئوية عند ضغط 101325 باسكال. فهو يوصل الحرارة بشكل سيء ويوصل الكهرباء بشكل سيء للغاية. الماء مذيب جيد. لجزيء الماء شكل زاوي، وتشكل ذرات الهيدروجين زاوية قدرها 104.5 درجة بالنسبة للأكسجين. ولذلك، فإن جزيء الماء هو ثنائي القطب: الجزء من الجزيء الذي يوجد فيه الهيدروجين يكون مشحونًا بشكل إيجابي، والجزء الذي يوجد فيه الأكسجين مشحون بشحنة سالبة. بسبب قطبية جزيئات الماء، تتفكك الإلكتروليتات الموجودة فيها إلى أيونات.

يحتوي الماء السائل، إلى جانب جزيئات H20 العادية، على جزيئات مرتبطة، أي مرتبطة بركام أكثر تعقيدًا (H2O)x بسبب تكوين روابط هيدروجينية. إن وجود روابط هيدروجينية بين جزيئات الماء يفسر شذوذ خصائصه الفيزيائية: الكثافة القصوى عند 4 درجات مئوية، ونقطة الغليان العالية (في السلسلة H20-H2S - H2Se) والسعة الحرارية العالية بشكل غير طبيعي. مع ارتفاع درجة الحرارة، تنكسر الروابط الهيدروجينية، ويحدث التمزق الكامل عندما يتحول الماء إلى بخار.

الماء مادة شديدة التفاعل. في الظروف العادية، فإنه يتفاعل مع العديد من الأكاسيد الأساسية والحمضية، وكذلك مع الفلزات القلوية والقلوية الأرضية. يشكل الماء مركبات عديدة - هيدرات بلورية.

من الواضح أن المركبات التي تربط الماء يمكن أن تكون بمثابة عوامل تجفيف. تشمل مواد التجفيف الأخرى P2O5، CaO، BaO، معدن Ma (تتفاعل أيضًا كيميائيًا مع الماء)، بالإضافة إلى هلام السيليكا. تشمل الخصائص الكيميائية المهمة للمياه قدرتها على الدخول في تفاعلات التحلل المائي.

الخصائص الفيزيائية للمياه.

يحتوي الماء على عدد من الميزات غير العادية:

1. عند ذوبان الجليد تزداد كثافته (من 0.9 إلى 1 جم/سم3). بالنسبة لجميع المواد الأخرى تقريبًا، تنخفض الكثافة عند ذوبانها.

2. عند تسخينه من 0 درجة مئوية إلى 4 درجات مئوية (بشكل أكثر دقة، 3.98 درجة مئوية)، ينكمش الماء. وفقا لذلك، عند التبريد، تنخفض الكثافة. بفضل هذا، يمكن للأسماك أن تعيش في خزانات متجمدة: عندما تنخفض درجة الحرارة إلى أقل من 4 درجات مئوية، يبقى الماء البارد، لأنه أقل كثافة، على السطح ويتجمد، وتبقى درجة حرارة موجبة تحت الجليد.

3. ارتفاع درجة الحرارة والحرارة النوعية للانصهار (0 درجة مئوية و333.55 كيلوجول/كجم)، ونقطة الغليان (100 درجة مئوية) والحرارة النوعية للتبخر (2250 كيلوجول/كجم)، مقارنة بمركبات الهيدروجين ذات الوزن الجزيئي المماثل.

4. القدرة الحرارية العالية للمياه السائلة.

5. اللزوجة العالية.

6. ارتفاع التوتر السطحي.

7. الإمكانات الكهربائية السلبية لسطح الماء.

ترتبط كل هذه الميزات بوجود روابط هيدروجينية. ونظرًا للاختلاف الكبير في السالبية الكهربية بين ذرات الهيدروجين والأكسجين، فإن السحب الإلكترونية منحازة بقوة نحو الأكسجين. ونتيجة لذلك، وكذلك حقيقة أن أيون الهيدروجين (البروتون) لا يحتوي على طبقات إلكترونية داخلية وهو صغير الحجم، فيمكنه اختراق الغلاف الإلكتروني لذرة مستقطبة سالبًا لجزيء مجاور. ونتيجة لذلك، تنجذب كل ذرة أكسجين إلى ذرات الهيدروجين في الجزيئات الأخرى، والعكس صحيح. يلعب تفاعل تبادل البروتونات بين جزيئات الماء وداخلها دورًا معينًا. يمكن لكل جزيء ماء أن يشارك في أربع روابط هيدروجينية كحد أقصى: ذرتان هيدروجين - كل منهما في ذرة واحدة، وذرة أكسجين - في اثنتين؛ في هذه الحالة، تكون الجزيئات في بلورة ثلجية. عندما يذوب الجليد، تنكسر بعض الروابط، مما يسمح لجزيئات الماء بالتجمع بشكل أكثر إحكامًا؛ عند تسخين الماء، تستمر الروابط في الانكسار وتزداد كثافتها، ولكن عند درجات حرارة أعلى من 4 درجات مئوية يصبح هذا التأثير أضعف من التمدد الحراري. أثناء التبخر، يتم كسر جميع الروابط المتبقية. يتطلب كسر الروابط الكثير من الطاقة، ومن هنا ارتفاع درجة الحرارة والحرارة النوعية للانصهار والغليان والقدرة الحرارية العالية. ترجع لزوجة الماء إلى حقيقة أن الروابط الهيدروجينية تمنع جزيئات الماء من التحرك بسرعات مختلفة.

ولأسباب مماثلة، يعتبر الماء مذيبًا جيدًا للمواد القطبية. وكل جزيء من المذاب محاط بجزيئات الماء، والأجزاء الموجبة الشحنة من جزيء المذاب تجذب ذرات الأكسجين، والأجزاء السالبة الشحنة تجذب ذرات الهيدروجين. وبما أن جزيء الماء صغير الحجم، فإن العديد من جزيئات الماء يمكن أن تحيط بكل جزيء مذاب.

يتم استخدام خاصية الماء هذه من قبل الكائنات الحية. في الخلية الحية وفي الفضاء بين الخلايا، تتفاعل محاليل المواد المختلفة في الماء. الماء ضروري لحياة جميع الكائنات الحية وحيدة الخلية ومتعددة الخلايا على وجه الأرض دون استثناء.

يعتبر الماء النقي (الخالي من الشوائب) عازلاً جيدًا. في الظروف العادية، يتم فصل الماء بشكل ضعيف ويكون تركيز البروتونات (بشكل أكثر دقة، أيونات الهيدرونيوم H3O+) وأيونات الهيدروكسيل H O− 0.1 ميكرومول/لتر. ولكن بما أن الماء مذيب جيد، فإن بعض الأملاح تذوب فيه دائمًا تقريبًا، أي أن هناك أيونات موجبة وسالبة في الماء. وبفضل هذا، الماء يوصل الكهرباء. يمكن استخدام الموصلية الكهربائية للمياه لتحديد نقائها.

يحتوي الماء على معامل انكسار n=1.33 في النطاق البصري. ومع ذلك، فهو يمتص الأشعة تحت الحمراء بقوة، وبالتالي فإن بخار الماء هو غاز الدفيئة الطبيعي الرئيسي، وهو المسؤول عن أكثر من 60٪ من ظاهرة الاحتباس الحراري. نظرًا لعزم ثنائي القطب الكبير للجزيئات، يمتص الماء أيضًا إشعاع الميكروويف، وهو ما يعتمد عليه مبدأ تشغيل فرن الميكروويف.

الدول المجمعة.

1. حسب الحالة يتم تمييزها:

2. الصلبة - الجليد

3. السائل - الماء

4. غازي - بخار الماء

الشكل. 1 "أنواع رقاقات الثلج"

عند الضغط الجوي، يتجمد الماء (يتحول إلى جليد) عند 0 درجة مئوية ويغلي (يتحول إلى بخار ماء) عند 100 درجة مئوية. مع انخفاض الضغط، تزداد درجة انصهار الماء ببطء، وتنخفض درجة الغليان. عند ضغط 611.73 باسكال (حوالي 0.006 ضغط جوي)، تتطابق نقاط الغليان والانصهار وتصبح تساوي 0.01 درجة مئوية. ويسمى هذا الضغط ودرجة الحرارة بالنقطة الثلاثية للماء. عند الضغط المنخفض، لا يمكن أن يكون الماء سائلاً ويتحول الجليد مباشرة إلى بخار. تنخفض درجة حرارة تسامي الجليد مع انخفاض الضغط.

مع زيادة الضغط، تزداد درجة غليان الماء، كما تزداد كثافة بخار الماء عند نقطة الغليان، وتقل كثافة الماء السائل. عند درجة حرارة 374 درجة مئوية (647 كلفن) وضغط 22.064 ميجا باسكال (218 ضغط جوي)، يمر الماء بالنقطة الحرجة. عند هذه النقطة، تكون الكثافة والخصائص الأخرى للمياه السائلة والغازية هي نفسها. عند الضغط العالي لا يوجد فرق بين الماء السائل وبخار الماء، وبالتالي لا يغلي أو يتبخر.

من الممكن أيضًا حدوث حالات شبه مستقرة - بخار مفرط التشبع، سائل شديد الحرارة، سائل فائق التبريد. يمكن أن توجد هذه الحالات لفترة طويلة، لكنها غير مستقرة وعند الاتصال بمرحلة أكثر استقرارا، يحدث التحول. على سبيل المثال، ليس من الصعب الحصول على سائل فائق التبريد عن طريق تبريد الماء النقي في وعاء نظيف بدرجة حرارة أقل من 0 درجة مئوية، ولكن عندما يظهر مركز التبلور، يتحول الماء السائل بسرعة إلى ثلج.

التعديلات النظائرية للمياه.

يحتوي كل من الأكسجين والهيدروجين على نظائر طبيعية وصناعية. اعتمادا على نوع النظائر الموجودة في الجزيء، يتم تمييز الأنواع التالية من الماء:

1. ماء خفيف (ماء فقط).

2. الماء الثقيل (الديوتيريوم).

3. الماء الثقيل جدًا (التريتيوم).

الخصائص الكيميائية للمياه.

الماء هو المذيب الأكثر شيوعًا على الأرض، ويحدد إلى حد كبير طبيعة كيمياء الأرض كعلم. معظم الكيمياء، في بدايتها كعلم، بدأت على وجه التحديد ككيمياء المحاليل المائية للمواد. ويُنظر إليه أحيانًا على أنه أمفوليت - حمض وقاعدة في نفس الوقت (كاتيون H+ أنيون OH-). في حالة عدم وجود مواد غريبة في الماء، يكون تركيز أيونات الهيدروكسيد وأيونات الهيدروجين (أو أيونات الهيدرونيوم) هو نفسه، pKa ≈ تقريبًا. 16.

الماء سائل خفيف وشفاف، عديم اللون بكميات صغيرة ويكتسب لونًا مزرقًا مخضرًا في جميع أنحاء سمكه. الجليد شفاف أيضًا، نظرًا لأن معامل امتصاصه للضوء في الجزء المرئي من الطيف هو صفر تقريبًا، لكن هذا لا ينطبق على مناطق الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء. على رقائق كتل كبيرة من الأنهار الجليدية والجليد النهري، مثل الماء، له صبغات زرقاء وخضراء.

تركت خصائص الماء بصماتها على نظام الثوابت الفيزيائية ووحدات القياس: درجة تجمد الماء – درجة حرارة ذوبان الجليد المقبولة

عند 0 درجة مئوية، ونقطة غليان الماء عند 100 درجة مئوية (كلاهما عند ضغط جوي يبلغ حوالي 1013 ملي بار أو hPa = 759.8 ملم زئبق). وحدة الحجم

وفي النظام المتري تم اختياره على شرط أن يكون المتر المكعب من الماء عند درجة حرارة 3.98 درجة مئوية وكتلة 1000 كجم.

يحتوي كل جزيء ماء على ذرتين هيدروجين وزوجين من الإلكترونات غير المشتركة، وبالتالي يمكن أن يشكل أربع روابط هيدروجينية. يتم تنفيذ الأخير بمشاركة ذرة الهيدروجين الموجودة إما بين الجزيئات أو بين الذرات داخل الجزيء:

سوف ننظر إلى الماء على أنه اتحاد للجزيئات التي توحدها روابط هيدروجينية. وإذا كان الماء السائل يحتوي على روابط فردية لجزيئاته، فإن الترتيب المماثل للجزيئات هو سمة من سمات الجليد،

ولكن النظام يمتد بالفعل إلى النظام بأكمله ككل، والذي،

مما يؤدي في النهاية إلى تكوين البنية الرباعية السطوح المميزة للجليد. وبعبارة أخرى، فإن بلورات الثلج مبنية بالكامل على روابط هيدروجينية وحدها. يُطلق على بنية الجليد اسم "مخرم جدًا" مجازيًا، لأن جزيئاته تكون معبأة بشكل أقل كثافة من الماء السائل.

ويتميز الماء، بالمقارنة مع المواد الأخرى، بأعلى سعة حرارية نوعية، وهي عند درجة حرارة 15 درجة مئوية

4190 جول/(كجم*ك).

الموصلية الحرارية للمياه ضئيلة للغاية، ولكن الماء لديه حرارة كامنة عالية جدا من الانصهار والتبخر. لتحويل 1 كجم من الجليد إلى ماء (الحرارة الكامنة للانصهار)، من الضروري إنفاق 330.000 جول/كجم، وعند تبخر 1 كجم من الماء (الحرارة الكامنة للتبخر)، يتم إنفاق 2260 جول. مهمة للتوازن الحراري للأرض.

عندما يتجمد الماء فإنه يتمدد بنسبة 9% بالنسبة إلى

إلى الحجم الأصلي.

من بين جميع السوائل باستثناء الزئبق، يتمتع الماء بأعلى مستوى من التوتر السطحي.

خاصية أخرى رائعة للمياه هي قدرتها على إذابة العديد من المواد. تلك المركبات الكيميائية التي يمكن أن تشكل روابط هيدروجينية معها قابلة للذوبان في الماء بشكل خاص. في أنشطتنا اليومية، اعتدنا على اعتبار مواد مثل الكحول والبنزين والأثير وغيرها الكثير مذيبات جيدة، والتي تذيب بالفعل الدهون والعديد من المواد العضوية بشكل عام بشكل جيد، ولكن على سبيل المثال، الأملاح لا تذوب فيها. لكن الأخير يذوب جيداً في الماء، لأن... لديه ثابت عازل عالي للغاية وتميل جزيئاته إلى الاتحاد مع الأيونات، وتحولها إلى أيونات رطبة، وبالتالي تثبيتها في المحلول. إن الذوبان الجيد للأملاح المختلفة في الماء مهم جدًا للعديد من العمليات الطبيعية.

نهاية العمل -

هذا الموضوع ينتمي إلى القسم:

الهيدرولوجيا العامة

الجامعة.. فينوغرادوفا تي أ برياخينا جي في بارشينا تي في الهيدرولوجيا العامة..

إذا كنت بحاجة إلى مواد إضافية حول هذا الموضوع، أو لم تجد ما كنت تبحث عنه، نوصي باستخدام البحث في قاعدة بيانات الأعمال لدينا:

ماذا سنفعل بالمواد المستلمة:

إذا كانت هذه المادة مفيدة لك، فيمكنك حفظها على صفحتك على الشبكات الاجتماعية:

سقسقة

جميع المواضيع في هذا القسم:

علم الهيدرولوجيا وعلاقته بالعلوم الأخرى
تشكل مياه الكوكب الغلاف المائي - وهو غلاف متقطع من الماء يقع على السطح وفي سمك القشرة الأرضية، بما في ذلك المحيطات والبحار ومياه سطح الأرض

طرق البحث في الهيدرولوجيا
الطرق الرئيسية للبحث في الهيدرولوجيا الحديثة هي: 1) ميداني، 2) تجريبي و 3) نظري. تشمل الدراسات الميدانية

الماء على الأرض. موارد المياه
يوجد الماء على الأرض في حالات مختلفة جدًا اعتمادًا على مكان تركيزه. يتم احتواء الجزء الأكبر منه في العناصر الهيكلية الثلاثة التالية للكوكب: في م

الأجسام المائية. دورة الماء في الطبيعة. تداول الرطوبة الداخلية
في الهيدرولوجيا، هناك ثلاث مجموعات من المسطحات المائية: الخزانات والمجاري المائية والمسطحات المائية الخاصة. الخزانات عبارة عن مسطحات مائية موجودة في المنخفضات على سطح الأرض.

تداول الرطوبة الداخلية
يتكون الهطول المتساقط على أي قطعة أرض من "خارجي" و"داخلي" - يتشكل نتيجة التبخر من منطقة معينة. يتبخر هطول الأمطار "الداخلية".

منطقة مستجمعات النهر. الخصائص المورفومترية لمستجمعات المياه
مستجمع المياه هو جزء من سطح الأرض، بالإضافة إلى سمك التربة التي تتدفق منها المياه إلى نهر أو نظام نهر أو بحيرة، ويحدها مستجمع مياه سطحي وتحت سطحي.

التوازن المائي لحوض النهر. عناصر التوازن المائي
تتغذى الأنهار عن طريق هطول الأمطار السائلة (تغذية الأمطار)، والمياه المتكونة نتيجة ذوبان الثلوج على سطح منطقة مستجمعات المياه (تغذية الثلوج)، وذوبان الأنهار الجليدية في أعالي الجبال

تساقط. اعتراض هطول الأمطار عن طريق النباتات
يعد هطول الأمطار أحد أهم مكونات الدورة الهيدرولوجية. وتتشكل نتيجة تكثيف بخار الماء في الغلاف الجوي. اعتمادا على ظروف الأرصاد الجوية، يتم تشكيلها

تبخر
ونتيجة لعملية التبخر، فإن جزء من الهطول الجوي الذي يصل إلى سطح الأرض يترك منطقة مستجمع المياه على شكل بخار ماء. يحدث التبخر من سطح الماء

تدفق النهر. العوامل التي تشكل الجريان السطحي في مستجمعات المياه
في الهيدرولوجيا، الجريان السطحي هو حركة المياه على سطح الأرض، وكذلك في سمك التربة والصخور أثناء دورانها في الطبيعة. يعد تكوين الجريان السطحي في مستجمعات المياه عملية معقدة متعددة الأوجه

الخصائص الرئيسية لتدفق المياه. مراحل النظام المائي. هيدروغراف التدفق الخارجي
تدفق المياه هو كمية المياه المتدفقة عبر القسم الحي من القناة لكل وحدة زمنية.

مستوى المياه. وضع المستوى
منسوب المياه – ارتفاع سطح الماء فوق مستوى المقارنة التقليدي، المسمى "الرسم البياني صفر"، H، [سم]، انظر الشكل 5. يتم قياس مستوى المياه عند نقاط

التقلبات القصيرة الأجل والسنوية والطويلة الأجل في مستويات المياه
تشمل التقلبات قصيرة المدى في منسوب المياه ما يلي: الاندفاعات (في مناطق مصبات الأنهار)، والفيضانات (العواصف)، والتقلبات اليومية (مع التنظيم اليومي لمحطات الطاقة الكهرومائية - موجات الإطلاقات و

الربط بين المياه السطحية والمياه الجوفية
نتيجة لعملية الترشيح، يخترق الماء من السطح إلى سمك التربة ويشكل تصريفًا تحت الأرض. في الآفاق تحت الأرض، يوجد الماء في ثلاث حالات من التجمع: على شكل ماء

نظام النهر والأنهار
تسمى مجموعة جميع المسطحات المائية داخل إقليم ما بالشبكة الهيدروغرافية لهذه المنطقة. يوجد ضمن الشبكة الهيدروغرافية لحوض النهر

سرعة تدفق المياه في مجاري الأنهار
تتم حركة المياه في قاع الأنهار تحت تأثير الجاذبية. وتعتمد سرعة التيار على المنحدر وكمية الماء في القناة وخشونة السطح الأساسي

التوازن الحراري لحوض النهر. النظام الحراري والجليدي للأنهار
التوازن الحراري لحوض النهر. ، (18) حيث

نظام تدفق الرواسب. النظام الهيدروكيميائي للأنهار
تدخل الجزيئات الصلبة التي تشكل رواسب الأنهار إلى قاع الأنهار نتيجة لعمليات تآكل سطح منطقة مستجمعات المياه وقاع النهر. شدة عملية تآكل سطح مستجمعات المياه

التركيب الهيدروكيميائي لمياه النهر
تتميز مياه الأنهار، كقاعدة عامة، بتمعدن منخفض نسبيًا وتصنف على أنها مياه عذبة. يتم تحديد تكوين التركيب الكيميائي لمياه النهر من خلال العوامل الطبيعية والمناخية

مناطق مصبات الأنهار البحرية
منطقة مصب النهر هي كائن جغرافي طبيعي خاص يقع عند التقاء نهر كبير في البحر، حيث تحدث عمليات مصبات الأنهار المحددة. إنهم مشروطون بشكل متبادل

العمليات الفيزيائية
أ. ديناميات المياه. التفاعل الديناميكي لمياه النهر والخزان المستقبل، بما في ذلك تشكيل الواجهة بين النهر والخزان في شكل مساندة هيدروليكية أو تراجع؛ ينتشر

ب. العمليات الحرارية الجليدية عند مصب النهر وفي خزانات الدلتا وعند مصب شاطئ البحر
ب. ديناميات الرواسب عند مصب النهر وبالقرب من المصب. د. التآكل التراكمي (العمليات المورفولوجية، بما في ذلك تكوين المنتجات

الخصائص المورفومترية الرئيسية للبحيرة
الطول (L, m) – أقصر مسافة بين أبعد نقطتين على شاطئ البحيرة، مقاسة على طول سطحها. اعتمادا على شكل البحيرة

التوازن المائي للبحيرة. نظام مستوى المياه في البحيرات
معادلة توازن مياه البحيرة بشكل عام : (25) حيث

نظام مستوى البحيرات
تعتمد التقلبات طويلة المدى في مياه البحيرة على العوامل المناخية. يتم تحديد التقلبات الموسمية بشكل أساسي من خلال تدفق المياه، سواء في القناة أو الموزعة (خاصة خلال فترة ذوبان الثلوج).

التوازن الحراري للبحيرات والنظام الحراري
تحدث عمليات التبادل الحراري بين الماء والغلاف الجوي بشكل مكثف في الطبقات العليا من البحيرة. يحدث انتقال الحرارة في العمق كما هو الحال مع الاختراق المباشر للطاقة الشمسية في الماء

المستنقعات. أنواع المستنقعات ونظامها
المستنقع هو تكوين طبيعي، وهو عبارة عن منطقة مشبعة بالمياه من سطح الأرض مع طبقة من الخث وأشكال محددة من النباتات تتكيف مع الظروف

الأنهار الجليدية. تعريف. التعليم، أنواعه، هيكله. حركة الأنهار الجليدية. تغذية الأنهار الجليدية. توازن كتلة الجليد. التأثير على تدفق النهر
كتلة من التنوب الطبيعي والجليد، التي تشكلت نتيجة لتراكم وتحول هطول الأمطار الصلبة في الغلاف الجوي، وتقع بشكل رئيسي على الأرض، وهي موجودة لفترة طويلة وتمتلك

أنواع الأنهار الجليدية
هناك الغطاء والغطاء الجبلي والأنهار الجليدية الجبلية. تشمل الأنهار الجليدية المغطاة الصفائح الجليدية والقباب والأنهار الجليدية الخارجة والأرفف الجليدية. وهي منتشرة على الأرض

هيكل الأنهار الجليدية
يمكن تقسيم الأرض الجليدية إلى قسمين، الجزء العلوي هو منطقة التغذية (التراكم) والجزء السفلي هو منطقة الاجتثاث. الخط الذي يقسم هذه المناطق يسمى gra

الظواهر الهيدرولوجية الخطرة
مشكلة. توجد الكوارث الطبيعية فقط لأن الناس يعيشون ويعملون في كثير من الأحيان في أماكن تشكل ساحة لتطور الظواهر الهيدرولوجية الخطيرة، وفي بعض الأحيان

الفيضانات العارمة
- كثرة الانحدارات وتغير الارتفاعات، خاصة مع ضعف ثبات المنحدرات ونشاط الظواهر الجليدية والمؤثرات الزلزالية، تؤدي أحياناً إلى سد الأنهار بالسدود الطبيعية،

كوارث الأمواج
إذا انزلقت وسقطت في حوض الاستحمام الخاص بك، فسوف تسكب نصف كمية الماء على الأرض. ماذا يحدث إذا ضرب انهيار أرضي أو انهيار أرضي أو تدفق طيني خزانًا؟ قد تكون العواقب مختلفة تمامًا، لكنها كلها كذلك

التدفقات الطينية
مشكلة. تعتبر التدفقات الطينية من أخطر الظواهر الهيدرولوجية وأكثرها انتشارا في الدول الجبلية وبشكل عام في عالم المنحدرات العالية. مشكلة التدفقات الطينية قائمة باستمرار

مصادر التدفق الطيني
مصدر التدفق الطيني هو تكوين مورفولوجي قادر على تركيز الجريان السطحي، ويحتوي على PSM (كتلة التدفق الطيني المحتملة) وله منحدر كافٍ لتطوير الانزلاق الضارب أو قص النقل

مستجمعات التدفق الطيني ومستجمعات مراكز التدفق الطيني
مستجمع التدفق الطيني هو اسم قصير لحوض يحتوي على أسطح مكونة للجريان السطحي وقادر على تشكيل تدفق طيني محمول على الرواسب. وعادة ما تكون هذه مستجمعات الجريان السطحي.

جغرافية التدفقات الطينية
العديد من مراكز التدفق الطيني الصخري على المنحدر الجنوبي لسلسلة روشان، والتي يمكن رؤيتها بسهولة من طريق بامير السريع، ظلت تنتظر في الأجنحة منذ عشرات ومئات السنين بسبب ضعف قدرات هطول الأمطار في المنطقة.

الانهيارات الأرضية والانهيارات الثلجية وتدفقات الثلوج
الانهيارات الأرضية: الانهيارات الأرضية الجبلية هي كتلة من الصخور الفتاتية السائبة، شديدة التشبع بالمياه، تتحرك أسفل المنحدر. تتشكل عندما تتجاوز قوة القص قوة الإمساك أو أثناء الزلزال

التدفقات الطينية على الأنهار الجليدية
كوارث جينالدون: أثناء التحركات الكارثية وانهيار الأنهار الجليدية، يُلاحظ أحيانًا انفصال جزء من الكتلة الجليدية، مصحوبًا بسحق الجليد وطرد الأنهار الجليدية الداخلية

الماء سائل شفاف، عديم اللون (بكميات صغيرة) وعديم الرائحة. للمياه أهمية أساسية في خلق وصيانة الحياة على الأرض، وفي التركيب الكيميائي للكائنات الحية، وفي تكوين المناخ والطقس. في الحالة الصلبة يسمى الجليد أو الثلج، وفي الحالة الغازية يسمى بخار الماء. حوالي 71% من سطح الأرض مغطى بالمياه (المحيطات والبحار والبحيرات والأنهار والجليد عند القطبين).

خصائص الماء هي مجموعة من الخصائص الفيزيائية والكيميائية والكيميائية الحيوية والحسية والفيزيائية والكيميائية وغيرها من خصائص الماء.
يعد الماء - أكسيد الهيدروجين - أحد أكثر المواد شيوعًا وأهمية. سطح الأرض الذي تشغله المياه أكبر بمقدار 2.5 مرة من سطح الأرض. لا يوجد ماء نقي في الطبيعة، بل يحتوي دائمًا على شوائب. يتم الحصول على الماء النقي عن طريق التقطير. الماء المقطر يسمى الماء المقطر. تركيب الماء (بالكتلة): 11.19% هيدروجين و 88.81% أكسجين.

الماء النقي شفاف، عديم الرائحة والمذاق. تبلغ الكثافة القصوى عند 0 درجة مئوية (1 جم / سم 3). كثافة الجليد أقل من كثافة الماء السائل، لذلك يطفو الجليد على السطح. يتجمد الماء عند 0 درجة مئوية ويغلي عند 100 درجة مئوية عند ضغط 101325 باسكال. فهو يوصل الحرارة بشكل سيء ويوصل الكهرباء بشكل سيء للغاية. الماء مذيب جيد. لجزيء الماء شكل زاوي، وتشكل ذرات الهيدروجين زاوية قدرها 104.5 درجة بالنسبة للأكسجين. ولذلك، فإن جزيء الماء هو ثنائي القطب: الجزء من الجزيء الذي يوجد فيه الهيدروجين يكون مشحونًا بشكل إيجابي، والجزء الذي يوجد فيه الأكسجين مشحون بشحنة سالبة. بسبب قطبية جزيئات الماء، تتفكك الإلكتروليتات الموجودة فيها إلى أيونات.

يحتوي الماء السائل، إلى جانب جزيئات H20 العادية، على جزيئات مرتبطة، أي مرتبطة بركام أكثر تعقيدًا (H2O)x بسبب تكوين روابط هيدروجينية. إن وجود روابط هيدروجينية بين جزيئات الماء يفسر شذوذ خصائصه الفيزيائية: الكثافة القصوى عند 4 درجات مئوية، ونقطة الغليان العالية (في السلسلة H20-H2S - H2Se) والسعة الحرارية العالية بشكل غير طبيعي. مع ارتفاع درجة الحرارة، تنكسر الروابط الهيدروجينية، ويحدث التمزق الكامل عندما يتحول الماء إلى بخار.

الماء مادة شديدة التفاعل. في الظروف العادية، فإنه يتفاعل مع العديد من الأكاسيد الأساسية والحمضية، وكذلك مع الفلزات القلوية والقلوية الأرضية. يشكل الماء مركبات عديدة - هيدرات بلورية.
من الواضح أن المركبات التي تربط الماء يمكن أن تكون بمثابة عوامل تجفيف. تشمل مواد التجفيف الأخرى P2O5، CaO، BaO، معدن Ma (تتفاعل أيضًا كيميائيًا مع الماء)، بالإضافة إلى هلام السيليكا. تشمل الخصائص الكيميائية المهمة للمياه قدرتها على الدخول في تفاعلات التحلل المائي.

يتم تحديد الخواص الكيميائية للمياه من خلال تركيبها. يتكون الماء من 88.81% أكسجين، و11.19% هيدروجين فقط. كما ذكرنا أعلاه، يتجمد الماء عند درجة صفر مئوية، لكنه يغلي عند درجة مائة. يحتوي الماء المقطر على تركيز منخفض جدًا من أيونات الهيدرونيوم موجبة الشحنة H2O وH3O+ (فقط 0.1 ميكرومول/لتر)، لذلك يمكن أن يطلق عليه عازل ممتاز. ومع ذلك، فإن خصائص الماء في الطبيعة لن تتحقق بشكل صحيح إذا لم يكن مذيباً جيداً. حجم جزيء الماء صغير جدًا. عندما تدخل مادة أخرى إلى الماء، تنجذب أيوناتها الموجبة إلى ذرات الأكسجين التي تتكون منها جزيء الماء، وتنجذب الأيونات السالبة إلى ذرات الهيدروجين. ويبدو أن الماء يحيط بالعناصر الكيميائية الذائبة فيه من جميع الجهات. لذلك، يحتوي الماء دائمًا على مواد مختلفة، على وجه الخصوص، الأملاح المعدنية، التي تضمن توصيل التيار الكهربائي.

إن الخصائص الفيزيائية للمياه "أعطتنا" ظواهر مثل ظاهرة الاحتباس الحراري وفرن الميكروويف. يتم إنشاء حوالي 60٪ من ظاهرة الاحتباس الحراري عن طريق بخار الماء، الذي يمتص الأشعة تحت الحمراء بشكل مثالي. في هذه الحالة، معامل الانكسار البصري للماء هو n=1.33. بالإضافة إلى ذلك، يمتص الماء أيضًا موجات الميكروويف بسبب عزم ثنائي القطب العالي لجزيئاته. دفعت خصائص الماء هذه في الطبيعة العلماء إلى التفكير في اختراع فرن الميكروويف.

إن دور الماء في الطبيعة وحياة الإنسان عظيم بما لا يقاس. يمكننا القول أن جميع الكائنات الحية تتكون من الماء والمواد العضوية. وهي مشارك نشط في تكوين البيئة الفيزيائية والكيميائية والمناخ والطقس. وفي الوقت نفسه، فإنه يؤثر أيضًا على الاقتصاد والصناعة والزراعة والنقل والطاقة.

يمكننا أن نعيش بدون طعام لعدة أسابيع، ولكن بدون ماء - فقط 2-3 أيام. لضمان الحياة الطبيعية، يجب على الشخص أن يدخل الجسم ما يقرب من 2 مرات أكثر من المواد الغذائية من حيث الوزن. يمكن أن يؤدي فقدان جسم الإنسان لأكثر من 10% من الماء إلى الوفاة. في المتوسط، يحتوي جسم النباتات والحيوانات على أكثر من 50٪ ماء، في جسم قنديل البحر يصل إلى 96٪، في الطحالب 95-99٪، في الجراثيم والبذور من 7 إلى 15٪. تحتوي التربة على ما لا يقل عن 20% من الماء، بينما يشكل الماء في جسم الإنسان حوالي 65%. تحتوي أجزاء جسم الإنسان المختلفة على كميات غير متساوية من الماء: يتكون الجسم الزجاجي للعين من 99% ماء، ويحتوي الدم على 83%، والأنسجة الدهنية 29%، والهيكل العظمي 22%، وحتى مينا الأسنان 0.2%. طوال حياته، يفقد الشخص الماء من الجسم، وتنخفض إمكانات الطاقة الحيوية لديه. في جنين بشري يبلغ من العمر ستة أسابيع، يصل محتوى الماء إلى 97٪، وفي الأطفال حديثي الولادة - 80٪، وفي البالغين - 60-70٪، وفي جسم شخص مسن - 50-60٪ فقط.

الماء ضروري للغاية لجميع أنظمة دعم الحياة البشرية الرئيسية. يصبح الماء والمواد التي يحتوي عليها وسيلة غذائية ويزود الكائنات الحية بالعناصر الدقيقة الضرورية للحياة. وهو موجود في الدم (79٪) ويسهل النقل عبر الدورة الدموية في حالة مذابة لآلاف المواد والعناصر الأساسية (التركيب الجيوكيميائي للمياه قريب من تكوين دماء الحيوانات والبشر.).
في اللمف، الذي يقوم بتبادل المواد بين الدم وأنسجة الكائن الحي، يشكل الماء 98٪.
يُظهر الماء خصائص المذيب العالمي بقوة أكبر من السوائل الأخرى. وبعد فترة زمنية معينة، يمكنه إذابة أي مادة صلبة تقريبًا.
ويرجع هذا الدور الشامل للمياه إلى خصائصها الفريدة.

في الآونة الأخيرة، تركزت جهود الباحثين على الدراسة المتسارعة للعمليات التي تحدث في الواجهة. اتضح أن الماء في الطبقات الحدودية له العديد من الخصائص المثيرة للاهتمام التي لا تظهر في المرحلة السائبة. هذه المعلومات ضرورية للغاية لحل عدد من المشكلات العملية المهمة. ومن الأمثلة على ذلك إنشاء قاعدة عناصر جديدة بشكل أساسي للإلكترونيات الدقيقة، حيث سيعتمد المزيد من تصغير الدوائر على مبدأ التنظيم الذاتي للجزيئات الكبيرة على سطح الماء. يعد السطح المتطور أيضًا من سمات الأنظمة البيولوجية، نظرًا لأهمية الظواهر السطحية في عملها. دائمًا ما يكون لوجود الماء تأثير كبير على طبيعة العمليات التي تحدث في المنطقة القريبة من السطح. في المقابل، تحت تأثير السطح، تتغير خصائص الماء نفسه بشكل جذري، ويجب اعتبار الماء بالقرب من الحدود كائنًا فيزيائيًا جديدًا بشكل أساسي للدراسة. من المحتمل جدًا أن دراسة الخصائص الإحصائية الجزيئية للمياه القريبة من السطح، والتي بدأت للتو، ستجعل من الممكن التحكم بشكل فعال في العديد من العمليات الفيزيائية والكيميائية.

وفي الآونة الأخيرة، زاد الاهتمام بدراسة خواص الماء على المستوى المجهري. وبالتالي، لفهم العديد من القضايا في فيزياء الظواهر السطحية، من الضروري معرفة خصائص الماء عند السطح البيني. يؤدي الافتقار إلى أفكار صارمة حول بنية الماء وتنظيم الماء على المستوى الجزيئي إلى حقيقة أنه عند دراسة خصائص المحاليل المائية سواء في الطور السائب أو في الأنظمة الشعرية، غالبًا ما يُنظر إلى الماء على أنه وسيلة غير هيكلية. ومع ذلك، فمن المعروف أن خصائص الماء في الطبقات الحدودية يمكن أن تختلف بشكل ملحوظ عن تلك الموجودة في الجزء الأكبر. لذلك، بالنظر إلى الماء كسائل غير هيكلي، فإننا نفقد معلومات فريدة حول خصائص الطبقات الحدودية، والتي، كما اتضح، تحدد إلى حد كبير طبيعة العمليات التي تحدث في المسام الرقيقة. على سبيل المثال، يتم تفسير الانتقائية الأيونية لأغشية خلات السليلوز من خلال التنظيم الجزيئي الخاص للماء في المسام، والذي ينعكس، على وجه الخصوص، في مفهوم "الحجم غير المذيب". إن التطوير الإضافي للنظرية، التي تأخذ في الاعتبار تفاصيل التفاعلات بين الجزيئات الكامنة وراء النقل الغشائي الانتقائي، سوف يسهم في فهم أكثر اكتمالًا لتحلية المحاليل الغشائية. وهذا سيجعل من الممكن تقديم توصيات مستنيرة لتحسين كفاءة عمليات تحلية المياه. وهذا يعني أهمية وضرورة دراسة خصائص السوائل في الطبقات الحدودية، وخاصة بالقرب من سطح الجسم الصلب.



تحيط بنا المياه كل يوم وفي كل مكان، حتى أولئك الذين أمضوا حياتهم كلها في الصحراء الكبرى. غالبًا ما تظل خصائص الماء غير مرئية بالنسبة لنا. وهذا على الرغم من أن بنية وخصائص المياه لها أهمية كبيرة لجميع أشكال الحياة على كوكبنا. لقد اعتدنا على اعتبار الماء أمرًا مفروغًا منه، وهو أمر يمكن الحصول عليه عند رغبتنا الأولى بحركة بسيطة لمقبض صنبور الماء. في حين أن الخصائص الفريدة للمياه هي الإجابة على العديد من الأسئلة حول عالمنا، رغم أنها في الوقت نفسه تطرح العديد من الأسئلة على الباحثين.

الخصائص الأساسية للمياه

يمكن النظر في مسألة ما هي الخصائص الرئيسية للمياه من زوايا مختلفة. والحقيقة هي أن الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمياه لها نفس القدر من الأهمية وتحدد الأهمية الخاصة والدور الذي تلعبه هذه المادة في عالمنا. يتم تحديد الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمياه من خلال بنيتها الخاصة. يعلم الجميع أن جزيء الماء يتكون من ذرتين هيدروجين وذرة أكسجين. ومع ذلك، بالفعل من هذه الحقيقة البسيطة تبدأ الخصائص الشاذة للمياه: نظرًا لأن جميع مركبات الهيدروجين الأخرى في الظروف العادية لها حالة تجميع غازية، في حين أن الماء سائل. بالإضافة إلى ذلك، فهو الماء الذي يمكن أن يوجد في ثلاث حالات تجميع (غازية، سائلة، صلبة) وينتقل بسهولة من واحدة إلى أخرى.

ترجع الخصائص غير العادية للمياه العادية إلى حقيقة أن ذرات الهيدروجين مرتبطة بذرة أكسجين بزاوية محددة بدقة ولا تغير موضعها. ونتيجة لذلك، تتشكل روابط بين ذرية قوية، والتي يتم تثبيتها بسرعة مع انخفاض درجة الحرارة. وهذا ما يفسر كون الفرق بين درجة الحرارة الطبيعية للماء ونقطة تجمده أقل بكثير من الفرق بين درجة الحرارة "المتوسطة" ونقطة الغليان. عند التجميد، لا يتم إهدار الطاقة في كسر الروابط بين الذرات، لذلك تشكل الجزيئات بسرعة هياكل منظمة وتتحول إلى بلورات ثلجية. من أجل الدخول في الحالة الغازية، يجب تدمير تلك الروابط القوية جدًا في جزيئات الماء - ولهذا السبب، لغلي الماء، يجب تسخينه لفترة أطول، مما يؤدي إلى استهلاك كمية كبيرة من الطاقة الحرارية.

توفر خصوصيات التركيب الجزيئي للمياه إجابة على السؤال حول سبب أهمية الماء للكائنات الحية ولوجود الحياة بشكل عام. منذ الشكل الوحيد المعروف حاليا للحياة في الكون ، أرضي، لا يمكن أن يوجد بدون ماء. الخصائص البيولوجية للماء تجعل جزيئاته أصغر حجمًا مقارنة بجزيئات المواد الأخرى. ربما تكون الإجابة الأولى على سؤال ما هي خصائص الماء هي "القدرة على الذوبان". إن الذوبان في الماء ليس أكثر من إحاطة جزيء المادة من جميع جوانبه بجزيئات الماء. الماء هو الوسط الذي لا يمكن للخلية الحية أن تنشأ أو توجد أو تتطور خارجه. لأن حياة الخلية تتطلب تفاعل المواد المختلفة، والتي يتم توفيرها على وجه التحديد من خلال الخصائص المعلوماتية للمياه، القادرة على حمل جزيئات المواد الأخرى. لذا فإن دور الماء في الكائنات الحية بسيط للغاية، فلا توجد كائنات حية بدون الماء.

الخصائص الفيزيائية للمياه

تعتمد الخصائص الفيزيائية الأساسية للمياه بشكل أساسي على العوامل البيئية مثل الضغط ودرجة الحرارة. تعتبر البيئة الحرارية بشكل عام مهمة للغاية بالنسبة للمياه: ترتبط درجة الحرارة بالبقاء والانتقال إلى حالات مختلفة من تجمع المياه. تكمن الخصائص المثيرة للاهتمام للمياه، على وجه الخصوص، في حقيقة أن الماء النقي تمامًا، أي الخالي من الشوائب والمواد الذائبة، يمكن أن يوجد في ما يسمى بالحالات شبه المستقرة. على سبيل المثال، تسمح الخصائص الحرارية للمياه بعدم تجميد الماء النقي إلى درجات حرارة أقل من 30 درجة مئوية تحت الصفر أو البقاء في حالة سائلة، وتسخينه حتى 200 درجة مئوية. ومع ذلك، فإن مثل هذه الحالات شبه المستقرة غير مستقرة للغاية، ولا يمكن العثور على مياه نقية تمامًا في الظروف الطبيعية. لذلك، يتم حساب الخواص الفيزيائية الحرارية للمياه، باستثناء حالات خاصة، على أساس الحدود القياسية - 0 درجة كنقطة تجمد، 100 درجة كنقطة غليان.

وبطبيعة الحال، فإن الخصائص الفيزيائية الحرارية للمياه بعيدة كل البعد عن الخصائص الوحيدة لهذه المادة الفريدة. يوجد جدول للخصائص الفيزيائية للمياه يحتوي على معلومات مفصلة عنه. على سبيل المثال، يمكنك معرفة أن الخصائص الخاصة للماء تجعله عازلًا جيدًا، أي أنه يمرر التيار الكهربائي بشكل سيء للغاية. لكننا نتحدث عن الماء النقي تماما - الماء العادي، الذي يحتوي على العديد من المواد الذائبة المختلفة، هو موصل كهربائي جيد. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي الجدول على مؤشرات مثل، على سبيل المثال، سرعة الصوت التي تبلغ في الماء عند درجة حرارة 20 درجة 1482.7 مترًا في الثانية (للمقارنة، تبلغ سرعة الصوت في الهواء 331 مترًا في الثانية).

الخصائص الكيميائية للمياه

الخاصية الكيميائية الرئيسية للماء هي قدرته على أن يكون مذيباً. تتم دراسة الخصائص الحمضية للمياه بنشاط، لأن الماء، بغض النظر عن مدى ظهوره بشكل غير متوقع، هو حمض. في العلوم الكيميائية، الحمض هو مادة قادرة على إطلاق كاتيونات الهيدروجين أثناء التفاعل الكيميائي. الماء قادر على القيام بذلك، ولهذا السبب فإن خصائص الماء المؤكسدة مهمة جدًا. لكن الماء مادة فريدة من نوعها، لأنه بالإضافة إلى خصائصه المؤكسدة، فإن له أيضًا خصائص مختزلة.

ويجب التذكير أنه في الكيمياء الحيوية، تفاعلات الأكسدة والاختزال هي تلك التفاعلات الكيميائية التي تتم خلالها إضافة أو فقدان الإلكترونات، مما يؤدي إلى تغير في الإمكانات الكهربائية للمواد. الأكسجين هو عامل مؤكسد نشط، أي مادة تشغل الأقطاب الكهربائية؛ الهيدروجين هو عامل اختزال عالمي يطلق الهيدروجين بسهولة. لذلك اتضح أن الماء، الذي يتكون من الأكسجين والهيدروجين، يمكن أن يكون عامل مؤكسد وعامل اختزال - ومن هنا خصائص الأكسدة والاختزال في الماء. يمكن أن تتأكسد البيئة المائية، فتأخذ إلكترونات من مواد أخرى - وهذا الوضع نموذجي في معظم المواقف التي يوجد فيها الماء على السطح. يمكن أن يتأكسد الماء إذا كان يحتوي على شوائب معينة. وأخيرًا، يمكن أن تكون أيضًا بيئة مختزلة، وهو أمر نموذجي بالنسبة للمياه الجوفية المشبعة بالمعادن.

الماء هو أحد أكثر المركبات المدهشة على وجه الأرض، وقد أذهل الباحثين منذ فترة طويلة بغرابة العديد من خصائصه الفيزيائية:

1) عدم استنفاد المادة والموارد الطبيعية على السواء؛ إذا تم تدمير أو تفريق جميع موارد الأرض الأخرى، يبدو أن الماء يهرب من هذا، ويتخذ أشكالًا أو حالات مختلفة: بالإضافة إلى السائل والصلب والغازي. إنها المادة والمورد الوحيد من نوعه. تضمن هذه الخاصية وجود الماء في كل مكان، فهو يتخلل الغلاف الجغرافي بأكمله للأرض ويقوم بمجموعة متنوعة من الأعمال فيه.

2) تمدده المتأصل أثناء التصلب (التجميد) وانخفاض الحجم أثناء الذوبان (الانتقال إلى الحالة السائلة).

3) الكثافة القصوى عند درجة حرارة +4 درجة مئوية وما يرتبط بها من خصائص مهمة جدًا للعمليات الطبيعية والبيولوجية، على سبيل المثال، استبعاد التجميد العميق للمسطحات المائية. كقاعدة عامة، يتم ملاحظة الحد الأقصى لكثافة الأجسام المادية عند درجة حرارة التصلب. يتم ملاحظة الحد الأقصى لكثافة الماء المقطر في ظروف غير طبيعية - عند درجة حرارة 3.98-4 درجة مئوية (أو مدورة +4 درجة مئوية)، أي عند درجة حرارة أعلى من نقطة التصلب (التجمد). عندما تنحرف درجة حرارة الماء عن 4 درجات مئوية في كلا الاتجاهين، تنخفض كثافة الماء.

4) عند الذوبان (الذوبان) يطفو الجليد على سطح الماء (بخلاف السوائل الأخرى).

5) التغيير غير الطبيعي في كثافة الماء يستلزم نفس التغيير غير الطبيعي في حجم الماء عند تسخينه: مع زيادة درجة الحرارة من 0 إلى 4 درجات مئوية، يتناقص حجم الماء الساخن وفقط مع زيادة أخرى يبدأ في الزيادة . إذا، مع انخفاض درجة الحرارة وأثناء الانتقال من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة، تغيرت كثافة وحجم الماء بنفس الطريقة التي يحدث بها مع الغالبية العظمى من المواد، فعند اقتراب فصل الشتاء تتغير الطبقات السطحية للمياه الطبيعية سوف يبرد إلى 0 درجة مئوية ويهبط إلى القاع، مما يحرر مساحة الطبقات الأكثر دفئًا، وسيستمر هذا حتى تصل كتلة الخزان بأكملها إلى درجة حرارة 0 درجة مئوية. بعد ذلك، سيبدأ الماء في التجمد، وسوف تغرق الجليد الطافي الناتج في القاع، ويتجمد الخزان حتى عمقه بالكامل. ومع ذلك، فإن العديد من أشكال الحياة في الماء ستكون مستحيلة. لكن بما أن الماء يصل إلى كثافته القصوى عند 4 درجات مئوية، فإن حركة طبقاته الناتجة عن التبريد تنتهي عند الوصول إلى درجة الحرارة هذه. مع انخفاض إضافي في درجة الحرارة، تبقى الطبقة المبردة، ذات الكثافة المنخفضة، على السطح، وتتجمد، وبالتالي تحمي الطبقات الأساسية من المزيد من التبريد والتجميد.

6) يكون انتقال الماء من حالة إلى أخرى مصحوبًا بإنفاق (تبخر أو انصهار) أو إطلاق (تكثيف أو تجميد) كمية مقابلة من الحرارة. يستغرق الأمر 677 سعرًا حراريًا لإذابة 1 جرام من الجليد، و80 سعرًا حراريًا أقل لتبخر 1 جرام من الماء. تضمن الحرارة العالية الكامنة لانصهار الجليد ذوبان الثلج والجليد ببطء.

7) القدرة على الانتقال بسهولة نسبيًا إلى الحالة الغازية (التبخر) ليس فقط عند درجات الحرارة الإيجابية ولكن أيضًا عند درجات الحرارة السلبية. في الحالة الأخيرة، يحدث التبخر من خلال تجاوز الطور السائل - من المادة الصلبة (الجليد والثلج) مباشرة إلى مرحلة البخار. هذه الظاهرة تسمى التسامي.

8) إذا قارنا درجات غليان وتجمد الهيدريدات المتكونة من عناصر المجموعة السادسة من الجدول الدوري (السيلينيوم H 2 Se، التيلوريوم H 2 Te) والماء (H 2 O)، فبالقياس معهم درجة الغليان يجب أن تكون درجة حرارة الماء حوالي 60 درجة مئوية، وتكون نقطة التجمد أقل من 100 درجة مئوية. ولكن حتى هنا تظهر الخصائص الشاذة للمياه - عند ضغط عادي يبلغ 1 ATM. يغلي الماء عند +100 درجة مئوية ويتجمد عند 0 درجة مئوية.

9) من الأمور ذات الأهمية الكبرى في حياة الطبيعة حقيقة أن الماء يتمتع بقدرة حرارية عالية بشكل غير طبيعي، أكبر بـ 3000 مرة من الهواء. وهذا يعني أنه عند تبريد 1 م 3 من الماء بدرجة حرارة 1 0 مئوية، يتم تسخين 3000 م 3 من الهواء بنفس المقدار. لذلك، من خلال تراكم الحرارة، يكون للمحيط تأثير معتدل على مناخ المناطق الساحلية.

10) يمتص الماء الحرارة عندما يتبخر ويذوب، ويطلقها عندما يتكاثف من البخار ويتجمد.

11) قدرة الماء في الوسائط المشتتة، على سبيل المثال في التربة المسامية الدقيقة أو الهياكل البيولوجية، على المرور إلى حالة مقيدة أو مشتتة. في هذه الحالات، تتغير خصائص الماء بشكل كبير (حركته، وكثافته، ونقطة التجمد، والتوتر السطحي وغيرها من المعالم)، والتي تعتبر مهمة للغاية لحدوث العمليات في النظم الطبيعية والبيولوجية.

12) الماء مذيب عالمي، لذلك، ليس فقط في الطبيعة، ولكن أيضًا في ظروف المختبر، لا يوجد ماء نقي بشكل مثالي لأنه قادر على إذابة أي وعاء موجود فيه. وقد اقترح أن التوتر السطحي للمياه النقية بشكل مثالي سيكون من النوع الذي يمكن للمرء أن يتزلج عليه. إن قدرة الماء على الذوبان تضمن نقل المواد في الغلاف الجغرافي، وتشكل أساس تبادل المواد بين الكائنات الحية والبيئة، وهي أساس التغذية.

13) من بين جميع السوائل (ما عدا الزئبق)، يتمتع الماء بأعلى ضغط سطحي وتوتر سطحي: = 75 · 10 -7 جول/سم 2 (الجلسرين – 65، الأمونيا – 42، وجميع السوائل الأخرى أقل من 30 · 10 -7 جول/ سم 2 ). ولهذا السبب تميل قطرة الماء إلى اتخاذ شكل الكرة، وعندما تلامس الأجسام الصلبة فإنها تبلل سطح معظمها. ولهذا السبب يمكن أن يرتفع من خلال الشعيرات الدموية في الصخور والنباتات، مما يوفر تكوين التربة وتغذية النبات.

14) يتمتع الماء بثبات حراري عالي. يبدأ بخار الماء بالتحلل إلى هيدروجين وأكسجين فقط عند درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية.

15) الماء النقي كيميائيا رديء جدا للكهرباء. نظرًا لانضغاطها المنخفض، تنتشر الموجات الصوتية والموجات فوق الصوتية جيدًا في الماء.

16) تتغير خصائص الماء بشكل كبير تحت تأثير الضغط ودرجة الحرارة. وبالتالي، مع زيادة الضغط، تزداد درجة غليان الماء، وعلى العكس من ذلك، تنخفض درجة التجمد. مع زيادة درجة الحرارة، ينخفض ​​التوتر السطحي وكثافته ولزوجته، وتزداد التوصيلية الكهربائية وسرعة الصوت في الماء.

إن الخصائص الشاذة للمياه مجتمعة، والتي تشير إلى مقاومتها العالية للغاية للعوامل الخارجية، ناتجة عن وجود قوى إضافية بين الجزيئات، تسمى الروابط الهيدروجينية. جوهر الرابطة الهيدروجينية هو أن أيون الهيدروجين المرتبط بأيون عنصر آخر قادر على جذب أيون نفس العنصر من جزيء آخر كهروستاتيكيًا. يحتوي جزيء الماء على هيكل زاوي: تشكل النوى المتضمنة في تكوينه مثلثًا متساوي الساقين، يوجد في قاعدته بروتونان، وفي القمة - نواة ذرة الأكسجين (الشكل 2.2).

الشكل 2.2 - هيكل جزيء الماء

من بين الإلكترونات العشرة (5 أزواج) الموجودة في الجزيء، يقع زوج واحد (الإلكترونات الداخلية) بالقرب من نواة الأكسجين، ومن بين الأزواج الأربعة المتبقية من الإلكترونات (الخارجية)، يتم مشاركة زوج واحد بين كل من البروتونات والأكسجين النواة، بينما يظل الزوجان غير محددين وموجهين إلى رؤوس رباعي السطوح المقابل للبروتونات. وهكذا، يوجد في جزيء الماء 4 أقطاب شحنة تقع عند رؤوس رباعي السطوح: 2 سالب، ينشأ عن زيادة كثافة الإلكترون في مواقع أزواج الإلكترونات الوحيدة، و2 موجب، ينشأ عن نقصه في مواقع البروتونات.

ونتيجة لذلك، يتحول جزيء الماء إلى ثنائي القطب الكهربائي. في هذه الحالة، يجذب القطب الموجب لجزيء ماء القطب السالب لجزيء ماء آخر. والنتيجة هي تجمعات (أو ارتباطات للجزيئات) مكونة من جزيئين أو ثلاثة أو أكثر (الشكل 2.3).

الشكل 2.3 - تكوين الجزيئات المرتبطة بواسطة ثنائيات أقطاب الماء:

1 – مونوهيدرول H 2 O؛ 2 – ثنائي هيدرول (H2O)2; 3 – ثلاثي هيدرول (H2O)3

وبالتالي، فإن الجزيئات المفردة والمزدوجة والثلاثية موجودة في الماء في وقت واحد. يختلف محتواها حسب درجة الحرارة. يحتوي الثلج بشكل رئيسي على ثلاثي هيدرولات، وحجمها أكبر من أحادي هيدرولات وثنائي هيدرولات. مع ارتفاع درجة الحرارة، تزداد سرعة حركة الجزيئات، وتضعف قوى الجذب بين الجزيئات، وفي الحالة السائلة يكون الماء خليطًا من ثلاثي وثنائي وأحادي الهيدرولات. مع زيادة أخرى في درجة الحرارة، تتفكك جزيئات ثلاثي هيدروول وثنائي هيدرول؛ عند درجة حرارة 100 درجة مئوية، يتكون الماء من مونوهيدرولز (البخار).

إن وجود أزواج إلكترون وحيدة يحدد إمكانية تكوين رابطتين هيدروجينيتين. تنشأ رابطتان أخريان بسبب ذرتين هيدروجين. ونتيجة لذلك، فإن كل جزيء ماء قادر على تكوين أربع روابط هيدروجينية (الشكل 2.4).

الشكل 2.4 - الروابط الهيدروجينية في جزيئات الماء:

- تعيين رابطة الهيدروجين

ونظراً لوجود الروابط الهيدروجينية في الماء، يُلاحظ وجود درجة عالية من النظام في ترتيب جزيئاته، مما يجعله أقرب إلى الجسم الصلب، وتظهر فراغات عديدة في البنية، مما يجعلها فضفاضة للغاية. وتشمل الهياكل الأقل كثافة الهيكل الجليدي. يوجد فيه فراغات أبعادها أكبر قليلاً من أبعاد جزيء H 2 O. عندما يذوب الجليد يتم تدمير بنيته. ولكن حتى في الماء السائل، يتم الحفاظ على الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات: تنشأ الزميلة - نوى التكوينات البلورية. وبهذا المعنى، يكون الماء في وضع وسط بين الحالة البلورية والسائلة، وهو يشبه الحالة الصلبة أكثر من السائل المثالي. ومع ذلك، على عكس الجليد، فإن كل زميل موجود لفترة قصيرة جدًا: يحدث باستمرار تدمير بعض الركام وتكوين الركام الآخر. يمكن لفراغات مثل هذه التجمعات "الجليدية" أن تستوعب جزيئات الماء المفردة، ويصبح تعبئة جزيئات الماء أكثر كثافة. ولهذا السبب، عندما يذوب الجليد، يقل حجم الماء الذي يشغله وتزداد كثافته. عند درجة حرارة +4 درجات مئوية، يكون الماء هو الأكثر كثافة.

عندما يتم تسخين الماء، يتم إنفاق جزء من الحرارة في كسر الروابط الهيدروجينية. وهذا ما يفسر القدرة الحرارية العالية للمياه. يتم تدمير الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء تمامًا عندما يتحول الماء إلى بخار.

لا يرجع تعقيد بنية الماء إلى خصائص جزيئه فحسب، بل أيضًا إلى حقيقة أنه بسبب وجود نظائر الأكسجين والهيدروجين، يحتوي الماء على جزيئات ذات أوزان جزيئية مختلفة (من 18 إلى 22). الأكثر شيوعًا هو الجزيء "العادي" الذي يبلغ وزنه الجزيئي 18. ومحتوى الجزيئات ذات الوزن الجزيئي المرتفع صغير. وبالتالي فإن "الماء الثقيل" (الوزن الجزيئي 20) يشكل أقل من 0.02% من إجمالي احتياطيات المياه. لا يوجد في الغلاف الجوي، ففي طن مياه الأنهار لا يزيد عن 150 جرامًا، وفي مياه البحر 160-170 جرامًا، إلا أن وجوده يمنح الماء "العادي" كثافة أكبر ويؤثر على خصائصه الأخرى.

سمحت الخصائص المذهلة للمياه بظهور الحياة وتطورها على الأرض. بفضلهم، يمكن للمياه أن تلعب دورا لا غنى عنه في جميع العمليات التي تحدث في البيئة الجغرافية.