يعد الماء من أكثر المواد شيوعًا في الطبيعة (يحتل الغلاف المائي 71٪ من سطح الأرض). تلعب المياه دورًا حيويًا في الجيولوجيا وتاريخ الكوكب. وبدون الماء لا يمكن للكائنات الحية أن توجد. الحقيقة هي أن جسم الإنسان يتكون من 63٪ - 68٪ ماء تقريبًا. تقريبا كل الحيوية التفاعلات الكيميائيةفي كل خلية حية هناك ردود فعل محاليل مائية... في المحاليل (المائية بشكل رئيسي) معظمها العمليات التكنولوجيةفي المؤسسات الصناعة الكيميائية، في الانتاج الأدويةو منتجات الطعام. وفي علم المعادن، يعتبر الماء مهمًا للغاية، وليس فقط للتبريد. ليس من قبيل الصدفة أن تصبح صناعة المعادن المائية - استخراج المعادن من الخامات والمركزات باستخدام محاليل الكواشف المختلفة - صناعة مهمة.
الماء ليس لك لون ولا طعم ولا رائحة
لا يمكن وصفك، أنت مستمتع،
لا أعرف ما أنت. من المستحيل أن أقول
ما هو ضروري للحياة: أنت الحياة نفسها.
وتغمرنا بالفرح
والتي لا يمكن تفسيرها بمشاعرنا.
بكم تعود قوتنا
الذي قلنا وداعا له بالفعل.
بنعمتك يبدأون من جديد فينا
تتدفق ينابيع قلوبنا الجافة.
(أ. دي سانت إكزوبيري. كوكب الناس)
لقد كتبت مقالاً عن موضوع "الماء هو المادة الأكثر روعة في العالم". اخترت هذا الموضوع لأنه الأكثر الموضوع الفعليلأن الماء هو أهم مادة على وجه الأرض والتي بدونها لا يمكن لأي كائن حي أن يوجد ولا يمكن أن تحدث أي تفاعلات بيولوجية أو كيميائية أو عمليات تكنولوجية.
الماء هو المادة الأكثر روعة على وجه الأرض
الماء مادة مألوفة وغير عادية. وصف العالم السوفييتي الشهير الأكاديمي آي في بيتريانوف كتابه العلمي الشهير عن الماء بأنه "المادة الأكثر استثنائية في العالم". و "علم وظائف الأعضاء الترفيهي"، الذي كتبه دكتور في العلوم البيولوجية بي إف سيرجيف، يبدأ بفصل عن الماء - "المادة التي خلقت كوكبنا".
العلماء على حق تمامًا: لا توجد مادة على الأرض أكثر أهمية بالنسبة لنا من الماء العادي، وفي الوقت نفسه لا توجد مادة أخرى تحتوي خصائصها على عدد كبير من التناقضات والشذوذ مثل خصائصها.
ما يقرب من 3/4 من سطح كوكبنا تحتلها المحيطات والبحار. يغطي الماء العسر - الثلج والجليد - 20% من الأرض. مناخ الكوكب يعتمد على الماء. يدعي الجيوفيزيائيون أن الأرض كانت ستبرد منذ فترة طويلة وتتحول إلى قطعة حجر هامدة لولا وجود الماء. لديها قدرة حرارية عالية جدا. عند تسخينه، يمتص الحرارة؛ يبرد، يعطيه بعيدا. تمتص مياه الأرض الكثير من الحرارة وتعيدها وبالتالي تعمل على "تسوية" المناخ. وما يحمي الأرض من البرد الكوني هي تلك الجزيئات المائية المنتشرة في الغلاف الجوي - في السحب وعلى شكل بخار... لا يمكنك الاستغناء عن الماء - فهذه أهم مادة على وجه الأرض.
هيكل جزيء الماء
سلوك الماء "غير منطقي". اتضح أن تحول الماء من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة والغازية يحدث عند درجات حرارة أعلى بكثير مما ينبغي. وقد تم العثور على تفسير لهذه الحالات الشاذة. يتكون جزيء الماء H 2 O على شكل مثلث: الزاوية بين رابطتي الأكسجين والهيدروجين هي 104 درجة. ولكن بما أن ذرتي الهيدروجين تقعان على نفس الجانب من الأكسجين، الشحنات الكهربائيةتتوزع فيه. وجزيء الماء قطبي، وهذا هو سبب التفاعل المميز بين جزيئاته المختلفة. تتفاعل ذرات الهيدروجين الموجودة في جزيء H 2 O، ذات الشحنة الموجبة الجزئية، مع إلكترونات ذرات الأكسجين في الجزيئات المجاورة. تسمى هذه الرابطة الكيميائية رابطة الهيدروجين. فهو يجمع جزيئات H 2 O في بوليمرات فريدة ذات بنية مكانية؛ المستوى الذي توجد فيه روابط الهيدروجين يكون متعامدًا مع مستوى ذرات نفس جزيء H 2 O. يفسر التفاعل بين جزيئات الماء في المقام الأول درجات الحرارة المرتفعة بشكل غير طبيعي لانصهارها وغليانها. يجب توفير طاقة إضافية لتفكيك الروابط الهيدروجينية ثم تدميرها. وهذه الطاقة مهمة جدًا. ولهذا السبب، بالمناسبة، تكون السعة الحرارية للماء عالية جدًا.
ما هي الروابط التي يمتلكها H2O؟
يحتوي جزيء الماء على رابطتين تساهميتين قطبيتين H-O.
يتم تشكيلها بسبب تداخل سحابتين من إلكترون واحد من ذرة الأكسجين وسحب من إلكترون واحد من ذرتين هيدروجين.
في جزيء الماء، تحتوي ذرة الأكسجين على أربعة أزواج من الإلكترونات. ويشارك اثنان منهم في تكوين الروابط التساهمية، أي. ملزمة. اثنان آخران أزواج الإلكترونغير ملزمة.
هناك أربع شحنات قطبية في الجزيء: اثنتان موجبتان واثنتان سلبيتان. رسوم إيجابيةيتركز في ذرات الهيدروجين، لأن الأكسجين أكثر سالبية كهربية من الهيدروجين. يأتي القطبان السالبان من زوجين من الإلكترونات غير المترابطة من الأكسجين.
مثل هذا الفهم لبنية الجزيء يجعل من الممكن شرح العديد من خصائص الماء، وخاصة بنية الجليد. في الشبكة البلورية الجليدية، كل جزيء محاط بأربعة جزيئات أخرى. وفي الصورة المستوية يمكن تمثيل ذلك على النحو التالي:
يوضح الرسم البياني أن الاتصال بين الجزيئات يتم من خلال ذرة الهيدروجين:
تنجذب ذرة الهيدروجين الموجبة الشحنة لجزيء ماء إلى ذرة الأكسجين سالبة الشحنة لجزيء ماء آخر. تسمى هذه الرابطة رابطة الهيدروجين (يتم تحديدها بالنقاط). قوة الرابطة الهيدروجينية أضعف بحوالي 15-20 مرة من الرابطة التساهمية. ولذلك، يتم كسر الرابطة الهيدروجينية بسهولة، وهو ما لوحظ، على سبيل المثال، أثناء تبخر الماء.
هيكل الماء السائل يشبه هيكل الجليد. وفي الماء السائل، ترتبط الجزيئات أيضًا ببعضها البعض من خلال روابط هيدروجينية، لكن بنية الماء أقل "صلابة" من بنية الجليد. بسبب الحركة الحرارية للجزيئات في الماء، تنكسر بعض الروابط الهيدروجينية وتتشكل روابط أخرى.
الخصائص الفيزيائية لـ H 2 O
ماء، H2O، سائل عديم الرائحة، لا طعم له، عديم اللون (مزرق في طبقات سميكة)؛ الكثافة 1 جم/سم 3 (عند 3.98 درجة)، t pl = 0 درجة، t غليان = 100 درجة.
هناك أنواع مختلفة من الماء: السائل والصلب والغازي.
الماء هو المادة الوحيدة في الطبيعة التي توجد في جميع العناصر الثلاثة في ظل الظروف الأرضية حالات التجميع:
الماء السائل
من الصعب الجليد
غازية - بخارية
العالم السوفيتي V. I. كتب فيرنادسكي: "الماء يقف منفصلاً في تاريخ كوكبنا. لا يوجد جسم طبيعي يمكن مقارنته به في تأثيره على مسار العمليات الجيولوجية الرئيسية والأكثر طموحًا. لا توجد مادة أرضية - صخرة المعدن، جسم حي، لا يحتوي عليه، كل المادة الأرضية تتخلله وتحتضنه."
الخواص الكيميائية لـ H2O
من الخواص الكيميائيةالماء له أهمية خاصة، وقدرة جزيئاته على الانفصال (التفكك) إلى أيونات وقدرة الماء على إذابة المواد ذات الطبيعة الكيميائية المختلفة. يتم تحديد دور الماء باعتباره المذيب الرئيسي والعالمي في المقام الأول من خلال قطبية جزيئاته (إزاحة مراكز الشحنات الإيجابية والسلبية)، ونتيجة لذلك، ثابت العزل الكهربائي العالي للغاية. تنجذب الشحنات الكهربائية المتضادة، وخاصة الأيونات، إلى بعضها البعض في الماء بمعدل 80 مرة أضعف مما تنجذب إليه في الهواء. القوى الجذب المتبادلكما أن التفاعل بين جزيئات أو ذرات الجسم المغمور في الماء أضعف منه في الهواء. في هذه الحالة، يكون من الأسهل للحركة الحرارية فصل الجزيئات. ولهذا السبب يحدث الذوبان، بما في ذلك العديد من المواد التي يصعب ذوبانها: فالقطرة تبلى الحجر...
تفكك (تحلل) جزيئات الماء إلى أيونات:
H2O → H + +OH، أو 2H2O → H3O (أيون الهيدروكسي) +OH
في ظل الظروف العادية يكون ضئيلا للغاية؛ في المتوسط، ينفصل جزيء واحد من بين 500.000.000. ويجب أن يؤخذ في الاعتبار أن أول المعادلات المعطاة هي شرطية بحتة: لا يمكن لبروتون H خالي من غلاف الإلكترون أن يتواجد في بيئة مائية. فهو يتحد مباشرة مع جزيء الماء، تشكيل أيون الهيدروكسي H 3 O. ويُعتقد أيضًا أن المواد المرتبطة بجزيئات الماء تتحلل فعليًا إلى أيونات أثقل بكثير، مثل، على سبيل المثال،
8H 2 O → HgO 4 +H 7 O 4، والتفاعل H 2 O → H + + OH - ليس سوى رسم تخطيطي مبسط للغاية للعملية الحقيقية.
تفاعل الماء منخفض نسبيا. صحيح أن بعض المعادن النشطة قادرة على إزاحة الهيدروجين منه:
2Na+2H2O → 2NaOH+H2,
وفي جو من الفلور الحر، يمكن أن يحرق الماء:
2F2 +2H2O → 4HF+O2.
تتكون البلورات من روابط جزيئية مماثلة للمركبات الجزيئية. الجليد العادي. إن "تعبئة" الذرات في مثل هذه البلورة ليست أيونية، والجليد لا يوصل الحرارة بشكل جيد. كثافة الماء السائل عند درجات حرارة قريبة من الصفر أكبر من كثافة الجليد. عند درجة حرارة 0 درجة مئوية، يشغل 1 جم من الجليد حجمًا قدره 1.0905 سم 3، ويشغل 1 جم من الماء السائل حجمًا قدره 1.0001 سم 3. ويطفو الجليد، ولهذا السبب لا تتجمد المسطحات المائية، ولكنها مغطاة بالجليد فقط. يكشف هذا عن شذوذ آخر في الماء: بعد الذوبان، ينكمش أولاً، وبعد ذلك فقط، عند دوران 4 درجات، أثناء العملية الإضافية يبدأ في التوسع. في الضغوط العاليةيمكن تحويل الجليد العادي إلى ما يسمى بالجليد - 1، الجليد - 2، الجليد - 3، وما إلى ذلك - أشكال بلورية أثقل وأكثر كثافة من هذه المادة. أصعب وأكثف وأكثر صهرًا للجليد حتى الآن هو 7، ويتم الحصول عليه عند ضغط 3 كيلو باسكال. يذوب عند 190 درجة.
دورة الماء في الطبيعة
يتخلل جسم الإنسان ملايين الأوعية الدموية. تربط الشرايين والأوردة الكبيرة أعضاء الجسم الرئيسية ببعضها البعض، وتتشابك الأعضاء الصغيرة منها من جميع الجوانب، وتصل الشعيرات الدموية الدقيقة إلى كل خلية تقريبًا. سواء كنت تحفر حفرة، أو تجلس في الفصل، أو تنام بسعادة، فإن الدم يتدفق من خلالها باستمرار، ويربطكما معًا. نظام موحدجسم الإنسان: الدماغ والمعدة والكلى والكبد والعينين والعضلات. ما هو الدم اللازم ل؟
يحمل الدم الأكسجين من رئتيك والمواد المغذية من معدتك إلى كل خلية في جسمك. يجمع الدم الفضلات من جميع أنحاء الجسم، حتى من أكثر أركان الجسم عزلة، مما يحرره من ثاني أكسيد الكربون وغيره من المواد غير الضرورية، بما في ذلك المواد الخطرة. يحمل الدم مواد خاصة في جميع أنحاء الجسم - الهرمونات التي تنظم وتنسق عمل الجسم أعضاء مختلفة. بمعنى آخر، يربط الدم أجزاء الجسم المختلفة في نظام واحد، في كائن حي متماسك وفعال.
كوكبنا لديه أيضًا نظام الدورة الدموية. دم الأرض هو الماء، و الأوعية الدموية- الأنهار والجداول والجداول والبحيرات. وهذه ليست مجرد مقارنة، استعارة فنية. يلعب الماء على الأرض نفس دور الدم في جسم الإنسان، وكما لاحظ العلماء مؤخرًا فإن بنية شبكة النهر تشبه إلى حد كبير البنية نظام الدورة الدمويةشخص. "سائقة الطبيعة" - هذا ما أطلق عليه ليوناردو دافنشي العظيم الماء، فهي التي تنتقل من التربة إلى النباتات، ومن النباتات إلى الغلاف الجوي، وتتدفق عبر الأنهار من القارات إلى المحيطات وتعود مع التيارات الهوائية، وتربط مكونات الطبيعة المختلفة مع بعضها البعض، وتحولها إلى نظام جغرافي واحد. لا ينتقل الماء ببساطة من مكون طبيعي إلى آخر. فهو مثل الدم، يحمل معه كمية هائلة من المواد الكيميائية، ويصدرها من التربة إلى النباتات، ومن الأرض إلى البحيرات والمحيطات، ومن الغلاف الجوي إلى الأرض. يمكن لجميع النباتات أن تستهلك العناصر الغذائية الموجودة في التربة فقط مع الماء، حيث تكون في حالة ذائبة. ولولا تدفق الماء من التربة إلى النباتات، لماتت كل الأعشاب، حتى تلك التي تنمو في أغنى التربة، «من الجوع»، مثل التاجر الذي مات جوعاً على صندوق من الذهب. توفر المياه العناصر الغذائية لسكان الأنهار والبحيرات والبحار. الجداول التي تتدفق بمرح من الحقول والمروج أثناء ذوبان الثلوج في الربيع أو بعد أمطار الصيف، وتجمع على طول الطريق ما تم تخزينه في التربة المواد الكيميائيةونقلها إلى سكان الخزانات والبحر، وبالتالي ربط مناطق الأرض والمياه على كوكبنا. يتم تشكيل أغنى "مائدة" في تلك الأماكن التي تتدفق فيها الأنهار التي تحمل العناصر الغذائية إلى البحيرات والبحار. لذلك، تتميز هذه المناطق من الساحل - مصبات الأنهار - بأحداث شغب من الحياة تحت الماء. ومن الذي يزيل النفايات الناتجة عن النشاط الحياتي لمختلف الأنظمة الجغرافية؟ مرة أخرى، الماء، وكمسرّع، يعمل بشكل أفضل بكثير من نظام الدورة الدموية البشري، الذي يؤدي هذه الوظيفة جزئيًا فقط. إن الدور المنقي للمياه مهم بشكل خاص الآن، عندما يسمم الناس البيئة بالنفايات الناتجة عن المدن والمؤسسات الصناعية والزراعية. يحتوي جسم الإنسان البالغ على حوالي 5-6 كجم. دم، معظموالتي تدور بشكل مستمر بين في أجزاء مختلفةجسده. ما هي كمية المياه التي تحتاجها حياة عالمنا؟
كل المياه الموجودة على الأرض والتي ليست جزءًا من الصخور متحدة بمفهوم "الغلاف المائي". وزنه كبير جدًا بحيث لا يُقاس عادةً بالكيلوجرام أو الأطنان، بل بالكيلومترات المكعبة. الكيلومتر المكعب هو مكعب طول كل حافة منه كيلومتر واحد، ويشغله الماء باستمرار. وزن 1 كم3 من الماء يساوي 1 مليار طن، وتحتوي الأرض بأكملها على 1.5 مليار كم3 من الماء، أي ما يعادل 1500000000000000000 طن تقريباً! لكل شخص 1.4 كيلومتر مكعب من الماء، أي 250 مليون طن، أشرب، لا أريد ذلك!
ولكن لسوء الحظ، كل شيء ليس بهذه البساطة. والحقيقة أن 94% من هذا الحجم يتكون من مياه محيطات العالم، وهي غير مناسبة لمعظم الأغراض الاقتصادية. 6٪ فقط من المياه الأرضية، منها 1/3 فقط عذبة، أي. 2% فقط من الحجم الكلي للغلاف المائي. ويتركز الجزء الأكبر من هذه المياه العذبة في الأنهار الجليدية. يوجد عدد أقل بكثير منها تحت سطح الأرض (في آفاق المياه الجوفية الضحلة، في البحيرات الجوفية، في التربة، وكذلك في الأبخرة الجوية. حصة الأنهار، التي يأخذ منها الناس المياه بشكل أساسي، صغيرة جدًا - 1.2 ألف كيلومتر 3. إن الحجم الإجمالي للمياه الموجود في الكائنات الحية في نفس الوقت غير مهم على الإطلاق. لذلك لا يوجد الكثير من الماء على كوكبنا يمكن أن يستهلكه البشر والكائنات الحية الأخرى. ولكن لماذا لا ينتهي الأمر؟ بعد كل شيء، الناس والحيوانات يشربون الماء باستمرار، وتبخره النباتات في الغلاف الجوي، وتحمله الأنهار إلى المحيط.
لماذا لا ينفد الماء من الأرض؟
الجهاز الدوري للإنسان عبارة عن سلسلة مغلقة يتدفق من خلالها الدم بشكل مستمر ويحمل الأكسجين و ثاني أكسيد الكربونوالمواد الغذائية والنفايات. وهذا التدفق لا ينتهي أبدًا لأنه دائرة أو حلقة، وكما نعلم "الحلقة ليس لها نهاية". تم تصميم شبكة المياه لكوكبنا وفقًا لنفس المبدأ. الماء على الأرض في دورة ثابتة، ويتم تجديد فقدانه في رابط واحد على الفور عن طريق تناوله من رابط آخر. القوة الدافعة وراء دورة المياه هي طاقة شمسيةوالجاذبية. بسبب دورة المياه، جميع أجزاء الغلاف المائي متحدة بشكل وثيق وتربط مكونات الطبيعة الأخرى. في جدا منظر عامتبدو دورة المياه على كوكبنا هكذا. تحت تأثير ضوء الشمس، يتبخر الماء من سطح المحيط واليابسة ويدخل إلى الغلاف الجوي، ويتم التبخر من سطح الأرض عن طريق الأنهار والخزانات، وعن طريق التربة والنباتات. ويعود بعض الماء فورًا مع هطول الأمطار إلى المحيط، والبعض الآخر تحمله الرياح إلى اليابسة، حيث يهطل على شكل أمطار وثلوج. عند الدخول إلى التربة، يتم امتصاص الماء جزئيًا فيها، مما يؤدي إلى تجديد احتياطيات رطوبة التربة والمياه الجوفية؛ وتتدفق رطوبة التربة جزئيًا على طول السطح إلى الأنهار والخزانات؛ وتنتقل رطوبة التربة جزئيًا إلى النباتات، التي تبخرها في الغلاف الجوي، وتتدفق جزئيًا في الأنهار، فقط بسرعة أقل. وتحمل الأنهار، التي تغذيها الجداول السطحية والمياه الجوفية، المياه إلى المحيطات، لتعوض فقدانها. يتبخر الماء من سطحه، ويعود إلى الغلاف الجوي، وتنتهي الدورة. نفس حركة المياه بين جميع مكونات الطبيعة وجميع المناطق سطح الأرضيحدث باستمرار وبشكل مستمر لملايين السنين.
ولا بد من القول أن دورة المياه ليست مغلقة تماما. ويتحلل جزء منه، الذي يقع في الطبقات العليا من الغلاف الجوي، تحت تأثير ضوء الشمس ويذهب إلى الفضاء. لكن هذه الخسائر الطفيفة يتم تجديدها باستمرار من خلال إمداد المياه من الطبقات العميقة للأرض أثناء الانفجارات البركانية. ونتيجة لهذا، يزيد حجم الغلاف المائي تدريجيا. وفقا لبعض الحسابات، قبل 4 مليارات سنة، كان حجمها 20 مليون كيلومتر 3، أي. كان أصغر بسبعة آلاف مرة من العصر الحديث. في المستقبل، من الواضح أن كمية المياه على الأرض ستزداد أيضًا، نظرًا لأن حجم الماء في عباءة الأرض يقدر بـ 20 مليار كيلومتر مكعب - وهذا يزيد 15 مرة عن الحجم الحالي للغلاف المائي. من خلال مقارنة حجم الماء في الأجزاء الفردية من الغلاف المائي مع تدفق المياه إليها والأجزاء المجاورة من الدورة، من الممكن تحديد نشاط تبادل المياه، أي. الوقت الذي يمكن خلاله أن يتجدد حجم الماء في المحيط العالمي أو الغلاف الجوي أو التربة بشكل كامل. تتجدد المياه في الأنهار الجليدية القطبية بشكل أبطأ (مرة كل 8 آلاف سنة). وأسرع ما يتجدد هو ماء الأنهار، الذي يتغير في جميع أنهار الأرض تغيراً كاملاً خلال 11 يوماً.
جوع الماء على الكوكب
"الأرض كوكب ذو زرقة مذهلة"! - رواد الفضاء الأمريكيون العائدون من الفضاء البعيد بعد هبوطهم على سطح القمر أفادوا بحماس. وهل يمكن أن يبدو كوكبنا مختلفًا إذا كانت البحار والمحيطات والأنهار الجليدية والبحيرات والأنهار والبرك والخزانات أكثر من ثلثي سطحه. ولكن بعد ذلك، ماذا تعني الظاهرة التي يتصدر اسمها العناوين الرئيسية؟ ما هو نوع "الجوع" الذي يمكن أن يحدث إذا كانت هناك وفرة من المسطحات المائية على الأرض؟ نعم، هناك ما يكفي من الماء على الأرض. لكن يجب ألا ننسى أن الحياة على كوكب الأرض، وفقًا للعلماء، ظهرت لأول مرة في الماء، وبعد ذلك فقط وصلت إلى الأرض. حافظت الكائنات الحية على اعتمادها على الماء أثناء التطور لملايين السنين. الماء هو "مادة البناء" الرئيسية التي يتكون منها جسمهم. ويمكن التحقق من ذلك بسهولة من خلال تحليل الأرقام الواردة في الجداول التالية:
يشير الرقم الأخير من هذا الجدول إلى أن وزن الشخص 70 كجم. يحتوي على 50 كجم. ماء! ولكن يوجد المزيد منه في الجنين البشري: في جنين عمره ثلاثة أيام - 97٪، في جنين عمره ثلاثة أشهر - 91٪، في جنين عمره ثمانية أشهر - 81٪.
مشكلة "الجوع المائي" هي الحاجة إلى سلس كمية معينة من الماء في الجسم، حيث أن هناك فقدانًا مستمرًا للرطوبة خلال مختلف فترات الحياة. العمليات الفسيولوجية. من أجل الوجود الطبيعي في مناخ معتدل، يحتاج الشخص إلى الحصول على حوالي 3.5 لتر من الماء يوميا من الشرب والطعام، وفي الصحراء يرتفع هذا المعيار إلى 7.5 لتر على الأقل. يمكن لأي شخص أن يعيش بدون طعام لمدة أربعين يومًا تقريبًا، وبدون ماء أقل بكثير - 8 أيام. وفقا لتجارب طبية خاصة، مع فقدان الرطوبة بنسبة 6-8٪ من وزن الجسم، يقع الشخص في حالة الإغماءومع فقدان 10% تبدأ الهلوسة، ومع 12% لا يستطيع الشخص التعافي بدون علاج خاص. الرعاية الطبيةومع خسارة 20% يحدث الموت الحتمي. تتكيف العديد من الحيوانات جيدًا مع نقص الرطوبة. الأكثر شهرة و مثال ساطعهذه هي "سفينة الصحراء"، الجمل. ويمكنه العيش لفترة طويلة جدًا في الصحراء الحارة، دون استهلاك مياه الشرب، ويفقد ما يصل إلى 30% من وزنه الأصلي دون المساس بأدائه. لذلك، في أحد الاختبارات الخاصة، عمل الجمل لمدة 8 أيام تحت شمس الصيف الحارقة، وخسر 100 كجم. من 450 كجم. وزنه الأولي. وعندما أحضروه إلى الماء شرب 103 لترات واستعاد وزنه. لقد ثبت أن الجمل يمكنه الحصول على ما يصل إلى 40 لترًا من الرطوبة عن طريق تحويل الدهون المتراكمة في سنامه. إنهم لا يستخدمونه على الإطلاق يشرب الماءحيوانات الصحراء مثل الجربوع وفئران الكنغر - لديهم ما يكفي من الرطوبة التي يتلقونها من الطعام، والماء المتكون في أجسادهم أثناء أكسدة دهونهم، تمامًا مثل الإبل. أكثر المزيد من الماءتستهلكها النباتات لنموها وتطورها. "يشرب رأس الملفوف أكثر من لتر واحد من الماء يوميًا، وفي المتوسط، تشرب شجرة واحدة أكثر من 200 لتر من الماء. وبطبيعة الحال، هذا رقم تقريبي إلى حد ما - سلالات مختلفةتستهلك الأشجار في ظروف طبيعية مختلفة كميات مختلفة جدًا من الرطوبة. وهكذا، فإن نبات الساكسول الذي ينمو في الصحراء يهدر كمية قليلة من الرطوبة، كما أن شجرة الكينا، التي تسمى في بعض الأماكن "شجرة المضخة"، تمر عبر نفسها كمية هائلة من المياه، ولهذا السبب تستخدم مزارعها لتصريف المستنقعات. هذه هي الطريقة التي تحولت بها أراضي المستنقعات المليئة بالملاريا في منطقة كولشيس المنخفضة إلى منطقة مزدهرة.
وبالفعل، يفتقر حوالي 10% من سكان كوكبنا إلى المياه النظيفة. وإذا أخذنا في الاعتبار أن 800 مليون أسرة في المناطق الريفية، حيث يعيش حوالي 25٪ من البشرية جمعاء، لا تتمتع بالمياه الجارية، فإن مشكلة "الجوع المائي" تصبح عالمية حقًا. وهو حاد بشكل خاص في البلدان النامية، حيث يستخدم حوالي 90٪ من السكان مياهًا سيئة. عيب ماء نظيفيصبح واحدا من أهم العواملالحد من التطور التدريجي للبشرية.
أسئلة تم شراؤها حول الحفاظ على المياه
يتم استخدام المياه في جميع المجالات النشاط الاقتصاديشخص. يكاد يكون من المستحيل تسمية أي منها عملية التصنيع، والتي لن تستخدم الماء. بسبب التطور السريع للصناعة والنمو السكاني في المناطق الحضرية، يتزايد استهلاك المياه. وتحظى قضايا حماية الموارد المائية ومصادرها من الاستنزاف، وكذلك من التلوث بالمياه العادمة، بأهمية قصوى. والكل يعرف الضرر الذي يسببه مياه الصرفسكان الخزانات. والأمر الأكثر فظاعة بالنسبة للإنسان وجميع الكائنات الحية على الأرض هو ظهور المواد الكيميائية السامة في مياه الأنهار التي يتم غسلها من الحقول. لذا فإن وجود 2.1 جزء من المبيد (الإندرين) في الماء لكل مليار جزء من الماء يكفي لقتل جميع الأسماك الموجودة فيه. تشكل مياه الصرف الصحي غير المعالجة التي يتم تصريفها في الأنهار تهديدًا كبيرًا للإنسانية. المستوطنات. يتم حل هذه المشكلة من خلال تنفيذ العمليات التكنولوجية التي لا يتم فيها تصريف المياه العادمة إلى الخزانات، ولكن بعد التنقية يتم إعادتها إلى العملية التكنولوجية.
في الوقت الحالي، يتم إيلاء اهتمام كبير لحماية البيئة وخاصة الخزانات الطبيعية. ونظرا لأهمية هذه المشكلة، لم تعتمد بلادنا قانونا بشأن الحماية و الاستخدام العقلانيالموارد الطبيعية. ينص الدستور على أن "مواطني روسيا ملزمون بالعناية بالطبيعة وحماية ثرواتها".
أنواع المياه
ماء البروم -محلول مشبع من Br2 في الماء (3.5% بالوزن Br2). يعتبر ماء البروم عامل مؤكسد، وهو عامل برومة في الكيمياء التحليلية.
ماء الأمونيا -يتشكل عندما يتلامس غاز فرن فحم الكوك الخام مع الماء، والذي يتركز بسبب تبريد الغاز أو يتم حقنه فيه خصيصًا لغسل NH3. وفي كلتا الحالتين يتم الحصول على ما يسمى بماء الأمونيا الضعيف أو المنظف. عن طريق تقطير ماء الأمونيا بالبخار والارتجاع والتكثيف اللاحق، يتم الحصول على ماء الأمونيا المركز (18 - 20٪ NH 3 بالوزن)، والذي يستخدم في إنتاج الصودا، كسماد سائل، وما إلى ذلك.
| # 7732 · 15/11/2018 الساعة 17:18 بتوقيت موسكو · تم تسجيل عنوان IP · · | |
شكرا لك، سيكون جيدا للتقرير) | |
لقد عرفنا منذ سنوات الدراسة أن الحياة على كوكبنا غير ممكنة بدون الماء. ولا يمكن لأي شخص أن يعيش ولو لمدة أسبوع بدونه. ومع ذلك، كان هناك وقت لم يكن فيه الناس لا يعرفون ما هو الماء فحسب، بل لم يفهموا أيضًا مقدار هذه المادة الموجودة على الأرض.
الماء سائل ليس له طعم ولا لون ولا رائحة. هذه المادة هي واحدة من أكثر المواد شيوعا على وجه الأرض. ما يقرب من ¾ من سطح الكوكب تحتلها الأنهار والبحار والمحيطات وغيرها من المسطحات المائية. يمكن أن يكون الماء في حالة صلبة (جليدية) وغازية.
ويتكون منه جسم الشخص البالغ بنسبة 70% تقريبًا. وهو مذيب للمعادن و العناصر الغذائيةفي أجسامنا، يعزز التطبيع درجة الحرارة العاديةالجسم ويزيل الفضلات والسموم. كما أن الماء ببساطة لا يمكن استبداله في نظامنا الغذائي. يقول الأطباء أن الشخص يحتاج كل يوم إلى شرب من 1.5 إلى 2.5 لتر من الماء النظيف.
وبحسب العلماء، يوجد حوالي 1500 مليون كيلومتر مكعب من المياه على الأرض، و10% منها فقط عذبة وصالحة للشرب. وتنقسم جميعها إلى مياه سطحية ومياه جوفية.
يستخدم الناس المياه الموجودة في أعماق ضحلة لتلبية احتياجاتهم. توفر الأنهار الجليدية في القارة القطبية الجنوبية كميات هائلة من المياه العذبة. يلعب هطول الأمطار في الغلاف الجوي دورًا مهمًا. لقد تعلم الناس أيضًا الحصول على المياه العذبة من المحيط العالمي من خلال استخدام الطرق الكيميائية والفيزيائية.
يوجد حوالي 6000 كيلومتر مكعب من الماء في الكائنات الحية المختلفة. تتبادل أجسامنا بانتظام أيضًا بيئة. يحدث هذا أثناء التنفس، عن طريق البول والعرق. إذا تم إطلاق المزيد من السوائل من الجسم أكثر مما تم تناوله، يحدث الجفاف، والذي يمكن أن يكون مميتًا. وتتمثل أعراضه في الدوخة وضيق التنفس وسرعة ضربات القلب.
كل خلية في جسمنا تحتوي على الماء. جميع التفاعلات البيوكيميائية التي تحدث فيه تتطلب وجوده. إذا لم يكن هناك ما يكفي من الماء في الجسم، يحدث تراكم المنتجات الأيضية في الخلايا، مما يؤدي إلى التنمية أمراض خطيرة. ولمنع ذلك، يجب على الشخص اتباع نظام الشرب. ويشارك الماء في:
- نقل الأكسجين والمواد المغذية إلى الأنسجة والخلايا.
- تنظيم ضغط الدم.
- ضمان عملية تكون الدم.
- إزالة النفايات والسموم.
- وصلات التشحيم
- تطبيع نقل الحرارة.
لا يتوقف العلماء أبدًا عن استكشاف المياه، ويجدون بانتظام خصائص جديدة:
- يبلغ متوسط كمية الماء الموجودة في جميع الكائنات الحية 50% على الأقل.
- يحتوي عباءة الأرض على هذا السائل بعشرات المرات أكثر مما يحتوي عليه المحيط العالمي.
- ولو لم تكن هناك منخفضات وانتفاخات على الأرض لارتفاع منسوب المياه 3 كيلومترات فوق سطح الأرض.
- تشغل محيطات العالم حوالي 71% من سطح كوكبنا وتحتوي على 97% من إجمالي احتياطيات المياه في العالم.
- إذا ذابت الأنهار الجليدية على الكوكب، فسوف يغرق 1/8 من الأرض.
- هناك حالات معروفة عندما مياه عذبةتجمدت عند درجات حرارة أعلى من 0 درجة.
- تتكون مياه البحر من ملح بنسبة 35%، لذلك تتجمد عند درجة حرارة أقل من -2 درجة.
- يمكن أن يعكس سطح الماء حوالي 5% من أشعة الشمس، في حين ينعكس أكثر من 85% من سطح الجليد.
- الماء هو أحد المواد القليلة التي تتمدد عندما تتجمد.
- بالاشتراك مع الفلور، يكون الماء وبخاره قابلين للاحتراق. عند تركيز كبير من الفلور، يصبح هذا الخليط متفجرا.
الصيغة الهيكلية
صيغة صحيحة أو تجريبية أو إجمالية: ماء
التركيب الكيميائي للماء
الوزن الجزيئي: 18.015
الماء (أكسيد الهيدروجين) - ثنائي مركب غير عضويمع صيغة كيميائية ماء. يتكون جزيء الماء من ذرتين هيدروجين وذرة أكسجين واحدة، ترتبط ببعضها البعض بواسطة رابطة تساهمية. في ظل الظروف العادية هو عليه السائل واضح، ليس له لون (بأحجام صغيرة) أو رائحة أو طعم. في الحالة الصلبة يسمى الجليد (بلورات الجليد يمكن أن تشكل الثلج أو الصقيع)، وفي الحالة الغازية يسمى بخار الماء. يمكن أن يوجد الماء أيضًا على شكل بلورات سائلة (على الأسطح المحبة للماء). ويشكل حوالي 0.05% من كتلة الأرض.
وهو مذيب جيد للغاية القطبية. في الظروف الطبيعية يحتوي دائمًا على مواد مذابة (أملاح وغازات).
الماء في الظروف العادية موجود الحالة السائلة، في حين أن مركبات الهيدروجين المماثلة للعناصر الأخرى هي غازات (H 2 S، CH 4، HF). ترتبط ذرات الهيدروجين بذرة الأكسجين لتشكل زاوية قدرها 104.45° (104°27′). ونظرًا للاختلاف الكبير في السالبية الكهربية بين ذرات الهيدروجين والأكسجين، فإن السحب الإلكترونية منحازة بقوة نحو الأكسجين. لهذا السبب، فإن جزيء الماء لديه عزم ثنائي القطب كبير (ع = 1.84 د، في المرتبة الثانية بعد حمض الهيدروسيانيك). يشكل كل جزيء ماء ما يصل إلى أربع روابط هيدروجينية - اثنتان منها تتكون من ذرة أكسجين واثنتان بواسطة ذرات هيدروجين. يتم تحديد عدد الروابط الهيدروجينية وبنيتها المتفرعة درجة حرارة عاليةالماء المغلي وحرارة تبخره النوعية. إذا لم تكن هناك روابط هيدروجينية، فإن الماء، بناءً على مكان الأكسجين في الجدول الدوري ونقاط غليان هيدريدات العناصر الشبيهة بالأكسجين (الكبريت والسيلينيوم والتيلوريوم)، سيغلي عند -80 درجة مئوية ويتجمد عند -100. درجة مئوية.
عند التحول إلى الحالة الصلبة، يتم ترتيب جزيئات الماء، بينما تزداد أحجام الفراغات بين الجزيئات، وتنخفض الكثافة الإجمالية للمياه، وهو ما يفسر انخفاض كثافة (حجم أكبر) للمياه في الطور الجليدي. أثناء التبخر، على العكس من ذلك، يتم كسر جميع الروابط الهيدروجينية. يتطلب كسر الروابط الكثير من الطاقة، ولهذا السبب يتمتع الماء بأعلى سعة حرارية نوعية بين السوائل الأخرى المواد الصلبة. لتسخين لتر واحد من الماء بدرجة واحدة، يلزم 4.1868 كيلوجول من الطاقة. وبسبب هذه الخاصية، غالبا ما يستخدم الماء كمبرد. بالإضافة إلى سعته الحرارية النوعية العالية، يحتوي الماء أيضًا على قيم كبيرةحرارة الانصهار النوعية (333.55 كيلوجول/كجم عند 0 درجة مئوية) والتبخر (2250 كيلوجول/كجم).
الماء هو المكون الرئيسي لجميع أشكال الحياة على الأرض. فهو موطن الكائنات الحية والعنصر الرئيسي في بنيتها، وبالتالي مصدر الحياة. يتم استخدامه في جميع مجالات الصناعة. لذلك، من الصعب جدًا تخيل الحياة بدون ماء.
ما هو مدرج في الماء
يعلم الجميع جيدًا أن الماء يتكون من الهيدروجين والأكسجين. هذا صحيح. ولكن بالإضافة إلى هذين العنصرين، يحتوي الماء أيضًا على قائمة ضخمة من المكونات الكيميائية.
مما يتكون الماء؟
يميل إلى التحول من خلال المرور بدورة هيدرولوجية: التبخر والتكثيف والهطول. خلال هذه الظواهر، يتلامس الماء مع العديد من المركبات العضوية والمعادن والغازات، ونتيجة لذلك يتم استكمال السائل بعناصر مختلفة.
تنقسم العناصر التي يتكون منها الماء إلى 6 فئات:
- الأيونات. وتشمل هذه: الكاتيونات Na، K، Mg، Ca، الأنيونات: Cl، HCO 3 وSO 4. توجد هذه المكونات في الماء بأكبر كميات مقارنة بغيرها. يدخلون السائل من طبقات التربة والمعادن الطبيعية والصخور وأيضًا كعناصر لتحلل المنتجات الصناعية.
- الغازات الذائبة: الأكسجين، النيتروجين، كبريتيد الهيدروجين، ثاني أكسيد الكربون وغيرها. تعتمد كمية كل غاز في الماء بشكل مباشر على درجة حرارته.
- العناصر الحيوية. وأهمها الفوسفور والنيتروجين، اللذين يدخلان السائل من الرواسب ومياه الصرف الصحي والمياه الزراعية.
- العناصر الدقيقة. هناك حوالي 30 نوعا. مؤشراتها في تكوين الماء صغيرة جدًا وتتراوح من 0.1 إلى ميكروجرام لكل 1 لتر. وتشمل هذه: البروم والسيلينيوم والنحاس والزنك وغيرها.
- المواد العضوية الذائبة في الماء والمواد المحتوية على النيتروجين. هذه هي الكحوليات والكربوهيدرات والألدهيدات والفينول والببتيدات وما إلى ذلك.
- السموم. هذا في الأساس معادن ثقيلةوالمنتجات البترولية.
جزيء الماء
إذن، ما هي الجزيئات التي يتكون منها الماء؟
صيغة الماء تافهة - H 2 O. وتظهر أن جزيء الماء يتكون من ذرات الهيدروجين والأكسجين. تم إنشاء اتصال مستقر بينهما.
كيف يبدو جزيء الماء في الفضاء؟ لتحديد شكل الجزيء، ترتبط مراكز الذرات بخطوط مستقيمة، مما يؤدي إلى شكل ثلاثي الأبعاد - رباعي الاسطح. هذا هو هيكل الماء.
يمكن أن يتغير شكل جزيء الماء اعتمادًا على حالة التجمع. بالنسبة للحالة الغازية، فإن الزاوية بين ذرات الأكسجين والهيدروجين هي 104.27 درجة، في الحالة الصلبة - 109.5 درجة، في الحالة السائلة - 105.03 درجة.
تحتل الجزيئات التي يتكون منها الماء حجمًا معينًا في الفضاء، بينما تكون أغلفةها مغطاة بسحابة إلكترونية على شكل حجاب. تتم مقارنة مظهر جزيء الماء، عند النظر إليه على مستوى، بكروموسوم على شكل X، والذي يعمل على نقل المعلومات الوراثية، وبالتالي يؤدي إلى ظهور حياة جديدة. ومن هذا الشكل يتم رسم تشبيه بين الكروموسوم والماء كمصدرين للحياة.
في الفضاء، يبدو الجزيء وكأنه مثلث ثلاثي الأبعاد، رباعي السطوح. هذا الشكل مستقر للغاية ولا يتغير إلا بسبب تأثير العوامل الفيزيائية الخارجية على الماء.
مما يتكون الماء؟ ومن تلك الذرات التي تخضع لتأثير قوى فان دير فالس تكوين روابط هيدروجينية. في هذا الصدد، يتم تشكيل الزميلة والمجموعات العشوائية بين الأكسجين والهيدروجين من الجزيئات المجاورة. الأول عبارة عن هياكل مضطربة، والثاني عبارة عن شركاء مرتبة.
في الحالة المائية المعتادة، يبلغ عدد الشركاء 60٪، والمجموعات - 40٪.
من الممكن تكوين جسور هيدروجينية بين جزيئات الماء المجاورة، مما يساهم في تكوين هياكل مختلفة - مجموعات.
المجموعات قادرة على التفاعل مع بعضها البعض من خلال روابط الهيدروجين، وهذا يؤدي إلى ظهور هياكل النظام الجديد - السداسي.
التركيب الإلكتروني لجزيء الماء
الذرات هي المادة التي يتكون منها الماء، ولكل ذرة بنية إلكترونية مختلفة. لذلك، تبدو الصيغة الرسومية للمستويات الإلكترونية كما يلي: 8 O 1s 2 2s 2 2p 4، 1 H 1s 1.
عندما تحدث عملية تكوين جزيء الماء، يحدث تداخل في السحب الإلكترونية: يتداخل إلكترونين غير متزاوجين من الأكسجين مع إلكترون واحد غير متزاوج من الهيدروجين. ونتيجة للتداخل تتشكل زاوية قدرها 104 درجات بين الذرات.
الحالة الفيزيائية للمياه
كما ذكرنا سابقًا، فإن جزيئات الماء هي ثنائيات القطب، وهذه الحقيقة تؤثر بشكل غير عادي على إحدى هذه الخصائص وهي أن الماء يمكن أن يتواجد في الطبيعة في ثلاث حالات من التجمع: السائل والصلب والبخار.
يتم الانتقال من حالة إلى أخرى من خلال العمليات التالية:
- الغليان - من السائل إلى البخار.
- التكثيف هو انتقال بخارها إلى سائل (هطول).
- التبلور هو عندما يتحول السائل إلى جليد.
- الذوبان هو عملية ذوبان الجليد وإنتاج السائل.
- التسامي هو تحويل الجليد إلى حالة بخار.
- إزالة التسامي - رد فعل عنيفالتسامي، أي انتقال البخار إلى الجليد.
يعتمد هيكل شبكتها الجزيئية أيضًا على حالة الماء.
خاتمة
وبالتالي، يمكننا القول أن الماء له بنية بسيطة، والتي يمكن أن تتغير تبعا لحالته. واتضح لنا مما تتكون جزيئات الماء.
100 ملم زئبق فن. عند 54 درجة مئوية
تاريخ الاكتشاف
تم اكتشاف جزيئات الماء الهيدروجيني الثقيل لأول مرة في المياه الطبيعية بواسطة هارولد أوري في عام 1932، والذي حصل على جائزة العالم. جائزة نوبلفي الكيمياء عام 1934. وبالفعل في عام 1933، قام جيلبرت لويس بعزل الماء الهيدروجيني الثقيل النقي. مع التحليل الكهربائي الماء العاديتحتوي، إلى جانب جزيئات الماء العادية، على كمية صغيرة من جزيئات الماء الثقيل (D2O) وشبه الثقيل (HDO) المتكون من نظير الهيدروجين الثقيل، ويتم إثراء الباقي تدريجيًا بجزيئات هذه المركبات. من مثل هذه البقايا، بعد تكرار التحليل الكهربائي عدة مرات، كان لويس في عام 1933 أول من عزل كمية صغيرة من الماء، تتكون من 100٪ تقريبًا من جزيئات مركب الأكسجين مع الديوتيريوم وتسمى ثقيلة. تظل هذه الطريقة لإنتاج الماء الثقيل هي الطريقة الرئيسية اليوم، على الرغم من أنها تستخدم بشكل رئيسي في المرحلة النهائية من التخصيب من 5-10٪ إلى> 99٪ (انظر أدناه).
بعد اكتشاف الانشطار النووي في أواخر عام 1938 وإدراك إمكانية استخدام تفاعلات سلسلة الانشطار النووي الناجمة عن النيوترونات، ظهرت الحاجة إلى وسيط نيوتروني - وهي مادة يمكنها إبطاء النيوترونات بشكل فعال دون فقدانها في تفاعلات الالتقاط. يتم التحكم في النيوترونات بشكل أكثر فعالية بواسطة النوى الخفيفة، والمهدئ الأكثر فعالية هو نوى الهيدروجين العادية (البروتيوم)، ولكنها تحتوي على مقطع عرضي عالي لالتقاط النيوترونات. في المقابل، يلتقط الهيدروجين الثقيل عددًا قليلًا جدًا من النيوترونات (المقطع العرضي لالتقاط النيوترونات الحرارية للبروتيوم أعلى بأكثر من 100 ألف مرة من المقطع العرضي للديوتيريوم). من الناحية الفنية، فإن مركب الديوتيريوم الأكثر ملاءمة هو الماء الثقيل، ويمكن أن يعمل أيضًا كمبرد، حيث يزيل الحرارة المتولدة من المنطقة التي تحدث فيها. تفاعل تسلسليقسم. منذ العصور الأولى للطاقة النووية، أصبح الماء الثقيل عنصرًا مهمًا في بعض المفاعلات، سواء لتوليد الطاقة أو تلك المصممة لإنتاج نظائر البلوتونيوم للأسلحة النووية. تتمتع مفاعلات الماء الثقيل المزعومة بميزة أنها يمكن أن تعمل باليورانيوم الطبيعي (غير المخصب) دون استخدام معدلات الجرافيت، والتي يمكن أن تشكل خطر انفجار غباري أثناء إيقاف التشغيل وتحتوي على نشاط إشعاعي مستحث (الكربون 14 وعدد من النويدات المشعة الأخرى). ). ومع ذلك، فإن معظم المفاعلات الحديثة تستخدم اليورانيوم المخصب مع "الماء الخفيف" العادي كمهدئ، على الرغم من الفقد الجزئي للنيوترونات المعتدلة.
إنتاج الماء الثقيل في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية
| معامل | D2O | HDO | ماء |
|---|---|---|---|
| نقطة الانصهار، درجة مئوية | 3,82 | 2,04 | 0,00 |
| نقطة الغليان، درجة مئوية | 101,4 | 100,7 | 100,0 |
| الكثافة عند 20 درجة مئوية، جم/سم3 | 1,1056 | 1,054 | 0,9982 |
| درجة حرارة الكثافة القصوى، درجة مئوية | 11,6 | 4,0 | |
| اللزوجة عند 20 درجة مئوية، مئوية | 1,2467 | 1,1248 | 1,0016 |
| التوتر السطحي عند 25 درجة مئوية، داين سم | 71,87 | 71,93 | 71,98 |
| انخفاض المولي في الحجم أثناء الذوبان، سم مكعب / مول | 1,567 | 1,634 | |
| حرارة الانصهار المولية، كيلو كالوري/مول | 1,515 | 1,436 | |
| حرارة التبخر المولية، كيلو كالوري/مول | 10,864 | 10,757 | 10,515 |
| عند 25 درجة مئوية | 7,41 | 7,266 | 7,00 |
التواجد في الطبيعة
يوجد في المياه الطبيعية ذرة ديوتريوم واحدة لكل 6400-7600 ذرة بروتيوم. تقريبا كل ذلك موجود في جزيئات DHO، أحد هذه الجزيئات يمثل 3200-3800 جزيء من الماء الخفيف. يشكل جزء صغير جدًا فقط من ذرات الديوتيريوم جزيئات الماء الثقيل D 2 O، نظرًا لأن احتمال اجتماع ذرتين من الديوتيريوم في جزيء واحد في الطبيعة صغير (حوالي 0.5⋅10 −7). مع زيادة اصطناعية في تركيز الديوتيريوم في الماء، يزيد هذا الاحتمال.
الدور البيولوجي والتأثيرات الفسيولوجية
الماء الثقيل سام قليلاً فقط، والتفاعلات الكيميائية في بيئته أبطأ إلى حد ما مقارنة بالمياه العادية، والروابط الهيدروجينية التي تحتوي على الديوتيريوم أقوى إلى حد ما من المعتاد. أظهرت التجارب على الثدييات (الفئران والجرذان والكلاب) أن استبدال 25% من الهيدروجين الموجود في الأنسجة بالديوتيريوم يؤدي إلى العقم، الذي لا رجعة فيه في بعض الأحيان. التركيزات الأعلى تؤدي إلى الموت السريع للحيوان؛ وهكذا ماتت الثدييات التي شربت ماءً كثيفاً لمدة أسبوع عندما تمت تصفية نصف الماء الموجود في أجسامها؛ تموت الأسماك واللافقاريات فقط عندما يتم تصفية الماء الموجود في الجسم بنسبة 90٪. تستطيع الأوليات التكيف مع محلول 70٪ من الماء الثقيل، والطحالب والبكتيريا قادرة على العيش حتى في الماء الثقيل النظيف. يمكن لأي شخص أن يشرب عدة أكواب من الماء الثقيل دون أي ضرر واضح على الصحة، وسيتم إزالة كل الديوتيريوم من الجسم في غضون أيام قليلة. وهكذا في إحدى التجارب لدراسة العلاقة بين الجهاز الدهليزي و الحركات اللاإراديةالعيون (رأرأة)، طُلب من المتطوعين شرب من 100 إلى 200 جرام من الماء الثقيل؛ نتيجة لامتصاص القبة للماء الثقيل الأكثر كثافة (التركيب الجيلاتيني في القنوات نصف الدائرية)، يتم انتهاك طفوها المحايد في اللمف الباطن للقنوات، وتحدث اضطرابات طفيفة في الاتجاه المكاني، ولا سيما الرأرأة. يشبه هذا التأثير ما يحدث عند شرب الكحول (ومع ذلك، في الحالة الأخيرة، تنخفض كثافة القبة، لأن كثافة الكحول الإيثيلي أقل من كثافة الماء).
وبالتالي، فإن الماء الثقيل أقل سمية بكثير من ملح الطعام على سبيل المثال. تم استخدام الماء الثقيل لعلاج ارتفاع ضغط الدم لدى البشر بجرعات يومية تتراوح من 10 إلى 675 جم D2O يوميًا.
في جسم الإنسانيحتوي على قدر من الديوتيريوم مثل الشوائب الطبيعية الموجودة في 5 جرام من الماء الثقيل؛ يوجد هذا الديوتيريوم بشكل رئيسي في جزيئات الماء شبه الثقيلة HDO، وكذلك في جميع المركبات البيولوجية الأخرى التي تحتوي على الهيدروجين. [ ]
بعض المعلومات
يرجى إحضار المعلومات في شكل موسوعي وتوزيعها على الأقسام المناسبة من المقالة. وفقاً لقرار لجنة تحكيم ويكيبيديا، يفضل أن تعتمد القوائم على ملخصات ثانوية تحتوي على معايير إدراج العناصر في القائمة. |
يتراكم الماء الثقيل في بقايا الإلكتروليت أثناء التحليل الكهربائي المتكرر للماء. على في الهواء الطلقيمتص الماء الثقيل بخار الماء العادي بسرعة، لذلك يمكننا القول أنه استرطابي. إن إنتاج الماء الثقيل يستهلك الكثير من الطاقة، لذا فإن تكلفته مرتفعة جدًا. وفي عام 1935، مباشرة بعد اكتشاف الماء الثقيل، بلغ سعر الجرام منه حوالي 19 دولارًا. في الوقت الحالي، تبلغ تكلفة الماء الثقيل الذي يحتوي على 99% من الديوتيريوم، والذي يباع من قبل موردي الكواشف الكيميائية، حوالي 1 يورو لكل جرام عند شراء 1 كجم، ولكن هذا السعر يشير إلى منتج ذو جودة خاضعة للرقابة ومضمونة للكاشف الكيميائي؛ مع متطلبات الجودة المنخفضة، يمكن أن يكون السعر أقل بكثير.
طلب
أهم خاصية لماء الهيدروجين الثقيل هو أنه عمليا لا يمتص النيوترونات، لذلك يتم استخدامه في المفاعلات النووية لتبريد النيوترونات وكمبرد. كما أنه يستخدم كمؤشر نظائري في الكيمياء والبيولوجيا والهيدرولوجيا والكيمياء الزراعية وما إلى ذلك (بما في ذلك التجارب على الكائنات الحية وفي الدراسات التشخيصيةشخص). في فيزياء الجسيمات، يُستخدم الماء الثقيل للكشف عن النيوترينوات؛ وهكذا فإن أكبر كاشف للنيوترينو الشمسي SNO (كندا) يحتوي على 1000 طن من الماء الثقيل.
الديوتيريوم هو وقود نووي لقطاع الطاقة في المستقبل، يعتمد على الاندماج النووي الحراري الخاضع للرقابة. ومن المتوقع أن تقوم مفاعلات الطاقة الأولى من هذا النوع بتنفيذ التفاعل D + T → 4 هو + n + 17.6 MeV .
وفي بعض البلدان (على سبيل المثال، أستراليا)، يخضع التداول التجاري للمياه الثقيلة لقيود حكومية، وهو ما يرتبط بالاحتمال النظري لاستخدامه لإنشاء مفاعلات يورانيوم طبيعي "غير مصرح بها" مناسبة لإنتاج البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة.
أنواع أخرى من الماء الثقيل
المياه شبه الثقيلة
ويتميز أيضًا بالمياه شبه الثقيلة (المعروفة أيضًا باسم ماء الديوتيريوم, ماء أحادي الديوتيريوم, هيدروكسيد الديوتيريوم) حيث يتم استبدال ذرة هيدروجين واحدة فقط بالديوتيريوم. صيغة هذا الماء مكتوبة على النحو التالي: DHO أو ²HHO. تجدر الإشارة إلى أن الماء، الذي يحتوي على التركيبة الرسمية لـ DHO، بسبب تفاعلات تبادل النظائر، سيتكون في الواقع من خليط من جزيئات DHO وD2O وH2O (بنسبة 2: 1: 1 تقريبًا) . تنطبق هذه النقطة أيضًا على THO وTDO.
الماء الثقيل للغاية
تحتوي المياه الثقيلة جدًا على التريتيوم، الذي يبلغ نصف عمره أكثر من 12 عامًا. وفقا لخصائصه، الماء فائق الثقل ( T2O) يختلف بشكل ملحوظ عن المعتاد: فهو يغلي عند 104 درجة مئوية، ويتجمد عند +9 درجة مئوية، ويبلغ كثافته 1.21 جم / سم مكعب. جميع الأنواع التسعة من الماء فائق الثقل معروفة (أي يتم الحصول عليها على شكل عينات عيانية نقية إلى حد ما): THO وTDO وT2O مع كل من نظائر الأكسجين الثلاثة المستقرة (16O، 17O و18O) ). أحيانًا يُطلق على الماء فائق الثقل اسم الماء الثقيل ببساطة إذا لم يسبب ذلك ارتباكًا. المياه فائقة الثقل لها سمية إشعاعية عالية.
تعديلات نظائر الأكسجين الثقيلة في الماء
شرط الماء الثقيليستخدم أيضًا فيما يتعلق بمياه الأكسجين الثقيل، حيث يتم استبدال الأكسجين الخفيف المعتاد 16O بأحد النظائر المستقرة الثقيلة 17O أو 18O. وتوجد نظائر الأكسجين الثقيل في خليط طبيعي، لذلك يحتوي الماء الطبيعي دائمًا على خليط من كليهما. تعديلات الأكسجين الثقيل. هُم الخصائص الفيزيائيةكما أنها تختلف قليلاً عن خصائص الماء العادي؛ وبالتالي، فإن نقطة التجمد 1H218O هي +0.28 درجة مئوية.
يستخدم ماء الأكسجين الثقيل، على وجه الخصوص 1H218O، في التشخيص أمراض الأورام(منه يتم الحصول على نظير الفلور 18 في السيكلوترون، والذي يستخدم في تصنيع الأدوية لتشخيص السرطان، ولا سيما 18-FDG).
العدد الإجمالي للتعديلات النظائرية للمياه
إذا كنت تعول كل ما هو ممكن غير مشعةمركبات لها الصيغة العامة H 2 O المجموعلا يوجد سوى تسعة تعديلات نظائرية محتملة للماء (نظرًا لوجود نظيرين مستقرين للهيدروجين وثلاثة نظائر للأكسجين):
- ح 2 16 أو - ماء خفيف، أو ماء فقط
- ح 2 17 س
- H 2 18 O - ماء أكسجين ثقيل
- HD 16 O - ماء شبه ثقيل
- اتش دي 17 او
- اتش دي 18 او
- د 2 16 س - ماء ثقيل
- د 2 17 س
- د2 18 س
مع الأخذ في الاعتبار التريتيوم، يزيد عددهم إلى 18:
- T 2 16 O - الماء الثقيل للغاية
- ت 2 17 س
- ت 2 18 س
- د16 س
- د17 س
- د18 س
- إتش تي 16 أو
- إتش تي 17 أو
- إتش تي 18 أو
هكذا، يستثنيشائع، وأكثر شيوعًا في الطبيعة "المياه الخفيفة 1 H 2 16 O، هناك إجمالي 8 مياه غير مشعة (مستقرة) و9 مياه ثقيلة مشعة.
