الماء هو شريان الحياة للأرض لأنه يغطي 71٪ من سطح الأرض ، ولأنه جزء من تكوين جميع الكائنات الحية ، فهو مسؤول عن جميع العمليات البيولوجية.
هو مركب له الصيغة الكيميائية H2O ويتكون من ذرة أكسجين واحدة وذرتين هيدروجين ، ومن خصائص الماء أنه شفاف ، عديم اللون ، عديم الطعم والرائحة ، وهو مذيب رائع لمعظم المركبات.
كما يعتبر وسيطًا للعديد من التفاعلات ، حيث تزداد أهمية الماء في حياة الإنسان لتشمل جميع جوانب حياته ، وهناك حاجة إلى الكثير من البحث لدراسة جميع القضايا المتعلقة بالمياه والعوامل التي تؤثر عليها.
يتم استخدام المياه في الصناعة والزراعة والعمل المنزلي ، وبدون الماء يعتبر ذلك مستحيلاً ، وفي هذا المقال سنتناول بالتفصيل كل ما يتعلق بالمياه من درجات التجمد والذوبان والغليان.
ظروف المياه
توجد المياه في ثلاث حالات فيزيائية في الطبيعة ، ولكل ولاية أهميتها ، مثل الحالة السائلة ، على سبيل المثال ، مياه البحر والأنهار والبحيرات والمياه الجوفية.
وهي أكثر شيوعًا على الأرض ، حيث تشكل 70.8٪ من سطح الأرض ، والحالة السائلة مسؤولة عن العمليات البيولوجية في الكائنات الحية.
الحالة الصلبة ، حيث يوجد الماء على شكل ثلج أو جليد.
الحالة الغازية: يتسبب بخار الماء في الغلاف الجوي في حدوث الحمل الحراري ، ويمكن رؤيته عند ظهور السحب والضباب.
تسمى عملية تغيير المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة بالذوبان ، وتسمى عملية التحول من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة التجميد.
يتم تحويله من غازي إلى سائل هو التكثيف ، وتعرف العملية المعاكسة بالتبخر.
أما بالنسبة للحالة التي تتغير فيها المادة مباشرة من الحالة الصلبة إلى الغازية دون المرور بالحالة السائلة ، فإنها تسمى التسامي.
نقطة تجمد المياه في النظام الدولي
عندما اخترع أول مقياس حرارة زئبقي ، وضع الزئبق في أنبوب طويل رفيع ، ثم غمره في الماء ، ثم بدأ في تبريد الماء حتى تحول إلى ثلج ، ثم وضع علامة على الأنبوب بالزئبق.
تم تسخين الجليد بعد ذلك حتى تحول إلى ماء ثم إلى بخار ، ثم تم وضع نوع آخر من الزئبق في الأنبوب.
إذن لدينا علامتان تمثلان المسافة بين التجمد والغليان ، والمسافة مقسمة إلى 100 وحدة مسافة ، وتسمى كل وحدة سلزيوس ، ونقطة التجمد تساوي صفرًا ، ونقطة الغليان 100.
بالإضافة إلى المقياس أعلاه ، هناك مقاييس أخرى ، المقياس أعلاه يسمى نظام سيليزيوس ، وهناك نظام آخر يسمى نظام فهرنهايت ، حيث المسافة بين العلامتين 180 درجة فهرنهايت ، ونقطة التجمد 32 درجة ، ونقطة الغليان 212 درجة.
في القرن العشرين ، تم استخدام مقياس درجة حرارة كلفن كمعيار دولي لأنه حدد أدنى نقطة درجة حرارة في الكون ، وكانت أدنى درجة حرارة تم قياسها في الكون -273 درجة مئوية.
وفقًا لمقياس كلفن ، فإن أدنى درجة حرارة في الكون هي صفر كلفن ، وبالتالي فإن نقطة تجمد الماء هي 273 كلفن ، ونقطة غليانها هي 373 كلفن ، حيث درجة واحدة سلزيوس تساوي 1 كلفن ، ولكن الاختلاف هو أن كلفن محدد ليكون بالضبط صفر في الكون.
نقطة تجمد الماء النقي عند الضغط العادي.
تصل درجة تجمد الماء إلى 0 درجة مئوية ، ويمثل مفهوم نقطة التجمد درجة الحرارة التي تتغير فيها حالة المادة من سائل إلى صلب ، وتتأثر درجة الحرارة هذه بالضغط ، وعندما تزيد القيمة كلما زاد الضغط ، يتجمد نقطة يزيد أيضا.
عندما يبرد السائل ، بسبب القوة بين الجسيمات ، تنخفض نسبة طاقة الجسيم ، وعند نقطة معينة يتجمد السائل. وتجدر الإشارة إلى أن الطاقة المطلوبة لإذابة مادة صلبة ، أو الطاقة المطلوبة لإزالة مادة من التجمد تسمى حرارة الاندماج أو الاندماج.
أهم المعلومات عن نقطة تجمد الماء.
تعرف نقطة التجمد بأنها درجة الحرارة التي تتغير عندها المادة من سائل إلى صلب.
عندما تقوم بقدر معين من التبريد السائل ، فإن ما يحدث هو أن معدل طاقة الجسيمات يتناقص ، لذلك تتجمع الجسيمات عند نقطة معينة بسبب قوة الجاذبية ، وهو ما يتسبب في تصلب المادة.
حرارة الانصهار هي الطاقة اللازمة لإذابة مادة صلبة.
درجة التجمد عند درجة الحرارة المئوية هي 0 درجة مئوية ، في حين أن درجة الغليان عند نفس درجة الحرارة هي 100 ، وقد تم اعتماد هذه الدرجة بعد أن اخترع العالم جان كريستين مقياس سيليزيوس.
العلاقة بين تجمد وذوبان الماء.
تسمى درجة الحرارة التي يتغير عندها الماء من سائل إلى صلب أو صلب إلى سائل نقطة التجمد أو الانصهار للماء ، ونقطة الانصهار هي درجة الحرارة التي يتغير عندها الماء من صلب إلى جليد.
الحالة السائلة هي الماء من الجليد إلى السائل ، وتمثل نقطة التجمد درجة الحرارة التي يتغير عندها الماء من سائل إلى صلب.
نظريًا ، تكون درجتا حرارة الماء هاتين متساويتين عندما تكون درجة التجمد ونقطة انصهار الماء مساوية لـ 0 درجة مئوية أو 32 درجة فهرنهايت.
إنها تحت ضغط 1 ، ومع ذلك يمكن أن تكون السوائل شديدة البرودة بعد التجميد حتى لا تتجمد تحت درجة التجمد.
يمكن أن يظل الماء سائلاً عند درجات حرارة تتراوح بين -40 إلى -42 درجة فهرنهايت ؛ وفي بعض الحالات من -4.44 إلى -5.56 درجة مئوية.
إذا تركت في حالة التبريد الفائق أو إذا كانت تحتوي على بعض الشوائب ، فقد تنخفض درجة الحرارة وهذا يؤدي إلى انخفاض درجة التجمد.
نقطة غليان الماء
في ظل الظروف القياسية عند مستوى سطح البحر ، يغلي الماء عند 100 درجة ، 212 درجة فهرنهايت ، ومع ارتفاع درجة حرارة الماء ، يصبح أكثر سخونة.
مع استمرار التسخين ، تنتشر الفقاعات في جميع أنحاء السائل ، وترتفع إلى السطح ، ثم تنفجر ، وهذه درجة الحرارة ليست دائمًا ثابتة.
عندما تتغير نقطة غليان الماء أو أي سائل آخر حسب ضغط الهواء المحيط ، فعندما يكون الضغط الداخلي للسائل مساويًا لضغط الهواء ، فإنه يغلي أو يتحول إلى بخار.
إذا صعدنا الجبل ، ستنخفض نقطة الغليان هناك بسبب الضغط ، وإذا ذهبنا إلى ما دون مستوى سطح البحر ، ستزداد نقطة الغليان هناك لأن ضغط الهواء سيزداد هناك.
نقطة انصهار الماء النقي.
يمكن تعريف نقطة الانصهار على أنها الدرجة الثابتة لتحول مادة بلورية نقية من حالتها الصلبة إلى الحالة السائلة تحت تأثير الحرارة.
عندما تتأثر المادة الصلبة بالحرارة ، تزداد درجة حرارتها حتى تصل إلى نقطة الانصهار ، وهي خاصية تعبر عن نقاء المواد البلورية.
تعتمد درجة انصهار الماء بشكل مباشر على عاملين ، قيمة ضغط الماء ونسبة الشوائب فيه ، فكلما زاد محتوى الشوائب في الماء انخفضت درجة انصهاره عن درجة الانصهار المتوقعة.
تقترب درجة انصهار الماء النقي من ضغط جوي واحد ، 0 درجة مئوية ، أي ما يعادل 273.15 كلفن و 32 درجة فهرنهايت.