لماذا الماء المالح أثقل من ماء الصنبور؟

يمكن وصف الماء المالح بأنه أثقل من ماء الصنبور ، بشرط أن يُفهم على أنه "لكل وحدة حجم" من الماء. علميًا أن حجم الماء المالح أثقل من حجم مساوٍ من ماء الصنبور لأن كثافة الماء المالح أعلى من كثافة ماء الصنبور. مياه الصنبور نقية نسبيًا ، وتحتوي عادةً على كميات صغيرة من الأملاح المعدنية وكميات أصغر من المواد العضوية. المحاليل المائية عالية التركيز في الأملاح الذائبة لها كثافة أكبر بكثير من ماء الصنبور أو ماء الصنبور.

الكثافة و جاذبية معينة هي المصطلحات التي تصف تركيز المادة بالكتلة. تُعرَّف الكثافة بأنها كتلة المادة لكل وحدة حجم ، ويُعبر عنها عادةً بالجرام لكل سنتيمتر مكعب. على سبيل المثال ، كثافة الماء النقي عند 39 درجة فهرنهايت هي 1 جرام لكل سنتيمتر مكعب ، ومتوسط ​​كثافة مياه البحر حوالي 1.027 جرام لكل سنتيمتر مكعب. الثقل النوعي ، الذي يُعرَّف بأنه نسبة كثافة مادة ما إلى كثافة الماء ، هو مقياس يستخدم في العديد من التطبيقات العلمية. بالنسبة لمعظم المواد ، تكون الكثافة والجاذبية النوعية متطابقتين تقريبًا في درجة حرارة الغرفة.

تم العثور على تفسير الكثافة العالية للمياه المالحة في صيغة أوزان مركبات الملح. يتكون الماء من ذرات خفيفة نسبيًا من الهيدروجين والأكسجين ، والتي لها وزن ذري واحد و 16 على التوالي. تتكون معظم الأملاح من ذرات معدنية أثقل ، مثل الصوديوم والمغنيسيوم والبوتاسيوم ، والتي لها أوزان ذرية 23 و 24 و 39 على التوالي. قد ترتبط الذرات المعدنية بذرات ثقيلة أخرى ، مثل الكلور والبروم واليود ، والتي لها أوزان ذرية 35 و 80 و 127 على التوالي. تتفكك الأملاح إلى أيونات (ذرات مشحونة) عندما تذوب في الماء. تنسق جزيئات الماء حول الأيونات الثقيلة بحيث يزداد حجم المحلول ولكن بدرجة أقل من وزن المحلول.

يتم تصنيف المئات من المركبات الكيميائية على أنها أملاح. بعض الأملاح ، مثل كلوريد الصوديوم ويوديد البوتاسيوم ، قابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء في درجة حرارة الغرفة. العديد من الأنواع الأخرى ، مثل كبريتات الباريوم وفوسفات الكالسيوم ، غير قابلة للذوبان عمليًا حتى في درجات الحرارة المرتفعة. تعتمد الكثافة القصوى لمحلول الملح على وزن صيغة الملح ، وقابلية الذوبان الطبيعية أو "ثابت منتج قابلية الذوبان" للملح ، ودرجة الحرارة.

تميل الأجسام المغمورة في الماء المالح إلى الطفو أكثر من تلك الموجودة في الماء النقي أو ماء الصنبور ، وهذا يعني أنها أكثر قدرة على الطفو. ينشأ هذا التأثير من القوة الكبيرة للطفو ، أو إلى الأعلى ، التي تمارس على الأجسام بواسطة الماء المالح بسبب كثافته الأكبر. إن قوة الطفو التي تمارس على الأجسام المغمورة بواسطة السوائل متضمنة في مبدأ أرخميدس ، الذي ينص على أن أي جسم مغمور كليًا أو جزئيًا في سائل يزيح وزنه من السوائل. الجسم المغمور في ماء الصنبور يعاني من "ثقل" أكبر منه في الماء المالح لأنه يزيح وزنًا أقل من ماء الصنبور.