ما هي الخصائص الخمس الناشئة للمياه؟

يبدو أن الماء هو أهم ميزة بيئية تسمح بوجود الحياة والحفاظ عليها. توجد كائنات حية بدون ضوء الشمس أو الأكسجين ، ولكن لم يتم العثور على أي منها حتى الآن بشكل مستقل تمامًا عن الماء. حتى نبات الصبار القوي في أقصى الصحراء يتطلب قدرًا من الماء للبقاء على قيد الحياة. يكمن سر فائدة الماء في الحياة في خاصية الارتباط بالهيدروجين ، والتي تمنح خمس خصائص مهمة لتهيئة بيئة يمكن أن توجد فيها الحياة وتزدهر.

جزيئات الماء قطبية. أي أن أحد طرفي الجزيء يكون كهرسلبيًا (شحنة سالبة) أكثر من الطرف الآخر (شحنة موجبة). لذلك ، فإن الأطراف المتقابلة لجزيئات الماء المختلفة تنجذب إلى بعضها البعض مثل الأطراف المتقابلة للمغناطيس. تُعرف قوى الجذب بين جزيئات الماء باسم "روابط الهيدروجين". الرابطة الهيدروجينية يؤدي ميل الماء إلى أن يكون "لزجًا" ، حيث تميل جزيئات الماء إلى الالتصاق ببعضها البعض (كما في a بركة صغيرة). يُعرف هذا باسم التماسك. بسبب هذه الخاصية ، يكون للماء توتر سطحي مرتفع. هذا يعني أنه يتطلب القليل من القوة الإضافية لكسر سطح بركة الماء. الماء أيضًا مادة لاصقة ، مما يعني أنه يميل إلى الالتصاق بجزيئات أخرى بجانب الماء. على وجه الخصوص ، سوف يلتصق بالمواد القابلة للذوبان في الماء (المحبة للماء) ، مثل النشا أو السليلوز. لن تلتصق بالمواد الكارهة للماء ، مثل الزيت.

يحتوي الماء على حرارة نوعية عالية ، وحرارة عالية للتبخر ، وخاصية تبريد تبخيري تجعله يميل معًا إلى الحفاظ على درجة حرارة ثابتة. يمكن أن تتغير درجات حرارة الماء ، بالطبع ، تتغير بشكل أبطأ من درجات حرارة المواد الأخرى. كل من هذه الخصائص ترجع إلى خاصية الرابطة الهيدروجينية للماء. تكسر وتشكيل الروابط ، وهو أمر ضروري لتغيير درجة حرارة الماء (تؤثر درجة الحرارة على سرعة حركة الجزيء) ، تأخذ كمية إضافية من الطاقة (أو الحرارة) إلى اكتمال.

تعني الحرارة العالية النوعية أن الماء يمتص الحرارة ويحتفظ بها بشكل أفضل من العديد من المواد. أي أنه يتطلب المزيد من الطاقة (الحرارة) لتغيير درجة حرارة الماء. تعني حرارة التبخر العالية أن الأمر يتطلب طاقة (حرارة) لتحويل الماء إلى غاز (بخار) أكثر من العديد من المواد الأخرى. التبريد التبخيري هو نتيجة تسرب جزيئات الماء إلى حالة غازية (إلى بخار) تحمل الحرارة معها ، وبالتالي خارج بركة الماء. نتيجة لذلك ، لن تميل بركة الماء إلى زيادة درجة الحرارة كثيرًا ، وستظل ثابتة.

نظرًا لأن الماء قطبي ومن السهل جدًا روابط هيدروجينية ، فإن الجزيئات القطبية الأخرى ستذوب فيه بسهولة. تذكر أنه بالنسبة للجزيئات القطبية ، توجد شحنة سالبة على أحد طرفي الجزيء ، والتي تنجذب إلى الشحنة الموجبة على الطرف الآخر للجزيئات الأخرى ، مثل المغناطيس. يشكل هذا الجذب روابط هيدروجينية. تُعرف الجزيئات القطبية أيضًا بالجزيئات المحبة للماء (المحبة للماء) أو الجزيئات القابلة للذوبان في الماء. ومع ذلك ، فإن الماء لا يذيب الجزيئات غير القطبية أو الكارهة للماء (خوفا من الماء) جيدًا. تشمل الجزيئات الكارهة للماء الزيوت والدهون.

يؤدي العدد الكبير من الروابط الهيدروجينية الموجودة داخل الماء السائل إلى أن تكون جزيئات الماء متباعدة أكثر من الجزيئات التي قد تكون موجودة في السوائل الأخرى (الروابط تحتل حيزًا نفسها). في الماء السائل ، تتشكل الروابط ، وتتكسر ، وتصلح باستمرار ، بحيث يمكن للماء أن يتدفق بدون شكل محدد. ومع ذلك ، عندما يتجمد الماء ، لا يمكن كسر الروابط ، لأنه لا توجد طاقة حرارية للقيام بذلك. لذلك ، تشكل جزيئات الماء شبكة أكثر اتساعًا من الماء في شكل سائل. نظرًا لأن الماء المجمد يحتوي على نفس عدد الجزيئات ولكنه أكثر اتساعًا ، فهو أقل كثافة من الماء السائل. لذلك فإن الجليد الأقل كثافة (الماء الصلب) سوف يطفو فوق الماء السائل الأكثر كثافة.

تعمل طبقة من الجليد فوق جسم مائي كعامل عازل. نتيجة لذلك ، ستتم حماية المياه السائلة الموجودة أسفل الجليد من الهواء الخارجي وستكون أقل عرضة للتجمد أيضًا. هذا سبب آخر يجعل الماء قادرًا على الحفاظ على درجة حرارة ثابتة.

يمكن أن يتفكك الماء [H2O] إلى أيونات الهيدروجين [H +] والهيدروكسيل [OH-]. الرقم الهيدروجيني هو مقياس نسبي للهيدروجين لأيونات الهيدروكسيل. نظرًا لأن الماء يحتوي على عدد متساوٍ تقريبًا من أيونات الهيدروجين والهيدروكسيل ، فهو ليس حمضيًا ولا قاعديًا ، ولكنه يحتوي على درجة حموضة متعادلة 7. ولأنه يحتوي على كل من أيونات الهيدروجين والهيدروكسيل ، فإنه يمكن أن يوفر أيهما قد يكون ضروريًا لتنظيم الرقم الهيدروجيني للتفاعل الأنزيمي الذي يحدث في وجوده. ونتيجة لذلك ، فهو مذيب متعدد الأغراض ، حيث يمكن أن تحدث ملايين التفاعلات الأنزيمية المختلفة بمتطلبات الأس الهيدروجيني المختلفة.