چه کسی فرمول آب را از دوران مدرسه می داند؟ البته همه چیز این احتمال وجود دارد که از کل دوره شیمی، برای بسیاری که پس از آن آن را به طور تخصصی مطالعه نمی کنند، تنها چیزی که باقی مانده است دانش فرمول H2O به معنای چیست. اما اکنون سعی خواهیم کرد تا حد امکان به تفصیل و عمیقاً بفهمیم که آب چیست؟ خواص اصلی آن چیست و چرا دقیقاً بدون آن زندگی در سیاره زمین غیرممکن است.
آب به عنوان ماده
مولکول آب همانطور که می دانیم از یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن تشکیل شده است. فرمول آن به این صورت نوشته شده است: H2O. این ماده می تواند سه حالت داشته باشد: جامد - به شکل یخ، گاز - به صورت بخار و مایع - به عنوان یک ماده بدون رنگ، طعم و بو. به هر حال، این تنها ماده روی این سیاره است که می تواند در هر سه حالت به طور همزمان در شرایط طبیعی وجود داشته باشد. به عنوان مثال: در قطب های زمین - یخ، در اقیانوس ها - آب، و تبخیر در زیر پرتوهای خورشید بخار است. از این نظر، آب غیرعادی است.
همچنین، آب رایج ترین ماده روی ماستسیاره. تقریباً هفتاد درصد سطح سیاره زمین را می پوشاند - اینها اقیانوس ها و رودخانه های متعدد با دریاچه ها و یخچال های طبیعی هستند. بیشتر آب روی کره زمین شور است. برای نوشیدن و کشاورزی نامناسب است. آب شیرین تنها دو و نیم درصد از کل آب روی کره زمین را تشکیل می دهد.
آب یک حلال بسیار قوی و با کیفیت است. به همین دلیل واکنش های شیمیایی در آب با سرعت فوق العاده ای انجام می شود. همین خاصیت بر متابولیسم بدن انسان تأثیر می گذارد. این یک واقعیت شناخته شده است که بدن یک فرد بالغ هفتاد درصد آب است. در یک کودک، این درصد حتی بیشتر است. در سنین بالا این رقم از هفتاد به شصت درصد کاهش می یابد. به هر حال، این ویژگی آب به وضوح نشان می دهد که اساس زندگی انسان است. هر چه آب در بدن بیشتر باشد - سالم تر، فعال تر و جوان تر است. بنابراین، دانشمندان و پزشکان همه کشورها خستگی ناپذیر تکرار می کنند که شما نیاز به نوشیدن زیاد دارید. این آب به شکل خالص خود است و جایگزین آن به شکل چای، قهوه یا نوشیدنی های دیگر نیست.
آب آب و هوای سیاره را شکل می دهد و این اغراق نیست. جریان های گرم در اقیانوس ها تمام قاره ها را گرم می کنند. این به این دلیل است که آب مقدار زیادی گرمای خورشیدی را جذب می‌کند و زمانی که شروع به خنک شدن می‌کند آن را از بین می‌برد. بنابراین دمای سیاره را تنظیم می کند. بسیاری از دانشمندان می گویند که اگر وجود این همه آب در سیاره سبز وجود نداشت، زمین مدت ها قبل سرد شده و به سنگ تبدیل می شد.
خواص آب
آب خواص بسیار جالب زیادی دارد.
مثلاً آب متحرک ترین ماده بعد از هوا است. از دوره مدرسه، مطمئناً بسیاری چیزی به عنوان چرخه آب در طبیعت را به یاد می آورند. به عنوان مثال: یک جریان تحت تأثیر نور مستقیم خورشید تبخیر می شود، به بخار آب تبدیل می شود. علاوه بر این، این بخار توسط باد به جایی منتقل می شود، در ابرها و حتی در ابرهای رعد و برق جمع می شود و در کوه ها به صورت برف، تگرگ یا باران می بارد. علاوه بر این، از کوه ها، نهر دوباره پایین می آید و تا حدی تبخیر می شود. و بنابراین - در یک دایره - چرخه میلیون ها بار تکرار می شود.
همچنین آب ظرفیت گرمایی بسیار بالایی دارد. به همین دلیل است که بدنه های آبی، به ویژه اقیانوس ها، در طول انتقال از یک فصل گرم یا زمان روز به یک فصل سرد، بسیار آهسته خنک می شوند. برعکس، زمانی که دمای هوا افزایش می یابد، آب به آرامی گرم می شود. به همین دلیل، همانطور که در بالا ذکر شد، آب دمای هوا را در سراسر سیاره ما تثبیت می کند.
بعد از جیوه، آب بیشترین کشش سطحی را دارد. نمی توان متوجه نشد که قطره ای که به طور تصادفی روی یک سطح صاف ریخته می شود، گاهی اوقات به یک لکه چشمگیر تبدیل می شود. این نشان دهنده شکل پذیری آب است. خاصیت دیگر زمانی خود را نشان می دهد که دما به چهار درجه کاهش یابد. به محض سرد شدن آب تا این علامت، سبک تر می شود. بنابراین، یخ همیشه روی سطح آب شناور است و در پوسته ای یخ می زند و رودخانه ها و دریاچه ها را می پوشاند. به همین دلیل، ماهی‌ها در آب‌هایی که در زمستان یخ می‌زنند، یخ نمی‌زنند.
آب به عنوان رسانای الکتریسیته
ابتدا باید در مورد رسانایی الکتریکی (از جمله آب) یاد بگیرید. رسانایی الکتریکی توانایی الف استیا مواد از طریق خود جریان الکتریکی را هدایت می کنند. بر این اساس، هدایت الکتریکی آب، توانایی آب برای هدایت جریان است. این توانایی مستقیماً به میزان نمک و سایر ناخالصی های مایع بستگی دارد. به عنوان مثال، رسانایی الکتریکی آب مقطر تقریباً به حداقل می رسد زیرا چنین آبی از مواد افزودنی مختلفی که برای هدایت الکتریکی خوب ضروری هستند، تصفیه می شود. یک هادی جریان عالی آب دریا است که غلظت نمک در آن بسیار زیاد است. رسانایی الکتریکی نیز به دمای آب بستگی دارد. هر چه دما بیشتر باشد، هدایت الکتریکی آب بیشتر است. این الگو به لطف آزمایش های متعدد فیزیکدانان آشکار شد.
اندازه گیری رسانایی الکتریکی آب
چنین اصطلاحی وجود دارد - هدایت سنجی. این نام یکی از روش های آنالیز الکتروشیمیایی بر اساس هدایت الکتریکی محلول ها است. از این روش برای تعیین غلظت در محلول های نمک یا اسیدها و همچنین برای کنترل ترکیب برخی از محلول های صنعتی استفاده می شود. آب خاصیت آمفوتریک دارد. یعنی بسته به شرایط، قادر است هم خاصیت اسیدی و هم بازی را از خود نشان دهد - هم به عنوان اسید و هم به عنوان باز عمل کند.
دستگاه مورد استفاده برای این تجزیه و تحلیل نام بسیار مشابهی دارد - رسانا سنج. با استفاده از رسانایی سنج، هدایت الکتریکی الکترولیت ها در یک محلول اندازه گیری می شود که تجزیه و تحلیل آن در حال انجام است. شاید ارزش توضیح اصطلاح دیگری - الکترولیت را داشته باشد. این ماده ای است که وقتی حل شود یا ذوب شودبه یون ها تجزیه می شود و به همین دلیل جریان الکتریکی متعاقباً هدایت می شود. یون یک ذره باردار الکتریکی است. در واقع، رسانایی سنج، با در نظر گرفتن واحدهای خاصی از هدایت الکتریکی آب، هدایت الکتریکی آن را تعیین می کند. یعنی رسانایی الکتریکی حجم خاصی از آب را که به عنوان واحد اولیه گرفته می شود، تعیین می کند.
حتی قبل از آغاز دهه هفتاد قرن گذشته، واحد اندازه گیری "mo" برای نشان دادن رسانایی الکتریسیته استفاده می شد، این مشتق از کمیت دیگری بود - اهم، که واحد اصلی مقاومت است.. رسانایی الکتریکی کمیتی است که با مقاومت نسبت عکس دارد. اکنون در زیمنس اندازه گیری می شود. این مقدار به افتخار فیزیکدان آلمانی - ورنر فون زیمنس نام خود را گرفت.
زیمنس
زیمنس (که می توان با هر دو Cm و S نشان داد) متقابل اهم است که یک واحد هدایت الکتریکی است. یک سانتی متر برابر با رسانایی الکتریکی هر رسانایی است که مقاومت آن 1 اهم است. بیان شده توسط زیمنس از طریق فرمول:
1 CM=1: Ohm=A: B=kg−1 m−2 s³A²، جایی کهA - آمپر،
V - ولت.
رسانایی حرارتی آب
حالا بیایید در مورد رسانایی حرارتی صحبت کنیم. رسانایی حرارتی توانایی یک ماده برای انتقال انرژی حرارتی است. ماهیت این پدیده در این واقعیت نهفته است که انرژی جنبشی اتم ها و مولکول ها که دمای یک جسم یا ماده معین را تعیین می کنند، منتقل می شود.جسم یا ماده دیگری در طول تعامل آنها. به عبارت دیگر، هدایت حرارتی تبادل حرارتی بین اجسام، مواد و همچنین بین جسم و ماده است.
هدایت حرارتی آب نیز بسیار بالاست. مردم روزانه بدون توجه به این خاصیت آب استفاده می کنند. مثلا ریختن آب سرد در ظرف و خنک کردن نوشیدنی ها یا غذاها در آن. آب سرد از بطری، ظرف گرما می گیرد، در عوض سرما می دهد، واکنش معکوس نیز ممکن است.
حالا همین پدیده را می توان به راحتی در مقیاس سیاره ای تصور کرد. اقیانوس در طول تابستان گرم می شود و سپس - با شروع هوای سرد، به آرامی خنک می شود و گرمای خود را به هوا می دهد و در نتیجه قاره ها را گرم می کند. پس از خنک شدن در طول زمستان، اقیانوس در مقایسه با خشکی بسیار آهسته شروع به گرم شدن می کند و خنکی خود را به قاره هایی می دهد که از خورشید تابستان خشک می شوند.
تراکم آب
در بالا گفته شد که ماهی ها در زمستان در حوضچه زندگی می کنند به این دلیل که آب با پوسته ای در تمام سطح آنها یخ می زند. می دانیم که آب در دمای صفر درجه شروع به تبدیل شدن به یخ می کند. با توجه به اینکه چگالی آب بیشتر از چگالی یخ است، یخ روی سطح شناور می شود و یخ می زند.
خواص ردوکس آب چیست
همچنین، در شرایط مختلف، آب می تواند هم عامل اکسید کننده و هم عامل کاهنده باشد. یعنی آب با رها کردن الکترون هایش بار مثبت دارد و اکسید می شود. یا الکترون می گیرد و بار منفی می گیرد، یعنی بازیابی می شود. در حالت اول آب اکسید می شود و مرده نامیده می شود. او داردخواص ضد باکتریایی بسیار قوی، اما شما نیازی به نوشیدن آن ندارید. در حالت دوم، آب زنده است. نیرو می بخشد، بدن را برای بازیابی تحریک می کند، انرژی را به سلول ها می رساند. تفاوت بین این دو ویژگی آب در عبارت "پتانسیل ردوکس" بیان می شود.
آب با چه چیزی واکنش نشان می دهد
آب تقریباً با تمام موادی که روی زمین وجود دارند قادر به واکنش است. تنها نکته این است که برای وقوع این واکنش ها باید دما و ریزاقلیم مناسب را فراهم کرد.
به عنوان مثال، در دمای اتاق، آب با فلزاتی مانند سدیم، پتاسیم، باریم به خوبی واکنش می دهد - آنها فعال نامیده می شوند. هالوژن ها فلوئور و کلر هستند. هنگامی که آب گرم می شود، به خوبی با آهن، منیزیم، زغال سنگ، متان واکنش نشان می دهد.
با کمک کاتالیزورهای مختلف، آب با آمیدها، استرهای کربوکسیلیک اسیدها واکنش می دهد. کاتالیزور ماده ای است که به نظر می رسد اجزاء را به سمت واکنش متقابل سوق می دهد و آن را تسریع می کند.
آیا جای دیگری جز زمین آب وجود دارد؟
تاکنون در هیچ سیاره ای در منظومه شمسی به جز زمین، آب یافت نشده است. بله، آنها حضور آن را در ماهواره‌های سیارات غول‌پیکری مانند مشتری، زحل، نپتون و اورانوس فرض می‌کنند، اما تاکنون دانشمندان داده‌های دقیقی در دست ندارند. فرضیه دیگری در مورد آب های زیرزمینی در سیاره مریخ و در ماهواره زمین - ماه - وجود دارد که هنوز به طور کامل تأیید نشده است. در مورد مریخ، تعدادی نظریه ارائه شده است که زمانی اقیانوسی در این سیاره وجود داشته و مدل احتمالی آن حتی توسط دانشمندان طراحی شده است.
خارج از منظومه شمسی، سیارات بزرگ و کوچک زیادی وجود دارد که به گفته دانشمندان ممکن است در آنها آب وجود داشته باشد. اما تاکنون کوچکترین راهی برای اطمینان از این موضوع وجود ندارد.
چگونه از هدایت حرارتی و الکتریکی آب برای اهداف عملی استفاده کنیم
با توجه به اینکه آب ظرفیت حرارتی بالایی دارد، در شبکه های گرمایشی به عنوان حامل گرما استفاده می شود. انتقال حرارت از تولید کننده به مصرف کننده را فراهم می کند. بسیاری از نیروگاه های هسته ای نیز از آب به عنوان خنک کننده عالی استفاده می کنند.
در پزشکی از یخ برای خنک کردن و از بخار برای ضدعفونی استفاده می شود. یخ نیز در سیستم پذیرایی استفاده می شود.
در بسیاری از راکتورهای هسته ای، آب به عنوان تعدیل کننده برای یک واکنش زنجیره ای هسته ای موفق استفاده می شود.
آب تحت فشار برای شکافتن، شکستن و حتی بریدن سنگ ها استفاده می شود. این به طور فعال در ساخت تونل ها، تأسیسات زیرزمینی، انبارها، متروها استفاده می شود.
نتیجه گیری
از مقاله چنین برمی آید که آب در خواص و عملکردهایش بی بدیل ترین و شگفت انگیزترین ماده روی زمین است. آیا زندگی یک انسان یا هر موجود زنده دیگری روی زمین به آب بستگی دارد؟ قطعا بله. آیا این ماده به فعالیت علمی انسان کمک می کند؟ آره. آیا آب دارای رسانایی الکتریکی، هدایت حرارتی و سایر خواص مفید است؟ پاسخ نیز مثبت است. نکته دیگر این است که آب روی زمین کمتر و کمتر می شود و حتی آب تمیز بیشتر. و وظیفه ما حفظ و ایمن سازی آن (و بنابراین، همه ما) از آن استناپدید شدن.
