خصائص الماء الحرارية

خصائص الماء الحرارية كذلك سنتحدث عن خصائص الماء الكيميائية وما هي الحرارة النوعية للماء كذلك سنتحدث عن الخصائص الفيزيائية للمعن كل تلك الموضوعات تجدونها من خلال مقالنا هذا.

خصائص الماء الحرارية

1-يتمتع الماء بسعة حرارية عالية جدًا تبلغ 4181.4 جول / (كجم · كلفن) عند 25 درجة مئوية – وهي ثاني أعلى نسبة بين جميع الأنواع غير المتجانسة (بعد الأمونيا ) ، بالإضافة إلى درجة حرارة عالية للتبخر (40.65 كيلو جول / مول أو 2257 كيلو جول / كجم عند نقطة الغليان العادية) ، وكلاهما ناتج عن الرابطة الهيدروجينية الواسعة بين جزيئاته. تسمح هاتان الخواص غير المعتادة للمياه بتلطيف مناخ الأرض عن طريق التخفيف من التقلبات الكبيرة في درجات الحرارة. تراكمت معظم الطاقة الإضافية المخزنة في النظام المناخي منذ عام 1970 في المحيطات.
2-المحتوى الحراري المحدد للانصهار (المعروف أكثر باسم الحرارة الكامنة) للماء هو 333.55 كيلو جول / كجم عند 0 درجة مئوية: نفس كمية الطاقة المطلوبة لإذابة الجليد بالنسبة للثلج الدافئ من -160 درجة مئوية حتى نقطة الانصهار أو لتسخين نفس الكمية من الماء بحوالي 80 درجة مئوية. من المواد الشائعة ، فقط الأمونيا أعلى. هذه المقاومة يضفي خاصية ذوبان على الجليد من الأنهار الجليدية و جليد . قبل وبعد ظهور التبريد الميكانيكي ، كان الثلج ولا يزال شائع الاستخدام لتثبيط تلف الطعام.
3-تبلغ السعة الحرارية النوعية للجليد عند -10 درجة مئوية 2030 جول / (كجم · كلفن) [28] والسعة الحرارية للبخار عند 100 درجة مئوية هي 2080 جول / (كجم · كلفن
4-تبلغ كثافة الماء حوالي 1 جرام لكل سنتيمتر مكعب (62 رطل / قدم مكعب): تم استخدام هذه العلاقة في الأصل لتحديد الجرام.
تختلف الكثافة باختلاف درجة الحرارة ، ولكن ليس خطيًا: مع زيادة درجة الحرارة ، ترتفع الكثافة إلى ذروتها عند 3.98 درجة مئوية (39.16 درجة فهرنهايت) ثم تنخفض ؛ هذا أمر غير معتاد. [د] الجليد العادي السداسي هو أيضًا أقل كثافة من الماء السائل – عند التجميد ، تقل كثافة الماء بحوالي 9٪. [هـ]
5-ترجع هذه التأثيرات إلى تقليل الحركة الحرارية مع التبريد ، مما يسمح لجزيئات الماء بتكوين المزيد من الروابط الهيدروجينية التي تمنع الجزيئات من الاقتراب من بعضها البعض.
6-بينما تحت 4 درجات مئوية ، فإن كسر الروابط الهيدروجينية بسبب التسخين يسمح لجزيئات الماء بالتجمع بشكل أقرب على الرغم من الزيادة في الحركة الحرارية (التي تميل إلى توسيع السائل) ، يتوسع الماء فوق 4 درجات مئوية مع زيادة درجة الحرارة. [31] الماء بالقرب من نقطة الغليان أقل كثافة بنحو 4٪ من الماء عند 4 درجات مئوية (39 درجة فهرنهايت)
7-تحت الضغط المتزايد ، يخضع الجليد لعدد من التحولات إلى أشكال متعددة أخرى ذات كثافة أعلى من الماء السائل ، مثل الجليد II ، والجليد III ، والجليد غير المتبلور عالي الكثافة (HDA) ، والجليد غير المتبلور عالي الكثافة (VHDA).
8-يعد منحنى الكثافة غير المعتاد وكثافة الجليد الأقل من كثافة الماء أمرًا حيويًا للحياة – إذا كان الماء أكثر كثافة عند نقطة التجمد ، ففي الشتاء ستغرق المياه شديدة البرودة على سطح البحيرات والأجسام المائية الأخرى ، ويمكن أن تتجمد البحيرات من من الأسفل إلى الأعلى ، وستقتل كل الحياة فيها.
علاوة على ذلك ، نظرًا لأن الماء عازل حراري جيد (نظرًا لقدرته الحرارية) ، فقد لا تذوب بعض البحيرات المجمدة تمامًا في الصيف.
9-طبقة الجليد التي تطفو على السطح تعزل الماء تحتها.
تغرق المياه عند حوالي 4 درجات مئوية (39 درجة فهرنهايت) أيضًا في القاع ، وبالتالي تحافظ على درجة حرارة الماء عند قاعها ثابتة (انظر الرسم البياني).

خصائص الماء الكيميائية

1-مركب مستقر كيميائياً.
2-يعتبر المركب الوحيد الذي لا يحترق ولا يساعد على الاحتراق.
3-يتحلل كهربائياً، ليعطي الأكسجين والهيدروجين.
4-يتفاعل مع الفلزات، بالشكل التالي: فلزات تتفاعل مع الماء البارد، مثل: الصوديوم، والكالسيوم، والبوتاسيوم.
5-فلزات تتفاعل عند تسخينها مع بخار الماء، مثل: الخارصين والمغنيسيوم.
6-تميل جزيئات الماء إلى التفاعل كمجموعات مترابطة، وليس كجزيئات منفصلة، كما تحتوي هذه المجموعات على فراغات.
7-خاصية التعادل الحمضي، حيث إنّ مركب الماء متعادل كيميائياً، ولا يمكن اعتباره بأنّه مادّة حمضيّة، أو اعتباره مادّة قاعدية، وتساوي درجة حموضته أو قاعدته سبعة.

الحرارة النوعية للماء

1-لكي تزيد المادة من درجة حرارتها ، هناك حاجة إلى كمية معينة من الطاقة. يجب إعطاء هذه الكمية من الطاقة على شكل حرارة. هذا ما يعرف بالحرارة النوعية. الاسم الآخر الذي يُعرف به هو السعة الحرارية المحددة. هذه هي القيمة التي تمكننا من شرح سبب تسخين الملعقة الخشبية بشكل أبطأ وتدريجيًا من الملعقة العقلية. كما يشرح سبب استخدامنا لبعض المواد حتى نتمكن من بناء بعض الأدوات والأواني وفقًا للاستخدام الذي يتم رفعه.
2-بهذا نحدد في الفيزياء بالحرارة النوعية كمية الطاقة التي يجب نقلها إلى وحدة كتلة مادة لزيادة درجة حرارتها بدرجة واحدة. يتم استخدام الحرارة النوعية للماء دائمًا كمثال. وهذا يعني كمية الطاقة اللازمة لتسخين الماء بدرجة واحدة في درجة حرارته. نعلم أنه إذا تم تحويل 4182 جول من الطاقة إلى كيلوغرام من الماء في درجة حرارة الغرفة ، فإن هذه الكمية من الماء سترفع درجة حرارته بدرجة واحدة. من هذا يمكننا الحصول على قيمة الحرارة النوعية للماء تساوي 4182 جول لكل كيلوجرام ودرجة.

الخصائص الفيزيائية للماء

1- المياه في حالة نقية لديها درجة حموضة محايدة ، و نتيجة لذلك فإن المياه النقية ليست حمضية و لا أساسية ، و يغير الماء درجة الحموضة عند تحلل المواد فيه ، حيث يحتوي المطر على درجة حموضة طبيعية من حوالي 5.6 لأنه يحتوي على ثاني أكسيد الكربون المشتق الطبيعي و ثاني أكسيد الكبريت.
2- تجري المياه الحرارة بسهولة أكبر من أي سائل باستثناء الزئبق ، هذه الحقيقة تتسبب في وجود أجسام كبيرة من الماء السائل مثل البحيرات و المحيطات التي لديها بشكل أساسي درجة حرارة عمودية موحدة.
3- توجد جزيئات الماء في شكل سائل فوق نطاق هام من درجات الحرارة من 0 إلى 100 درجة مئوية ، و تتيح هذه المجموعة لجزيئات الماء أن تكون سائلة في معظم الأماكن على كوكب الارض.
4- الماء لها حرارة محددة عالية ، الحرارة النوعية هي كمية الطاقة المطلوبة لتغيير درجة حرارة المادة ، لأن الماء يحتوي على حرارة عالية محددة ، يمكنه امتصاص كميات كبيرة من الطاقة الحرارية قبل أن يبدأ في التسخين ، و يعني أيضًا أن الماء يُطلق طاقة حرارية ببطء عندما تتسبب الحالات في تبريدها ، و تسمح الحرارة العالية الخاصة بالماء بالاعتدال في مناخ الأرض و تساعد الكائنات الحية على تنظيم درجة حرارة جسمها بشكل أكثر فعالية.
5- الماء هو مذيب عالي ، كما إنها قادرة على إذابة عدد كبير من المركبات الكيميائية المختلفة ، و تمكّن هذه الميزة الماء من حمل المغذيات المذيبة في الجريان السطحي و تدفق المياه الجوفية ، و في جوف الكائنات الحية.