تصلب الماء وتحولاته الفيزيائية

مقدمة

الماء مادة أساسية للحياة، وهو فريد في خصائصه الفيزيائية والكيميائية. من أهم هذه الخصائص قدرته على التحول بين الحالات الصلبة والسائلة والغازية. سنتناول في هذا المقال ظاهرة تصلب الماء، وكيفية تأثيرها على حجمه، بالإضافة إلى استعراض حالات وجود الماء في الطبيعة.

درجة حرارة التجمد

يتجمد الماء عند بلوغه درجة حرارة محددة تُعرف باسم نقطة التجمد. في هذه النقطة، يتحول الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة (الجليد). وبالعكس، فإن نقطة الانصهار هي درجة الحرارة التي يتحول عندها الجليد إلى ماء سائل. في الظروف القياسية، تتطابق درجة التجمد مع درجة الانصهار، وهي صفر درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت).

ومع ذلك، قد يبقى الماء سائلاً حتى في درجات حرارة أقل من الصفر المئوي في بعض الحالات الخاصة. تعرف هذه الظاهرة باسم “التبريد الفائق”، وهي تحدث عندما يتم تبريد الماء النقي ببطء وهدوء دون وجود نوى للتجمد. كما أن وجود الشوائب في الماء يؤثر على درجة تجمده.

تأثير التجميد على الحجم

معظم المواد تنكمش عندما تبرد، ولكن الماء يتصرف بشكل مختلف. يبدأ الماء بالانكماش حتى يصل إلى درجة حرارة 4 درجات مئوية (39 درجة فهرنهايت)، ثم يبدأ بالتمدد كلما انخفضت درجة حرارته عن ذلك. هذا التمدد هو السبب في أن الجليد يطفو على سطح الماء.

يعود سبب هذا التمدد إلى الطريقة التي ترتبط بها جزيئات الماء ببعضها البعض عند التجمد. تتشكل روابط هيدروجينية بين الجزيئات، مما يؤدي إلى ترتيبها في شبكة بلورية سداسية. هذا الترتيب يترك فراغات بين الجزيئات، مما يزيد من حجم الماء.

أطوار وجود الماء

يتواجد الماء في الطبيعة بثلاث حالات فيزيائية رئيسية:

• الحالة السائلة: وهي الحالة الأكثر شيوعاً للماء، وتوجد في الأنهار والبحار والمحيطات والأمطار. الماء النقي في هذه الحالة يكون خالياً من الأملاح والشوائب.
• الحالة الصلبة: وهي حالة الجليد أو الثلج، وتتكون عندما تنخفض درجة حرارة الماء إلى صفر درجة مئوية أو أقل.
• الحالة الغازية: وهي حالة بخار الماء، وهي غير مرئية وعديمة اللون والرائحة. يتحول الماء إلى بخار الماء عن طريق التبخر، وهي عملية تتطلب طاقة حرارية. يعتمد معدل التبخر على درجة الحرارة والرطوبة.

المراجع

1. Anne Marie Helmenstine (5-10-2018),”What Is the Freezing Point of Water?”،www.thoughtco.com, Retrieved 7-1-2019. Edited.
2. “What Is the Freezing Point of Water?”,www.reference.com,26-3-2020، Retrieved 24-12-2020. Edited.
3. Ann Johnson (25-4-2017),”How Does Water Freeze?”،sciencing.com, Retrieved 15-1-2019. Edited.
4. “States of Water”,www.nyu.edu, Retrieved 16-1-2019. Edited.