الكيمياءعلوم

التركيب الكيميائي للماء وخصائصه.

ما هو أهم جزيء للحياة؟

قد يجادل البعض في الحمض النووي . قد يجادل البعض ببعض البروتينات . لكن الكثيرين قد يجادلون بشأن الماء. وما الذي يجعل الماء بهذه الأهمية؟

خصائصه. طبيعة الذرات الثلاث وكيفية تفاعلها مع بعضها البعض. يسمح هذا للماء بأن يكون جزيءاً قطبياً ، مما يسمح له بالتفاعل مع العديد من الجزيئات الأخرى الضرورية للحياة. تطفو معظم المواد الموجودة في الخلية في بيئة سيتوبلازمية مائية.

التركيب الكيميائي وخصائص الماء.

ربما تكون بالفعل على دراية بالعديد من خصائص الماء. على سبيل المثال ، لا شك أنك تعرف أن الماء شفاف وعديم الطعم والرائحة. بكميات صغيرة ، هو أيضاً عديم اللون. ومع ذلك ، عندما يتم ملاحظة كمية كبيرة من الماء ، كما هو الحال في بحيرة أو المحيط ، فإنها في الواقع زرقاء فاتحة اللون . يعتبر اللون الأزرق للماء خاصية جوهرية وينتج عن الامتصاص الانتقائي وتشتت الضوء الأبيض. تعتمد هذه الخصائص وغيرها من خصائص الماء على تركيبته الكيميائية.

شفافية المياه مهمة للكائنات الحية التي تعيش في الماء. لأن الماء شفاف ، يمكن لأشعة الشمس أن تمر من خلاله. تحتاج النباتات المائية والكائنات المائية الأخرى إلى ضوء الشمس من أجل التمثيل الضوئي .

التركيب الكيميائي للمياه.

يتكون كل جزيء من الماء من ذرة واحدة من الأكسجين وذرتين من الهيدروجين ، لذلك يكون له الصيغة الكيميائية H2O. يشرح ترتيب الذرات في جزيء الماء ، العديد من الخصائص الكيميائية للماء. في كل جزيء ماء ، تجذب نواة ذرة الأكسجين (مع 8 بروتونات موجبة الشحنة) الإلكترونات بقوة أكبر بكثير من نوى الهيدروجين (مع بروتون واحد موجب الشحنة)). ينتج عن هذا شحنة كهربائية سالبة بالقرب من ذرة الأكسجين (بسبب “سحب” الإلكترونات سالبة الشحنة باتجاه نواة الأكسجين) وشحنة كهربائية موجبة بالقرب من ذرات الهيدروجين. يسمى الاختلاف في الشحنة الكهربائية بين أجزاء مختلفة من الجزيء القطبية . A الجزيء القطبي هو جزيء تتهم جزء من جزيء بشكل إيجابي واتهم جزء من جزيء سلبا.

الرابطة الهيدروجينية .

مقابل الشحنات الكهربائية تجذب بعضها البعض. لذلك ، الجزء الإيجابي من جزيء ماء واحد ينجذب إلى الأجزاء السلبية من جزيئات الماء الأخرى. بسبب هذا التجاذب ، تتشكل الروابط بين ذرات الهيدروجين والأكسجين لجزيئات الماء المجاورة ، كما هو موضح في الشكل أدناه . يشتمل هذا النوع من الروابط دائماً على ذرة هيدروجين ، لذلك يطلق عليه رابطة الهيدروجين . الروابط الهيدروجينية هي روابط بين الجزيئات ، وهي ليست قوية مثل الروابط داخل الجزيئات. ومع ذلك ، فهي تساعد في تجميع جزيئات الماء معاً .

يمكن أن تتشكل الروابط الهيدروجينية أيضاً داخل جزيء عضوي واحد كبير. على سبيل المثال ، تعمل الروابط الهيدروجينية التي تتشكل بين أجزاء مختلفة من جزيء البروتين على ثني الجزيء في شكل مميز ، وهو أمر مهم لوظائف البروتين. تربط الروابط الهيدروجينية أيضاً السلاسل النوكليوتيدية لجزيء الحمض النووي .

ماء لزج ومبلل.

للماء بعض الخصائص غير العادية بسبب روابطه الهيدروجينية. إحدى الخصائص هي التماسك ، وميل جزيئات الماء إلى الالتصاق ببعضها البعض. إن قوى التماسك بين جزيئات الماء هي المسؤولة عن الظاهرة المعروفة باسم التوتر السطحي. لا تحتوي الجزيئات الموجودة على السطح على جزيئات أخرى مماثلة على جميع جوانبها ، وبالتالي فهي تتماسك بقوة أكبر مع الجزيئات المرتبطة بها مباشرة على السطح. على سبيل المثال ، إذا قمت بإسقاط كمية قليلة من الماء على سطح أملس للغاية ، فإن جزيئات الماء سوف تلتصق ببعضها البعض وتشكل قطرة ، بدلاً من أن تنتشر على السطح. يحدث الشيء نفسه عندما تقطر المياه ببطء من صنبور مسرب. لا يسقط الماء من الصنبور على هيئة جزيئات ماء فردية ولكن كقطرات ماء. يتضح أيضاً ميل الماء للالتصاق معاً في قطرات من خلال قطرات الندى.

خاصية أخرى مهمة للمياه هي الالتصاق . من حيث الماء ، الالتصاق هو ارتباط جزيء الماء بمادة أخرى ، مثل جوانب عروق الورقة. تحدث هذه العملية لأن الروابط الهيدروجينية خاصة من حيث أنها تنكسر وتصلح بتردد كبير. يسمح هذا الترتيب المستمر للروابط الهيدروجينية بنسبة مئوية من جميع الجزيئات في عينة معينة بالارتباط بمادة أخرى. هذه الخاصية الشبيهة بالقبضة التي تتشكل بها جزيئات الماء تسبب نشاطاً شعرياً ، أي قدرة السائل تتدفق ضد الجاذبية في مساحة ضيقة. مثال على عمل الشعيرات الدموية هو عندما تضع مصاصة في كوب من الماء. يبدو أن الماء يتسلق المصاصة حتى قبل أن تضع فمك على القش. خلق الماء روابط هيدروجينية مع سطح القش ، مما تسبب في التصاق الماء بجوانب القش. مع استمرار تبادل روابط الهيدروجين مع سطح القش ، تتبادل جزيئات الماء في مواضعها ويبدأ بعضها في الصعود إلى القشة.

الالتصاق والعمل الشعري ضروريان لبقاء معظم الكائنات الحية. وهو الآلية المسؤولة عن نقل المياه في النباتات من خلال الجذور و السيقان ، و الحيوانات من خلال صغيرة الأوعية الدموية .

تشرح الروابط الهيدروجينية أيضاً سبب ارتفاع نقطة غليان الماء (100 درجة مئوية) عن نقاط غليان المواد المماثلة التي لا تحتوي على روابط هيدروجينية. بسبب نقطة غليان الماء العالية نسبياً ، يوجد معظم الماء في حالة سائلة على الأرض. هناك حاجة إلى الماء السائل من قبل جميع الكائنات الحية. لذلك ، فإن توفر المياه السائلة يمكّن الحياة من البقاء على قيد الحياة في معظم أنحاء الكوكب.

علاوة على ذلك ، فإن الماء له حرارة نوعية عالية لأنه يتطلب الكثير من الطاقة لرفع أو خفض درجة حرارة الماء. نتيجة لذلك ، يلعب الماء دوراً مهماً جداً في تنظيم درجة الحرارة. نظراً لأن الخلايا تتكون من الماء ، فإن هذه الخاصية تساعد في الحفاظ على التوازن .

كثافة الجليد والماء.

و نقطة انصهار من المياه 0 ° C. تحت درجة الحرارة هذه ، يكون الماء صلباً (جليد). على عكس معظم المواد الكيميائية ، يكون الماء في الحالة الصلبة أقل كثافة من الماء في الحالة السائلة. هذا لأن الماء يتمدد عندما يتجمد. مرة أخرى ، الرابطة الهيدروجينية هي السبب. تتسبب الروابط الهيدروجينية في اصطفاف جزيئات الماء في الجليد بشكل أقل كفاءة من الماء السائل. نتيجة لذلك ، تتباعد جزيئات الماء عن بعضها في الجليد ، مما يعطي الجليد كثافة أقل من الماء السائل. مادة ذات كثافة منخفضة تطفو على مادة ذات كثافة أعلى. وهذا ما يفسر سبب تطفو الجليد على الماء السائل ، في حين أن العديد من المواد الصلبة الأخرى تغرق في قاع الماء السائل.

في جسم مائي كبير ، مثل البحيرة أو المحيط ، تغرق المياه ذات الكثافة الأكبر دائماً في القاع. يكون الماء أكثر كثافة عند حوالي 4 درجات مئوية. نتيجة لذلك ، تبلغ درجة حرارة الماء في قاع البحيرة أو المحيط حوالي 4 درجات مئوية. في المناخات ذات الشتاء البارد ، تعزل هذه الطبقة المكونة من 4 درجات مئوية قاع البحيرة من درجات الحرارة المتجمدة . يمكن لكائنات البحيرة مثل الأسماك البقاء على قيد الحياة في فصل الشتاء من خلال البقاء في هذا الماء البارد ، ولكن غير المجمد ، في قاع البحيرة.

المراجع :

“Structure and Properties of Water”, www.ck12.org

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى