Back to chapter

2.14:

حالات الماء

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
States of Water

Languages

Share

مواد كثيرة،مثل الماء توجد في واحدة من ثلاث حالات،صلبة أو سائلة أو غازية،وذلك يعتمد على العلاقة بين قوى الجذب الجزيئية وطاقة الحركة. كمثال،يتكون الثلج وهو الطور الصلب،عند إنخفاض درجة الحرارة للصفر المئوي أو أقل،مخفضةًلطاقة الحركة. تتكون روابط أيدروجينية بين الجزيئات،منشئةًلبنية شبكية.عند زيادة درجة الحرارة،تعود طاقة الحركة ويمكن للكثير من هذه الروابط أن تنفصل،درجة حرارة الإنصهار بين المواد الصلبة والسوائل. في هذا الطور تقوم الجزيئات بإستمرار بتكوين وتفكيك الروابط بين بعضها البعض. برفع درجة الحرارة لمئة درجة مئوية أو أكثر يتبخر الماء،مما يُخِل بكل الروابط،سامحًا بالحركة الحرة في الحالة الغازية.إذا إنخفضت درجة الحرارة،سيعود الغاز إلى الحالة السائلة،وهى عملية تعرف بالتكثف. يمكن ان تتحول الغازات طوريًا مباشرةًإلى مادة صلبة،متخطيةًالحالة السائلة فيما يعرف بالترسيب،وهي الطريقة التي يتكون بها الثلج. العملية العكسية وهي التسامي توضح إمكانية تحول المواد الصلبة طوريًا مباشرةًإلى غازات،كحالة تجفيف مواد غذائية كثيرة بالتجميد.

2.14:

حالات الماء

الماء موجودة في ثلاث حالات رئيسية: الصلبة (الجليد) ، السائلة ، و الغازية (البخار). تعتمد حالة الماء على القوى الجزيئية التي تجذب جزيئات الماء معاً و الطاقة الحركية التي تسحبها بعيداً.

يتجمد الماء عندما تكون القوى بين الجزيئات أكبر من الطاقة الحركية. على عكس معظم المواد الأخرى ، فإن الماء أقل كثافة في حالته الصلبة مما هو عليه في حالته السائلة. و ذلك لأن كل جزيء ماء قادر على الترابط مع أربعة جزيئات ، و تشكيل منظمة رباعية السطوح متباعدة. هذه الخاصية من الماء تسمح للجليد أن يطفو. و بدون الجليد العائم ، تتجمد المسطحات المائية من الأسفل إلى الأعلى ، مما يؤدي إلى قتل الحياة المائية.

عندما يتم تطبيق الطاقة الحركية على الجليد في شكل حرارة ، يذوب الجليد ليصبح الماء السائل. في هذه الحالة ، تتفكك الروابط بين جزيئات الماء و تتشكل مرة أخرى. عندما يذوب الجليد ، تبقى درجة حرارة الماء عند نقطة الذوبان حتى يصبح كامل الحجم سائلاً. و عندئذ فقط سوف تزيد درجة حرارة الماء إلى ما بعد نقطة الذوبان.

عندما تتغلب الطاقة الحركية على القوى بين الجزيئات ، تتحول الماء السائلة (أو حتى الجليد) إلى غاز. و تسمى عملية توليد البخار من الماء السائلة التبخير. يمكن أن تحدث زيادات في الطاقة الحركية داخل العينة ، كما هو الحال مع الغليان ، أو يمكن أن يحدث على السطح عندما يتبخر الماء. و تسمى عملية توليد الغاز مباشرة من الحالة الصلبة ، دون أن تمر أولا بالمرحلة السائلة ، التسامي. و يعتمد هذا التحول على انخفاض الضغط الجوي ، مما يزيد تأثير الطاقة الحركية.

عندما تنخفض الطاقة الحركية ، يمكن أن ينتقل البخار إلى سائل ، في عملية تسمى التكثيف ، أو مباشرة إلى مادة صلبة ، و هي عملية تسمى الترسيب أو إزالة الذوبان. يتسبب التكثيف في هطول الأمطار ، و يتسبب الترسيب في الثلوج.

في البحث عن كواكب أخرى متوافقة حيويا ، فإن وجود الماء هو سمة حاسمة ، خاصة في شكل سائل ، لأن الحياة على الأرض بدأت في الماء. إنسيلادوس هو أحد أقمار كوكب زحل المغطى بالجليد ، يحتوي على أعمدة ماء أو سخانات على قطبه الجنوبي. و قد و لّد هذا في البداية الكثير من الجدل حول ما إذا كان إنسيلادوس يحتوي على ماء سائلة تحت الجليد ، حيث تم العثور على أعمدة تحمل البخار و الجليد على حد سواء. و مع ذلك ، فإن مدار القمر حول زحل و غيرها من القرائن تشير إلى و جود محيط سائل شاسع في إنسيلادوس ، مما يجعله مضيافاً للحياة.