الماء في الأصل هو أساس الحياة، وهو الأمر المميز لكوكب الأرض الذي يتكون مما يقارب من 70% من الماء، لكن ما هو تعريف الماء؟ وما هي خصائصه؟
ما هو تعريف الماء؟
الماء في الأصل هو مادة كيميائية، بصيغة كيميائية H2O، ويمكن تعريف الماء على أنه “سائل صافٍ، عديم اللون، عديم الرائحة، ولا طعم له، وقد يتواجد أيضًا في أشكال مختلفة مثل الغاز (بخار الماء) والصلب (الجليد).”
الماء (الصيغة الكيميائية: H2O) يشير إلى مادة كيميائية تتكون من ذرتين هيدروجين ملحقة بذرة الأكسجين المركزية عبر رابطة تساهمية.
ينتج عن هذا التكوين جزيء قطبي. نظرًا لأن جزيء الماء مستقطب، فإن الهيدروجين الإلكتروستاتيكي لجزيء ماء واحد ينجذب كهربائياً إلى ذرة الأكسجين الكهربية لجزيء الماء القريب.
يسمى التفاعل الكهروستاتيكي ثنائي القطب ثنائي القطب بين جزيئات الماء برابطة الهيدروجين. تشكل الروابط الهيدروجينية العابرة بين جزيئات الماء سائلًا شفافًا، عديم اللون، عديم الرائحة، وعديم الطعم. بصرف النظر عن السائل، قد يتواجد الماء أيضًا في أشكال أخرى مثل الغاز (مثل بخار الماء) والصلب (مثل الجليد).
الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء هي المسؤولة عن الخصائص المميزة للماء، مثل ارتفاع نقطة الغليان (100 درجة مئوية)، والتوتر السطحي العالي، والحرارة النوعية، وحرارة التبخر.
تعريف بخار الماء.
يمكن تعريف بخار الماء على أنه “تشتت جزيئات الماء ، خاصة في الهواء. كما ينتج عن التبخر في درجات الحرارة المحيطة بدلاً من الغليان”. وهو الحالة الغازية للماء.
بعد تبخر الماء وتصاعده إلى طبقات الغلاف الجوي العليا، يتم تشكيل الغيوم، والتي في ظروف معينة يتكاثف بخار الماء فيها ويهطل على شكل أمطار إلى سطح الأرض.
إقرأ أيضاً… لماذا يطفو الخشب فوق الماء؟
خصائص الماء.
يعتبر الماء مذيبًا عالميًا نظرًا لخصائصه الكيميائية والفيزيائية. إنه أحد المركبات غير العضوية الرئيسية ذات الأهمية البيولوجية؛ والأخرى هي ثاني أكسيد الكربون والأكسجين والمواد المعدنية والأملاح. بعض الخصائص المميزة للمياه مذكورة أدناه.
الماء سائل في ظل الظروف القياسية. إنه سائل لا طعم له وتقريباً عديم الرائحة في درجة الحرارة والضغط المحيطين. كما أنه شفاف، مما يجعل من الممكن أن تعيش النباتات المائية حيث يمكن لأشعة الشمس اختراقه.
الماء، عندما يكون صلبًا، يشار إليه بالثلج. يتمدد الماء (بدلاً من الانكماش) عند درجة حرارة أقل من 4 درجات مئوية. وبالتالي، تصبح أقل كثافة عند التجميد.
يؤدي هذا إلى تعويم الماء المتصلب (الجليد) فوق السطح. وبالتالي، لا تزال الكائنات الحية قادرة على العيش تحت السطح الجليدي للمحيطات والبحار.
يحتوي الماء على حرارة عالية من التبخر وتسمى حالته الغازية بخار الماء. ينتقل بخار الماء على الأرض بالحمل الحراري إلى الغلاف الجوي. هذا يؤدي إلى تكوين الغيوم. توفر الغيوم بدورها مياه الأمطار للكائنات الحية.
جزيء الماء قطبي.
يتكون جزيء الماء من أكسجين مركزياً واثنين من ذرات الهيدروجين الأصغر نسبيًا مرتبطة به. كل من ذرات الهيدروجين هذه مرتبطة بالأكسجين بواسطة رابطة تساهمية.
ينتج عن هذا قطب موجب جزئيًا وقطبًا سلبيًا جزئيًا (وبالتالي، يجعل الماء جزيءًا قطبيًا). بصرف النظر عن الرابطة التساهمية، فإنه يشكل رابطة هيدروجينية عابرة مع جزيء ماء قريب.
تلتصق جزيئات الماء ببعضها البعض بواسطة رابطة هيدروجينية. الماء جزيء قطبي بسبب الأكسجين الذي يحتوي على شحنة سالبة طفيفة بينما الهيدروجين له شحنة موجبة طفيفة. قطبيته تجعله مذيبًا ممتازًا للعديد من المواد.
يجذب الأكسجين السلبي قليلاً الكاتيونات بينما يجذب الهيدروجين الموجب قليلاً الأنيونات. وبالتالي، فإن الماء لديه القدرة على فصل الجزيئات وتأينها.
ارتفاع التوتر السطحي.
الماء لديه توتر سطحي مرتفع نسبيًا. هذا يعني أن جزيئات الماء لها جاذبية أكبر مع بعضها البعض (بسبب التماسك) أكثر من الجزيئات الموجودة في الهواء (بسبب الالتصاق).
الماء له لزوجة منخفضة، مما يعني أن لديه مقاومة منخفضة للتدفق. هذه الخصائص ضرورية للنباتات عن طريق إبطاء فقدان الماء من ثغور الأوراق. تساعد الحشرات القادرة على المشي على الماء في القيام بذلك عن طريق التوتر السطحي للمياه.
خصائص الالتصاق.
الماء له خصائص التصاق عالية. وبسبب هذا، فإن الماء لديه القدرة على العمل بالخاصية الشعرية، والميل إلى التحرك لأعلى في أنبوب ضيق ضد الجاذبية، وهي خاصية تعتمد عليها النباتات الوعائية، مثل الأشجار.
خصائصه الحرارية.
يحتوي الماء على ثاني أعلى سعة حرارية محددة (بعد الأمونيا). تشير الحرارة النوعية إلى كمية الطاقة (بالسعرات الحرارية أو الجول) المطلوبة لرفع درجة حرارة جرام واحد من مادة نقية بمقدار درجة واحدة مئوية.
تساعد الحرارة العالية النوعية للماء في الحفاظ على درجة حرارة مناسبة للحياة على الأرض. على سبيل المثال، يمتص المحيط الكثير من الإشعاع الشمسي أثناء النهار ثم يبدده في الغلاف الجوي ليلاً.
إقرأ أيضاً… ما هو الماء المقطر؟ وهل هو آمن للشرب؟
الأهمية البيولوجية للماء.
الماء هو أحد المواد الأساسية للحياة. الجزيئات الحيوية (مثل الحمض النووي والبروتينات والسكريات) والغازات والفيتامينات وما إلى ذلك مذابة في الماء.
قد يعمل الماء كوسيط نقل لنقل هذه المواد إلى أجزاء مختلفة من الجسم. كما أنه يعمل كمتفاعل مهم في عمليات كيميائية حيوية معينة.
في النباتات، يعتبر الماء مطلبًا أساسيًا في عملية التمثيل الضوئي. نظرًا لأن جزيئات الماء قطبية، فيمكنها تكوين روابط هيدروجينية عابرة بينها وبالتالي تساعد في تكوين الهياكل الجزيئية الحيوية مثل الحمض النووي والبروتينات.
كما أنه بسبب قطبية الماء يمكن أن يتفاعل مع الأيونات والجزيئات القطبية الأخرى.
الماء مهم أيضًا في تفكيك المركبات إلى أيونات. وبالتالي، فهو يساعد في تنظيم مستويات الأس الهيدروجيني. توصف الجزيئات أو المواد القابلة للذوبان في الماء بسهولة بأنها محبة للماء.
على العكس من ذلك، توصف تلك التي لا تذوب بسهولة في الماء بأنها كارهة للماء. يقال إنها غير قطبية ولا يذوبها الماء بسهولة.
كما تعتبر تفاعلات الماء مع الجزيئات القطبية وغير القطبية ضرورية لوظيفة وبنية غشاء البلازما ثنائي الطبقة الدهنية.
الماء في جسم الإنسان.
جزيء الماء هو الجزيء الأكثر وفرة داخل الخلية، ويمثل حوالي 70٪ أو أكثر من إجمالي كتلة الخلية . تحتوي الخلية على الماء (مع الأيونات والمذابات والجزيئات الأخرى) في العصارة الخلوية.
يشار إلى محتوى الماء في جسم الإنسان بمياه الجسم. كما يكون موجوداً في الأنسجة، مثل العظام والعضلات والدهون والدم، وعملياً في كل مكان.
متوسط جسم الإنسان البالغ حوالي 50 إلى 60٪ ماء. يحتوي جسم المولود الجديد على نسبة ماء أعلى (تصل إلى 93٪ من وزن الجسم).
يتم احتواء ماء الجسم عند الإنسان (وفي الحيوانات أيضًا) في سوائل الجسم المختلفة، أي السائل خارج الخلية والسائل داخل الخلايا.
السائل خارج الخلية هو الذي يوجد في مناطق الجسم خارج الخلايا ويشكل ثلث ماء الجسم. السوائل داخل الخلايا هي تلك الموجودة داخل الخلايا. تشكل حوالي 2/3 من ماء الجسم.
الماء في الطبيعة.
المياه على الأرض وفيرة أيضا. يوجد في صورة صلبة أو سائلة أو غازية. حوالي 70٪ من سطح الأرض عبارة عن ماء. تعمل المسطحات المائية على الأرض كموائل مهمة للكائنات المائية ومصدر للمياه للكائنات الحية الأرضية. ثلاثة أنواع رئيسية من الموائل المائية هي المياه البحرية والمياه العذبة والمياه معتدلة الملوحة.