أسرار الماء الكيميائية
الخصائص الفريده والغامضه
قد يكون الماء احد اكثر المواد المالوفة لنا في العالم ، لكنه بالتاكيد ليس شيئا عاديا. والواقع ان الماء يمتاز بخصائص كيميائية فريدة تجعله من التعقيد بمكان بحيث انه بعد عقود من البحث ، لا يزال أمام العلماء الكثير ليكتشفوه عن هذا الشئ الرائع.
فان المياه ، كما تبدو واضحة التالق وهي السائل الذي يغطي ثلاثة ارباع سطح الارض ، ناهيك عن دوره في بناء الحياة كما نعرفها ، وهو كذلك يعتبر المركب الكيميائي الأكثر وضوحا (H2O). الماء موجود في كل مكان. ومع ذلك ، لا يزال العلماء يبحثون لمعرفة خصائصه.
الماء بكل بساطة ليس كغيره من السوائل.
اذا ألقيت بمكعب من الثلج في كوب من الماء فإنه سيطفوعلى السطح ، . ذلك لان الماء يتمددعند تجمده بحيث تكون كثافته عند تجمده اقل منها في حالته السائلة. لكن معظم السوائل يحدث لها العكس من ذلك. فإذا انكمش اصبحت اكثر كثافة ، حيث أنه إذا تجمد غرق ولم يطفو. اذاحدث هذا الشئ للماء بهذه الطريقة فسوف يتراكم الجليد في اعماق البحيرات والمحيطات خلال الشتاء ، وسيكون من الصعب عليه الذوبان في الربيع. وهذا سوف يؤثر علي الاحياء المائية.
وهناك سمة أخرى مثيرة للدهشة, وهي أن الماء يغلي في درجة حرارة مرتفعة وهي 100 درجة مئوية عند مستوي سطح البحر ، و إذا ما قارنا هذا مع شئ مماثل في الحجم لجزيئات الماء. فاذا انطبق على الماء ما ينطبق على غيره من السوائل، فمن المفترض أن يكون الماء على شكل غاز في مثل هذه الظروف ، و لن تستمر االحياة عندئذ.
وبصفة عامة ، فإن الخصائص الغريبة لجزئ الـ H2O من الممكن فهم جزء كبير منها, فالعلماء يعزون الصفات و الخواص الفريدة للماء إلى الروابط الكيميائية التي تشكله وإلى ما يعرف بـ " حواجزالهيدروجين " عند التفاعل بين ذ رات الهيدروجين و الأوكسجين المجاورة لجزئ الماء ينشأ نوع من الحواجز لحماية الجزيئات. ما يبدو غير واضحا بشكل أو بآخر ، لكن التفاصيل الدقيقة لكيفية تشكل هذه الحواجز كما تبدو لنا في حالات عديدة فهي على الشكل التالي ، مثلا عندما توجود مواد كيميائية علي سطح الماء. وهذه ليس بالمهمة السهلة لأن الروابط الهيدروجينية الكيماوية تقوم بعملها كفنان تشكيلي : بحيوية كبيرة ، تشكل الروابط التي تتنوع في قوتها وحجمها. وعلي الرغم من ان الماء يؤثر في كل شيء بدأ من البروتينات داخل الخلايا و حتى العوامل الجوية التي يمتد تأثيرها حتى إلى الصخور على شواطئ المحيطات ، يصبح الإتيان على كل هذه التفاعلات أمرا صعبا جدا.
لكن البحوث التي أجريت على المياه أحرزت تقدما عند العلماء المسلحين بأدوات متطورة وآفاق جديدة " لقد أخذوا بإلقاء نظرة جديدة علي الاسئلة القديمة" بحسب ما ذكرته كاثرين كوفيرت مديرة البرنامج الأول في المؤسسة القومية للعلوم في شعبة الكيمياء. و هي ما تزال تعترف "اننا لم نقترب بعد من فهم كيف يعمل الماء في كل وقت و في كل بيئة."
ومؤخرا زودنا بعض العلماء بآراء اكثر تفصيلا حول جزيئات الماء حتي الآن. فقد ذكرت مجلة العلوم ملاحظة حول ذلك آخذة في الاعتبار خلاصة العمل الجماعي لعدة فرق من الباحثين (جميعها عدا واحدة وهي المؤسسة القومية للعلوم) حول المياه من حيث البنية والسلوك الكيميائي كأفضل 10 بحوث مقدمة لعام 2004. ورغم أن النتائج لم تكن موثقة ، وبعضها كان بمثابة تحدي للشئ المألوف في الواقع ، فإن اكتشافات عام 2004 اثارت قدر كبير من الاهتمام والنقاش المثمر بين العلماء. وفي حال كانت هذه النتائج "كاذبة" فإن من شانها تغيير التفكير في تخصصات مختلفة مثل الارض والجو بل وحتي البيولوجيا والكيمياء.
التوتر السطحي. يساعد هذا العنكبوت لأن يمشي علي الماء.فقوة التوتر السطحي تؤمن التوازن للعنكبوت الشئ الذي يساعده علي المشي علي الماء. التوتر يؤثر في سطح الطبقة العليا من الماء ، مما يجعلها أشبه بصفحة من المطاط الضغوط. حدث هذا لان الجذب بين جزيئات الماء ليس متوازنا في سطح السائل. بينما و بعيدا عن الطبقة السطحية فأن جزيئات الماء تتجاذب بشكل متساوي في جميع الاتجاهات ، ولكن هذه الطبقة في القمه ليست كذلك.
الخصائص الفريده والغامضه
قد يكون الماء احد اكثر المواد المالوفة لنا في العالم ، لكنه بالتاكيد ليس شيئا عاديا. والواقع ان الماء يمتاز بخصائص كيميائية فريدة تجعله من التعقيد بمكان بحيث انه بعد عقود من البحث ، لا يزال أمام العلماء الكثير ليكتشفوه عن هذا الشئ الرائع.
فان المياه ، كما تبدو واضحة التالق وهي السائل الذي يغطي ثلاثة ارباع سطح الارض ، ناهيك عن دوره في بناء الحياة كما نعرفها ، وهو كذلك يعتبر المركب الكيميائي الأكثر وضوحا (H2O). الماء موجود في كل مكان. ومع ذلك ، لا يزال العلماء يبحثون لمعرفة خصائصه.
الماء بكل بساطة ليس كغيره من السوائل.
اذا ألقيت بمكعب من الثلج في كوب من الماء فإنه سيطفوعلى السطح ، . ذلك لان الماء يتمددعند تجمده بحيث تكون كثافته عند تجمده اقل منها في حالته السائلة. لكن معظم السوائل يحدث لها العكس من ذلك. فإذا انكمش اصبحت اكثر كثافة ، حيث أنه إذا تجمد غرق ولم يطفو. اذاحدث هذا الشئ للماء بهذه الطريقة فسوف يتراكم الجليد في اعماق البحيرات والمحيطات خلال الشتاء ، وسيكون من الصعب عليه الذوبان في الربيع. وهذا سوف يؤثر علي الاحياء المائية.
وهناك سمة أخرى مثيرة للدهشة, وهي أن الماء يغلي في درجة حرارة مرتفعة وهي 100 درجة مئوية عند مستوي سطح البحر ، و إذا ما قارنا هذا مع شئ مماثل في الحجم لجزيئات الماء. فاذا انطبق على الماء ما ينطبق على غيره من السوائل، فمن المفترض أن يكون الماء على شكل غاز في مثل هذه الظروف ، و لن تستمر االحياة عندئذ.
وبصفة عامة ، فإن الخصائص الغريبة لجزئ الـ H2O من الممكن فهم جزء كبير منها, فالعلماء يعزون الصفات و الخواص الفريدة للماء إلى الروابط الكيميائية التي تشكله وإلى ما يعرف بـ " حواجزالهيدروجين " عند التفاعل بين ذ رات الهيدروجين و الأوكسجين المجاورة لجزئ الماء ينشأ نوع من الحواجز لحماية الجزيئات. ما يبدو غير واضحا بشكل أو بآخر ، لكن التفاصيل الدقيقة لكيفية تشكل هذه الحواجز كما تبدو لنا في حالات عديدة فهي على الشكل التالي ، مثلا عندما توجود مواد كيميائية علي سطح الماء. وهذه ليس بالمهمة السهلة لأن الروابط الهيدروجينية الكيماوية تقوم بعملها كفنان تشكيلي : بحيوية كبيرة ، تشكل الروابط التي تتنوع في قوتها وحجمها. وعلي الرغم من ان الماء يؤثر في كل شيء بدأ من البروتينات داخل الخلايا و حتى العوامل الجوية التي يمتد تأثيرها حتى إلى الصخور على شواطئ المحيطات ، يصبح الإتيان على كل هذه التفاعلات أمرا صعبا جدا.
لكن البحوث التي أجريت على المياه أحرزت تقدما عند العلماء المسلحين بأدوات متطورة وآفاق جديدة " لقد أخذوا بإلقاء نظرة جديدة علي الاسئلة القديمة" بحسب ما ذكرته كاثرين كوفيرت مديرة البرنامج الأول في المؤسسة القومية للعلوم في شعبة الكيمياء. و هي ما تزال تعترف "اننا لم نقترب بعد من فهم كيف يعمل الماء في كل وقت و في كل بيئة."
ومؤخرا زودنا بعض العلماء بآراء اكثر تفصيلا حول جزيئات الماء حتي الآن. فقد ذكرت مجلة العلوم ملاحظة حول ذلك آخذة في الاعتبار خلاصة العمل الجماعي لعدة فرق من الباحثين (جميعها عدا واحدة وهي المؤسسة القومية للعلوم) حول المياه من حيث البنية والسلوك الكيميائي كأفضل 10 بحوث مقدمة لعام 2004. ورغم أن النتائج لم تكن موثقة ، وبعضها كان بمثابة تحدي للشئ المألوف في الواقع ، فإن اكتشافات عام 2004 اثارت قدر كبير من الاهتمام والنقاش المثمر بين العلماء. وفي حال كانت هذه النتائج "كاذبة" فإن من شانها تغيير التفكير في تخصصات مختلفة مثل الارض والجو بل وحتي البيولوجيا والكيمياء.
التوتر السطحي. يساعد هذا العنكبوت لأن يمشي علي الماء.فقوة التوتر السطحي تؤمن التوازن للعنكبوت الشئ الذي يساعده علي المشي علي الماء. التوتر يؤثر في سطح الطبقة العليا من الماء ، مما يجعلها أشبه بصفحة من المطاط الضغوط. حدث هذا لان الجذب بين جزيئات الماء ليس متوازنا في سطح السائل. بينما و بعيدا عن الطبقة السطحية فأن جزيئات الماء تتجاذب بشكل متساوي في جميع الاتجاهات ، ولكن هذه الطبقة في القمه ليست كذلك.
