מי מכיר את נוסחת המים מאז ימי הלימודים? כמובן, הכל. סביר להניח שמכל קורס הכימיה, עבור רבים שאז לא לומדים אותו באופן מיוחד, הדבר היחיד שנותר הוא הידע של מה מייצגת הנוסחה H2O. אבל עכשיו ננסה להבין כמה שאפשר בפירוט ובעומק מה זה מים? מהן התכונות העיקריות שלו ולמה בדיוק בלעדיה החיים על כדור הארץ בלתי אפשריים.
מים כחומר
מולקולת המים, כידוע, מורכבת מאטום חמצן אחד ושני אטומי מימן. הנוסחה שלו כתובה כך: H2O. לחומר הזה יכולים להיות שלושה מצבים: מוצק - בצורת קרח, גזי - בצורת קיטור, ונוזל - כחומר ללא צבע, טעם וריח. אגב, זהו החומר היחיד על הפלנטה שיכול להתקיים בכל שלושת המצבים בו זמנית בתנאים טבעיים. לדוגמה: בקוטבי כדור הארץ - קרח, באוקיינוסים - מים, והתאיידות תחת קרני השמש היא קיטור. במובן זה, מים הם חריגים.
כמו כן, מים הם החומר הנפוץ ביותר אצלנוכוכב לכת. הוא מכסה את פני השטח של כדור הארץ בכמעט שבעים אחוז - אלה הם אוקיינוסים, ונהרות רבים עם אגמים וקרחונים. רוב המים על פני כדור הארץ מלוחים. זה לא מתאים לשתייה ולחקלאות. מים מתוקים מהווים רק שניים וחצי אחוז מכמות המים הכוללת על פני כדור הארץ.
מים הם ממס חזק מאוד ואיכותי. בשל כך, תגובות כימיות במים מתרחשות במהירות עצומה. אותו תכונה משפיעה על חילוף החומרים בגוף האדם. עובדה ידועה היא שגופו של מבוגר הוא שבעים אחוז מים. אצל ילד, אחוז זה גבוה אף יותר. בגיל מבוגר הנתון הזה יורד משבעים לשישים אחוז. אגב, תכונה זו של מים מדגימה בבירור שהיא הבסיס לחיי אדם. ככל שיש יותר מים בגוף - כך הוא בריא יותר, פעיל וצעיר יותר. לכן, מדענים ורופאים מכל המדינות חוזרים ללא לאות על כך שאתה צריך לשתות הרבה. זה מים בצורתם הטהורה, ולא תחליפים בצורת תה, קפה או משקאות אחרים.
מים מעצבים את האקלים על פני כדור הארץ, וזו לא הגזמה. זרמים חמים באוקיינוס מחממים יבשות שלמות. זה נובע מהעובדה שהמים סופגים הרבה חום שמש, ואז נותנים אותו כשהם מתחילים להתקרר. אז זה מווסת את הטמפרטורה על הפלנטה. מדענים רבים אומרים שכדור הארץ היה מתקרר והופך לאבן מזמן אלמלא נוכחותם של כל כך הרבה מים על הפלנטה הירוקה.
מאפייני המים
למים יש הרבה נכסים מעניינים מאוד.
לדוגמה, מים הם החומר הנייד ביותר אחרי אוויר. מהקורס בבית הספר, רבים, בוודאי, זוכרים דבר כזה כמו מחזור המים בטבע. לדוגמא: נחל מתאדה בהשפעת אור שמש ישיר, הופך לאדי מים. יתר על כן, הקיטור הזה נישא לאנשהו על ידי הרוח, נאסף בעננים, ואפילו בענני רעמים ויורדים בהרים בצורה של שלג, ברד או גשם. בהמשך, מההרים, הנחל שוב יורד, מתאדה חלקית. וכך - במעגל - המחזור חוזר על עצמו מיליוני פעמים.
כמו כן, למים קיבולת חום גבוהה מאוד. בגלל זה גופי מים, במיוחד אוקיינוסים, מתקררים לאט מאוד במהלך המעבר מעונה חמה או שעה ביום לקרה. לעומת זאת, כאשר טמפרטורת האוויר עולה, המים מתחממים לאט מאוד. בשל כך, כפי שהוזכר לעיל, מים מייצבים את טמפרטורת האוויר בכל כדור הארץ שלנו.
לאחר כספית, למים יש את מתח הפנים הגבוה ביותר. אי אפשר שלא לשים לב שטיפה שנשפכה בטעות על משטח ישר הופכת לפעמים לכתם מרשים. זה מראה את משיכות המים. תכונה נוספת באה לידי ביטוי כאשר הטמפרטורה יורדת לארבע מעלות. ברגע שהמים מתקררים לסימן זה, הם הופכים קלים יותר. לכן, קרח תמיד צף על פני המים וקופא בקרום, מכסה נהרות ואגמים. הודות לכך, דגים אינם קופאים במקווי מים שקופאים בחורף.
מים כמוליך של חשמל
ראשית, כדאי ללמוד מהי מוליכות חשמלית (כולל מים). מוליכות חשמלית היא היכולת של אאו חומרים מוליכים חשמל דרך עצמם. בהתאם לכך, המוליכות החשמלית של המים היא היכולת של המים להוליך זרם. יכולת זו תלויה ישירות בכמות המלחים ושאר הזיהומים בנוזל. לדוגמה, המוליכות החשמלית של מים מזוקקים כמעט ממוזערת בשל העובדה שמים כאלה מטוהרים מתוספים שונים הנחוצים כל כך למוליכות חשמלית טובה. מוליך זרם מצוין הוא מי ים, שבהם ריכוז המלחים גבוה מאוד. המוליכות החשמלית תלויה גם בטמפרטורת המים. ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך המוליכות החשמלית של המים גדולה יותר. דפוס זה נחשף הודות לניסויים המרובים של פיזיקאים.
מדידת המוליכות החשמלית של מים
יש מונח כזה - הולכה. זהו שמה של אחת משיטות הניתוח האלקטרוכימי המבוססות על מוליכות חשמלית של פתרונות. שיטה זו משמשת לקביעת הריכוז בתמיסות של מלחים או חומצות, כמו גם לשלוט בהרכב של כמה תמיסות תעשייתיות. למים יש תכונות אמפוטריות. כלומר, בהתאם לתנאים, הוא מסוגל להפגין תכונות חומציות ובסיסיות כאחד - לפעול גם כחומצה וגם כבסיס.
למכשיר המשמש לניתוח זה יש שם דומה מאוד - מוליךמטר. באמצעות מוליך מוליך נמדדת המוליכות החשמלית של אלקטרוליטים בתמיסה, שניתוחה מתבצע. אולי כדאי להסביר מונח אחר - אלקטרוליט. זהו חומר שכאשר הוא מומס או נמס,מתפרק ליונים, שבגללם מוליך זרם חשמלי לאחר מכן. יון הוא חלקיק בעל מטען חשמלי. למעשה, המוליך, תוך שימוש ביחידות מסוימות של מוליכות חשמלית של מים, קובע את המוליכות החשמלית שלו. כלומר, הוא קובע את המוליכות החשמלית של נפח מסוים של מים שנלקח כיחידה הראשונית.
עוד לפני תחילת שנות השבעים של המאה הקודמת, יחידת המידה "מו" שימשה לציון מוליכות החשמל, היא הייתה נגזרת של כמות אחרת - אוהם, שהיא יחידת ההתנגדות העיקרית.. מוליכות חשמלית היא כמות שנמצאת ביחס הפוך להתנגדות. עכשיו זה נמדד בסימנס. ערך זה קיבל את שמו לכבודו של הפיזיקאי מגרמניה - ורנר פון סימנס.
Siemens
סימנס (ניתן לסמן גם ב-Cm וגם ב-S) הוא ההדדיות של אוהם, שהיא יחידה של מוליכות חשמלית. ס מ אחד שווה למוליכות החשמלית של כל מוליך שהתנגדותו היא 1 אוהם. ביטוי על ידי סימנס באמצעות הנוסחה:
מוליכות תרמית של מים
עכשיו בואו נדבר על מהי מוליכות תרמית. מוליכות תרמית היא היכולת של חומר להעביר אנרגיה תרמית. מהות התופעה נעוצה בעובדה שהאנרגיה הקינטית של אטומים ומולקולות, הקובעות את הטמפרטורה של גוף או חומר נתון, מועברתגוף או חומר אחר במהלך האינטראקציה ביניהם. במילים אחרות, מוליכות תרמית היא חילופי חום בין גופים, חומרים, כמו גם בין גוף לחומר.
המוליכות התרמית של מים גם היא גבוהה מאוד. אנשים משתמשים מדי יום בתכונה זו של מים מבלי לשים לב לכך. למשל, שפיכת מים קרים למיכל וקירור משקאות או מזונות בתוכו. מים קרים לוקחים חום מהבקבוק, מיכל, במקום זה נותנים קור, התגובה ההפוכה אפשרית גם.
כעת ניתן לדמיין בקלות את אותה תופעה בקנה מידה פלנטרי. האוקיינוס מתחמם במהלך הקיץ, ואז - עם תחילת מזג האוויר הקר, הוא מתקרר לאט ומוותר על החום שלו לאוויר, ובכך מחמם את היבשות. לאחר התקררות במהלך החורף, האוקיינוס מתחיל להתחמם באיטיות רבה בהשוואה ליבשה ומוותר על קרירותו ליבשות הנמקות משמש הקיץ.
צפיפות המים
נאמר לעיל שדגים חיים בבריכה בחורף בגלל העובדה שהמים קופאים עם קרום על כל פני השטח שלהם. אנחנו יודעים שהמים מתחילים להפוך לקרח בטמפרטורה של אפס מעלות. בשל העובדה שצפיפות המים גדולה מצפיפות הקרח, קרח צף וקופא על פני השטח.
מהן תכונות החיזור של מים
כמו כן, בתנאים שונים, מים יכולים להיות גם חומר מחמצן וגם חומר מפחית. כלומר, מים, מוותרים על האלקטרונים שלהם, טעונים חיובית ומחומצנים. או שהוא רוכש אלקטרונים ונטען בצורה שלילית, מה שאומר שהוא משוחזר. במקרה הראשון, המים מתחמצנים ונקראים מתים. היא מחזיקהתכונות קוטל חיידקים חזקות מאוד, אבל אתה לא צריך לשתות את זה. במקרה השני, המים חיים. זה ממריץ, מגרה את הגוף להתאושש, מביא אנרגיה לתאים. ההבדל בין שתי התכונות הללו של מים מתבטא במונח "פוטנציאל חיזור".
עם מה יכולים מים להגיב
מים מסוגלים להגיב כמעט עם כל החומרים הקיימים על פני כדור הארץ. הדבר היחיד הוא שלצורך התרחשותן של תגובות אלו, עליך לספק טמפרטורה ומיקרו אקלים מתאימים.
לדוגמה, בטמפרטורת החדר, מים מגיבים היטב עם מתכות כמו נתרן, אשלגן, בריום - הם נקראים אקטיביים. הלוגנים הם פלואור וכלור. כשהם מחוממים, מים מגיבים היטב עם ברזל, מגנזיום, פחם, מתאן.
בעזרת זרזים שונים, מים מגיבים עם אמידים, אסטרים של חומצות קרבוקסיליות. זרז הוא חומר שנדמה שדוחף את הרכיבים לתגובה הדדית, ומאיץ אותה.
האם יש מים במקום אחר מלבד כדור הארץ?
עד כה, מים לא נמצאו באף כוכב לכת במערכת השמש, מלבד כדור הארץ. כן, הם מניחים את נוכחותו בלוויינים של כוכבי לכת ענקיים כמו צדק, שבתאי, נפטון ואורנוס, אבל עד כה אין למדענים נתונים מדויקים. יש השערה נוספת, שעדיין לא אומתה במלואה, לגבי מי התהום על כוכב הלכת מאדים ועל הלווין של כדור הארץ - הירח. בנוגע למאדים, הועלו מספר תיאוריות שפעם היה אוקיינוס על הפלנטה הזו, והמודל האפשרי שלו אפילו תוכנן על ידי מדענים.
מחוץ למערכת השמש, יש הרבה כוכבי לכת גדולים וקטנים, שבהם, על פי מדענים, עשויים להיות מים. אבל עד כה אין שום דרך להיות בטוח בזה בוודאות.
כיצד להשתמש במוליכות התרמית והחשמלית של מים למטרות מעשיות
בשל העובדה שלמים קיבולת חום גבוהה, הם משמשים בחימום רשתית כמוביל חום. הוא מספק העברת חום מהיצרן לצרכן. תחנות כוח גרעיניות רבות משתמשות גם במים כנוזל קירור מצוין.
ברפואה, קרח משמש לקירור, וקיטור משמש לחיטוי. קרח משמש גם במערכת הקייטרינג.
בהרבה כורים גרעיניים, מים משמשים כמנחה לתגובת שרשרת גרעינית מוצלחת.
מי לחץ משמשים לפיצול, לפרוץ ואפילו לחתוך סלעים. זה משמש באופן פעיל בבניית מנהרות, מתקנים תת קרקעיים, מחסנים, רכבות תחתיות.
מסקנה
זה נובע מהמאמר שהמים בתכונותיהם ותפקידיהם הם החומר הבלתי ניתן להחלפה והמדהים ביותר על פני כדור הארץ. האם חייו של אדם או כל יצור חי אחר על פני כדור הארץ תלויים במים? בוודאי שכן. האם חומר זה תורם לפעילות מדעית אנושית? כן. האם למים יש מוליכות חשמלית, מוליכות תרמית ותכונות שימושיות אחרות? התשובה היא גם כן. דבר נוסף הוא שיש פחות ופחות מים על פני כדור הארץ, ועוד יותר מים נקיים. והמשימה שלנו היא לשמר ולאבטח אותו (ולכן, את כולנו) מפניהיעלמות.
