كتاب : مدخل الى كيمياء المياه : تلوث - معالجة - تحليل

6:27 ص المكتبة الزراعية الشاملة الري و المياه

كتاب : مدخل الى كيمياء المياه : تلوث - معالجة - تحليل

تأليف : الدكتور نصر الحايك

المعهد العالي للعلوم التطبيقية و التكنولوجيا

عدد صفحات الكتاب : 582 صفحة

نبذة عن كيمياء الماء

جزيء الماء

الجزيء هو تجمع للنوى والإلكترونات الذرية يكون مستقرًا بما فيه الكفاية لامتلاك خصائص يمكن ملاحظتها - وهناك جزيئات قليلة أكثر استقرارًا وصعوبة في التحلل من H2O. في الماء ، كل نواة هيدروجين مرتبطة بذرة الأكسجين المركزية بواسطة زوج من الإلكترونات التي يتم تقاسمها بينهما ؛ يطلق الكيميائيون على هذا الزوج الإلكتروني المشترك رابطة كيميائية تساهمية. في H2O ، يتم استخدام اثنين فقط من إلكترونات الأكسجين الستة ذات الغلاف الخارجي لهذا الغرض ، تاركًا أربعة إلكترونات منظمة في أزواج غير رابطة. تميل أزواج الإلكترونات الأربعة المحيطة بالأكسجين إلى ترتيب نفسها بعيدًا عن بعضها البعض بقدر الإمكان من أجل تقليل التنافر بين هذه السحب من الشحنة السالبة. سيؤدي هذا عادة إلى هندسة رباعي السطوح تكون فيها الزاوية بين أزواج الإلكترونات (وبالتالي زاوية رابطة H-O-H) هي 109.5 °. ومع ذلك ، نظرًا لأن الزوجين غير المترابطين لا يزالان أقرب إلى ذرة الأكسجين ، فإنهما يمارسان نفورًا أقوى ضد زوجي الرابطة التساهمية ، مما يدفع ذريتي الهيدروجين بشكل أقرب إلى بعضهما البعض. والنتيجة هي ترتيب رباعي السطوح مشوه تكون فيه الزاوية H - O - H 104.5 درجة.

على الرغم من أن جزيء الماء لا يحمل شحنة كهربائية صافية ، إلا أن إلكتروناته الثمانية لا يتم توزيعها بشكل موحد ؛ هناك شحنة سالبة أكثر (أرجوانية) في نهاية الأكسجين من الجزيء ، وشحنة موجبة تعويضية (خضراء) في نهاية الهيدروجين. القطبية الناتجة مسؤولة إلى حد كبير عن خصائص المياه الفريدة.نظرًا لأن الجزيئات أصغر من موجات الضوء ، فلا يمكن ملاحظتها بشكل مباشر ، ويجب "تصورها" بوسائل بديلة. تأتي هذه الصورة التي يتم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر من حسابات نموذجية لتوزيع الإلكترون في جزيء H2O. يُظهر الغلاف الخارجي "السطح" الفعال للجزيء على النحو المحدد في مدى سحابة الشحنة الكهربائية السالبة الناتجة عن الإلكترونات الثمانية.

الرابطة الهيدروجينية

جزيء H2O محايد كهربائيًا ، لكن الشحنات الإيجابية والسلبية لا يتم توزيعها بشكل موحد. ويتضح ذلك من التدرج اللوني في الرسم التخطيطي هنا. تتركز الشحنة الإلكترونية (السلبية) في نهاية الأكسجين للجزيء ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى الإلكترونات غير الرابطة (الدوائر الزرقاء الصلبة) ، وإلى الشحنة النووية العالية للأكسجين التي تمارس عوامل جذب أقوى على الإلكترونات. يشكل هذا الإزاحة الشحنة ثنائي القطب الكهربائي ، ويمثله السهم في الأسفل ؛ يمكنك التفكير في هذا ثنائي القطب على أنه "صورة" كهربائية لجزيء الماء.

الخواص الشاذة للماء

من المعروف منذ زمن طويل أن الماء يظهر العديد من الخصائص الفيزيائية التي تميزه عن الجزيئات الصغيرة الأخرى ذات الكتلة المماثلة. يشير الكيميائيون إلى هذه الخصائص على أنها خصائص "شاذة" للمياه ، لكنها ليست غامضة بأي حال من الأحوال. كلها عواقب يمكن التنبؤ بها تمامًا للطريقة التي يتآمر بها حجم ذرة الأكسجين وشحنتها النووية لتشويه سحب الشحنة الإلكترونية لذرات العناصر الأخرى عندما ترتبط كيميائيًا بالأكسجين. الماء هو واحد من المواد القليلة المعروفة التي يكون شكلها الصلب أقل كثافة من السائل. تظهر المؤامرة على اليمين كيف يختلف حجم الماء مع درجة الحرارة ؛ تظهر الزيادة الكبيرة (حوالي 9٪) في التجميد لماذا يطفو الجليد على الماء ولماذا تنفجر الأنابيب عندما تتجمد. يرجع التمدد بين –4 ° و 0 ° إلى تكوين تجمعات أكبر مرتبطة بالهيدروجين. أعلى من 4 درجات ، يتحول التمدد الحراري مع اهتزازات روابط O- H تصبح أكثر قوة ، تميل إلى دفع الجزيئات أبعد.

الخاصية الشاذة الأخرى للمياه التي يتم الاستشهاد بها على نطاق واسع هي درجة غليانها العالية. كما يوضح هذا الرسم البياني ، يجب أن يغلي جزيء خفيف مثل H2O عند حوالي -90 درجة مئوية ؛ أي أنه سيكون موجودًا في العالم كغاز بدلاً من سائل إذا لم يكن هناك ارتباط H. لاحظ أن الترابط H يلاحظ أيضًا مع الفلور والنيتروجين.

------------------------

محتويات الكتاب :