تقنية

عشرة أشياء لا تعرفها عن الماء

كل الأشياء التي تعلمناها عن الماء خلال سنوات الدراسة تبدو بسيطة ومنطقية للغاية، أليس كذلك؟ يتحرك دائمًا للعثور على أدنى نقطة له. وهي تشكل غالبية جسم الإنسان. وهي تشكل غالبية كوكب الأرض! ومن الضروري الحفاظ على حياة النباتات والحيوانات وكل شيء بينهما وتنميتها. حتى في دروس الصحة، تعلمنا منذ فترة طويلة أن الماء ضروري للحفاظ على الوزن وفقدانه، ووظيفة الأعضاء الصحية، ووظيفة الدماغ المناسبة، وأي مسعى رياضي شاق، وأكثر من ذلك بكثير. ولكن هذا ليس كل شيء!

في هذه القائمة، سنلقي نظرة على عشر حقائق رائعة عن الماء لم تكن تعرفها من قبل. هذه ليست الحقائق الأساسية على مستوى السطح (المقصود من التورية!) التي تتعلمها عن الماء الجيد في المدرسة. لا، هذا تعمق أكثر في بعض المعرفة التقنية المحيطة بالمياه وخصائصها. مهووسو العلوم، اجمعوا: لدينا ماء في الدماغ في هذه اللعبة!

متعلق ب: 10 حقائق غير عادية وغير معروفة عن الدماغ البشري

10 الماء الساخن يتجمد بشكل أسرع؟!

تأثير مبيمبا هو تأثير مائي رائع سمي على اسم الطالب التنزاني إيراستو ب. مبيمبا. هذه ظاهرة تتحدى الحدس الطبيعي للعالم حول الماء الساخن والبارد. قد تعتقد أن الماء البارد يتجمد بشكل أسرع من الساخن، أليس كذلك؟

ففي نهاية المطاف، يكون نزوله من الحالة الباردة إلى الحالة المتجمدة أسرع من نزوله من الحالة الساخنة إلى الحالة الصلبة. يمين؟ حسنًا، من المدهش أن الماء الساخن يمكن أن يتجمد أحيانًا بشكل أسرع من الماء البارد. على الرغم من أن هذه الفكرة قد تبدو متناقضة، فقد تمت ملاحظتها وتوثيقها لعدة قرون – والآن سُميت على اسم مبيمبا، الذي كان طالبًا يساعد في تصنيف الظاهرة منذ عدة عقود.

هناك عدة عوامل تساهم في تأثير مبيمبا. وهي تشمل الاختلافات في معدلات التبخر، وتكوين بلورات الجليد، ومعدل التبريد. ومع ذلك، يمكن أن تختلف الظروف الدقيقة التي يتجمد فيها الماء الساخن بشكل أسرع من الماء البارد. ولهذا السبب لا تزال هذه الظاهرة تجعل من هذه الظاهرة لغزًا معقدًا للعلماء.

في الواقع، لا يزال بعض العلماء اليوم يناقشون ما إذا كان تأثير مبيمبا حقيقيًا وقابلاً للتكرار باستمرار! وبغض النظر عن ذلك، فإن فهم تأثير مبيمبا يمكن أن يكون له تطبيقات عملية، مثل تحسين كفاءة آلات صنع الثلج وتحسين عمليات التبريد في مختلف الصناعات المتعلقة بالأغذية والتصنيع.[1]

9 المياه ليست مثالية

عندما نفكر في الماء النقي، فإننا غالبًا ما نتصوره على أنه H2O. الاشياء النقية! أليس هذا ما تريدنا جميع إعلانات المياه المعبأة أن نصدقه، على أية حال؟ ولكن في الواقع، يمكن لجزيئات الماء أن تظهر اختلافات طفيفة بسبب وجود نظائر مختلفة.

خذ على سبيل المثال الماء الثقيل. يعرف علمياً باسم أكسيد الديوتيريوم (D2O)، وهو يستبدل ذرات الهيدروجين بالديوتيريوم. هذا هو نظير الهيدروجين الذي يحتوي على بروتون واحد ونيوترون واحد. الماء الثقيل أكثر كثافة من الماء العادي بسبب كتلة الديوتيريوم الأكبر. هذا الاختلاف دقيق ولكن له آثار حاسمة في التفاعلات النووية وبعض العمليات الكيميائية.

يُستخدم الماء الثقيل في المفاعلات النووية وكمهدئ للنيوترونات. إذن فهو لا يزال ماء، ولا يزال يتمتع بجميع خصائص الماء. لكنك لن تشربه! إننا نأمل. ومع ذلك، فإن مجرد وجود الديوتيريوم في الماء الثقيل يمنحه خصائص جديدة مميزة أيضًا. ويسلط الضوء على التعقيد المذهل حتى لأبسط المواد في العالم الطبيعي![2]

8 درجة حرارة الماء سلبية؟!

يمكن للمياه أن تتحدى مقاييس درجات الحرارة التقليدية عندما تتعرض لظروف قاسية. خذ هذه الحقيقة الرائعة، على سبيل المثال. في ظروف معينة، يمكن أن يوجد الماء في حالة درجة حرارة سلبية. من الممكن بالفعل تبريد الماء إلى أقل من 32 درجة فهرنهايت (0 درجة مئوية) دون تجميده في الجليد.

تُعرف هذه الحالة باسم “التبريد الفائق” للمياه. حتى عند الضغط القياسي، وفي ظل الظروف المناسبة، يمكن “تبريد” الماء بشكل فائق إلى أكثر من -40 درجة فهرنهايت (-40 درجة مئوية) ويظل محتفظًا بخصائص السائل.

لقد قرر العلماء أن الماء يمكن أن يصل إلى -55 درجة فهرنهايت (-48 درجة مئوية) قبل أن يتجمد تمامًا. لكن السؤال بالطبع هو كيف؟ حسنًا، أحد العوامل الكبيرة هو أن الماء بشكل عام يحتاج إلى شيء ليتجمد عليه. تحتاج جزيئات الماء إلى الالتصاق بجزيئات الحالة الصلبة الأخرى والبدء في تغيرها المتجمد، وتنتشر في هذه العملية.

في الماء النقي جدًا الذي لا يحتوي على غبار أو أوساخ أو أي مخالفات أخرى يمكن أن تسيطر عليها جزيئات الماء الباردة بشكل متزايد، يمكن أن يظل السائل سائلاً حتى في درجات حرارة أقل بكثير مما ينبغي أن يكون نقطة تجمد تلقائية.[3]

7 الجليد الفائق

في البيئات القاسية على الكواكب الغازية العملاقة مثل أورانوس ونبتون، من المحتمل أن تجد شكلاً فريدًا من الجليد يُعرف باسم الجليد الفائق التأين. تعرض هذه المادة الغريبة خصائص كل من المواد الصلبة والسوائل. ومن خلال القيام بذلك، فإنه يتحدى بشكل كبير تعريفاتنا التقليدية للمادة.

يتشكل الجليد فائق التأين تحت ضغط شديد وظروف درجة الحرارة مع جزيئات الماء التي تصبح مرتبة في بنية شبكية بلورية. ومع ذلك، فإن أيونات الهيدروجين الموجودة داخل هذا الهيكل تتصرف كالسائل. وبالتالي، فإنها يمكن أن تتحرك بحرية بين أيونات الأكسجين. فكر في الأمر كشبكة أكسجين صلبة، تمامًا مثل أي جزيء ماء عادي، لكنه يطفو داخل بحر من أيونات الهيدروجين التي تطفو بحرية والتي تظهر خصائص مختلفة عما يعتبر طبيعيًا.

ولا يزال العلماء يحاولون معرفة ما يعنيه هذا بالنسبة للكون. إنهم متأكدون تمامًا من أن هذا يحدث على أورانوس ونبتون، لكن بالطبع لا يمكننا السفر إلى هناك وإقامة متجر للتأكد من ذلك. ومع ذلك، فإن فهم الجليد الفائق التأين يوفر نظرة ثاقبة للظروف القاسية الموجودة في النظام الشمسي الخارجي. كما أنه يسلط الضوء على القدرة الرائعة للمياه على التكيف في ظل ظروف مختلفة تتجاوز بكثير حياتنا الأرضية![4]

6 نعم، يمكن أن يحرق الماء

ومن المعروف أن الماء له دور في إطفاء الحرائق، ولكن في ظروف معينة، يمكن أن يصبح جزءًا من التفاعل الناري نفسه. الصوديوم معدن قلوي شديد التفاعل، ويمكن أن يتفاعل بشكل انفجاري عند تعرضه للماء. وينتج عن هذا التفاعل غاز الهيدروجين والحرارة، مما يؤدي مباشرة إلى انفجارات نارية.

السبب وراء هذه الظاهرة غير البديهية هو إزاحة أيونات الهيدروجين (H+) في الماء بواسطة أيونات الصوديوم (Na+). يؤدي هذا الإزاحة إلى إطلاق غاز الهيدروجين (H2) وتوليد حرارة شديدة. يمكن أن يؤدي مزيج الهيدروجين والأكسجين في الهواء إلى الاحتراق، مما يجعل الظروف مهيأة لحريق الصوديوم المرير.

من الضروري التعامل مع المواد التفاعلية مثل الصوديوم بحذر شديد، حيث أن التفاعل مع الماء يمكن أن يكون خطيرًا للغاية. هذه الحقيقة بمثابة تذكير صارخ بتعقيد التفاعلات الكيميائية وأهمية تدابير السلامة عند العمل مع المواد التفاعلية. كما أنه بمثابة تذكير بأن ليس كل شيء كما يبدو! فحتى مادة مثل الماء – التي يعتقد المرء أنها مجرد قادرة على إطفاء الحرائق – يمكن أن تصبح شديدة الاشتعال في ظل الظروف الصحيحة (الخاطئة).[5]

5 “الحالة الخامسة” للمادة

معظمنا على دراية بحالات المادة الأربع: المواد الصلبة والسوائل والغازات والبلازما. ومع ذلك، في عالم فيزياء الكم، توجد “الحالة الخامسة” النظرية للمادة المعروفة باسم مكثف بوز-آينشتاين (BEC). يحدث BEC عند درجات حرارة منخفضة للغاية، قريبة من الصفر المطلق. وهناك، تفقد الذرات هوياتها الفردية وتندمج في كيان كمي واحد. في هذه الحالة، تتصرف المادة كموجة وليس كجسيمات متميزة، مما يؤدي إلى ظواهر رائعة مثل السيولة الفائقة والقدرة على إظهار التداخل الكمي.

كانت هذه الحالة الغريبة للمادة موضوعًا لدراسة مكثفة ولها تطبيقات عملية في مجالات مثل الفيزياء الذرية وتطوير أجهزة القياس فائقة الحساسية. يتم النظر إليها بشكل شائع مع الماء نظرًا لأن الماء يميل إلى أن يكون متاحًا بسهولة ويمكن تبريده إلى الصفر المطلق تقريبًا من قبل العلماء.

مع اكتشاف BECs منذ حوالي 30 عامًا فقط، لا يزال هناك الكثير ليتعلمه العلماء عن هذه “الحالة الخامسة” وما قد تعنيه فيما يتعلق بالتقدم التكنولوجي المستقبلي.[6]

4 المذيب العالمي

يُشار إلى الماء غالبًا باسم “المذيب العالمي” نظرًا لقدرته الرائعة على إذابة مجموعة واسعة من المواد. هذه الخاصية متجذرة في الطبيعة القطبية للمياه. تحتوي ذرة الأكسجين على شحنة سالبة طفيفة، وذرات الهيدروجين لها شحنة موجبة طفيفة. وهذا يسمح له بالعمل كمذيب فعال للغاية للعديد من المواد الأخرى. كما أن لقب “المذيب العالمي” ليس مجرد لقب للشعور بالسعادة أيضًا. يذيب الماء موادًا أكثر من أي سائل آخر على الأرض. إنه البطل إلى الأبد في ذلك!

قطبية الماء تسمح له بالتفاعل مع المواد القطبية أو الأيونية الأخرى. وهذا يعني أنه يمكن تقسيمها إلى الأيونات والجزيئات المكونة لها. وهذا يجعل الماء ضروريًا للتفاعلات الكيميائية في الكائنات الحية، بما في ذلك داخل أجسامنا. كما أنه يلعب دورًا حاسمًا في عمليات مثل الهضم والوظيفة الخلوية.

إن قدرة الماء على إذابة مجموعة واسعة من المركبات، من الأملاح والسكريات إلى الأحماض والقواعد، هي شهادة على تنوعه وأهميته في كل من السياقات الطبيعية والصناعية. ولهذا السبب ينصحونك دائمًا بشرب المزيد من الماء! خصائصه كمذيب تنطبق على جهازك الهضمي، مما يسمح لجسمك بالعمل بشكل أفضل والعمل بمعدل أكثر صحة.[7]

3 الجليد البحري هو مياه عذبة

على الرغم من المساحة الشاسعة من مياه البحر المالحة المحيطة به، فإن الجليد البحري نفسه يتكون في الواقع من مياه عذبة. عندما تتجمد مياه البحر، فإنها تخضع لعملية تسمى انخفاض نقطة التجمد. وتحدث هذه الظاهرة لأن الأملاح الذائبة في مياه البحر تخفض درجة تجمدها. عندما تبدأ مياه البحر في التجمد، تتكون بلورات الجليد التي تتشكل من مياه عذبة نقية.

يتم استبعاد الأملاح من التركيب البلوري وتبقى في مياه المحيط المتبقية التي يتم غسلها بعد ذلك على طول مسارها. ونتيجة لذلك، تصبح مياه المحيط أكثر ملوحة وكثافة، والجليد البحري الذي يتشكل الآن هو مياه عذبة بالكامل تقريبًا بدون ملح في بنيته.

إن فصل الملح عن الجليد هو السبب وراء كون الجليد البحري مصدرًا قيمًا للمياه العذبة في المناطق القطبية. كما قد تفترض (وأنت على صواب في ذلك)، يمكن إذابة هذا الجليد البحري واستخدامه لمياه الشرب ولأغراض أساسية أخرى مثل الطهي والتنظيف.

وفي المقابل، أنقذت هذه الحقيقة الصغيرة حول الجليد البحري أجيالًا لا حصر لها من البشر في أقصى شمال وجنوب كوكب الأرض. يعد فهم علم الجليد البحري وخصائص المياه العذبة أمرًا بالغ الأهمية لسكان منطقتي القطب الشمالي والقطب الجنوبي، حيث يكون الوصول إلى أي موارد مستدامة أخرى للمياه العذبة محدودًا للغاية.[8]

2 النقطة الثلاثية للمياه

يتمتع الماء بخاصية فريدة تُعرف باسم “النقطة الثلاثية”. يحدث هذا عند 32.018 درجة فهرنهايت (0.01 درجة مئوية) و611.657 باسكال (0.00604 ضغط جوي) على وجه التحديد. عند هذا المزيج المحدد من درجة الحرارة والضغط، يمكن أن يتواجد الماء في المراحل الثلاث: الصلبة والسائلة والغازية.

تسمح هذه الحالة الفريدة للعلماء بتحديد قيم درجة الحرارة والضغط الأساسية لهذه المراحل الثلاث. تعمل النقطة الثلاثية للمياه كنقطة مرجعية أساسية لمعايرة أجهزة قياس درجة الحرارة والضغط في جميع أنحاء الصناعات التحويلية والميكانيكية، بما في ذلك مقياس درجة الحرارة الدولي (ITS-90).

من الناحية العملية، تعد النقطة الثلاثية للمياه أمرًا بالغ الأهمية لإنشاء ومعايرة موازين الحرارة والبارومترات. على سبيل المثال، يوفر المقياس المئوي، الذي يعتمد على النقطة الثلاثية للماء (0.01 درجة مئوية)، طريقة ثابتة ومقبولة على نطاق واسع لقياس درجة الحرارة. علينا أن نبدأ من نقطة متفق عليها لقياس مدى سخونة أو برودة الأشياء، أليس كذلك؟ ولحسن الحظ، فإن سمات المياه الفريدة والمذهلة تمنح العالم نقطة البداية تلك.

علاوة على ذلك، فإن النقطة الثلاثية للمياه لها أهمية تتجاوز علم القياس (وهي كلمة خيالية تعني علم القياس). إنه مفهوم أساسي في فهم التغيرات الطورية وسلوك المادة في ظل ظروف مختلفة. إنه يوضح التوازن الدقيق بين درجة الحرارة والضغط الذي يحدد ما إذا كان الماء موجودًا في حالة صلبة أو سائلة أو غازية.[9]

1 ذاكرة الماء

هل أنت مستعد لإنهاء شيء غريب؟ “ذاكرة الماء” مفهوم مثير للجدل ولكنه آسر في عالم العلوم. ويشير ذلك إلى أن الماء لديه ذاكرة خاصة به، مما يسمح له “بتذكر” المعلومات والطاقة. اكتسبت الفكرة شهرة من خلال عمل الدكتور ماسارو إيموتو، المؤلف والباحث الياباني. وادعى أن الماء يمكن أن يظهر هياكل بلورية مختلفة عند تعرضه لمحفزات خارجية مختلفة. وفقًا للدكتور إيموتو، تضمنت تلك العروض الكلمات والموسيقى والأفكار.

في حين أن هذه الفكرة قوبلت بالتشكيك في المجتمع العلمي، فقد أشارت بعض التجارب إلى أن الماء يمكن أن يتفاعل بالفعل مع التأثيرات الخارجية. قد يلعب التركيب الجزيئي للماء، والذي يتكون من روابط هيدروجينية، دورًا في قدرته على تسجيل المعلومات. إن الآثار المترتبة على ذاكرة الماء، إذا ثبتت، يمكن أن تكون عميقة، ومن المحتمل أن تؤثر على مجالات مثل المعالجة المثلية والطب البديل.

في حين أن بحث الدكتور إيموتو قد لا يحظى بقبول كامل من قبل المجتمع العلمي السائد، إلا أن الفكرة اكتسبت ما يكفي من الاهتمام لجعلها مكانًا مثيرًا للدراسة في المستقبل. هل “يعرف” الماء كيف يتفاعل مع المحفزات الخارجية المختلفة؟ هل “يعترف” بالعوامل الخارجية مثلما نفعل؟ العلم يقول… ربما![10]

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى