بحث حول الماء

الماء

مركب كيميائيّ له الصيغة H₂O، يتكون من ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين، ليس له طعم ولا لون ولا رائحة، يصنّفه العلماء على أنّه سرّ الحياة على كوكب الأرض، حيث يُعتبر مكوناً أساسيّاً في الخلايا الحيّة للإنسان والحيوان والنباتات والكائنات الحيّة المهجريّة.

الماء في الطبيعة

يشكل الماء ما نسبته 71% من مساحة الكرة الأرضية ويوجد في الطبيعة بثلاث حالات:

• السائلة: وهي الأكثر شيوعاً فنرى الأنهار، والبحيرات، والبحار، والمحيطات، والمياه الجوفيّة، الماء السائل لا لون له ويكون سائلاً في درجات الحرارة الأعلى من صفر مئوية والأقلّ من مئة درجة مئويّة.
• الغازية: على شكل بخار ماء وذلك عند ارتفاع درجة حرارة الماء إلى ما فوق مئة درجة مئويّة، البخار يعطي رطوبة في الجوّ، ويساعد في المحافظة على توازن الحرارة، ونشعر به بشكل كبير في المناطق الساحليّة وفي فصل الشتاء بعد هطول الأمطار.
• الصلبة: عند درجات حرارة صفر مئويّة فما دون يصبح الماء على شكل جليد أو ثلج لونه أبيض ناصع، نراه في الطبيعة في القطبين الشماليّ والجنوبيّ، وعلى قمم الجبال العالية، والغيوم، وفي فصل الشتاء عند تجمّد الماء أو سقوط الثلج، ويقدّر العلماء بأنّ ثلاثة أرباع مخزون الأرض من المياه العذبة يكون على شكل ثلج.

أنواع الماء في الطبيعة

ينقسم الماء في الطبيعة إلى عدة أنواع هي:

• المياه السطحية: هي أي شكل من أشكال المياه التي تقع على سطح الكرة الأرضية، ويمكن تفصليها كما يلي:
  • مياه البحار والمحيطات:تغطي أعلى نسبة مياه على سطح الأرض، وتشتهر بنسبة الملوحة العالية فيها، فلا يمكن شربها وتعيش فيها العديد من الكائنات الحية من أسماك ونباتات.
  • مياه الأنهار: عادة ما تكون صالحة للشرب وتُستخدم في ري المزروعات تتشكل بشكل أساسيّ من الأمطار، وتحتوي على نسبة عالية من المعادن نظراً لمرورها على أنواع مختلفة من التربة.
  • مياه الأمطار: تصنف على أنّها المياه الأنقى على سطح الأرض.
  • مياه الينابيع: هي مياه عذبة تخرج من باطن الأرض.
• المياه الجوفية: هي المياه المتجمّعة داخل طبقات الأرض ولا تظهر على سطحها، وهي مياه متجمّعة في مسام الصخور الرسوبيّة على فترة طويلة من الزمن، مصدرها بشكل رئيسي الأمطار أو الأنهار الجارية وذوبان الثلوج.

خصائص الماء

للماء عدّة خصائص متميّزة جعلت منه عصب الحياة ندرج أهمّها:

• يتمدد الماء بالحرارة ويتقلص بالبرودة، لكنه عند درجة حرارة ما دون أربع درجات مئوية تنعكس الآية، فيحدث شذوذ الماء، فيتمدّد بدلاً من أن يتقلص، وهذا يجعل كثافته أقلّ فيرتفع إلى الأعلى وعندما يتجمد في درجة الصفر المئوية يكون تجمده فقط على السطح بينما في الأسفل يكون الماء سائلاً في أربع درجات مئوية.
• درجة الحموضة والقاعدية له سبع أي أنّه مركب متعادل لا قاعديّ ولا حمضيّ.
• الماء موصل رديء للحرارة، لكن في حياتنا اليومية نراه موصل جيّد وهذا بسبب الشوائب والأملاح الذائبة فيه.
• للماء القدرة على إذابة الغازات والأملاح.
• يمكن للثلج أن يتحوّل إلى بخار ماء مباشرة دون المرور في الحالة السائلة في علمية تسامي الماء لكن عند درجة حرارة وضغط معيّنين.
• للماء حرارة نوعية عالية تساوي4180 جول /( كجم. درجة مئوية واحدة)، والحرارة النوعية هي الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة كغم واحد من المادة درجة مئوية واحدة.
• الماء لا يوجد من العدم لكن يتغير من حالة إلى حالة أخرى.

دورة المياه في الطبيعة

هي وصف لحركة الماء من الأرض إلى السماء والعودة مرّة أخرى إلى الأرض، وهي سلسلة لا منتهية تتضمّن تغيّر حالات الماء من سائل إلى غاز إلى ثلج، وانتقالها من مكان إلى آخر.

• تبدأ دورة المياه من أشعّة الشمس التي تصل الأرض وتعمل على تسخينها وتصل إلى الماء على سطحها خصوصاً مياه الأنهار والبحار والمحيطات، وتعمل على تبخيره أي يتحوّل من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية.
• يتصاعد البخار إلى طبقات الجو العليا ليلتقي بهواء بارد فيتكاثف وتتشكل الغيوم فيتحول من الحالة الغازية إلى الحالة الصلبة.
• الرياح تعمل على نقل الغيوم من مكان لآخر، بعدها تتساقط الأمطار فيتحول الماء من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة مرّة أخرى.
• تتشكل مع الأمطار السيول التي تغذي الأنهار والبحار والمحيطات لتعاد الدورة من جديد.

استخدامات الماء في الصناعة

• توليد الكهرباء، تستغل طاقة اندفاع الماء في الأنهار لتحريك توربينات تعمل على توليد الكهرباء، والماء أحد مصادر الطاقة المتجددة الصديقة للبيئة.
• جزء من المنتج النهائيّ مثل: العصائر، وموادّ التنظيف السائلة، والأدوية.
• التبريد والتسخين وهو الأكثر شيوعاً في الاستخدامات الصناعيّة.
• جمع المخلفات.
• حاجز ضدّ الإشعاعات والانبعاثات الحراريّة.
• مكافحة الحرائق.
• معيار لدرجة الحرارة والكثافة واللزوجة للموادّ الأخرى.
• نقل المواد حيث تعمل على إذابة المواد أو حمل محاليل.

تنقية المياه

هي عملية فصل الشوائب والمواد الملوثة من الماء بهدف استخدمه للشرب والصناعة والري، من المواد التي تتمّ إزالتها أثناء التنقية الرمل، والميكروبات، والطحالب، الأملاح، والمعادن، مثل السيليكا والمغنيسيوم.
تختلف طرق التنقية باختلاف مصادر المياه مثلاً مياه الصرف الصحي تختلف عن مياه الأنهار أو مياه الأمطار، والحاجة لاستخدامها هل هي للشرب أم للريّ أم للصناعة، والمعايير التي تفرضها الدولة، حيث إنّ الدول تعدل على المواصفة بما يتناسب مع المتطلّبات الجديدة من حيث زيادة تركيز بعض المواد وإضافة موادّ جديدة.

مراحل تنقية المياه السطحية الجارية

• الترسيب: قد تتضمّن العمليات إضافة مواد بهدف تنشيط عمليّات ترسيب المواد العالقة بالماء.
• الترشيح: باستخدام مرشّحات لفصل الرمل وما تبقى من الرواسب عن الماء.
• التعقيم: باستخدام الكلور أو الأشعة الفوق بنفسجيّة.

مراحل تنقية المياه الجوفيّة

• معالجة فيزيائية: تتضمن عمليات تهوية للآبار لإزالة الغازات المذابة في الماء مثل غاز ثاني أكسيد الكربون وغاز كبيريتيد الهيدروجين وأيضاً لخفض درجة حرارة الماء في بعض الحالات.
• معالجة كيميائيّة: لإزالة المعادن مثل الحديد وتتمّ بإضافة برمنجنات البوتاسيوم، والكلور لإنتاج الأكاسيد.
• الترسيب: بهدف ترسيب مركبات الكالسيوم والمغنيسيوم الذائبة في الماء.
• التعقيم: بالكلور والأشعة الفوق البنفسجية لضمان قتل جميع الميكروبات والكائنات الدقيقة التي قد توجد في الماء.

تحلية المياه

ارتبطت كلمة تحلية المياه بتحلية مياه البحر، حيث تهدف العملية إلى جعل المياه العسرة مياهاً صالحة للاستخدام اليوميّ من شرب وصناعة وريّ عن طريق إزالة الأملاح والمعادن الزائدة منها، وتتمّ العملية بثلاثة مراحل هي:

• المعالجة الأولية: بهدف إزالة الشوائب والعوالق في الماء مثل البكتيريا والطحالب، في هذه المرحلة تضاف بعض المواد الكيميائية بهدف تسهيل إزالة الشوائب من الماء.
• إزالة الأملاح: باستخدام إحدى الطريقتين التاليتين:
  • الأغشية: تعتمد هذه الطريقة على أساس فرق الضغط في فصل الماء العذب من الماء المالح، يرفع الضغط باتجاه ماء البحر إلى 70 ضغط جويّ، فينتقل الماء العذب من النقطة الأعلى ضغطاً إلى النقطة الأقلّ ضغطاً عبر الغشاء.
  • التقطير: بها يتم رفع درجة حرارة الماء إلى درجة الغليان فيتبخر الماء ويتمّ تكثيفه، البخار يكون ماء نقيّاً خالياً من الأملاح.
  • في هذه العمليات يتمّ إزالة جميع الأملاح والفيروسات والموادّ العضويّة الذائبة في الماء.
• المعالجة النهائية: تتمّ بإضافة بعض الأملاح لجعل الماء صالحاً للاستهلاك البشريّ.

الماء في جسم الإنسان

أمّا الماء في جسم الإنسان فيشكل ما نسبته 70% من جسم الإنسان، وهذا يدلّ على أهمّيّته للإنسان والتي يمكن تلخيصها بالآتي:

• يُساعد على ضبط درجة حرارة الجسم والضغط.
• وسط لإذابة المواد الغذائيّة، والأملاح، والفيتامينات.
• يُساعد في عمليّات الهضم والامتصاص للمواد الغذائيّة.
• يُساعد في التخلّص من السموم والفضلات.
• يُساعد في إنتاج الطاقة.
• يُساعد في المحافظة على نضارة وجمال البشرة.
• نقصه يسبّب الجفاف والخلل في عمليّات الحيوية داخل جسم الإنسان فيؤدّي إلى الوفاة أو الغيبوبة.