آب فراوان ترین ترکیب روی سطح زمین است که 70 درصد از کره زمین را پوشش می دهد. آب در طبیعت در حالت مایع، جامد و گاز وجود دارد. در تعادل دینامیکی بین حالت مایع و گاز در دما و فشار استاندارد قرار دارد. در دمای اتاق، مایعی بی مزه و بی بو، تقریباً بی رنگ با رنگ آبی است. بسیاری از مواد در آب حل می شوند و معمولاً از آن به عنوان حلال جهانی یاد می شود. به همین دلیل، آب در طبیعت و در حال استفاده به ندرت خالص است و برخی از خواص ممکن است با خواص ماده خالص متفاوت باشد. با این حال، بسیاری از ترکیبات نیز وجود دارند که اساساً، اگر نه به طور کامل، در آب نامحلول هستند. آب تنها ماده معمولی است که به طور طبیعی در هر سه حالت مشترک ماده یافت می شود و برای تمام حیات روی زمین ضروری است. 55 تا 78 درصد بدن انسان را آب تشکیل می دهد.
در این مقاله، من یک مرور کلی از مولکول های آب و تاثیر آنها بر خواص آب ارائه خواهم کرد.
در این پست به موارد زیر می پردازیم:
ساختار شگفت انگیز مولکول های آب
پیوند بین اتم های هیدروژن و اکسیژن در یک مولکول آب کووالانسی است، به این معنی که اتم ها الکترون های مشترک دارند. با این حال، الکترون ها به طور مساوی تقسیم نمی شوند و در نتیجه یک بار منفی جزئی بر روی اتم اکسیژن و یک بار مثبت جزئی بر روی اتم های هیدروژن ایجاد می شود. این قطبیت چیزی است که باعث می شود مولکول های آب به شدت به یکدیگر و دیگر ذرات باردار جذب شوند.
خواص غیرمعمول مولکول های آب
مولکول های آب به دلیل ساختار و پیوندشان دارای برخی خواص غیرعادی هستند. این خواص عبارتند از:
- کشش سطحی بالا
- نقطه جوش و نقطه ذوب بالا
- ظرفیت حرارتی بالا
- چگالی بالا در حالت مایع در مقایسه با حالت جامد (شناور یخ)
- توانایی حل کردن بسیاری از مواد
درک رقص تبخیر مولکول های آب در هوا
هنگامی که آب وارد جو می شود، فاز جدیدی به خود می گیرد بخار آب. این فرآیند، معروف به تبخیر، برای چرخه آب و بسیاری از فرآیندهای جوی که بر اقلیم تأثیر می گذارد بسیار مهم است. اما چگونه در سطح مولکولی اتفاق می افتد؟
رقص مولکولی تبخیر
تبخیر برای شکستن پیوندهای بین مولکول های آب در فاز مایع به انرژی نیاز دارد. به طور معمول، مولکول‌های آب در پلیمری که توسط پیوندهای هیدروژنی به هم متصل می‌شوند، به شدت به یکدیگر متصل می‌شوند. اما وقتی انرژی اضافه می‌شود، مولکول‌ها می‌توانند جدا از هم کار کنند و به نزدیک‌ترین مولکول‌ها اجازه می‌دهند به عنوان بخار آب فرار کنند. این به انرژی زیادی نیاز دارد، زیرا پیوندهای بین مولکول های آب معمولاً بسیار قوی هستند.
آنچه محققان یافته اند
محققان ثابت کرده اند که تبخیر یک توالی رقص جمعی است که شامل حرکت هماهنگ مولکول های آب است. از طریق شبیه‌سازی‌های کامپیوتری و مدل‌سازی مولکولی دقیق، تیمی به رهبری ناگاتا و همکارانش به بینش‌های جدیدی در مورد رویدادهای مولکولی دست یافته‌اند که به مولکول‌های آب اجازه می‌دهد از فاز مایع فرار کرده و وارد جو شوند.
نقش برهمکنش مولکولی
این تیم دریافتند که کلید تبخیر، برهمکنش بین مولکول‌های آب است. با گرم شدن آب مایع، مولکول‌ها با شدت بیشتری شروع به ارتعاش می‌کنند و با شدت کمتری روی یکدیگر می‌چسبند و مولکول‌های منفرد را در هوا آزاد می‌کنند. این فرآیند تحت تأثیر عوامل متعددی از جمله دما، رطوبت و وجود مواد دیگر در هوا قرار دارد.
اهمیت درک تبخیر
درک رقص مولکولی تبخیر به دلایل متعددی ضروری است. این می تواند به ما کمک کند در مورد فیزیک آب و فرآیندهای جوی بیشتر بیاموزیم و همچنین می تواند به ما در بهبود مدل سازی آب و هوا و سایر فرآیندهای محیطی کمک کند. با تماشای رقص مجازی مولکول‌های آب، محققان می‌توانند بینش جدیدی در مورد فرآیندهای پیچیده حاکم بر جهان ما به دست آورند.
ماهیت دو قطبی مولکول های آب
مولکول دوقطبی مولکولی است که دارای بار مثبت و منفی باشد. در مورد مولکول های آب، اتم اکسیژن دارای بار منفی جزئی است، در حالی که اتم های هیدروژن دارای بار مثبت جزئی هستند. این به دلیل تفاوت در الکترونگاتیوی بین دو عنصر است.
پیامدهای ماهیت دو قطبی مولکول های آب چیست؟
ماهیت دو قطبی مولکول های آب پیامدهای زیادی برای زندگی و آب و هوای زمین دارد. برخی از نمونه ها عبارتند از:
- توانایی آب در حل کردن بسیاری از مواد به دلیل ماهیت قطبی آن که برای فرآیندهای بیولوژیکی مهم است.
- اهمیت آب در تنظیم دمای بدن، زیرا ظرفیت گرمایی بالایی دارد و می تواند انرژی زیادی را قبل از افزایش دمای بدن جذب کند.
- نقش آب در آب و هوای زمین، زیرا جزء اصلی جو است و در بسیاری از فرآیندهای فیزیکی مانند جریان های همرفتی و تشکیل ابرها نقش دارد.
نتیجه
مولکول های آب ذرات کوچکی از آب هستند که از هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده اند. آنها به دلیل قطبیت و رقص مولکولی خود بسیار غیرمعمول هستند که به آنها امکان تبخیر و ورود به جو را می دهد.
بنابراین، اکنون کمی بیشتر در مورد مولکول های آب و نقش آنها در دنیای اطراف ما می دانید.
