بحث عن الماء

بحث عن الماء

قال تعالى في محكم كتابه {أَوَلَمْ يَرَ الَّذِينَ كَفَرُوا أَنَّ السَّمَاوَاتِ وَالْأَرْضَ كَانَتَا رَتْقًا فَفَتَقْنَاهُمَا ۖ وَجَعَلْنَا مِنَ الْمَاءِ كُلَّ شَيْءٍ حَيٍّ ۖ أَفَلَا يُؤْمِنُونَ (30)} سورة الأنبياء، وصدق الله العظيم، فالماء هو سر الحياة على الأرض للإنسان والنباتات والحيوانات ومن دونه تستحيل الحياة، لذلك خصصنا هذا المقال لنقدم لكم بحث عن الماء يشمل جميع المعلومات المهمة حول المياه.

الماء ومكوناته

الماء هو مركب كيميائي يتكون من عنصري الهيدروجين والأكسجين على صيغة H2O، ويتكون جزيء الماء من ذرتين هيدروجين، كل منهما مرتبطة برابطة كيميائية واحدة بذرة أكسجين، ويتواجد الماء في حالات مختلفة وتشمل الحالة الغازية والسائلة والصلبة. ويعد الماء أحد أكثر المركبات والسوائل وفرة وضرورية.

الماء سائل عديم الطعم والرائحة في درجة حرارة الغرفة، وله قدرة مهمة على إذابة العديد من المواد الأخرى. في الواقع، يعد استخدام الماء كمذيب أمر ضروري للكائنات الحية. حيث تعتمد الكائنات الحية على المحاليل المائية، مثل الدم والعصارات الهضمية، للعمليات البيولوجية المختلفة.

يُعتقد أن الحياة نشأت في المحاليل المائية لمحيطات العالم، وتوجد المياه أيضًا على الكواكب والأقمار الأخرى داخل وخارج النظام الشمسي. وكما ذكرنا فإنه في الكميات الصغيرة، يبدو الماء عديم اللون، ولكن الماء في الواقع له لون أزرق ناتج عن امتصاص طفيف للضوء عند الأطوال الموجية الحمراء.

حالات الماء

الحالة الصابة (الجليد):

عندما يتجمد الماء، تتحرك جزيئاته بعيدًا عن بعضها، مما يجعل الجليد أقل كثافة من الماء، وبالتالي سوف يطفو الجليد في الماء. يتجمد الماء عند درجة حرارة 0 درجة مئوية.

الحالة السائلة

يوجد معظم الماء على الأرض بحالته السائلة عند الظروف القياسية ويغطي مساحة كبيرة من سطح الأرض.

الحالة الغازية

يوجد الماء بحالته الغازية على شكل بخار بشكل دائم في الهواء. عندما تغلي الماء، يتغير الماء من سائل إلى غاز أو بخار ماء. عندما يبرد بعض بخار الماء، نراه كسحابة صغيرة تسمى سحابة البخار. سحابة البخار هذه هي تحويل مصغر للسحب في السماء. عند مستوى سطح البحر، يتكون البخار عند 100 درجة مئوية.

يرتبط بخار الماء بقطع صغيرة من الغبار في الهواء مما يؤدي إلى تشكل قطرات المطر في درجات الحرارة الدافئة. أما في درجات الحرارة الباردة، يتجمد ويشكل ثلوجًا أو بردًا.

مصادر الماء

تتنوع مصادر المياه على الأرض ولكن لا يهم كميتها وإنما إذا ما كانت مياه عذبة صالحة للشرب، حيث لا تتجاوز نسبة المياه العذبة على الأرض 2.5% ومعظمها متجمدة في الأنهار الجليدية والقمم الجليدية القطبية، إلا أن هناك حلول تستخدمها بعض الدول التي لا يوجد فيها مياه عذبة من تحلية مياه البحر، وتشمل مصادر الماء:

المياه السطحية:

وتشمل المياه السطحية المياه الظاهرة على سطح الأرض سواء بحالتها السائل في المحيطات والبحار والبحيرات والأنهار والجداول والشلالات والبرك والتي تتجدد طبيعياً عن طريق الترسيب وتُفقد بشكل طبيعي من خلال التصريف في المحيطات، والتبخر وتغذية المياه الجوفية، أو تتواجد المياه السطحية بحالتها الصلبة المتجمدة في الأنهار الجليدية والقمم الجليدية القطبية. وكما يوجد في الحالة الغازية في الغلاف الجوي على شكل بخار وسحب.

المياه الجوفية

وتشمل المياه الجوفية الموجودة تحت سطح الأرض والمخزنة في الصخور نفاذية محملة بالمياه ويطلق عليها المياه الأحفورية، ويمكن أن تخرج المياه الجوفية بشكل طبيعي عبر الينابيع أو من خلال حفر الآبار.

الأمطار

وهي النتيجة الطبيعية لتكاثف البخار المائي في الجو، وتساهم بشكل كبير في إعادة تعبئة المياه السطحية، وتقوم بعض الدول ببناء السدود لتجميع مياه الأمطار.

دورة الماء في الطبيعة

يقصد بدورة الماء في الطبيعة الحركة المستمرة للماء وتحوله بينه الحالات المختلفة داخل الأرض وعلى سطح الأرض وفي الغلاف الجوي. وتعد دورة الماء في الطبيعة عملية معقدة جدًا وتعتمد على العديد من العوامل المختلفة.

وباختصار يمكن القول أن الماء السائل بمختلف أماكن تواجده يتبخر ويتحول إلى بخار الماء، ثم يصعد إلى الغلاف الجوي ويتكثف ليشكل السحب بسبب برودة درجة الحرارة، ثم يترسب مرة أخرى إلى الأرض على شكل مطر أو ثلج بحسب درجة الحرارة.

ومن الجدير بالذكر أن الماء من الممكن أن يتحول من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية دون المرور بالحالة السائلة عبر ظاهرة تعرف بالتسامي، كما من الممكن أن يتحول من الحالة الغازية إلى الحالة الصلبة مباشرة عبر ظاهرة تعرف بالترسيب.

خصائص الماء الفيريائية

التماسك (Cohesion) والالتصاق (Adhesion)

تعرف خاصية التماسك بانجذاب جزئيات الماء إلى جزيئات الماء وذلك بسبب أن الشحنات الموجبة والسالبة لذرات الهيدروجين والأكسجين التي تشكل جزيئات الماء تجعلها تنجذب لبعضها البعض. بينما تعرف خاصية الالتصاق بانجذاب جزيئات الماء إلى جزيئات المواد الأخرى.

ومن الأمثلة على خاصية التماسك قطرة الماء والتي تتكون من جزيئات الماء التي تنجذب لبعضها البعض، أما المثال على خاصية الالتصاق فهي قطرات الماء العالقة في نهاية صنبور الماء أو على أوراق الشجر. وتعمل قوة الجاذبية بعكس قوى التماسك والالتصاق، ففي المثال الذي ذكرناه تحاول قوة الجاذبية سحب قطرات الماء إلى الأسفل.

الخاصية الشعرية (Capillary Action)

تعرف الخاصية الشعرية على أنها حركة الماء داخل فراغات مادة مسامية “الانابيب الشعرية” من الأسفل إلى أعلى بسبب قوى الالتصاق والتماسك والتوتر السطحي وذلك عندما تكون قوى الالتصاق بالجدران أقوى من قوى التماسك. ويستمر ارتفاع الماء إلى الأعلى إلى أن يصبح وزنه مساوياً لقوة الشد للجاذبية، ويزداد تأثير قوى الالتصاق والتماسك كلما كانت الانابيب أضيق. وتعد هذه الخاصية مهمة جدًا للنباتات وللكائنات الحية والإنسان.

قابلية الانضغاط (Compressibility)

الماء غير قابل للضغط خاصة في ظل الظروف الاعتيادية وتعد عدم قابلية الانضغاط خاصية شائعة للسوائل، لكن الماء بشكل خاص غير قابل للضغط. فعلى سبيل المثال عند ملأ كيس بالماء ووضع مصاصة فيه، فعند ضغط الكيس، لن ينضغط الماء، بل سينطلق من المصاصة.

ومع ذلك فإن الضغط ودرجة الحرارة تأثر في قابلية الماء للانضغاط، ففي التطبيقات الصناعية (مثل التعدين والفضاء)، يمكن ضغط المياه بشكل كبير واستخدامها للقيام بأشياء مثل قطع، تشكيل، نحت وتوسيع المعادن.

الكثافة (Density)

تعرف الكثافة بأنها وزن المادة (كتلتها) لحجم معين. وتبلغ كثافة الماء تقريبًا 1 جرام لكل مليلتر عند درجة حرارة 4 درجة مئوية، ولكن كثافة الماء تتغير مع درجة الحرارة أو إذا كانت هناك مواد مذابة فيه. الماء فريد من نوعه حيث أنه السائل الوحيد غير المعدني الذي تقل كثافته في الحالة الصلبة عن الحالة السائلة، فالثلج أقل كثافة من الماء السائل وهذا هو سبب بأن مكعبات الثلج تطفو في المحيطات مما يحافظ على الحياة المائية ويمنع ذوبان الثلج في الماء وخفض درجة حرارة المحيط.

السعة الحرارية (heat capacity)

تعرف السعة الحرارية بأنها كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1 جرام من مادة واحدة درجة مئوية، الماء له ​​سعة حرارية عالية مما يعني أنه يمتص الكثير من الحرارة قبل أن ترتفع درجة حرارته، السعة الحرارية للمياه تلعب دورًا كبيرًا في الحفاظ على مناخ الأرض المعتدل وتغير الطقس التدريجي بدلًا من التغيرات السريعة والمفاجئة.

التوتر السطحي (Surface Tension)

يعرف التوتر السطحي بأنه خاصية سطح السائل التي تسمح له بمقاومة قوة خارجية، بسبب الطبيعة المتماسكة لجزيئاته، الماء له توتر سطحي عالي مما يسمح للورق مثلًا بأن يضل طافيًا على سطح الماء.

بالإظافة للعديد من الخواص والظواهر الفيزيائية الأخرى مثل: لون الماء، تقعر سطح الماء، قوس قزح (تأثير الضوء على الماء)، الرواسب والرواسب المعلقة، درجة حرارة الماء، العكورة، الضغط البخاري للماء والانحلالية أو الذائبية أو الذوبانية.

الملوحة (Salinity)

الملوحة تحدد كمية الأملاح الذائبة في الماء، وتقيس درجة الملوحة وزن الملح الذائب في ألف جزء من ماء، كلما زادة ملوحة الماء كلما كانت غير قابلة للاستخدام البشري أو الزراعة، من المعروف أن مياه البحار والمحيطات هي مياه مالحة ولكنها ليست المصدر الوحيد؛ بعض المياه الجوفية أيضًا مياه مالحة غير صالحة للشرب بدون معالجة.

خصائص الماء الكيميائية

القلوية (Alkalinity)

تعرف القلوية على أنها قدرة التخزين المؤقت للمحلول المائي؛ وهو مقياس لقدرة المحلول المائي على تحييد أو معادلة الأحماض والقواعد وبالتالي الحفاظ على مستوى هيدروجيني مستقر إلى حد ما. وكلما زادت قلوية المحلول المائي كلما قل التأثير على مستوى هيدروجينية (حموضة) المحلول المائي. مثال على ذلك هو عند هطول أمطار حمضية فإنها لن تأثر بشكل كبير على مستوى هيدروجينية مياه المحيطات بسبب قلويتها العالية.

التوصيل كهربائي (Electrical Conductance)

يعد الماء النقي غير موصل للكهرباء لذلك فهو مادة عزل ممتازة، ويزداد التوصيل الكهربائي للماء بحسب المواد المذابة فيه من مركبات أيونية، من المهم معرفة أن الماء النقي غير موجود في الطبيعة إطلاقُا، لذلك لا تحاول استخدام الأجهزة الكهربائية بالقرب من الماء أبدًا.

عسر الماء أو قساوة الماء (Water Hardness)

عسر الماء هو كمية الكالسيوم والمغنيسيوم المذاب في الماء. الماء العسر هو الماء الذي يحتوي على نسبة عالية من المعادن الذائبة، إلى حد كبير الكالسيوم والمغنيسيوم. وعلى سبيل المثال، كلما ما كان الماء عسر كلما هناك حاجة إلى المزيد من الصابون لتنظيف الأشياء.

أس هيدروجيني (pH)

أس هيدروجيني أو الرقم الهيدروجيني هو مقياس لدرجة الحمضية أو القاعدية للسوائل، تشير الأس الهيدروجيني الأقل من 7 إلى الحموضة بينما تشير الأس الهيدروجيني الأكبر من 7 إلى القاعدة مع كون الرقم 7 محايدًا وهو الأس الهيدروجيني للماء النقي عند درجة حرارة 25 مئوية.

الماء في جسم الإنسان والكائنات الحية

الماء له ​​أهمية كبيرة لجميع الكائنات الحية وهو مهم جدًا للبقاء على قيد الحياة؛ ففي بعض الكائنات الحية ما يصل إلى 90٪ من وزن الجسم يأتي من الماء. أما في الإنسان ما يصل إلى 60٪ من جسم الإنسان البالغ يتكون من الماء.

ووفقًا لمجلة الكيمياء البيولوجية العدد رقم 158، يتكون الدماغ والقلب في الإنسان من 73٪ ماء، والرئتان حوالي 83٪ ماء. بينما يحتوي الجلد على 64٪ من الماء، والعضلات والكلى 79٪ ، وحتى العظام مائيّة: 31٪.

وبشكل عام، يحتاج الذكر البالغ حوالي 3 لترات (3.2 لتر) في اليوم بينما تحتاج الأنثى البالغة حوالي 2.2 لتر (2.3 لتر) في اليوم. ولا يشترط أن يكون كل الماء الذي يحتاجه الإنسان أن يأتي من شرب السوائل فقط، حيث أن بعض هذه المياه موجود في الطعام الذي نتناوله لذلك نسمع بالعادة أن الإنسان يجب أن يشرب 2 لتر من الماء الصافي يوميًا.

ويحتاج الإنسان والكائنات الحية الماء لأن لها عددًا من الوظائف الأساسية والتي تشمل:

• الماء عنصر غذائي حيوي لحياة كل خلية، حيث يعمل كمواد بناء للخلايا.
• ينظم درجة حرارة الجسم الداخلية عن طريق التعرق والتنفس.
• يتم استقلاب الكربوهيدرات والبروتينات التي تستخدمها أجسامنا كغذاء ونقلها بواسطة الماء في مجرى الدم.
• يساعد في التخلص من الفضلات بشكل رئيسي عن طريق التبول.
• يعمل كممتص للصدمات للدماغ والحبل الشوكي والجنين.
• يشكل اللعاب.
• يشحم المفاصل.
• الماء مذيب للعديد من المواد الغذائية مما يسمح للخلايا باستخدام العناصر الغذائية القيمة والمعادن والمواد الكيميائية في العمليات البيولوجية.

إقرأ أيضًا: 28 حقيقة عن الدماغ البشري و8 خرافات شائعة عن جسم الإنسان

الماء في الفلسفة

ونظرًا لأهمية الماء، فقد لعب دورًا دينيًا وفلسفيًا مهمًا في تاريخ البشرية. ففي القرن السادس قبل الميلاد، اعتبر طاليس ميليتس، الذي يُنسب إليه الفضل أحيانًا في بدء الفلسفة اليونانية، الماء باعتباره اللبنة الأساسية الوحيدة للمادة حيث قال عنه:

” إنه الماء الذي يتخذ أشكالاً مختلفة ويشكل الأرض والغلاف الجوي والسماء والجبال والبشر والوحوش والطيور والعشب والأشجار والحيوانات وصولاً إلى الديدان والذباب والنمل. كل هذه أشكال مختلفة من الماء. تأمل في الماء!”

تبعه بعد مائتي عام أرسطو، الذي اعتبر الماء أحد العناصر الأساسية الأربعة، بالإضافة إلى الأرض والهواء والنار. استمر الاعتقاد بأن الماء كان مادة أساسية لأكثر من 2000 عام حتى أظهرت التجارب في النصف الثاني من القرن الثامن عشر أن الماء مركب يتكون من عنصري الهيدروجين والأكسجين.

الكوارث الطبيعية المتعلقة بالماء

بشكل عام معظم الكوارث الطبيعية المتعلقة بالماء في ما عدا الزلازل والبراكين، وتشمل هذه الكوارث:

• الفيضانات والسيول.
• أمواج تسونامي.
• الإعصار.
• العواصف الثلجية.
• الجفاف.
• الانهيارات الثلجية.

للمزيد من المعلومات حول الكوارث الطبيعية يمكنكم قراءة هذا المقال: الكوارث الطبيعية أنواعها وكيفية الوقاية منها.

حقائق عن الماء

• 97.25 بالمائة من الماء الموجود على سطح الأرض موجود بشكل أساسي في محيطاتها.
• 2.05 بالمائة من الماء الموجود على سطح الأرض موجود في القمم الجليدية القطبية والأنهار الجليدية.
• 0.25 بالمائة المتبقية من الماء الموجود على سطح الأرض موجود في بحيرات المياه العذبة والأنهار والمياه الجوفية.
• ومن المثير للاهتمام أن درجو نقاء المياه المطلوبة للاستخدام الصناعي غالبًا ما تتجاوز درجة نقاء الماء الاستهلاك البشري، على سبيل المثال، يجب أن تكون المياه المستخدمة في السخانات عالية الضغط نقية بنسبة 99.999998٪.
• درجة تجمد الماء النقي 0 درجة مئوية.
• درجة غليان الماء النقي 100 درجة مئوية عند مستوى سطح البحر وعند درجة 85.67 درجة مئوية عند ارتفاع 4.2672 كيلومتر.
• يتحول الماء النقي إلى الحالة الصلبة عند أقل من 0 درجة مئوية.
• الماء فريد من نوعه من حيث أنه المادة الطبيعية الوحيدة التي توجد في جميع الحالات الفيزيائية الثلاث – السائل والصلب والغاز – في درجات الحرارة الموجودة عادة على الأرض. كما أنه في حالته الصلبة يكون أقل كثافة من الحالة السائلة مما يسمح للجليد في الطوفان فوق المحيطات.
• درجة حموضة الماء النقي متعادلة 7، أي أنها ليست حمضية (أقل من 7) ولا قاعدية (أكبر من 7).
• الماء النقي والذي لن تجده أبدًا في البيئة الطبيعية، غير موصل للكهرباء. يصبح الماء موصلًا بمجرد أن يبدأ في إذابة المواد من حوله.
• للماء مؤشر حرارة مرتفع – فهو يمتص الكثير من الحرارة قبل أن يبدأ في التسخين. هذا هو السبب في أن الماء مهم للصناعات وفي مبرد المكيف في السيارت كمبرد. ويساعد أيضًا على تنظيم معدل تغير الهواء في درجة الحرارة، وهذا هو السبب في أن تغير درجة الحرارة بين الفصول يكون تدريجيًا وليس مفاجئًا، خاصة بالقرب من المحيطات.
• تسمح كثافة الماء للصوت بإن يتحرك من خلاله لمسافات طويلة. فعلى سبيل المثال، ففي مياه البحر عند 30 درجة مئوية، تبلغ سرعة الصوت 1545 مترًا في الثانية.
• يؤثر ضغط الهواء على درجة غليان الماء، فكلما زاد الارتفاع، كلما انخفض ضغط الهواء، وبالتالي انخفضت درجة غليان الماء.
• بخلاف الزئبق، الماء له أكبر توتر سطحي مقارنة بأي سائل آخر.

المراجع:

• https://www.britannica.com/science/water
• https://www.usgs.gov/special-topic/water-science-school/science/water-you-water-and-human-body?qt-science_center_objects=0#qt-science_center_objects
• https://www.usgs.gov/special-topic/water-science-school/science/facts-about-water?qt-science_center_objects=0#qt-science_center_objects
• https://www.usgs.gov/special-topic/water-science-school/science/water-properties-information-topic?qt-science_center_objects=0#qt-science_center_objects
• http://www.summitwater.org/story_of_water/html/3forms.htm
• https://www.noaa.gov/education/resource-collections/freshwater/water-cycle#:~:text=The%20water%20cycle%20on%20Earth&text=The%20water%20cycle%20shows%20the,form%20of%20rain%20and%20snow.