مقالاتمواضيع العدد ٢١

الماء الصافي شديد البرودة [فيديو]

روابط إعلانية

كل يوم يتفاجأ العلماء بالعديد من الحالات الشاذة والغريبة للماء، والتي في نهاية المطاف تساعد على استمرار الحياة على سطح الأرض، ويكأن هذا المركب العجيب خلق شاذًا لكي نعيش، فكلما قرأت وتعمقت أكثر في صفات هذا المركب البسيط العجيب، اكتشفت أنه على الرغم من بساطة تركيبه، إلا أنه يمتلك تعقيد لا مثيل له في كل خصائصه الفيزيائية، والتي يعد المسئول الرئيسي عنها هي الرابطة الهيدروجينية بين جزيئات الماء، والتي تؤدي إلى الكثير من التنوع في الأشكال البلورية والفراغية لجزيئات الماء بشكل أكبر وأعقد مما كنا نتوقع من ذي قبل.

الماء الصافي شديد البرودةمن أغرب تلك الخصائص الشاذة التي تم الكشف عنها مؤخرًا هو أن الماء يمكن أن يظل سائلًا دون تجمد لدرجات حرارة منخفضة جدًا تحت الصفر المئوي قد تصل إلى -42 درجة مئوية تحت الضغط العادي، ويمكن أن يحتفظ بسيولته حتى -46 درجة مئوية تحت ضغط عالٍ قليلًا، وذلك على خلاف كل المعروف عن الماء سابقًا، حيث كان من المعلوم أن الماء يتجمد عند الصفر المئوي تحت الضغط الجوي المعتاد، وأن الحالة الوحيد لإبقاء الماء سائلًا تحت الصفر المئوي هو برفع قيمة الضغط الجوي الواقع على الماء، الأمر الذي يمنع تشكل البلورات السداسية للثلج Hexagonal، لكن تلك الحالات الغريبة للماء تم اكتشاف تكونها في السحب ذات العلو الشاهق.

وقد سببت تلك الحالة الفريدة للماء العديد من المشاكل للطائرات في الجو بسبب تجمد هو النوع من الماء بسرعة على انابيب بيتو PETOT والتي تعمل على جمع معلومات حول سرعة الطائرة وسرعة الرياح بالنسبة لها، على الرغم من أن تلك الأنابيب مصممة للعمل وسط أسوأ الظروف ولكن تلك الحالة الفريدة للماء كانت أعلى من إمكانيات تلك الأجهزة، والتي أدت بشكل مفاجىء إلى سقوط طائرة الخطوط الجوية الفرنسية 447 قبالة سواحل البرازيل في الأول من شهر يونية عام 2009.

يمكن الحصول على تلك الحالة الغريبة للماء بشروط معينة، هي أن يكون الماء شديد النقاء ولا يحتوى على أي شوائب، وأن يتم تبريد الماء بسرعة ودون اهتزاز أي يجب تبريد الماء وهو ساكن تمامًا، وذلك لأن الشوائب أو الذرات الغربية الموجود في الماء تعزز من تكون بلورات الثلج السداسية حيث تتجمع حولها جزيئات الماء، وتؤدي إلى تغير مواقع جزيئات الماء في الفراغ وتغير الشكل البلوري، وهو نفس الأمر الذي يفعله الاهتزاز، كما ان التبريد السريع لا يعطي فرصة لجزيئات الماء لإعادة التشكل، لذا فإنك إن حظيت بماء صافي شديد البرودة Super Cooled Water وقمت برجه أو طرق الوعاء الحاوي له ستندهش بقوة حين ترى أنه قد تجمد بالكامل فجأة وخسرت تلك الحالة الفريدة. 

       

روابط إعلانية

أوضحت الدراسات التي قامت بدراسة تلك الحالة الفريدة للماء، أن الماء في تلك الحالة يكون خليط من حالتين من الحالات البلورية للماء، وهي الشكل رباعي السطوح Tetrahedral Hydrogen-Bond، والشكل الخماسي السطوح Pentameric الموضحين في الصورة السابقة، فالماء العادي عندما يتجمد تتخذ جزيئات الماء مواضع فراغية على شكل سداسي به الكثير من الفراغات، ولكن تحت ظروف معينة مثلما ذكرنا، فإن بلورات الماء لا تتخذ الشكل السداسي المعروف، ولكن تتراص بشكل استثنائي لتكون مجموعات Clusters مختلفة من الشكلين الرباعي والخماسي، والتي يتعزز تشكلها بانخفاض درجة الحرارة، وتلك الحالة الفريدة للماء لا يسهل تشكلها مثل سهولة تشكل الجليد ذو البلورات السداسية الشكل.

أيضًا من تلك الخصائص الغربية للماء فائق التبريد، أنه مزيج من عدة كثافات، بمعنى أن الماء عندما يبرد بشدة دون أن يتجمد فإن بعض بلورات الماء تكون عالية الكثافة، والبعض الآخر يكون منخفض الكثافة نسبيًا ففي بعض البلورات تقترب جزيئات الماء من بعضها لتزداد كثافتها، أو تبتعد عن بعضها البعض لتقل كثافتها ويعزى ذلك إلى الرابطة الهيدروجينية، كما أن وسط الماء يصبح أبرد من الوسط المحيط به.

بلورات الثلج السداسية الشكل

الكثير من العلماء حولوا تلك الحالة الفريدة للماء لتسلية علمية جميلة ومدهشة، تشبه في عملها عمل الساحر، حيث يحضر زجاجة بها ماء بارد ثم يسكبها على مكعب من الثلج في طبق أمام الناس، ليتفاجىء كل الحاضرين والمشاهدين بأن الماء بمجرد لمسه مكعب الثلج يتحول لثلج فجأة بل ويتصاعد التجمد عكس الجاذبية وعكس اتجاه انسكاب الماء عبر انبوب الماء الهابط من فوهة الزجاجة، حتي يصل التجمد إلى الزجاجة نفسها.

ولتحضير هذا الماء في المنزل وإجراء تلك التجارب بشكل ممتع لأطفالك والحاضرين عليك اتباع الخطوات الآتية:

1- نحضر ماء عالي النقاوة (مقطر) في زجاجة مغلقة في مجمد الثلاجة.

2- تبريد الزجاجة لمدة نصف ساعة إلى ساعتين، حيث تعتمد مدة التبريد على درجة حرارة الفريزر، ولمعرفة الوقت الدقيق للوصول لتلك الحالة يمكن أن نضع مع تلك الزجاجة زجاجة أخرى من ماء الصنبور في المجمد، وعندما تتجمد زجاجة الماء العادي، يكون الماء النقي في الزجاجة الأخرى في حالة التبريد الفائق، فإن تجمدت زجاجة الماء النقي، فإنك إما قمت بالتبريد لفترة أطول من المطلوب، أو قمت بتحريك أو هز الزجاجة، أو أن الماء نفسه ليس نقيًا بما فيه الكفاية.

روابط إعلانية

3- أخرج الزجاجة بحرص شديد من المجمد وتجنب هزها أو صدمها بأي شيء.

4- يمكنك تحويل هذا الماء إلى ثلج في ثوان معدودة بعدة طرق مسلية، منها طرق الزجاجة فيتحول كل الماء فيها بسرعة إلى ثلج دفعة واحدة، أو بصب هذا الماء على مكعب من الثلج فيتحول الماء المتدفق إلى ثلج، وقد تكون سرعة تجمد الماء أكبر من سرعة سكبه لدرجة ان يتجمد الماء في عنق الزجاجة قبل سكبه بالكامل، ولو حاولت سكب الماء على الأرض أو على منضدة فإنه يكتسب حرارة من الوسط المحيط بسرعة عالية تجعله يفقد حالة التبريد الفائق التي كان عليها ويظل سائلًا دون أن يتجمد.

الماء الصافي شديد البرودةيمكنك أيضًا الحصول على هذا الماء بطريقة أكثر سهولة كالتالي:

1- وضع 20 مل من الماء المقطر في كأس شديد النظافة.

2- ضع الكأس في وعاء به ثلج بحيث يكون ارتفاع الثلج أعلى من مستوى الماء في الكأس، وتجنب تمامًا سقوط أي قطعة ثلج في الكأس.

3- رش بضع ملاعق من الملح على الثلج لزيادة قوة التبريد، وتجنب أيضًا سقوط أي جبة ملح في الكأس.

4- يمكنك وضع ترمومتر في الكأس لقياس درجة حرارة الماء، فعندما تنخفض درجة حرارة الماء تحت الصفر المئوي وهو سائل، تكون قد حصلت على الماء فائق التبريد.

5- يصب الماء فوق قطعة ثلج أو وضع قطعة ثلج في الكأس ليتجمد الماء دفعة واحدة بسرعة فائقة.

ولمزيد من المتعة رجاء زيارة الفيديو

 

روابط إعلانية
الوسوم

أ./ محمد محروس عريف

معلم بوزارة التربية والتعليم المصرية ومؤلف علمي

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

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

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

زر الذهاب إلى الأعلى
تحتاج مساعدة...
ارسل إلى الواتساب
إغلاق
إغلاق