آب
.jpg)
آب یک ترکیب معدنی، شفاف، بی‌مزه، بدون بو و تقریباً بی‌رنگ است که مادهٔ بنیادین دربرگیرندهٔ دهندهٔ هیدروسفر کره زمین و مایعات موجود در همهٔ موجودات زنده شناخته شده است (که به عنوان حلال عمل می‌کند[۱]). با اینکه آب هیچ گونه کالری یا مواد نیروزا آلی ندارد، بودنش برای همه اَشکال شناخته شدهٔ زندگی، نیازمند است و در صورت به پایان رسیدن آن، زندگی روی زمین پایان می‌یابد. فرمول (ریختار) شیمیایی آن H2O است؛ به این معنی (چم) که هر یک از مولکول‌های آن، دارای یک اکسیژن و دو اتم هیدروژن است که به‌دست پیوندهای کووالانسی به هم پیوسته شده‌اند. دو اتم هیدروژن با زاویه ۱۰۴٫۴۵ درجه به یک اتم اکسیژن پیوند می‌شوند.[۲]
بیشترین چگالی آب خالص در دمای ۳٫۹۸ درجه سلسیوس (۳۹٫۱۶ درجه فارنهایت) به‌دست می‌آید که برابر ۱ گرم بر میلی‌متر مکعب[۳] یا ۱۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است.[۴]
آب نقش بسیار مهمی در اقتصاد جهان دارد. نزدیک به ۷۰٪ آب شیرین به‌کارگیری به‌دست انسان در کشاورزی بکاررفته می‌شود.[۵] ماهی‌گیری در آب‌های شیرین و شور، یکی از منابع بنیادین درآمد در بسیاری از کشورها است. بیشتر کالاهای کاربردی و پایه از روش مسیرهای آبی و به‌دست کشتی‌ها و قایق‌ها جابه‌جا می‌شود. در کاربردهای سرمایش و گرمایش خانگی و صنعتی در اندازه‌های بسیار آب و بخار بکار برده می‌شود. آب، حلالی عالی برای بسیاری از مواد کانی و آلی محسوب می‌شود و به همین دلیل در کاربردهای صنعتی و خانگی مانند آشپزی و شُستشو کاربرد فراوانی دارد. آب، یخ و برف در برخی ورزش‌ها و بازی‌های تفریحی مانند شنا، قایق‌رانی، اسکی روی یخ و غیره نقش پایه ای دارند.
ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی
[ویرایش | اشتراک‌گذاری]آب (H2O) یک آمیختهٔ کانی قطبی است که در دمای اتاق مایع، بی‌مزه، بی‌بو و تقریباً بی‌رنگ است. این ماده به دلیل توانایی آن در حل مواد بسیار انبوهی به عنوان «حلال جهانی» شناخته می‌شود.[۶][۷] در حقیقت آبی که در طبیعت یافت می‌شود، تقریباً همیشه دارای چندین ماده حل شده در آن می‌باشد و برای ساخت آب خالص باید فرایندهای بسیاری انجام شود. آب تنها ماده رایجی است که در شرایط عادی کره زمین، به صورت جامد، مایع و گاز وجود دارد.[۸]
حالت‌ها
[ویرایش | اشتراک‌گذاری]همراه با اکسیدان، آب یکی از دو نام رسمی برای ترکیب شیمیایی H2O است؛[۹] همچنین به فاز مایع H
2O آب گفته می‌شود.[۱۰] دو حالت متداول دیگر آب، فاز جامد آن است که به آن یخ می‌گویند؛ و فاز گازی آب که به آن بخار آب یا بخار می‌گویند. افزودن یا حذف گرما می‌تواند باعث تغییر فاز شود: انجماد (آب به یخ)، آب شدن (یخ به آب)، تبخیر (آب به بخار)، چگالش (بخار به آب)، تصعید (یخ به بخار) و رسوب (بخار به یخ).[۱۱]
چگالی
[ویرایش | اشتراک‌گذاری]چگالی آب برخلاف اکثر مایعات با انجماد کمتر شده و کاهش می‌یابد. در فشار ۱ اتمسفر و دمای ۳٫۲۹ درجه سلسیوس، آب به بالاترین چگالی خود یعنی ۱۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می‌رسد.[۱۲] چگالی یخ ۹۱۷ کیلوگرم بر متر مکعب بوده و حجم آن ۹٪ افزایش می‌یابد.[۱۳][۱۴] این افزایش حجم می‌تواند باعث ایجاد فشارهای بسیار فراوانی شود به گونه‌ای که باعث ترکیدگی لوله‌ها و ترک برداشتن تخته‌سنگ‌ها شود.[۱۵]
در یک دریاچه یا اقیانوس، آب در دمای ۴ درجه سلسیوس (۳۹٫۲ درجه فارنهایت) به پایین رفته و یخ در سطح آن تشکیل می‌شود و روی آب مایع شناور می‌شود. این یخ آب زیر را عایق بندی کرده و از انجماد آن جلوگیری می‌کند. اگر این محافظت وجود نداشت بیشتر موجودات آبزی در زمستان از بین می‌رفتند.[۱۶]
نقطه سه‌گانه و نقطه بحرانی
[ویرایش | اشتراک‌گذاری]
در نمودار فازی فشار-دما (شکل را ببینید)، خمیدگی‌هایی هست که ماده جامد را از بخار، بخار را از مایعات، و مایع را از جامد جدا می‌کند. این خمیدگی‌ها در یک نقطه یکسان به نام نقطه سه‌گانه با هم برخورد می‌کنند؛ جایی که هر سه حالت می‌توانند در کنار هم وجود داشته باشند. نقطه سه‌گانه آب در دمای ۲۷۳٫۱۶ کلوین (۰٫۰۱ درجه سلسیوس) و فشار ۶۱۱٫۶۵۷ پاسکال (۰٫۰۰۶۰۴ اتمسفر) قرار دارد.[۱۷] این فشار، کمترین فشاری است که آب می‌تواند به صورت مایع در آن، وجود داشته باشد. تا سال ۲۰۱۹، از نقطه سه‌گانه برای تعریف مقیاس دمای کلوین استفاده می‌شد.[۱۸][۱۹]
خمیدگی فازی آب - بخار در ۶۴۷٫۰۹۶ کلوین (۳۷۳٫۹۴۶ درجه سلسیوس؛ ۷۰۵٫۱۰۳ درجه فارنهایت) و ۲۲٫۰۶۴ مگاپاسکال (۳٫۲۰۰٫۱ پوند بر اینچ مربع؛ ۲۱۷٫۷۵ اتمسفر) خاتمه می‌یابد.[۲۰] این نقطه به عنوان نقطه بحرانی شناخته می‌شود. در دماها و فشارهای بالاتر، فازهای مایع و بخار، فاز پیوسته‌ای را تشکیل می‌دهند که سیال فوق بحرانی نامیده می‌شود. می‌توان آن را به تدریج بین چگالی‌های گازمانند و مایع‌مانند، فشرده یا منبسط کرد؛ ویژگی آن (که کاملاً متفاوت از آب محیط هستند) به چگالی، حساس هستند؛ برای مثال، در فشار و دمای مناسب می‌تواند آزادانه با ترکیبات غیر قطبی، از جمله، بیشتر ترکیبات آلی، مخلوط شود. این امر بکار رفتگی از آن را در کاربردهای گوناگون از جمله، الکتروشیمی درجه گرمای بالا و به‌عنوان یک حلال یا کاتالیزور خوش‌خیم از نظر زیست‌محیطی در واکنش‌های شیمیایی شامل آمیخته‌های آلی، مفید می‌کند. در گوشته زمین، در هنگام تشکیل، انحلال و رسوب مواد کانی به‌عنوان یک حلال عمل می‌کند.[۲۱][۲۲]
رنگ و ظاهر
[ویرایش | اشتراک‌گذاری]آب خالص به‌دلیل گرفتن روشنایی در محدوده تقریبی ۶۰۰ تا ۸۰۰ نانومتر، از لحاظ ظاهری، آبی به نظر می‌رسد؛[۲۳] این رنگ را به آسانی می‌توان با جای دادن یک لیوان آب خالص در زیر روشنایی آفتاب، در روبه‌روی یک دیوار کاملاً سفید رنگ دید. در طبیعت، به دلیل بودن مواد جامد شناور یا جلبک، ممکن است که این رنگ آبی به سبز نیز دگرگون پیدا کند.
مولکول قطبی (راستایی)
[ویرایش | اشتراک‌گذاری]
در یک مولکول آب، اتم‌های هیدروژن با اتم اکسیژن، زاویه ۱۰۴٫۵ درجه می‌سازند. اتم‌های هیدروژن نزدیک به دو گوشه یک چهاروَجهی است که کانون آن، اکسیژن است؛ در دو گوشه دیگر، جفت‌های منفرد الکترون‌های ظرفیتی جای دارند که در پیوند، شرکت نمی‌کنند. در یک چهاروجهی کامل، اتم‌ها زاویه ۱۰۹٫۵ درجه تشکیل می‌دهند؛ اما دافعه بین جفت الکترون غیرپیوندی بیشتر از دافعه بین اتم‌های هیدروژن است.[۲۴][۲۵] طول پیوند O–H در حدود ۰٫۰۹۶ نانومتر است.[۲۶]
برخی از مواد دیگر نیز دارای ساختار مولکولی چهاروجهی هستند؛ برای نمونه، متان (CH4) و سولفید هیدروژن (H2S). با این حال، اکسیژن اکترونگاتیویته بیشتری نسبت به بیشتر سایر عناصر دارد (یعنی الکترون‌های خود را محکم‌تر نگه می‌دارد)؛ سرانجام، اتم اکسیژن بار منفی را نگه می‌دارد در حالی که اتم‌های هیدروژن بار مثبت دارند. این امر باعث خمیدگی ساختار مولکولی آب شده و همچنین به آن یک گشتاور دوقطبی الکتریکی می‌دهد و باعث می‌شود که آن را با نام مولکول قطبی رده‌بندی کنند.[۲۷]
آب یک حلال قطبی خوب است که بسیاری از نمک‌ها و مولکول‌های آلی آب‌دوست مانند قندها و الکل‌های ساده، مانند اتانول را حل می‌کند. آب همچنین بسیاری از گازها، مانند اکسیژن و دی‌اکسید کربن را حل می‌کند. علاوه بر این، بسیاری از مواد موجودات زنده مانند پروتئین‌ها، DNA و پلی ساکاریدها در آب حل می‌شوند.
بسیاری از مواد آلی (مانند چربی‌ها و روغن‌ها و آلکان‌ها) آبگریز هستند؛ یعنی در آب محلول نیستند. بسیاری از مواد غیر آلی نیز محلول نیستند؛ از جمله، بیشتر اکسیدهای فلزات، سولفیدها و سیلیکات‌ها.
منابع آب در کره زمین
[ویرایش | اشتراک‌گذاری]
اگر کسی از فضا به