معلومات عن المياة الثقيلة

تسربات المياه

كلنا نعرف المياه العادية التي هي صلب حياتنا على هذه البسيطة ، و هي أصل كل حياة على كوكب الأرض ، فما هي إذن المياه الثقيلة ؟!

يتكون الجزيء الواحد من الماء العادي من ذرتين من الهيدروجين و ذرة أكسجين واحدة ، و لتوضيح الفرق بين المياه العادية و المياه الثقيلة يجب أن نتطرق إلى أن عنصر الهيدروجين له ثلاثة نظائر معروفة في الطبيعة ، أما النظير الأكثر تواجدا فهو الهيدروجين المحتوي على بروتون واحد فقط في نواته دون أن تحتوي نواته على أي نيوترونات، و هذا هو الهيدروجين العادي المعروف الذي يتحد مع الأكسجين لتكوين المياه العادية .

أما أحد النظائر الأخرى للهيدروجين فهو هيدروجين يحتوي داخل نواته على نيوترون بالإضافة للبروتون ، و ذلك مما يرفع كتلة نواة ذلك النظير عن كتلة النظير العادي المعروف للهيدروجين.

و عليه فإن جزيء الماء الثقيل يحتوي على ذرة أكسجين و ذرتي نظير الهيدروجين ، و حقيقة فإن نسبة هذا الماء في الطبيعة قليلة جدا لا تكاد تلاحظ ، فتلك الجزيئات عددها ضئيل جدا بالنسبة لجزيئات الماء العادي ، و مما لا يجعلها ملاحظة كذلك هو تشابه خصائصها الكيميائية مع الماء إلى حد بعيد ، حيث أنها شفافة اللون و عديمة الطعم و الرائحة ، ولكنها أكثف قليلاً ( و ذلك بسبب أن نظير الهيدروجين أثقل من الهيدروجين بسبب فرق كتلة النيوترون داخل النواة ).

يمكن تحضير الماء الثقيل مخبرياً ، كما يمكن عزله عن الماء العادي في حال وجود نسبة منه في الماء العادي ، و قد تم ذلك ، و تمت الإستفادة منه في المفاعلات النووية للعمل على إبطاء حركة الجسيمات لأنه ذو كثافة أعلى من كثافة الماء العادي . تبلغ كثافة الماء الثقيل 1.11 غم لكل سنتيمتر مكعب بينما تبلغ كثافة الماء العادي 1 غم لكل سنتيمتر مكعب ، كما تبلغ درجة غليان الماء الثقيل 101.42 درجة مئوية في حين أنّها 99.99 درجة مئوية للماء العادي .

الماء
يُعتبر الماء أحد العناصر الأساسيّة للحياة على سطح كوكب الأرض، فهو يُشكل 70% من جسم الإنسان، كما يُغطي 71% من مساحة سطح الأرض. يدخل الماء أيضاً في تركيب الكثير من المُكوّنات الحيّة وغير الحيّة في البيئة، ويُعتبر جزءاً أساسيّاً في حياة النّباتات، وتُعدّ دورة الماء في الطبيعة من أهمّ العمليّات التي تحدث على هذا الكوكب، لذلك اعتُبرت الدّراسات والأبحاث المُتعلّقة بالماء مُهمّةً جداً للإنسان، فعمل على دراسة كلّ الأمور المُتعلّقة به وبما يُؤثّر به.
التركيب الكيميائي للماء
يتكوّن مُركّب الماء من ذرّة أكسجين واحدة وذرَّتَي هيدروجين (H2O) ترتبط فيما بينها بروابط تساهُميّة، وهو أكثر مُركّب كيميائيّ انتشاراً في الأرض. يرتبط كل جُزَيء ماء بُجزيء ماء آخر عبر رابطة هيدروجينيّة. الحالة الفيزيائيّة الطبيعيّة للماء هي السّائلة، لكنّه يتواجد بحالات أُخرى بشكل واسع، مثل الحالة الغازيّة وتُسمّى بخار الماء، والحالة الصّلبة ويُسمّى الثّلج أو الجليد، وتؤثّر درجة الحرارة والضّغط على شكل الحالة الفيزيائيّة للماء. يُعرف الماء بأنّه شفاف لا لون له، ولا طعم، ولا رائحة، وهو مُذيب جيّد للكثير من المُركّبات؛ كالأملاح، وبعض الفيتامينات، والأحماض الأمينيّة، وهو وسط لتفاعُلات كثيرة ومُتعدّدة، ووسط ناقل أيضاً، ويُساعد على هضم وامتصاص الغذاء.[١] تعريف درجة الغليان
تُعرف درجة الغليان للسّوائل بأنّها درجة الحرارة التي تتحوّل عندها المادة ككلّ من الحالة السّائلة إلى الحالة الغازيّة، ولكُل سائل درجة غليان مُعيّنة تكون ثابتة للنّوع الواحد عند ثبات الضّغط الجويّ. أما درجة التبخّر فتكون أقلّ من درجة الغليان، وهي الدّرجة التي يتحوّل عندها السّائل من الحالة السّائلة إلى الحالة الغازيّة، وتختلف عن التبخّر بأن التبخّر هي ظاهرة سطحيّة تحدث على سطح السّائل فقط دون وصول ذلك السّائل لدرجة الغليان. وكي يغلي أو يتبخّر السائل فإنّه يحتاج إلى حرارة يكتسبها لتتمكّن الجُزيئات من التحرّر عن بعضها البعض، وكسر الرّوابط فيما بينها.[٢] درجة غليان الماء
يغلي الماء عند درجة حرارة 100° (212 فهرنهايت) في الظّروف القياسيّة عند مُستوى سطح البحر، حيث يُؤدّي تسخين الماء إلى رفع درجة حرارته، وباستمرار التّسخين تظهر فقاعاتٌ في جميع أنحاء السّائل وتصعد إلى السّطح ثمّ تنفجر، ويخرج منها بخار الماء. لا يمكن للماء السّائل عند مُستوى سطح البحر أن تزيد درجة حرارته عن 100° لأنّه بعد هذه الدّرجة سيتبخّر، ويؤثر الارتفاع والانخفاض عن سطح البحر بدرجة غليان الماء نتيجة تغيّر الضّغط الجويّ، فإذا ارتفعنا إلى الجبل فإنّ درجة غليانه تقلّ بفعل الضّغط هناك، وإذا نزلنا عن مُستوى سطح البحر فإنّ درجة غليان الماء تزداد بسبب زيادة الضّغط الجويّ هناك.

جزيء الماء هو مركب كيميائي مكون من عنصرين فقط هما الهيدروجين و الأكسجين ، و الجزيء الواحد من الماء مكون من ذرتين هيدروجين و ذرة أكسجين واحدة ، و يتواجد جزيء الماء في الطبيعة في ثلاثة أشكال ( حالات ) و هي : الحالة الصلبة و الحالة السائلة و الحالة الغازية ، و أكثر تلك الحالات تواجدا ًعلى الأرض هي الحالة السائلة.

اقرا ايضا شركة تنظيف بيارات بالرياض

إنّ الرابطة المتشكلة في الجزيئات على وجه العموم تسمى الرابطة التساهمية (الرابطة التشاركية ، فجزيء الماء مترابط بفعل تلك الرابطة ، و هي رابطة تساهمية تنشأ بين الهيدروجين و الأكسجين ، حيث كما هو معلوم فإنه في الذرات فإن المدار الأول للإلكترونات حول نواة الذرة يستوعب إلكترونين ، و الثاني ثمانية إلكترونات ، و حيث أن لذرة الأكسجين ثمانية إلكترونات : إثنين منهما في المدار الأول و ستة في الثاني فإنه يلزم المدار الثاني إلكترونين حتى يشبع مداره ، و كذلك فالهيدروجين له إلكترون واحد فقط في مداره الاول و يلزمه إلترون واحد حتى يشبع مداره ، فلذلك تكون الصيغة الكيمائية للجزيئ حتى يصل للإستقرار مكونة من ذرة أكسجين و ذرتي هيدروجين ، يعمل الإلكترونان في ذرتي الهيدروجين على إشباع مدار الأكسجين الثاني المحتوي على ستة إلكترونات فيما يلزمه ثمانية للإستقرار ، كما يعمل إلكترونان من المدار الاخير لذرة الاكسجين كل على حدة في إشباع المدار الأول لكل من ذرتي الهيدروجين فيتم الإشباع بإلكترونين و هما الحد الأقصى لسعة المدار الأول. و قد تصور ذلك علماء الكيماء و الفيزياء لفترات طويلة على أنّه يكون هناك زوجين من الإلكترونات في الهيدروجين تلتف هول الذرين معا، و حقيقة لحد يومنا هذا لا يزال قصور بشري لتحديد صدق ذلك 100% حيث أنه وفقا لمبدأ الريبة لهاينزبيرغ فإنه لا يمكن تحديد خاصيتين لجسيم دون ذري بدقة، كذلك فإن ميكانيكا الكم تنفي مطلقا إمكانية تحديد مكان الإلكترون حول نواة الذرة و بالتالي فإنّ الجزئيات و الرّابطة التساهمية التي هي مبنية عليها تشكل أيضاً مجالاً رحباً من مجالات العلم الحديث للحصول على مزيد من الفهم حولها

كيفية معرفة درجة غليان سائل ما
يتم إحضار دورق من السّائل المُراد فحص درجة غليانه، ويجب أن يكون هذا السّائل نقيّ لا يختلط به مُكوّنات أُخرى، إذ يجب أن يكون الماء مُقطّراً حتى تكون النّتائج صحيحة. يتمّ وضع مصدر حرارة تحت الدّورق، وتُفحَص درجة حرارة السّائل كل دقيقة بواسطة ميزان حرارة، وتُسجّل النّتائج، وعند ثبات درجة حرارة السّائل، رغم بقاء مصدر الحرارة عليه، تكون هذه الدّرجة هي درجة الغليان؛ وذلك لأنّه لا يمكن للسّائل الوصول إلى درجة حرارة أعلى من درجة الغليان.[٢] درجة غليان سوائل أخرى
لكلّ سائل درجة غليان مُعيّنة يتحوّل بعدها إلى الحالة الغازيّة، وهنا بعض درجات غليان بعض السّوائل:[٢]

درجة غليان الجليسرول = 290°
درجة غليان البنزين = 80.1°
درجة غليان الزّئبق = 356.7°
درجة غليان الإثانول = 78°
درجة غليان الميثانول = 65°
درجة غليان البروبانول = 97°
درجة غليان البيوتانول = 118°
درجة غليان الأمونيا = – 33.34°
درجة غليان النّيتروجين = – 195.8°