لماذا الماء سائل في صوره الطبيعية رغم صغر كتلته الجزيئية

1 إجابة واحدة
طالب
الطب البشري, جامعة كفر الشيخ (مصر)

يمتاز الماء بعدة خواص فريدة منها ارتفاع درجتي غليانه وتجمده، وسيولته في درجة حرارة الغرفة، وانخفاض كثافته عند التجمد، والتوتر السطحي. ويرجع السبب في خواص الماء الفريدة للروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء. لتوضيح هذه المسألة سأبدأ مع تركيب الماء.

يتكون جزئ الماء الواحد من ذرة أكسجين وذرتي هيدروجين، ترتبط كل واحدة من ذرتي الهيدروجين بذرة الأكسجين برابطة تساهمية. الرابطة التساهمية هي رابطة كيميائية تشترك الذرات في تكوينها، بمعنى أنه بدل أن تخسر إحدى ذرتين إلكتروناتها لصالح الأخرى فإنهما تتشاركان الإلكترونات، وهذا ما يحدث بين الأكسجين و الهيدروجين.

الهدف من أية رابطة كيميائية هو وصول الذرات إلى ما يعرف بحالة الاستقرار، أي أن يمتلئ مستوى طاقتها الرئيسي الأخير بالإلكترونات.

سأوضح أكثر وسآخذ عنصري الماء الأكسجين و الهيدروجين مثالًا. ذرة الهيدروجين تمتلك إلكترونًا واحدًا أما ذرة الأكسجين فتمتلك ثمانية إلكترونات، عند توزيع الإلكترونات على مستويات الطاقة الرئيسية يكون التوزيع كالتالي: بالنسبة للهيدروجين يُضع إلكترونه الوحيد في مستوى الطاقة الأول، المستوى الأول لا يحمل أكثر من إلكترونين اثنين، بالتالي عند توزيع إلكترونات الأكسجين يأخذ المستوى الأول إلكترونين والثاني ستة إلكترونات، المستوى الثاني يستقبل حتى ثمانية إلكترونات.

الروابط بين الهيدروجين والأكسجين في جزئ الماء

واضح إذًا أن مستوى الطاقة الوحيد في الهيدروجين يحتاج إلكترونًا آخر لكي يكتمل، أما مستوى الطاقة الأخير في الأكسجين فيحتاج إلكترونين لكي يكتمل. هذا ما يحدث في جرئ الماء، ذرة الأكسجين تشارك باثنين من إلكتروناتها وكل ذرة هيدروجين تشارك بإلكترونها.

ذكرت عند تعريف الرابطة التساهمية أن إحدى الذرتين لا تستأثر بالإلكترونات دون الأخرى بل تكون الإلكترونات موضع تشارك، لكن رغم ذلك فإن إحدى الذرتين أقوى من الأخرى في قدرتها على جذب الإلكترونات نحوها، وهذه الذرة هي ذرة الأكسجين. القدرة على جذب إلكترونات الرابطة تعرف بالسالبية الكهربية.

السالبية الكهربية للأكسجين أكبر منها للهيدروجين لذلك يقضي إلكترونا الرابطة وقت أطول حول نواة ذرة الأكسجين مما يقضياه حول نواة ذرة الهيدروجين. تحمل ذرة الأكسجين بسبب سالبيتها الكهربية الأعلى شحنة سالبة جزئية أما ذرة الهيدروجين فتحمل شحنة موجبة جزئية. تترتب الذرات الثلاث المكونة لجزيء الماء بحيث تكون الزاوية بينهم 104.5 درجة.

الزاوية في جزئ الماء

أما فيما يتعلق بالرابطة الهيدروجينية لجزيء الماء فتذكر الشحنتين السالبة الجزئية والموجبة الجزئية لذرتي الأكسجين والهيدروجين على التوالي. الرابطة الهيدروجينية هي نوع من التجاذب ينشأ بين ذرة هيدروجين وذرة أخرى لها سالبية كهربية أعلى من الهيدروجين، أي تحمل شحنة سالبة جزئية. هذه الرابطة الهيدروجينية تحدث بين ذرات في نفس الجزيء أو في جزيئين مختلفين. جزيئات الماء التي حدثتك عن تركيبها تتجاذب مكونة روابط هيدروجينية بينها، بحيث ترتبط ذرة أكسجين من جزئ بذرة هيدروجين من جزئ آخر.

لنوضح الأمر كل ذرة أكسجين ترتبط بذرتي هيدروجين عبر رابطة تساهمية مع كل منهما لتكون جزئ الماء، ثم ترتبط بذرة هيدروجين هي جزء من جزئ ماء ثاني عبر رابطة هيدروجينية ليرتبط الجزيئان معًا.

الرابطة الهيدروجينية لجزيء الماء

الحالة السائلة للماء: العناصر القريبة من الأكسجين في الجدول الدوري مثل النيتروجين والفلور والفوسفور والكبريت والكلور جميعها تكون غازات مع الهيدروجين. ما يميز الأكسجين عن هذه العناصر هو ارتفاع سالبته الكهربية عنها جميعًا عدا الفلور الذي يعد أعلى العناصر في السالبية الكهربية. هذه السالبية المرتفعة هي ما يسبب الحالة السائلة للماء في درجة حرارة الغرفة حيث تتكون روابط هيدروجينية قوية بين جزيئات الماء.

أكمل القراءة

0

هل لديك إجابة على "لماذا الماء سائل في صوره الطبيعية رغم صغر كتلته الجزيئية"؟