مروری بر ساختار و خواص منحصر به فرد آب

آب فراوانترین مولکول روی سطح زمین 

و یکی از مهم ترین مولکولها در مطالعات علم شیمی است.

آب به شکلهای مختلفی همچون

 دریا، باران، رودخانه و... دیده میشود. آب در چرخه ی خود، 

مرتباً از حالتی به حالت دیگر تبدیل میشود؛ اما از بین نمیرود.

 هر گونه حیات محتاج آب میباشد. 

انسانها از آب آشامیدنی استفاده میکنند؛

آب مایع خالص در دمای اتاق بی بو، بی مزه و تقریباً بی رنگ است.

 آب ته رنگ آبی ضعیفی دارد که در حجم زیاد آب، بیشتر آشکار میشود

آب یک ترکیب شیمیایی است.

هر مولکول آب، H2O یا  HOH،

 از دو اتم هیدروژن متصل به یک اتم اکسیژن تشکیل شده است.

بنابراین ساختار آب و مولکول آب گسترده است . 

همانطور در بالا اشاره شد 

 در ساختار آب یک مولکول آب دارای دو اتم هیدروژن است که

 کووالانت (اتصال غیر الکتریکی دو اتم به وسیله ی اشتراک الکترون)

 به یک اتم اکسیژن متصل هستند ، 

زاویه اتصال 105 درجه می باشد . 

داشتن بار الکتریکی منفی اکسیژن ، 

که به معنی کشش و جاذبه ان برای الکترونهاست ، از هیدروژن بیشتر است . 

این امر نتیجه اش پخش نامساوی بارالکتریکی به مولکول است .

در  ساختار آباتم هیدروژن حامل بخشی از بار منفی است که

 توسط بخش بارهای مثبت بر اتمهای هیدروژن توازن می یابد .

 این مولکولها در  ساختار آب را قطبی میشناسند

 و نسبت به هم کشش دارند . 

در آب ، اتصالات هیدروژن بین مولکولهای قطبی تشکیل میشود . 

باید توجه نمود که آب به خاطر شکل مولکولها ،

 مانند جاذبه بین دو مولکول نتیجه اش

 تجمع مولکولهای آب با هم شده تا تشکیل ساختمان چهار ضلعی را بدهد ،

 که در آن مولکولهای آب با چهار مولکول دیگر اتصال مییابند .

 اگر آب گرم شود انرژی حرارتی مولکولها اضافه میشود ، 

در نتیجه ی تحرک بیشتر ، مولکولها ،

 بیشتر جدا میشوند تا دوباره تشکیل شوند ، 

و یا تشکیل اتصالات هیدروژنی دهند .

 در بخارات ، اتصالات هیدروژنی وجود نداشته 

و مولکولها بیشتر به صورت واحدهای تک وجود دارند .

در حالی که ، اگر آب مایع سرد شود تا از 

دست رفتن انرژی حرارتی باعث کاهش حرکت مولکولهای آب میشود 

و اتصالات هیدروژنی بیشتری تشکیل میگردد . 

هنگامیکه آب یخ میزند ،  اتصالات هیدروژنی آب انقدر زیاد میشود 

 که تمام مولکولهای آب به هم میپیوندند

 و بدین وسیله ساختار آب به صورت جامد به وجود میاورند .

 ساختمان چهارضلعی گروه مولکولهای آب حفظ میشود ، 

چهارضلعی ها به هم متصل میگردند 

و لایه هایی از چرخه و یا دایره های شش گوش (هگزا گونال ) که

 با هم جمع شده اند یک ساختمان باز را تشکیل میدهند . 

این ساختمان باز یخ نسبت به

 آب حجم بیشتر یخ نسبت به آب 

و چگالی کمتر آن را توضیح میدهد .

آب خواص های منحصر به فردی دارد که عبارتند از :

پیوستگی  یکی از ویژگیهای کلیدی آب است. 

به خاطر قطبی بودن مولکول ها (قطب دار بودن آنها)، 

مولکولهای آب جذب یکدیگر میشوند.

پیوندهای هیدروژنی بین مولکولهای مجاور تشکیل میشوند. 

آب به خاطر خاصیت پیوستگی در دمای عادی به جای این که تبخیر شود 

و به گاز تبدیل شود، مایع باقی می ماند.

پیوستگی همچنین به کشش سطحی زیاد منجر می شود. 

یک مثال از کشش سطحی قطرات بارانی است که روی سطوح دیده میشوند

 و نیز توانایی حشرات برای راه رفتن روی آب مایع است بدون این که غرق شوند.

چسبندگیخاصیت دیگر آب است.

 چسبندگی میزان توانایی آب برای جذب انواع دیگر مولکولها است.

 آب برای مولکولهایی که قابلیت تشکیل پیوندهای هیدروژنی با آن را دارند چسبناک است.

 چسبندگی و پیوستگی به خاصیت مویینگی منجر میشود. 

مویینگی را زمانی می توان مشاهده کرد که

 آب از یک لوله شیشه ای باریک یا داخل ساقه گیاهان بالا میرود.

آب گرمای خاص بالا و گرمای بالای تبخیر دارد.

این به آن معنی است که انرژی زیادی مورد نیاز است

 تا پیوندهای هیدروژنی بین مولکولهای آب بشکنند.

به این دلیل، آب در مقابل تغییرات شدید دما مقاوم است.

 این ویژگی برای آب و هوای زمین و همچنین بقای گونه ها مهم است. 

گرمای بالای تبخیر به این معنی است که

 تبخیر آب اثر خنک کنندگی قابل توجهی دارد.

 بسیاری از جانورانی که از تعریق استفاده میکنند 

تا خنک بمانند درواقع از این تأثیر استفاده میکنند.

آب تنها ترکیب عادی ای است که در شرایط طبیعی

 و معمولی در حالت جامد، مایع و گاز وجود دارد.

آب را میتوان بهترین حلال نامید 

چراکه که قادر است مواد مختلف و زیادی را حل کند.

همه میدانید که آب یک مولکول قطبی است. 

مولکول آب خمیده است و یک اکسیژن با بار منفی در یک طرفش

 و یک جفت مولکول هیدروژن با بار مثبت در طرف دیگرش قرار دارد.

آب آمفوتریک  است که به این معنی است که

 میتواند هم به صورت اسید و هم باز عمل کند. 

خودیونیزه شدن آب

یون های +H و -OH  را تولید میکند.

چگالی یخ کمتر از آب مایع است. 

در حالی که بیشتر مواد در حالت جامد متراکم تر از حالت مایع اند. 

پیوندهای هیدروژنی بین مولکولهای آب 

عامل چگالی پایین تر یخ است.

 یک نتیجه مهم این ویژگی این است که

دریاچه ها و رودها از بالا به پایین یخ میزنند

 و یخ روی آب شناور میشود.

آب بعد از آمونیاک دومین ظرفیت گرمایی ویژه تمام مواد شناخته شده را دارد. 

 ظرفیت گرمایی ویژه معادل مقدار گرمایی است که

 لازم است مقدار مشخصی از ماده ای دریافت کند تا دمایش یک واحد افزایش یابد.

این مقدار مشخص معمولاً 1 گرم است.

 آب همچنین حرارت بالای تبخیر (kJ.mol−1) دارد.

حرارت مخصوص بالا و حرارت بالای تبخیر از

 درجه بالای پیوندهای هیدروژنی بین مولکولهای آب نتیجه میشوند. 

یکی از نتایج این خاصیت هم این است که آب تحت تأثیر نوسانات سریع دما قرار نمیگیرد.

 بر روی زمین، این امر کمک میکند تا جلوی تغییرات چشمگیر آب و هوایی گرفته شود.