محتويات
كثافة الماء
تبلغ كثافة الماء 0.9970 غم/مل عند درجة حرارة 25 درجة مئوية، بينما تنخفض قيمتها إلى 0.9718 عند تسخين الماء حتّى درجة حرارة 80 درجة مئوية، فكلّما زادت درجة حرارة الماء قلّت كثافته، وكلّما انخفضت درجة حرارة الماء زادت كثافته، لكن ارتفاع قيمة الكثافة مع انخفاض درجة الحرارة يستمرّ حتّى تبلغ أقصى قيمة للكثافة عند درجة حرارة 4 درجة مئوية، ثمّ يبدأ الماء بالتمدّد قليلاً بين درجتي حرارة 4-0 درجة مئوية فتُعاود الكثافة الانخفاض مجدداً عندما يبدأ الماء بالتجمّد وتكوين البلورات الثلجية، أيّ أنّ كثافة الماء تعتمد بشكل أساسي على درجة حرارته.[١]
تفسير ارتباط كثافة الماء بدرجة حرارته
يُفسّر انخفاض قيمة كثافة الماء عند ارتفاع درجة حرارته على أنّه عند تسخين الماء تُحوّل جزيئات (H2O) الطاقة الحرارية إلى طاقة حركية على شكل اهتزازات فتبتعد الجزيئات عن بعضها البعض، وبذلك يقل عدد الجزيئات في وحدة الحجم فتقل الكثافة، والعكس صحيح تماماً، فعند انخفاض درجات الحرارة حتّى 4 درجة مئوية فإنّ الجزيئات لا تمتلك طاقةً حركيةً تُساعدها على الاهتزاز، وبالتالي تبقى ثابتةً في مكانها تقريباً وتقترب من بعضها البعض حتّى تُحافظ على الروابط فيما بينها، وبذلك يزيد عدد الجزيئات في وحدة الحجم فتزيد قيمة الكثافة.[١]
تفسير انخفاض كثافة الجليد عن الماء السائل
تتفكّك الروابط الهيدروجينية بين جزيئات (H2O) وتعاود الارتباط باستمرار عندما يكون الماء سائلاً، ممّا يسمح بدخول المزيد من الجزيئات في الترتيب الشبكي وبالتالي زيادة الكثافة، أمّا عندما تنخفض درجة الحرارة عن 4 درجات مئوية فإنّ الجزيئات تقترب من بعضها ويقلّ اهتزازها ممّا يسمح بتكوين روابط قوية بينها، لكن هذه الروابط تُجبر جزيئات الماء على الترتّب بشكل معيّن يتخلّله فراغات ولا تسمح باقتراب جزيئات الماء من بعضها بشكل كبير، وهي بذلك تشغل حيّزاً كبيراً فيقل عدد الجزيئات في وحدة الحجم، وتكون كثافة الماء قد انخفضت بمقدار 9% عن كثافته وهو في الحالة السائلة،[٢] ولهذه الخاصية أثر كبير في تشكّل سطح الأرض، فلولا أنّ الجليد أقل كثافةً من الماء فيطفو فوقه كما في البحار والمحيطات لما استطاعت الأحياء البحرية أن تعيش في الماء تحت الغطاء الثلجي العازل.[٣]
قيمة كثافة الماء عند درجات حرارة مختلفة
تُقاس الكثافة وفقاً للنظام الدولي للوحدات (SI) بوحدة (كغ/م3)، ويُمكن تمثيلها بوحدة (غم/سم3) وهي الوحدة شائعة الاستخدام،[٤] ويوضّح الجدول الآتي قيم كثافة الماء عند درجات حرارة مئوية مختلفة:[٥]
| درجة الحرارة (درجة مئوية) | الكثافة (غم/سم3) |
|---|---|
| 0 | 0.99987 |
| 4.0 | 1.00000 |
| 4.4 | 0.99999 |
| 10 | 0.99975 |
| 15.6 | 0.99907 |
| 21 | 0.99802 |
| 26.7 | 0.99669 |
| 32.2 | 0.99510 |
| 37.8 | 0.99318 |
| 48.9 | 0.98870 |
| 60 | 0.98338 |
| 71.1 | 0.97729 |
| 82.2 | 0.97056 |
| 93.3 | 0.96333 |
| 100 | 0.95865 |
المراجع
- ^ أ ب “Temperature Effects on Density”, butane.chem.uiuc.edu, Retrieved 2020-10-12. Edited.
- ↑ Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (2020-2-3), “Ice and the Density of Water”، www.thoughtco.com, Retrieved 2020-10-12. Edited.
- ↑ “Why does ice float?”, www.childrensmuseum.org, Retrieved 2020-10-12. Edited.
- ↑ “Density”, www.britannica.com, Retrieved 2020-10-12. Edited.
- ↑ “Water Density”, www.usgs.gov, Retrieved 2020-10-12. Edited.
