ملخص الدرس / الأولى ثانوي/فيزياء/الانسان و البيئة / الماء في الطبيعة

الدرس

دورة الماء في طبيعة

ان الحركة الدؤوبة للماء في الطبيعة بين مصادر الماء على الارض ومن تحتها والغلاف الجوي ثم عودتها الى الارض مرورا بمراحل التكاثف , التساقط , السيول والتبخر والنتح تشكل دورة كاملة للماء

حرارة الشمس تغذي هذه الدورة التي تتدخل فيها أيضا جاذبية الأرض

التبخر

يسخن الماء السطحي (للبحر و المسطحات المائية ) بفعل حرارة الشمس , و عندما تختزن جزيئات الماء طاقة كافية تتحول الى بخار , يصعد الى الأعلى ( وهو غاز عديم اللون )

النتح

ويخص النبات الذي يكسو الكرة الأرضية (الغطاء النباتي ) فأوراق الأشجار و النباتات بصفة عامة تطرح هي أيضا الماء بشكل بخار (ظاهرة النتح) فيمكن لشجرة عادية في حالة نمو أن تطرح من 5 الى 10 مرات

حجم الماء الذي تحتويه يوميا

التكاثف

عند صعود بخار الماء يبرد و يتكاثف في شكل قطرات حول الدقائق العالقة العالقة بالجو , و يتحول الى حالة سائلة , ان قطرات الماء تتجمع لتشكل ركاما من السحب

التساقط

تنتقل السحب بفعل الرياح و عندما تتشبع السحب بقطرات الماء, تتساقط على شكل مطر بفعل جاذبية الأرض و حسب درجة الحرارة يمكن أن تسقط على شكل ثلج أو برد أو مطر

السيول

الماء المتساقط على شكل أمطار أو الناتج عن ذوبان الثلوج و الجليد يسيل على سطح الأرض فيزداد مخزون الماء في الأحواض المائية و يتدفق ليشكل روافد المياه الجارية ( لأنهار و الوديان)

التسرب

جزء من الماء المتساقط ينفذ داخل الأرض عبر شقوق و مسامات التربة و الصخور و يستقر في تجويفات الأرض الباطنية ليشكل بذلك المياه الجوفية و منها ما يخرج على شكل ينابيع

الابانة و الترشيح

الابانة و الترشيح عمليتان فيزيائيتان يتحول فيهما المحلول من خليط غير متجانس الى خليط متجانس

- الابانة : هي عملية تركيد الماء العكر ( أو المحلول بشكل خليط غير متجانس ) يحدث خلالها ترسيب المواد الثقيلة الى قعر الاناء بفعل الثقالة , الماء المتحصل عليه في النهاية عبارة عن محلول رائق أكثر شفافية مما

كان عليه

و الابانة عملية طبيعية تفصل فيها كثير من الأجسام التي تسبب تعكر المحلول و تحتاج الى وقت

- الترشيح : هي تقنية تسمح بفصل الجسيمات العالقة بالماء بواسطة جسم مرشح (ورق , رمل , فحم ) و السائل الناتج هو ّ الرشاحة ّ و يكون شفافا و هو الماء الصافي

- الماء الصافي : هو ماء مازال يحتفظ ببعض الأجسام المنحلة فيه و هو خليط متجانس

- يمكن فصل بعض الأجسام الأكثر صغرا و التي تبقى موجودة بالماء الصافي عن طريق تقنيات اضافية تستخدم فيها مواد مثل الفحم النشط أو مادة صمغية , حيث تحتجز أجساما في حالة غازية أو سائلة

الماء الصالح للشرب

أهم العمليات في معالجة الماء هي :

- الغربلة بالشبكة

- الطفو

- الابانة و الترشيح

- طرق فيزيائية - كيميائية

- طرق كيميائية

- طرق بيولوجية

معايير صلاحية الماء الشروب :

ان الماء المخزن و المحفوظ يمثل مصدرا أوليا للماء الصالح للشرب و لا يستهلك مباشرة الا بعد تحويله الى ماء شروب

المصالح العمومية تسهر على شروبية هذا الماء و تضع لذلك جملة من المعايير أهمها :

- معايير خاصة باللون و الرائحة و الطعم و الشفافية

- معايير خاصة بالأجسام غير المرغوب فيها مثل الفلور , النترات ,.... و التي يجب ألا تتجاوز حدا معينا مسموحا به

- معايير خاصة بالمواد السامة و التي تتطلب تحليلا معمقا لأن المقادير المسموح بها صغيرة جدا ( مثل الرصاص, الزئبق, الزرنيخ ,....)

- معايير ميكروبيولوجية : و تخص وجود ميكروبات مسببة للأمراض المتعددة المتنقلة بالماء

- معايير خاصة بالمبيدات : تخص وجود المواد الكيميائية المستعملة كمبيدات في الفلاحة ذ

- معايير خاصة بالمياه المحلاة ( الملطفة ) : و التي تؤدي الى تغيير تركيبة الماء من الأملاح المعدنية , حيث يجب أن تحتفظ بحد أدنى من الكالسيوم و المغنزيوم للمحافظة على التوازن الفيزيولوجي للانسان

- الماء الذي نطرحه بعد الاستعمال يجب أن يعالج هو بدوره , لكي لا يضر بالبيئة و يستفاد منه لأغراض أخرى (غير الشرب) كانتاج الأسمدة مثلا

النقاوة

النقاوة :

نقول في حياتنا اليومية عن الماء انه ّ نقيّ و يقصد به أنه ّ شروبّ مثل ماء الحنفية و الماء المعدني , التي توجد بها عدة أجسام (يشكل مجموعها خليطا متجانسا)

- النقاوة بمفهومها الكيميائي تعني وجود جسم واحد فقط أي نوع واحد من حبيبات المادة (جزيئات , ذرات ,...)

- الماء النقي : هو الماء الذي يتألف من نوع واحد من الجزيئات (هي جزيئات الماء ) التي صيغتها : $H_{2}O$

- التقطير : هي تقنية تستخدم للحصول على الماء النقي , يتم فيها تبخر الماء ( الخليط المتجانس) ثم تكثيف هذا البخار الى ماء سائل نقي , فالعملية هي فصل بقية المكونات الأخرى عنه , مثل الأجسام الصلبة التي

في الدورق و الغازات التي تنطلق و السوائل التي تتبخر

- الماء النقي :

- يتألف جزيء الماء من ذرتي هيدروجين $H$ و ذرة أكسجين واحدة $O$

- صيغته الجزيئية : $H_{2}O$

- الحالة : يوجد في 3 حالات ( صلبة , سائلة , غازية )

- المظهر: عديم اللون و الرائحة و الطعم

- بعض خصائصه:

- محل (مذيب ) جيد لكثير من الأجسام الصلبة و السائلة و الغازية

- ناقل ضعيف للكهرباء

- الثوابت الفيزيائية :

- درجة التجمد : , $0^{\circ}C$ درجة التبخر : $100^{\circ}C$ تحت الضغط الجوي النظامي ( $1$ جو = $76cmHg$ )

- الكتلة الحجمية : $1000Kg/m^{3}$ أو $1g/cm^{3}$

الماء في الأغذية

- يحصل الانسان على الماء عن طريق طعامه و شرابه

- يوجد الماء في كل الأغذية بنسب متفاوتة

- الماء المكون الأساسي للمواد الغذائية ذات المصدر النباتي و الحيواني , يدخل في اعداد المحاليل و المشروبات الغازية و العصير ,.... و أغلب المواد الاستهلاكية

- يحتوي الهواء على الماء و يشكل الرطوبة

- للكشف عن وجود الماء في المواد نستخدم من بين الكواشف بلورات كبريتات النحاس اللامائية ( بيضاء اللون ) التي تتحول الى اللون الأزرق بوجود الماء

- اعلم أن : ليست كل السوائل شفافة

الكشف عن الغازات في الماء

- الماء الطبيعي يحتوي على غازات منحلة فيه من بينها الهواء

- الهواء المنحل في مياه البحار و المستنقعات يساعد الكائنات الحية على العيش فيها

- تحتوي المياه المعدنية الغازية و المشروبات الغازية على غاز ثنائي أكسيد الفحم ( المعروف بغاز الفحم )

- يمكن الكشف عن غاز ثنائي أكسيد الفحم باستعمال رائق الكلس , حيث يعطي معه راسبا هو كربونات الكالسيوم , فنقول أنه يعكر رائق الكلس

بطاقة تعريف ثنائي أكسيد الفحم :

- الاسم : ثنائي أكسيد الفحم

- الصيغة : $CO_{2}$

- المظهر : غاز عديم اللون و الرائحة

- الكشف عليه : يعكر رائق الكلس

- حالته : غازي في الشروط العادية للحرارة و الضغط , و يوجد بحالة ثلج تحت ضغط عال ( يستعمل لاطفاء اللهب )

- يوجد في الهواء بنسبة قليلة

- ينحل في الماء

- ضروري للتمثيل الضوئي للنباتات

- ينتج من الاحتراق التام للمحروقات

- مسبب رئيسي لظاهرة الاحتباس الحراري

- غير سام لكنه خانق

المحلول المائي

- المحلول المائي هو ناتج انحلال الأجسام الشاردية و بعض الأجسام الجزيئية في الماء

- ابلمحلول الجزيئي هو المحلول الذي يتألف من جزيئات فقط , و هو لا ينقل التيار الكهربائي

- المحلول الشاردي هو المحلول الذي يحتوي على شوارد بالاضافة الى جزيئات الماء و ينقل التيار الكهربائي

عند انحلال مركب شاردي في الماء يحدث له تفكك و يصير محاطا بجزيئات الماء فنقول أن هذه الشوارد مميهة aqueuse , مثال : شوارد كلورالصوديوم في الماء يرمز لها ب : $Na^{+}_{aq}$ و $Cl^{-}_{aq}$ , حيث

يعني الرمزaq ّ مميهة ّ

هناك نوعان من الشوارد : الشوارد الموجبة و تدعى بالهابطات , و الشوارد السالبة و تدعى بالصاعدات

- أمثلة عن بعض الهابطات و الضاعدات :

الصاعدات ( الشوارد السالبة ) ANIONS	الهابطات ( الشوارد الموجبة ) CATIONS
الكلور $Cl^{-}$	الصوديوم $Na^{+}$
البروم $Br^{-}$	البوتاسيوم $K^{+}$
الفلور $F^{-}$	الفضة $Ag^{+}$
الكبريت $S^{2-}$	الكالسيوم $Ca^{2+}$
الأكسجين $O^{2-}$	الباريوم $Ba^{2+}$
الكبريتات $SO_{4}^{2-}$	النحاس الثنائي $Cu^{2+}$
الكربونات $CO_{3}^{2-}$	الحديد الثنائي $Fe^{2+}$
النترات $NO_{3}^{-}$	الحديد الثلاثي $Fe^{3+}$
الهيدروجينوكربونات $HCO_{3}^{-}$	المغنزيوم $Mg^{2+}$
الهيبوكلوريت $ClO^{-}$	المنغنيز $Mn^{2+}$
الكلورات $ClO^{-}_{3}$	الزئبق $Hg^{2+}$
البيكرومات $Cr_{2}O_{7}^{2-}$	الرصاص $Pb^{2+}$
الأكسلات $C_{2}O_{4}^{2-}$	الزنك $Zn^{2+}$
البرمنغانات $MnO_{4}^{-}$	الألمنيوم $Al^{3+}$
	الذهب $Au^{3+}$
	الهيدرونيوم $H_{3}O^{+}$
	الأمونيوم $NH_{4}^{+}$

مبدأ انحفاظ الشحنة يتحقق في المركب الشاردي , بحيث يكون :

مجموع الشحنات الموجبة يساوي مجموع الشحنات السالبة

- مثال : في كلور الصوديوم , لدينا $Na^{+}$ لها شحنة عنصرية واحدة موجبة و شاردة الكلور $Cl^{-}$ لها شحنة عنصرية واحدة سالبة , فيكون المجموع معدوما ( الاعتدال الكهربائي )

عند انحلال هذا الملح في الماء يبقى هذا المبدأ محققا

- باستخدام مبدأ انحفاظ الشحنة يمكن كتابة الصيغة الشاردية لمركب كيميائي مثلا : كبريتات الصوديوم تتشكل من شوارد الكبريتات $(SO_{4}^{2-})$ و شوارد الصوديوم $(Na^{+})$ أي $\left [ 2Na^{+} +SO^{2-}_{4}\right ]$ و صيغته : $Na_{2}SO_{4}$

الكشف عن الشوارد في المحاليل المائية

- باستعمال محاليل كاشفة يمكن أن نتعرف على بعض الشوارد في المحاليل المائية , فهي تتفاعل مع الكاشف و تعطي معه راسبا مميزا بلونه و مظهره

- يوجد في المياه الطبيعية شوارد عديدة مثل المغنزيوم $Mg^{2+}$ و شاردة الكالسيوم $Ca^{2+}$ و شاردة الكبريتات $SO^{2-}_{4}$ شاردة الكلور $Cl^{-}$

يمكن الكشف عن بعض هذه الشوارد بترسيبها , فمثلا :

- نرسب شاردة الكلور $Cl^{-}$ بمحلول نترات الفضة , حيث ينتج راسب أبيض اللون هو كلور الفضة

- نرسب شاردة الكبريتات $SO_{4}^{2-}$ بمحلول كلور الباريوم , حيث ينتج راسب أبيض اللون هو كبريتات الباريوم

- نرسب شاردة الكالسيوم $Ca^{2+}$ بمحلول أكسلات الأمنيوم , حيث ينتج راسب أبيض اللون هو أكسلات الكالسيوم

- ان تركيب الماء المعدني من المكونات الشاردية ثابت و تحدده قصاصة التعريف , و هذه الشوارد تعطيه الميزات الخاصة بالطعم و الاستخدام العلاجي

- ان قصاصة تعريف الماء المعدني تعطي دلالة على خاصية استهلاكه حسب الحاجة الوقائية أو العلاجية

- نميز المياه المعدنية , حسب تركيبها الى :

- مياه كبريتية كلسية

- مياه بيكربوناتية صودية

- مياه كلورية صودية

الترسبات الكلسية

الماء العسر و الماء اليسر :

ان عسر الماء يتعلق بتركيز شوارد الكالسيوم $Ca^{2+}$ و شوارد البمغنزيوم $Mg^{2+}$ ( هناك شوارد أخرى تتدخل بدرجة أقل نظرا لقلتها) نقول عن الماء قليل العسر أنه ماء يسر ( ماء عذب )

- ان الرغوة الصابونية التي يعطيها الماء تتعلق بعسره , فكلما كان الماء عسرا كلما صعب استخدامه في الغسيل , الماء اليسر أو العذب يعطي رغوة زائدة مع الصابون

- الدرجة الهيدروتيمترية : يعبر عن درجة عسر الماء بكمية كربونات الكالسيوم ( الكلس $CaCO_{3}$ أو محلوله $\left [ Ca^{2+}+CO_{3}^{2-} \right ]$ و يرتبط هذا التركيز بدرجة عسر الماء و تدعى ب ّ الدرجة

الهيدروتيمترية ّ

- تستعمل سلاليم عديدة لقياس الدرجة الهيدروتيمترية

السلم المعتمد في منطقة البحر المتوسط تستعمل فيه الدرجة الهيدروتيمترية الفرنسية و رمزها

- حيث أن الدرجة الهيدروتيمترية تكافئ $10mg/L$ من $CaCO_{3}$ أو $4mg/L$ من شوارد $Ca^{2+}$

الدرجة الهيدروتيمترية و عسر الماء ( جدول توضيحي )

صفة الماء	العسر ب $mg/L$ من $CaCO_{3}$	درجة العسر ب $^{\circ}F$
ماء عذب جدا	$0-30$	$0-3$
ماء عذب	$31-60$	$3-6$ $3-6$
ماء متوسط العذوبة	$61-120$	$6-12$
ماء عسر	$121-180$	$12-18$
ماء شديد العسر	أكبر من $180$	أكبر من

تصنيف المحاليل

تصنف المحاليل المائية الى :

- محاليل حمضية , و لها $pH< 7$

- محاليل معتدلة , و لها $pH=7$

- محاليل قاعدية , و لها $pH> 7$

- يمكن معرفة حمضية المحلول أو قاعديته اما باستخدام الكواشف الملونة , مثل أزرق البروتيمول أو ورق $pH$

- يقاس مباشرة $pH$ المحاليل في المخابر بجهاز أكثر دقة , يدعى جهاز ّ $pH$ - مترّ

قيم بعض المواد :

		$pH$	المادة
محاليل حمضية	$\huge \downarrow$	$0$	حمض كلور الماء المركز
		$1$	العصارة المعدية ( الهضمية )
		$2$	عصير الليمون
		$2,6$	مشروب غازي
		$3$	الخل
		$4$	عصير العنب - عصير الطماطم
		$5$	المطر الحمضي
		$5,5$	ماء معدني غازي
		$6$	الحليب
معتدلة		$7$	الماء المقطر -ماء معدني غير غازي
محاليل قاعدية		$7,38-7,45$	الدم
		$8,5$	ماء البحر
		$9$	البوراكس
		$10$	معجون الأسنان
		$11$	ماء الجير - ماء جافيل
		$12$	محلول النشادر
		$13$	محلول هيدروكسيد البوتاسيوم
		$14$	محلول هيدروكسيد الصوديوم

- المواد الكيميائية التي ترمى في الطبيعة من المصانع و دخان السيارات تنحل في بخار الماء المتواجد في الهواء الجوي , فتلوث بذلك الأمطار و تصبح ما يسمى بالأمطار الحمضية

$pH$ المطر العادي غير الملوث يساوي تقريبا $5,6$ و أقل من هذه القيمة يعتبر المطر حمضيا

في البلدان ذات النشاط الصناعي الكثيف تزداد حموضية الأمطار ( أي تقل قيمة $pH$ الأمطار و تصل الى قيمة وسطى تساوي $4,5$ )

ان لهذه الأمطار الحمضية أضرار بالغة على المحيط و خاصة الغطاء النباتي مثل الغابات , و التربة الزراعية