( یزداد حجمه اذا تحول من الحالة السائلة الى الصلبة )

( یزداد حجمه اذا تحول من الحالة السائلة الى الصلبة )

الماء: المادة العجيبة التي تتمدد عند التجمد

الماء مادة كيميائية مكونة من ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين، وهو ضروري لجميع أشكال الحياة المعروفة، وهو المكون الرئيسي للأنهار والبحيرات والمحيطات والأمطار، ويغطي حوالي 71% من سطح الأرض، ويوجد الماء في جميع الحالات الثلاث للمادة: السائلة والصلبة والغازية.

عندما يتجمد الماء، يتحول من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة، وعند حدوث ذلك، تتمدد جزيئات الماء وتتباعد عن بعضها البعض، ما يؤدي إلى زيادة حجم الماء، وهذه الخاصية هي عكس معظم المواد الأخرى التي تتقلص عند التجمد.

أهمية تمدد الماء عند التجمد

• يمنع تمدد الماء عند التجمد الأنابيب والأوعية من الانفجار، فعندما يتجمد الماء داخل الأنابيب، فإنه يتمدد ويضغط على جدران الأنابيب، ولكن بسبب تمدد الماء، فإن الضغط يقل ويتجنب انفجار الأنابيب.
• يساعد تمدد الماء عند التجمد الأسماك والكائنات البحرية الأخرى على البقاء على قيد الحياة في المياه المتجمدة، فعندما تتجمد المياه، فإنها تتمدد وتطفو على السطح، وهذا يوفر طبقة عازلة تحمي الأسماك والكائنات البحرية الأخرى من البرد القارس.
• يؤدي تمدد الماء عند التجمد إلى تآكل الصخور وتكوين المناظر الطبيعية، فعندما يتجمد الماء داخل الشقوق والصخور، فإنه يتمدد ويضغط على جدران الشقوق، ما يؤدي إلى تآكل الصخور وتكوين المناظر الطبيعية.

لماذا يتمدد الماء عند التجمد؟

يتمدد الماء عند التجمد بسبب الهيكل الجزيئي الفريد لجزيئات الماء، فعندما يكون الماء في الحالة السائلة، تتشكل جزيئات الماء روابط هيدروجينية مع بعضها البعض، ما يخلق بنية فضفاضة وغير منتظمة.

عندما يتجمد الماء، تتكسر الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء، وتتخذ جزيئات الماء ترتيبًا أكثر انتظامًا، ما يؤدي إلى تكوين بلورات جليدية سداسية الشكل، وهذا الترتيب الأكثر انتظامًا له حجم أكبر من البنية الفضفاضة غير المنتظمة للمياه السائلة، وهذا ما يؤدي إلى تمدد الماء عند التجمد.

دراسات علمية حول تمدد الماء عند التجمد

• أظهرت دراسة أجراها معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا أن تمدد الماء عند التجمد يرجع إلى التغير في بنية جزيئات الماء من بنية فضفاضة إلى بنية منتظمة.
• أثبتت دراسة أجراها مختبر لورانس ليفرمور الوطني أن تمدد الماء عند التجمد يحدث على مرحلتين: المرحلة الأولى هي تكوين نوى الجليد، والمرحلة الثانية هي نمو بلورات الجليد.
• أوضحت دراسة أجراها جامعة كامبريدج أن تمدد الماء عند التجمد يتأثر بوجود الشوائب في الماء، ويمكن أن تؤدي بعض الشوائب إلى تقليل تمدد الماء عند التجمد.

التطبيقات العملية لتمدد الماء عند التجمد

• يستخدم تمدد الماء عند التجمد في أنظمة مكافحة التجمد، مثل سوائل الرادياتير، لمنع التجمد وتلف المحرك.
• يستخدم تمدد الماء عند التجمد في صناعة الثلج، حيث يتمدد الماء عند تجمد في صانعات الثلج ويشكل مكعبات الثلج.
• يستخدم تمدد الماء عند التجمد في التكسير الهيدروليكي، حيث يتم ضخ الماء تحت ضغط عالٍ في التكوينات الصخرية لكسرها وإطلاق الغاز والنفط.

استنتاج

تمدد الماء عند التجمد هو خاصية فريدة ومهمة للماء، وهي نتيجة للتغير في بنية جزيئات الماء من بنية فضفاضة إلى بنية منتظمة عند التجمد، وهذه الخاصية لها أهمية كبيرة في العديد من العمليات الطبيعية والتطبيقات العملية.