وصف ميكروسكوبي لجزيئات الماء وأهميتها في حياتنا

الماء هي المادة الأكثر انتشاراً على وجه الكرة الأرضية، بالرغم من ذلك الماء ذو  صفات شاذة.

ومن كثرة الاستعجاب أحد صفات الماء الشاذة هو وجود الحالة السائلة في درجة حرارة الغرفة، هذه الصفة شاذة بالأخذ بالحسبان مواد أخرى مركبة من جزيئات صغيرة جدا مثل جزيئات الماء تكون غازيّة ذات درجة غليان وتجمد منخفضة بكثير عن درجات غليان وتجمد الماء.

صفة شاذة أخرى للماء هي بالعكس لباقي المواد التي كثافتها ترتفع كلما انخفضت درجة الحرارة بينما كثافة الماء تقل في الحالة الصلبة (جليد) تكون حرارة أقل من  4º مئوية لذلك، الماء الموجود في الحالة الصلبة (جليد) تكون ذات كثافة أقل من كثافة الماء الموجود في الحالة السائلة (لذلك الجليد يطفو على سطح الماء).

لهذه الحقيقة أهميّة كبيرة للحياة في الماء في المناطق الباردة، عندما تنخفض درجة الحرارة في الشتاء، الجليد يطفو على سطح الماء ويعمل طبقة عازلة التي تمكن الأسماك في الماء من العيش بدون مضايقة.

للماء وظيفة مهمة في استمرارية الحياة على الكرة الأرضية.

• الماء تشكل 70% من  وزن الكائنات الحيّة، من الجراثيم وحتى الثدييات الكبيرة، جميع التفاعلات الكيماويّة التي تتم في أجسام الكائنات الحيّة تتم في بيئة مائية، الحفاظ على كمية الماء في الخلايا والجسم مهمة لعمله، خسارة 5% من الماء يمكن أن تؤدي الى الموت.

• للماء حرارة نوعيّة عاليّة بالنسبة لسوائل أخرى ولذلك توجد أهمية كبيرة في الحفاظ على درجة حرارة ثابتة على وجه الكرة الأرضية، الماء يعّد كسائل تبريد ممتاز (لتبريد المحرك في السيارة، لإطفاء الحرائق، لتبريد أجسامنا في الأيام الحارة......

• للماء أهميّة في تحديد المنظر الطبيعي، عمليات  الجرف وقدرة الماء على اذابة مركبات كثيرة على وجه الكرة الأرضية.

مبنى جزيئات الماء

الصفات الخاصة بجزيئات الماء تنبع من الذرات التي تتركب منها جزيئات الماء، تصف باختصار مبنى ذرة الأوكسجين، الذرة المركزية في جزئ الماء.

لذرة الأوكسجين 8 بروتونات في النواة و8 إلكترونات حول النواة، هذه الإلكترونات تترتب بالشكل التالي: 

2 الكترون تتواجد حول النواة قريبة منها وتدور حولها بشكل دائري.

6 الكترونات الباقية تتواجد في مستوى طاقة أعلى وأبعد عن النواة، هذا المستوى يميز بأربعة أفلاك .

الإلكترونات الستة لذرة الأوكسجين تتواجد في الأربع أفلاك ،  4 إلكترونات تتواجد  (واثنين في كل واحد)، وفي البقيّة يتواجد إلكترون واحد في كل فلك، ذرتي الهيدروجين ترتبط مع الإلكترونات الوحيدة.

الزاوية بين ذرات الهيدروجين هي 104.5º ، هذه الزاوية تختلف عن الزاوية المثاليّة 109.5º  لكن تختلف عن 180º 

 النتيجة! جزئ الماء هو جزئ غير متماثل، أي لها أقطاب.

ذرة الهيدروجين هي أبسط ذرة في الطبيعة، مبني من  بروتون واحد (النواة) وحوله يوجد  إلكترون واحد. الرابط بين ذرة الأوكسجين والهيدروجين يتكون عن طريق اشتراك الإلكترون الوحيد في ذرة الهيدروجين مع أحد الإلكترونات الموجودة في أحد الأفلاك في ذرة الأوكسجين، هذا الرابط يدعى رباط كوفلنتي (تساهمي).

لان ذرة الأوكسجين، تجذب إليها الإلكترونات الموجودة في الرابط الكوفليني (التساهمي) بشدة تنكشف الشحنة الموجبة لذرات الهيدروجين ( البروتونات، الموجودة في الذرة)

إلكترونات الرابط التي تنجذب بقوة أكبر للعدد الأكبر من البروتونات في  ذرة الأوكسجين، تتواجد مدة أكثر حوله.

الأوكسجين ذو الكتروسالبية أكبر من الهيدروجين النتيجة:

حول ذرات الهيدروجين يتكون حقل كهربائي موجب (القطب الموجب)، وحول ذرة الأوكسجين يتكون حقل كهربائي سالب (القطب السالب)، لذلك جزئ الماء يكون قطبي أيضا.

للتلخيص: القطبية في جزيئات الماء تنبع من حقيقتين أساسيتين:

1. مبنى ذرة الأوكسجين يقرر الزاويّة التي تختلف عن 180º بين الذرات الهيدروجين المرتبطة معه لذلك الجزئ يكون غير متماثل.

2. ذرة الأوكسجين تجذب إليها إلكترونات الرباط مع الهيدروجين وبذلك يتكون قطبين، موجب حول نواة ذرة الهيدروجين وسالب جزئي (دلتا) حول ذرة الأوكسجين.

هذه القطبية تسبب في جاذبيّة قويّة بين قطب سالب (على ذرة الأوكسجين) في جزيء الماء وبين القطب الموجب (على ذرة الهيدروجين) في جزيء ماء مجاور له. أي تكون رابط بين ذرات الماء المتجاورة، هذه الروابط تسمى روابط هيدروجينية، الأربطة الهيدروجينية قويّة، بالنسبة لروابط بين جزيئية أخرى ولكن ضعيفة بالنسبة للرباط الكوفيلتي أو الأيوني.

هذه الروابط مسؤولة عن الصفات الفيزيائية الغريبة للماء التي ذكرت (درجات غليان وتجمد عالية نسبيا، حرارة نوعيّة عالية وكثافة منخفضة في حالة تبريده، أي عدد قليل من جزيئات الماء تتواجد في نفس الحجم).

ما هي عملية الإذابة:

الإذابة هي عملية تتوزع فيها جزيئات المذاب بين جزيئات المذيب، بشكل عام المذيب هو سائل والمذاب هو صلب أو سائل.

عملية الإذابة نراها بنظرة ميكروسكوبية كعملية متواصلة، ولكن بالنظر الى العمليات الجزيئية نتأكد أنّ في  عملية الإذابة يجب وجود ثلاثة مراحل:

1. فصل الأربطة الموجودة بين جزيئات المذاب.

2. فصل قسم من الأربطة بين جزيئات المذيب.

3. تكوين روابط جديدة بين جزيئات المذاب وبين جزيئات المذيب.

في نهاية المراحل الثلاث تتواجد جزيئات المذاب منفصلة عن بعضها البعض، وموزعة بشكل عشوائي وبشكل متساوي  بكل حجم المذيب. المحلول هو مخلوط متجانس لجزيئات المذاب في جزيئات المذيب.

ما هو الشرط الأساسي لوجود عملية الإذابة؟

عملية الإذابة تتحقق عندما تكون القوى التي تجذب جزيئات المذاب بواسطة جزيئات المذيب أكبر من القوى البيني جزيئيّة في المذيب (القوى الموجودة بين جزيئات المذيب مع نفسها).

صفات المذيبات:

هل كل المذيبات متساوية في صفاتها؟ هل كل مذيب يذيب كل مذاب؟ 

من التجربة في حياتنا اليوميّة نعرف أنّه لا يمكن ذلك، إذا ما هي الصفات التي تمكن مواد من إذابة مواد معينة أو تمنع منها إذابة مواد أخرى؟

الصفة البارزة والتي تميز بين المذيبات هي:

القطبّية لجزيئات المذيب: من المتبع تقسيم المذيبات الى مجموعتين رئيسيتين:

1. مذيبات قطبيّة: 

هذه المذيبات تتميز في توزيع غير متساوي للشحنة على الجزيئات، هذا الأمر ينبع من وجود ذرات مختلفة في الجزيء، التي تجذب الالكترونات بقوى غير متساوية، لذلك يتكون توزيع الكترونات غير متساوي على الجزيء، قسم واحد (أو أكثر) من الجزيء يكون ذو شحنة موجبة وقسم آخر ذو شحنة سالبة، ويتكون في الجزيء قطبيّة كهربائية جزئية، لم تتحول الى أيون بل أصبحت غير متماثلة من ناحية توزيع الشحنة.

الماء هو المثال البارز لمادة قطبيّة.

            2. مذيبات غير قطبيّة:  (مذيبات غير قطبّية بالعكس من الماء)

هي مركبات تنقصها القطبيّة الثنائية  أو ذات قطبيّة منخفضة جداً. الذرات التي تكون الجزيء تجذب الالكترونات بشكل متساوي ولذلك توزيع الشحنة على الجزيء تكون متساوية، لا توجد أقطاب موجبة أو سالبة قويّة.

المركبات الغير قطبيّة لا تذوب في الماء ولهذا تدعى هذه المركبات "مركبات غير مائية أكثر المذيبات الغير قطبيّة تحوي ذرات الكربون ولذلك تدعى أيضا مذيبات عضويّة.

الماء كمذيب

الماء هو المذيب المنتشر وهو أيضا المثال الكلاسيكي لمذيب قطبي، نميز بين ثلاثة أنواع عمليات إذابة مواد بواسطة الماء:

1. إذابة مواد أيونية (أملاح):

عمليّة يتم بها تفكيك مبنى كبير لمركبات أيونيّة، عملية الإذابة هذه كما في كل عمليّة تتم ثلاثة مراحل: بداية تفكيك الروابط الأيونية بداخل البلورات (الروابط بين الأيونات الموجبة والأيونات السالبة، بعد ذلك يتم تفكيك الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء. وفي النهايّة تتكون روابط جديدة بين جزيئات الماء وبين الأيونات المتفككة التي تفككت من البلورات (            ). في عملية إذابة الملح في الماء نحصل على محلول فيه الأيونات محاطة بجزيئات ما (الأيونات الموجبة والسالبة للماء، اليونية) نتيجة لذلك تنتج أيونات حرة الحركة في المحلول، هذا السبب في أن المحلول الذي يحتوي على أيونات موصلة للتيار الكهربائي.

ليس كل الأنسجة الأيونية تذوب في الماء، عندما يكون التجاذب بين كل الأيونات في داخل النسيج الأيوني كبير من جاذبيتها بواسطة جزيئات الماء، يتكون ملح صعب الذوبان مثل أملاح الفضة AgCl, AgBr, AgI, CaCO3   (الجير) 

2. إذابة مواد قطبيّة      (جزيئية)

المواد الجزيئية هي مواد التي عند إذابتها لا تتحول الى أيونات، الجزيئات المذابة تنتشر بين جزيئات المذيب لكن لا تخسر أو تربح شحنة أخرى. اذاً ما الذي يؤدي الى إذابة هذه المواد في الماء؟

  الشحنات في هذه المواد غير موزعة بشكل متساوي على الجزيئات هنالك مناطق موجبة أكثر أو سالبة أكثر في جزيئات الماء، القطب السالب في  جزيء الماء (بجانب ذرة الأوكسجين) يجذب القطب الموجب في جزيء المذاب، بينما القطب الموجب (بجانب ذرة الهيدروجين) يجذب القطب السالب.

جزيئات الماء "تسحب" جزيئات المذاب وتحيطها "بغطاء من الماء" لكن لا تحولها الى أيونات. الجزيئات تبقى متعادلة من ناحية كهربائية. للتيار الكهربائي (محلول السكر مثلاً).

سبب آخر الذي يؤدي الى إذابة مواد جزيئية هو الأربطة الهيدروجينية، جزيئات الماء مرتبطة مع بعضها بأربطة مع بعضها بأربطة هيدروجينية لذلك الماء يستطيع إذابة مواد جزيئيّة التي توجد بين جزيئاتها روابط هيدروجينية أيضاً، أمثلة لمواد كهذه: جلوكوز وسكريات أحاديّة، كتحولات ذات سلاسل قصيرة مثل  CH3OH  ميثانول، CH3CH2OH إيثانول، CH3CH2CH2OH بروبانول.

3. إذابة من خلال تفاعل كيميائي بين المذيب والمذاب: 

في غالب الأحيان التفاعل بين الحامض والقاعدة أو تفاعلات التأكسد والإختزال.

مذيبات غير مائية: 

مذيبات غير مائية مثالية، أي مذيبات التي لا تذوب في الماء ولا تذيب الماء، مكونة من جزيئات غير قطبيّة، الجزيئات متعادلة الشحنة ولا توجد بها مناطق موجبة أو سالبة. هذه المذيبات لا تذيب أنسجة أيونية ومواد قطبيّة، السبب لذلك بسيط: الجزيئات القطبيّة مرتبطة مع بعضها بروابط كهربائية قويّة التي تعمل بين القطب الموجب لجزيء واحد والقطب السالب لجزيء آخر مجاور له.

الجزيئات الغير قطبيّة التي تحيطها لا تستطيع كسر هذه الروابط وانتاج روابط جديدة، لذلك النسيج الأيوني يبقى في حالته الأصليّة.

إذابة سائل في سائل:

كلمة إذابة تعني لنا بشكل عام أن كميّة قليلة من المادة الصلبة (ملح، سكر،-----) التي تتلامس مع كمية كبيرة نسبياً من السائل (كأس شاي مثلاً).

لكن عملية الإذابة هي عمليّة عامّة أكثر التي تعرف تصرف سائلين مختلفين، هل كل سائل يحافظ على روابطه ويبقى في وضعه الأصلي قبل الخلط؟

أو أنّ الروابط البين جزيئيّة بين السائلين تتفكك وتنتج روابط جديدة بين أنواع السائلين؟

الإجابة على هذه الأسئلة مشابهة لتلك التي ذكرت في النقاش على اذابة الصلب في السائل: اذا فصلت الروابط البين جزيئيه للسائلين وتكون روابط بين الجزيئات للسائلين وتكون روابط بين الجزيئات للسائلين، يختلط السائلين في مخلوط متجانس (محلول)، بينما إذا كانت الروابط في السائل قوية أكثر من الروابط  بين البين جزيئية للسائلين المختلفين منفصلين بسبب الفرق في الكثافات. السائل صاحب الكثافة الأقل يطفو على سطح السائل الآخر. ويتكون من طبقتين نستطيع رؤيتها بسهولة بالعين المجردة (الزيت الذي يطفو على الماء هو مثال على ذلك).

التلخيص الذي رأينا أنّ المذيبات القطبيّة وعلى رأسها الماء، تذيب المواد القطبية، صلب وسائل على حد سواء. مواد غير قطبيّة لا تذوب في مذيبات قطبيّة، لان الجزيئات لا تستطيع تفكيك الروابط القويّة بين جزيئات المذيب والانخراط بداخلها، النتيجة هي أنّ المذيب القطبي بشكل جزيئات قطبيّة، لكن لا يذيب جزيئات غير قطبيّة.

مذيبات غير مائية (عضوية) لا تستطيع إذابة مواد التي ترتبط بواسطة أربطة كهربائية قطبيّة. بالمقابل لان جزيئات المذيبات العضوية مرتبطة بواسطة أربطة ضعيفة، تستطيع جزيئات عضويّة أخرى الانخراط بداخلها بسهولة والذوبان(هذه الروابط تدعى "روابط فان ديرفالسي").

النتيجة أنّ المذيبات الغير قطبيّة يذيب بسهولة جزيئات غير قطبيّة، لكن لا يذيب جزيئات قطبيّة.

التصنيف بين المذيبات العضوية والغير عضويّة مهمة جداً في الكيمياء (البيوكيمياء). بالرغم من ذلك ليس كل المذيبات يمكن تعريفها بشكل بسيط، مثال لذلك الكحولات، جزيئات الكحول تتميز بوجود منطقتين ذوات صفات تختلف في نفس الجزيء، "الرأس" قطبي الذي يستطيع عمل روابط هيدروجينية و"ذنب" المكون من سلسلة غير قطبية من ذرات الكرون، لذلك للكحولات قابلية للذوبان في المذيبات القطبية وغير القطبية، فهي تستطيع تكوين روابط هيدروجينية مع مذيبات مائية بفضل الرأس القطبي، ولكن أيضاً اذابة مواد غير مائيّة الذنب الغير قطبي. هذه هي صفاتها المزدوجة لجزيئات الكحولات.

ذائبية الكحولات في الماء تقل كلما كان عدد ذرات الكربون في الجزيء عالي. السبب في ذلك أنّ السلسلة الكربونية لا تستطيع تكوين روابط هيدروجينية مع جزيئات الماء لذلك فهي تصّعب على جزيئات المذاب من الارتباط بالروابط الهيدروجينية للماء، السلسلة الكربونية تدعى أيضاً ذنب هيدروجيني أي يكره الماء، بالمقابل القسم الذي يستطيع الارتباط بروابط هيدروجينية مع الماء يدعى "الرأس الهيروفيلي" أي محب للماء.

الاستخلاص 

عملية الاستخلاص هي عملية خاصة من عمليات الإذابة، فيها مدى ذائبيّة مركب معين في مذيب معطى.

تعريف عملية الاستخلاص: عملية الاستخلاص هي عمليّة يتم فيها تمرير مادة (مواد) مذيبة وخلق توازن الذي يؤدي الى تقسيمها. الاستخلاص يكون دائما بين مذيبين لا يختلطان الواحد بالآخر مثل الماء ومذيب عضوي. بواسطة المذيب العضوي يستطيع اذابة المادة الموجودة في المحلول المائي أكثر كلما كان الاستخلاص أكثر نجاعة. 

عملية تنظيف البقع من الأقمشة المختلفة يعتمد على عملية الاستخلاص مثلاً: من أجل إزالة بقع الزيت من الأقمشة بدون أن تتضرر الأقمشة لا نستعمل الماء، بينما نستعمل مذيب الذي يستطيع إذابة الدهون.

الصفات الكهربائية للماء:  1 ص 14

في هذا الفصل نبحث في الصفات الكهربائية للماء ومحاليل أخرى.

في القسم الأول: 

نفحص الموصلية الكهربائية للماء المقطر، ماء الحنفيّة، محلول سكر، محلول ملح ومخلوط ملح وزيت وسكر وزيت.

في هذا الفصل ثلاثة أقسام: القسم الأول يكرس لفهم الأسباب التي تؤدي الى الموصلية الكهربائية في السوائل. وفي القسم الثاني نفحص تأثير الحقل الكهربائي على الماء وبالمقابل تأثيره على سوائل أخرى.

نرى أيضاً أنه بالرغم من أنّ الماء غير موصل للتيار الكهربائي، يتأثر بالمجال الكهربائي، لماذا؟ التفسير لذلك يأتي في القسم الثالث، بواسطة بناء مجسم لجزيء الماء، الذي يمثل للطلاب كيف أنّ المبنى القطبي يعطي الكهربائي جاذبية.

خلفية للتجربة:

هذا الفصل مقسم الى ثلاثة أقسام:

القسم الأول: تجربة الموصلية، نفحص الموصلية الكهربائية للماء، الزيت، محلول سكر، محلول ملح، مخلوط زيت وملح (ورقة عمل الطالب رقم1)

القسم الثاني: تجربة تأثير الحقل الكهربائي على السوائل، (ورقة الطالب رقم2)

القسم الثالث: العمل مع مجسمات- بناء مجسم من البالونات- الماء وفهم مبنى الماء، القطبيّة، الأربطة الهيدروجينيّة. (ورقة عمل للطالب رقم3)

القسم الأول: التوصيل الكهربائي في المحاليل:

في هذا القسم نفحص الموصلية الكهربائية بواسطة أجهزة بسيطة لبعض المواد.

الأجهزة هي – قضبان الجرافيت (او أقلام رصاص مبريّة من الطرفين)، بطاريّة، لامبة، وأسلاك كهربائية مع ملقط تمساح.

يجب التفريق بين الموصليّة الكهربائية في المعادن والجرافيت وبين الموصلية في المحاليل، التوصيل الكهربائي في المعادن تكون بواسطة حركة الإلكترونات، جسيمات مشحونة بشحنة كهربائية سالبة، هذه الإلكترونات لا تستطيع العبور في المحاليل، التوصيل الكهربائي في المحاليل يكون بواسطة حركة الأيونات.

 الأيونات:   هي جسيمات ذات شحنة كهربائية موجبة أو سالبة بحيث أنّ حركتها نحو الأقطاب تغلق الدائرة الكهربائية، بلغة أخرى الأيونات هي حاملة الشحنة في المحلول.

النتيجة من المذكور أعلاه أنّه في المحاليل التي تحوي على أيونات فقط تكون موصلة للتيار الكهربائي، في التجارب بهذا القسم يفحص الطلاب بعض المواد.

قائمة مواد ونتيجة فحص الموصلية الكهربائية:

ماء مقطر: الماء المقطر غير موصل للتيار الكهربائي (الموصلية منعدمة) بسبب وجود تفكيك قليل جداً لجزيئات الماء الى أيونات، يجب التأكيد على الفرق بين الماء المقطر وبين ماء الحنفيّة.

 ماء الحنفية:  يحوي على أيونات ولذلك هي موصلة للتيار الكهربائي (هذا هو السبب الذي يمنع من لمس الكهرباء عندما نكون مبللين بماء الحنفية).

محلول السكر: السكر يذوب في الماء لكن يكون محلول غير موصل للكهرباء، السبب في ذلك هو أنّ السكر مبني من جزيئات قطبيّة (لذلك تنجذب الى جزيئات الماء وتذوب فيها وفي مذيبات قطبية أخرى) التي لا تتحلل لأيونات.

محلول الملح: محلول الملح موصل للتيار الكهربائي لأنه في عملية الإذابة للملح يتحلل الى أيونات، حركة الأيونات الحرة في المحلول تمكن من الموصليّة الكهربائية.

الزيت: غير موصل للتيار الكهربائي لأنه غير قطبي وبالتأكيد غير مشحون بشحنة كهربائية.

مخلوط من الزيت والملح: الزيت لا يذيب الملح، ولذلك لا تكون موصلة في المخلوط.

مخلوط من الزيت والسكر: أيضاً في هذه الحالة لا توجد موصليّة للكهرباء، لأن الزيت والسكر هي مواد جزيئيّة (لا تتحلل الى أيونات) لذلك أيضاً هذه المخاليط لا توصل الكهرباء.

ورقة عمل 

هل الماء موصل للتيار الكهربائي؟

الهدف: فحص الموصلية الكهربائية للماء ولمحاليل مائية وللزيت.

مقدمة: 

في هذا الفصل نفحص الصفات الكهربائية للماء، معروف لنا أنّه ممنوع لمس الكهرباء وأيدينا مبلولة بالماء، الماء والكهرباء هما ثنائي خطر، لماذا؟ على هذا السؤال تستطيع الإجابة بعد انتهاء التجربة.

المواد والأجهزة المطلوبة:

لقياس الموصلية الكهربائية: قضبان من الجرافيت (أو أقلام رصاص مبريّة من الطرفين). ثلاثة أسلاك كهربائية مع رأس تمساح، بطارية V9 ، مصباح صغير لتيارات منخفضة)، 8 كؤوس كيماوية 250 مليلتر.

50 مليلتر ماء مقطر، 5 غرام سكر، 5 غرام ملح طعام، 50 مليلتر زيت (صويا، زيتون)، ملاقط وقضبان زجاجية للتحريك.

إرشادات العمل:

1- قم بتركيب طقم الموصلية وافحصه (قم بتوصيل قضبان الجرافيت مع المصباح حتى يضيء).

2- في كل تجربة يجب فحص هل توجد موصليّة كهربائيّة، وصف الذي يحدث في الكأس (شاهد الذي يحدث بجانب الالكترودتين، هل تحدث عملية معينة؟)

3- ضع 25 مليلتر ماء مقطر في الكأس.

4- ضع قضبان الجرافيت في الكأس، هل الماء المقطر موصل للتيار الكهربائي.-----------

5- ضع ملعقة داخل الماء وقم بتحريكه جيداً. افحص الموصلية في محلول السكر. هل المحلول موصل للتيار-----------------

6- ضع 25 مليلتر ماء مقطر في كأس أخرى وضع فيها ملعقة ملح وحركه جيداً، وافحص الموصلية الكهربائية في ماء الحنفيّة، هل ماء الحنفية موصل للتيار الكهربائي؟-------

7- افحص الموصلية الكهربائية في ماء الحنفيّة موصل للتيار الكهربائي؟----------------

ضع 25 مليلتر زيت في داخل كأس أخرى وافحص الموصلية، هل الزيت موصل؟

أضف ملعقة سكر للكأس التي تحتوي على الزيت وحركه جيداً. هل ذاب السكر؟ افحص الموصلية الكهربائية. هل محلول السكر والزيت موصل للتيار؟----------

8- ضع 25 مليلتر زيت في كأس أخرى وأضف مليلتر زيت في كأس وأضف ملعقة ملح وحركه جيداً. ينتج طبقتين. افحص الموصلية الكهربائية في كل طبقة، هل هي موصلة؟

أمامك قائمة موصلية ضع (+) اذا كانت المادة موصله و(-) اذا لم تكن موصلة.

اسم المادة الموصلية اسم المادة الموصلية

1. ماء مقطر 5. زيت

2. محلول سكر 6. زيت وسكر

3. محلول ملح 7. زيت وملح

4. ماء حنفية 8. زيت وماء

للتفكير: 

فسروا نتائج التجربة مثلما لخصت في القائمة. حاولوا التخمين لماذا توجد فروق في الموصلية بين المحاليل؟

لماذا يمنع من لمس الكهرباء عندما تكون أيدينا أو أرجلنا مبللة بالماء؟

هل حسب رأيك ماء البحر موصل للكهرباء؟ اشرحوا.

قسم ب: 

تأثير الحقل الكهربائي على تيار سائل وفحص العلاقة بين تصرف السوائل في الحقل الكهربائي وبين ذائبيتهم مع بعض.

في هذه التجربة قسمين: 

القسم الأول- يفحص الطلاب تأثير الحقل الكهربائي على حرف تيار من السوائل. وفي القسم الثاني- يفحص الطلاب ذائبية السوائل التي فحصت في بعضها البعض.

يفحص الطلاب هل توجد علاقة بين نتائج التجربتين، إذا كان نعم ما هو.

هدف التجربة  هو الكشف  بأن المواد التي لها خاصية كهربائية مشابهة تذوب في بعضها، كيفما تم التفسير في المقدمة، جزيئات الكحول لها خاصية شاذة، لأنها تستطيع إذابة مواد مختلفة في خواصها الكهربائية.

تأثير الحقل الكهربائي على تيار من السوائل:

مثلما ذكر في المقدمة جزيئات الماء هي جزيئات قطبيّة، أي يوجد توزيع شحنة غير متماثلة على الجزيء، حول ذرات الأوكسجين يوجد تركيز شحنة سالبة، عندما نخلق حقل كهربائي ثابت (موجب مثلاً) تتحرك جزيئات الماء حول نفسها، بشكل أن القطب السالب للجزيء يتوجه نحو الحقل الكهربائي الموجب، بينما القطب الموجب في الجزيء يتنافر مع الحقل الموجب ويتجه بعيداً عن الحقل الموجب.

في هذه التجربة نستعمل بالونات لانتاج حقل كهربائي ساكن، الكهرباء الساكنة مصدرها من فائض الشحنات السالبة او الموجبة الموجودة على الجسم المعطى. توجد مواجد التي في حالة حثها مع بعضها تؤدي الى انتقال الكترونات من جسم الى آخر، بحيث أنّه ينتج فائض من الشحنات الموجبة على جسم واحد وفائض من الشحنات السالبة على اللآخر. لذلك جهد كهربائي ثابت وساكن الذي يعمل على أجسام اخرى مشحونة (أو قطبيّة). تنتج كهرباء ساكنة بواسطة حث (فرك) البالونات في بلورة الصوف أو الحرير.

في هذه التجربة نفحص تأثير الكهرباء الساكنة على سوائل مختلفة. 

تأثير الحقل الكهربائي الساكن متعلق في قطبيّة الجزيئات. كلما كان الجزيء قطبيّ أكثر التأين عليه يكون أكبر، في هذه التجربة يفحص الطلاب بعض المواد المختلفة بقطبيتها.

الماء هو السائل الأول الذي سيفحص، الكهرباء الساكنة تؤدي الى حرف تيار الماء الذي ينزل من القنينة (أو من الحنفية). هكذا أيضاً ينحرف تيار من الإيثانول، المبني من جزيئات قطبية أيضاً، تيار من الهكسان، هو مادة غير قطبية بالعكس من الماء والايثانول، لا ينحرف أبداً نحو البالون، تيار من الزيت المبنية من جزيئات ذات قطبيّة قليلة تقريباً لا ينحرف لاتجاه البالون.

انتبه!

تلامس بين البالون والهكسان يؤدي الى انفجار البالون. لماذا؟ البالون مكون من المطاط. والهكسان من جزيئات غير قطبيّة، يذيب بشكل جيد المطاط (جزيئات المطاط غير قطبية أيضاً). هذا مثال ممتاز على اذابة مادة صلبة (نسبياً) في سائل. نقطة من الهكسان تفكك الروابط بين جزيئات المطاط (الغير قويّة) وتعمل روابط جديدة معها، الهواء المضغوط يخرج من الثقب.

فحص العلاقة بين تصرفات السوائل المختلفة في الحقل الكهربائي وبين ذائبيتها مع بعضها.

في هذا القسم يخلط الطلاب السوائل التي استعملت في التجربة أعلاه.  يجب التأكد بأن الطلاب يخلطوا سائلين في كل انبوب اختبار. نتائج التجربة تدون في قائمة. في هذه المرحلة يستطيع الطلاب تمييز الحقائق التالية:

1- السائل الذي انجذب الى الحقل الكهربائي الساكن يذوب في السائل الذي انجذب أيضاً (ماء وإيثانول في التجربة). 

2- السائل "--------" للكهرباء الساكنة يذوب في سائل "---------" أيضاً (زيت وهكسان).

3- السائل "--------" للكهرباء الساكنه لا يذوب في سائل الذي انجذب للكهرباء الساكنة.

4- الإيثانول شاذ لذلك اذابة الهكسان الذي كان "------------" للحقل الكهربائي والماء الذي انجذب للحقل الكهربائي.

تعديل المقال