books water abnormalities

تُقسّم حالات شذوذ الماء إلى عدّة مجموعات، مع الأخذ بعين الاعتبار إمكانيّة شمول العديد من حالات الشذوذ ضمن أكثر من مجموعة واحدة، إذ لا يوجد اتفاق عالميّ واضح لتلك المجموعات.

شذوذ حالات الماء

تشمل حالات الماء العديد من الحالات الشاذة وهي كالآتي:

• درجة انصهار الماء مرتفعة بشكل غير اعتيادي.
• درجة غليان الماء مرتفعة بشكل غير اعتيادي.
• النقطة الحرجة* للماء مرتفعة بشكل غير اعتيادي.
• تكوين الماء مجموعة واسعة من الهياكل البلوريّة بترتيبات مختلفة قد تكون مستقرّةً أو غير مستقرّة، وذلك عند تحوّله إلى الحالة الصلبة.
• وجود علاقة عكسيّة بين كلّ من معامل القص*، والموصليّة الحراريّة، وسرعة الصوت في الجليد، مع الضغط.
• تغيُّر هيكلة الماء أثناء وجوده في الحالة السائلة بزيادة الضغط عليه.
• وجود الماء فائق التبريد بحالتين، ووجود نقطة حرجة ثانية عند بلوغ درجة حرارته 91- درجةً مئويةً.
• إمكانية تجميد الماء السائل بصعوبة، وتبريده تبريداً فائقاً بسهولة.
• إمكانية إنتاج ماء سائل ذي برودة فائقة وتحويله إلى مادة صلبة بلوريّة (جليد) عند تسخينه.
• سهولة رفع درجة حرارة الماء السائل وتسخينه تسخيناً فائقاً.
• تجمّد الماء الأكثر سخونةً بسرعةٍ أكبر من الماء البارد، وهو ما يُعرف بتأثير مابيما (بالإنجليزيّة: Mpemba Effect).
• تذبذب الماء الدافئ لفترات أطول من تذبذب الماء البارد.
• تقلّص جزيئات الماء عند ارتفاع درجة حرارته، وتتمدّدها عند تعرّضها للضغط.

شذوذ كثافة الماء

تشمل كثافة الماء العديد من الحالات الشاذة وهي كالآتي:

• تزداد كثافة الجليد عند تسخينه لدرجة حرارة أعلى من 203- درجة مئوية.
• تقلّ نقطة انصهار الجليد عند تعرّضه للضغط.
• تزداد كثافة الماء السائل أثناء التسخين إلى أن يصل لأعلى كثافة له عند درجات الحرارة الأعلى من 3.984 درجة مئوية.
• تكون كثافة سطح الماء الملامس للهواء أكبر من كثافة الجزء الداخلي منه.
• تؤدّي زيادة الضغط على الماء إلى تقليل درجة حرارة الحدّ الأقصى للكثافة.
• يتميّز الماء معامل تمدّد حراري* منخفض.
• تنخفض قيمة معامل التمدّد الحراري للماء بشكل متزايد إلى أن تُصبح قيمته سالبةً عند درجات الحرارة المنخفضة.
• تؤدّي زيادة الضغط إلى ارتفاع قيمة معامل التمدّد الحراري للماء.
• كلّ جزيء ماء سداسي الشكل في الجليد يكون لديه أربعة جزيئات قريبة منه، وعند انصهار الجليد فإنّ عدد الجزيئات الأقرب من مكان الانصهار سيزداد، كما يزداد عددها بارتفاع درجة الحرارة.
• تكون قيمة انضغاطية* الماء منخفضة بشكل غير اعتيادي.
• تنخفض قيمة انضغاطية الماء إلى حدّ أدنى بارتفاع درجة الحرارة إلى 46.5 درجة مئوية.
• يوجد حدّ أقصى للعلاقة التي تربط الانضغاطية مع درجة الحرارة.
• تزداد سرعة الصوت في الماء عند ارتفاع درجة حرارته إلى أعلى من 74 درجةً مئويةً.
• تنحرف سرعة الصوت في الماء في درجات الحرارة المنخفضة لتصل إلى حدّ أدنى لها.
• تزداد سرعة الصوت في الماء عند تعريضه لتردّدات عالية، كما ينقطع الصوت عند الضغط العالي.
• يقل وقت الاسترخاء* بشكل كبيرعند انخفاض درجات الحرارة أثناء تعريض الماء لرنين مغناطيسي.
• يزيد تغيّر التحوّل الكيميائي للرنين المغناطيسي النووي (NMR) في الماء فائق البرودة.
• يصل معامل انكسار الماء* إلى الحدّ الأقصى عندما تكون درجة حرارة الماء أقل من 0 درجة مئوية.
• يتغيّر حجم الماء بصورة كبيرة عند تحوّله من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية.

شذوذ المواد المائية

تشمل المواد المائية العديد من الحالات الشاذة وهي كالآتي:

• عدم القدرة على تكوين محلول مائيّ بصورة مثاليّة، أيّ عدم القدرة على تكوين محلول مائيّ دون أن يتأثّر تركيب المُذيب بالمادة المذابة.
• تختلف الخصائص الفيزيائية لكلّ من المُركّب الكيميائي أكسيد الديوتريوم (D₂O) أو ما يُعرف بالماء الثقيل والمُركّب الكيميائي أكسيد التريتيوم (T₂O) أو ما يُعرف بالمياه فائقة الثقل، عن الخصائص الفيزيائية للماء ذي الصيغة الكيميائية (H₂O).
• يختلف سلوك الماء (H₂O) عن سلوك أكسيد الديوتريوم (D₂O) بشكل كبير خلال مرورهما في الحالات المختلفة من صلابة وسيولة وغازية.
• يزداد متوسط الطاقة الحركيّة لذرات الهيدروجين عند انخفاض درجة حرارة الماء.
• تؤثّر المواد المُذابة في خصائص الماء كلزوجته وكثافته بدرجات متفاوتة.
• نخفض قابلية الغازات غير القطبية للذوبان إلى الحدّ الأدنى عند ارتفاع درجة الحرارة ثمّ تعود لترتفع.
• تكون قيمة ثابت العزل الكهربائي لكلّ من الماء والجليد مرتفعةً.
• تُظهر النفاذيّة النسبيّة للكهرباء في الماء درجات حرارة قصوى.
• تُظهر النفاذية النسبيّة للكهرباء سلوكاً شاذاً عن باقي المواد عند بلوغ درجة الحرارة 60 درجةً مئويةً.
• يصل الجزء التخيّلي من ثابت العزل الكهربائي (بالإنجليزية: The imaginary part of the dielectric constant) إلى الحد الأدنى عند بلوغ درجة الحرارة 253- درجةً مئويةً.
• تُصبح حركة البروتون وأيون الهيدروكسيد سريعة الشذوذ عند تعريض الماء لمجال كهربائيّ.
• ترتفع الموصليّة الكهربائية للماء بشكل كبير باختلاف التردد.
• ترتفع الموصليّة الكهربائية للماء إلى الحدّ الأقصى لها عند درجة حرارة 230 درجة مئوية.
• تتغيّر درجة حموضة الأحماض الضعيفة تبعاً لتغيّر درجة حرارتها.
• يُظهر حيود الأشعة السينيّة هيكلاً غير اعتيادي لجزيئات الماء.
• تتباعد جزيئات الماء عن بعضها البعض بزيادة الضغط بصورة كبيرة جداً، وهذه الحالة تُعرف بمفارقة الكثافة (بالإنجليزية: Density Paradox).
• يُسبّب امتصاص الماء الموجود في الهواء الرطب اختلافاً في الخصائص الكهربائيّة لسطح الماء ممّا يُسبب مقاومةً سلبيّةً.

شذوذ الماء الفيزيائي

تشمل خصائص الماء الفيزيائيّة العديد من الحالات الشاذة وهي كالآتي:

• تُعتبر قيمة لزوجة الماء مرتفعةً بشكل غير اعتيادي.
• تزداد قيمة لزوجة الماء بانخفاض درجة الحرارة.
• تقل لزوجة الماء بزيادة الضغط عندما تكون درجة حرارة الماء أقل من 33 درجةً مئويةً.
• تنخفض قدرة الماء على الانتشار* بشكل كبير بانخفاض درجة الحرارة.
• تؤدّي زيادة كلّ من الكثافة والضغط إلى زيادة الانتشار الذاتي للماء، وذلك عند انخفاض درجات الحرارة.
• يزيد معامل الانتشار الحراري للماء عند درجات الحرارة المنخفضة، ويصل إلى 0.8 جيجا باسكال كحدّ أقصى.
• يتميّز الماء بظاهرة التوتر السطحي*.
• تتغيّر قيمة التوتر السطحي وفقاً لتركيز الأملاح، فبعضها يُقلّل من قيمته إلى الحدّ الأدنى، وهو ما يُطلق عليه بتأثير (Jones-Ray).
• تمنع تركيزات بعض الأملاح تمازج فقاعات الماء الصغيرة.
• يعتمد الحجم الأيوني المولي للأملاح على درجات الحرارة، ويصل إلى الحدّ الأعلى عند ارتفاع درجة الحرارة.

شذوذ الماء الحراري

تشمل خصائص الماء الحرارية العديد من الحالات الشاذة وهي كالآتي:

• تتغيّر حرارة الاندماج* للماء مع تغيّر درجة الحرارة، ويبلغ هذا التغيّر حدّه الأقصى عند درجة حرارة 17- درجةً مئويةً.
• تبلغ قيمة السعة الحرارية* المحدودة للماء ضعف السعة الحرارية المحدودة للثلج والبخار.
• تكون قيمة السعة الحرارية المحدودة للماء مرتفعةً بشكلٍ غير اعتيادي.
• تصل السعة الحرارية المحدودة للماء إلى أدنى قيمة لها عند درجة حرارة 36 درجةً مئويةً.
• تصل السعة الحرارية المحدودة للماء إلى أعلى قيمة لها عند درجة حرارة 45- درجةً مئويةً.
• يرتبط بلوغ السعة الحرارية المحدودة للماء للحد الأدنى بقيمة الضغط.
• يوجد حد أقصى للسعة الحرارية للماء.
• للماء أعلى درجة حرارة تبخّر.
• للماء أعلى درجة حرارة تسامي.
• للماء قصور حراري عالي الشذوذ من التبخير.
• تكون قيمة الموصليّة الحراريّة للماء مرتفعةً، وتبلغ الحد الأقصى لها عند درجة حرارة 130 درجةً مئويةً.