הבדל בין מים לקרח

2024 מְחַבֵּר: Alex Aldridge | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 13:39

ההבדל העיקרי בין מים לקרח הוא שלמים אין סידור קבוע של מולקולות ואילו לקרח יש מבנה גבישי מסוים.

מהשלבים הראשונים של האבולוציה של כדור הארץ, המים היו חלק מרכזי בכדור הארץ. באשר להיום, המים מכסים יותר מ-70% משטח כדור הארץ. מכאן, חלק גדול יותר של מים נמצא באוקיינוסים ובימים; שהם כ-97%. בנהרות, אגמים ובריכות יש 0.6% מהמים, וכ-2% נמצאים בכיפות קרח ובקרחונים. כמות מסוימת של מים נמצאת במחתרת וכמות קטנה היא בצורת גז כמו אדים ובעננים. בין זה, נותרו פחות מ-1% מים לשימוש ישיר בבני אדם.המים הטהורים האלה גם הולכים ומזוהמים מיום ליום, וצריכה להיות תוכנית נכונה לחסכון במים.

מה זה מים?

מים היא תרכובת אנאורגנית בעלת הנוסחה הכימית H₂O. מים זה משהו שאנחנו לא יכולים לחיות בלעדיו. שני מימנים נקשרים באופן קוולנטי עם אטום חמצן ליצירת מולקולת מים. יתרה מכך, המולקולה מקבלת צורה מכופפת כדי למזער את דחיית הקשר בין צמד האלקטרונים הבודדים, וזווית H-O-H היא 104^o מים הם נוזל צלול, חסר צבע, חסר טעם וריח. יתר על כן, הוא יכול להיות בצורות שונות כגון ערפל, טל, שלג, קרח, אדים וכו'. הוא עובר לשלב הגז כאשר מתחמם מעל 100 ^{oC בלחץ האטמוספרי הרגיל.}

מים הם באמת מולקולת פלא. זוהי התרכובת האנאורגנית הנפוצה ביותר בחומר חי. יותר מ-75% מהגוף שלנו מורכב ממים. שם, זה מרכיב של תאים, פועל כממס ומגיב. עם זאת, זהו נוזל בטמפרטורת החדר, למרות שיש לו משקל מולקולרי נמוך של 18 גרם^-1

איור 01: המים נמצאים בשלב הנוזל

היכולת של מים ליצור קשרי מימן היא מאפיין ייחודי שיש להם. שם, מולקולת מים אחת יכולה ליצור ארבעה קשרי מימן. חמצן הוא אלקטרונילי יותר ממימן, מה שהופך את קשרי ה-OH במולקולת המים לקוטבים. בגלל הקוטביות והיכולת ליצור קשרי מימן, מים הם ממס רב עוצמה. יתר על כן, אנו קוראים לו ממס אוניברסלי בשל יכולתו להמיס מספר רב של חומרים. יתר על כן, למים יש מתח פנים גבוה, כוחות הדבקה גבוהים וכוחות לכידות. זה יכול לעמוד בשינויי טמפרטורה מבלי ללכת לגז או לצורה מוצקה. אנו קוראים לזה כבעל יכולת חום גבוהה, שבתורה חשובה להישרדותם של אורגניזמים חיים.

מה זה קרח?

קרח הוא הצורה המוצקה של מים.כאשר אנו קוראים למים מתחת ל-0^{oC, הם מתחילים לקפוא ויוצרים קרח. הקרח הוא שקוף או מעט אטום. עם זאת, לפעמים יש לו צבע בהתאם לזיהומים שהוא מכיל. יתר על כן, למתחם זה יש מבנה גבישי רגיל מסודר.}

איור 02: קרח צף על המים

קשרי המימן חשובים ליצירת מבנה מוצק מסודר זה בקרח. קשרי המימן שומרים על מולקולות H₂O במרחק מסוים זו מזו, ויוצרים מבנה גבישי. במהלך תהליך זה, הנפח של אותה מסה של H_{2O מתרחב (מה שאומר שמסת המים מקבלת נפח גבוה יחסית בעת הקפאה ליצירת קרח). מכיוון שנפח המים מתרחב כשהם קופאים, צפיפות הקרח נמוכה מהמים. לכן, הוא יכול לצוף על המים.זה מונע מהמים בתחתית מקווי המים לקפוא בתקופת החורף, ובכך מגן על החיים המימיים.}

מה ההבדל בין מים לקרח?

קרח הוא הצורה המוצקה של מים, ויש לו מבנה גבישי מסוים, אבל למים אין סידור כל כך קבוע של מולקולות. אז זה ההבדל העיקרי בין מים לקרח. כאן, ההבדל הזה נוצר עקב נוכחותם של קשרי מימן בין מולקולות המים. במהלך תהליך ההקפאה, קשרי המימן מחזיקים את מולקולות H_{2O במרחק מסוים זו מזו, ומעניקים מבנה גבישי לקרח. כמו כן, תהליך זה מגביר את עוצמת הקול. לכן, כהבדל חשוב נוסף בין מים לקרח, אנו יכולים לומר שלקרח יש צפיפות נמוכה בהשוואה למים. מכאן שהוא יכול לצוף על המים.}

כמו כן, אנו יכולים לזהות הבדל בין מים לקרח גם על סמך נפחם וצפיפותם. זה; עבור אותה מסה, נפח המים נמוך יחסית מקרח.מכיוון שצפיפות המים גבוהה מזו של קרח. האינפוגרפיקה למטה על ההבדל בין מים לקרח מציגה הבדלים נוספים בין שניהם.

סיכום – מים מול קרח

קרח הוא הצורה המוצקה של מים. עם זאת, עקב נוכחותם של קשרי מימן בין מולקולות המים, נוצר קרח בסידור קבוע של מולקולות H₂O כאשר אנו מתקררים מתחת ל-0^{o C. לכן, ההבדל העיקרי בין מים לקרח הוא שלמים אין סידור קבוע של מולקולות ואילו לקרח יש מבנה גבישי מסוים.}