خصائص جزيئات الماء وطرق تكوين الفقاعات بداخله

2011 تجارب علمية داخل المادة

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

خصائص جزيئات الماء جزيئات الماء طرق تكوين الفقاعات الفقاعات الكيمياء

تتكون الفقاعات بصورة رئيسة من جزيئات ماء متماسكة مع بعضها بواسطة كميات ضئيلة من الصابون أو المنظفات، وتستطيع اكتشاف الكثير من الأمور عن جزيئات الماء إذا نظرت عن قرب إلى سطح إحدى الفقاعات.

عندما تشرب كوباً من الماء، انظر عن قرب إلى سطح الماء وستشاهد بأنه يبدو كصفيحة مرنة مشدودة فوق السائل.

املأ الكوب إلى حافته العليا وانظر إلى سطح الماء من جانب الكوب. لابدّ أنك ستشاهد الماء في الوسط يبدو أعلى قليلاً من الجوانب.

 

تتحرك الجزيئات في كوب الماء بصورة مستمرة وتؤدي الاصطدامات الحاصلة بين هذه الجزيئات إلى إنتاج قوى تجاذب ضعيفة تجعل جزيئات الماء تتماسك مع بعضها.

تخيّل، على سبيل المثال، جزيء في مركز الكوب. تتشكل قوى ضعيفة بصورة مستمرة عندما تصطدم الجزيئات مع جيرانها في جميع الاتجاهات، وتخيّل الآن جزيئاً على سطح الماء، سيكون منجذباً إلى جميع جزيئات الماء حوله سواء في الجوانب أو تحت السطح.

وبما أنه لا توجد جزيئات ماء فوق السطح، فليست هناك أي قوى جاذبة تعمل فوق الجزيئات، وهذا ما يجعل الجزيئات الموجودة على السطح مشدودة إلى بعضها، ويُطلق على هذه الحالة مصطلح "توتر السطح".

 

يكون مستوى الماء في الوسط أعلى من مستوى الماء على الجوانب لأن قوة التجاذب على سطح الماء أشدّ من قوة الجاذبية، لكن حين لا يكون الماء داخل وعاء، فإن قوة التجاذب تشدّ الماء ليأخذ شكلاً مستديراً، لذلك فإن قطرات المطر كانت ستبدو كروية (منتفخة) لو أن قوة الجاذبية لم تجعلها مفلطحة نوعاً ما.

إذا غمست طوقاً من السلك في ماء صابوني وسحبته برفق خارج الماء، ستمتد طبقة رقيقة من الماء كالغشاء تشكل سطحاً منبسطاً على كامل الطوق.

إن التجاذب بين جزيئات الماء هو الذي يشدّها لتأخذ هذا الشكل الذي يملأ الطوق في أصغر ما يمكن من السطح – دائرة مسطحة.

 

وإذا ثنيت السلك ليأخذ شكلاً معقداً وغمسته في المحلول ثم سحبته ستجد أن طبقة رقيقة كالغشاء تكوّنت مرة أخرى، كما أن هذه الطبقة الرقيقة المتشكلة في الفراغ بين الأسلاك ستشغل أصغر ما يمكن من مساحة السطح.

إن مسمى فقاعات الصابون مسمى مضلل قليلاً، فالفقاعات مكوّنة بصورة رئيسة من ماء ممزوج بكمية ضئيلة جداً من الصابون.

إن الغرض من إضافة الصابون إلى الماء هو تخفيف توتر سطح الماء، والمقصود بذلك أن الصابون يجعل جزيئات الماء تمتد على السلك وتغطي فراغاته بتلك الطبقة الرقيقة، ولولا وجود الصابون، لقامت القوة المبذولة على سطح الماء بشده وجمعه ليصبح مجرد قطرة صغيرة.

 

إن تشكيل الفقاعات بهذه الطريقة لا يحتاج إلا لكمية ضئيلة من الصابون، لكن إضافة المزيد من الصابون لن يكون مفيداً وسيقلل من فاعلية تشكيل الفقاعات.

هناك مادة كيميائية أخرى تشكل مزيجاً أفضل لصنع الفقاعات، وهذه المادة معروفة باسم «الغليسرين». تستعمل شركات تصنيع المواد الغذائية في أغلب الأحيان مادة الغليسرين التي يُطلق عليها مصطلح «سائل مسترطِب» لأنها تمتص الرطوبة والماء،

 

فعند إضافة الغليسرين إلى محلول الفقاعات، تمتص هذه المادة جزيئات الماء الموجودة في الطبقة الرقيقة التي تشكل سطح الفقاعة وتحفظها من التبخر بسرعة.

ونتيجة لذلك فإن الفقاعات المكوّنة من الماء والغليسرين تكون أمتن وتدوم لفترة أطول من الفقاعات المصنوعة من الماء والصابون.

 

شد الجزيئات لبعضها البعض

تتجاذب جزيئات الماء إلى بعضها البعض، بمعنى أنها تشدّ بعضها البعض بالتساوي في جميع الاتجاهات، إلا أن جزيئات الماء على سطح كوب من الماء يتم شدها إلا من جانب الجزيئات الموجودة تحتها.

وتقوم قوة التجاذب هذه التي يُطلق عليها مصطلح «توتر السطح» بشد سطح الماء ليصبح طبقة رقيقة متماسكة كالغشاء.

ويكون توتر السطح قويًأ بما يتيح لبعض الحشرات إمكانية السير على سطح الماء.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]