نشاط عملي يوّضح كيفية اكتشاف درجة عسر الماء

2011 الكيمياء في حياتنا اليومية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

عسر الماء الماء الكيمياء

الأهداف:

1- اكتشاف مدى عسر الماء الذي نستخدمه.

2- معرفة كيفية المقارنة بين نتائج الإختبار لكميات مختلفة

 

الأدوات التي تحتاجها:

– ثلاثة أوعية صغيرة ذات غطاء لولبي ( أوعية طعام للأطفال )

– سائل جلي

– قطارة عين

– ماء مقطّر

– ماء من الصنبور

– ملح

– كوب قياس

– ملعقة

 

خطوات العمل:

1- قِسْ كميات متساوية من سائل الجلي والماء المقطر وصبها في كوب القياس ، ثم امزجها لكي تصنع منها محولاً.

2- إملأ وعاء واحداً إلى نصفه بماء الصنبور، ثم إملأ الوعاءان الثاني والثالث إلى نصفهما بالماء المقطّر ، وأضف مقدار ملعقة واحدة من الملح للوعاء الثالث.

3- أضف نقطة واحدة من الصابون للوعاء الأول وضع الغطاء ثم رج الوعاء ثلاث مرات ، هل ترى أي رغوة في الإناء؟

4- إذا لم تحصل على رغوة، أضف قطرة أخرى من الصابون (سائل الجلي) ثم رجّ الوعاء مرة أخرى واستمر بإضافة قطرة واحدة في كل مرة مع رجّ الوعاء إلى أن تتشكل الرغوة.

5- سجل عدد قطرات الصابون التي قمت بإضافتها قبل ظهور الرغوة في الماء، ثم كرر هذا الاختبار في الوعاءين الآخرين مع إضافة نصف ملعقة صغيرة من الملح في الوعاء الأول دون إضافة الملح للوعاء الآخر.

 

يمكن للماء أن يحتوي على كميات مختلفة من الأملاح، وهذا يؤدي إلى اختلاف في درجات عُسر الماء.

استخدم نتائج تجربتك لاختبار ماء الصنبور في مدرستك أوالملعب أوالحديقة أو في مكان عمل والدك.

احتفظ برسم بياني للمكان الذي أحضرت منه الماء وعدد قطرات الصابون التي احتجتها لتكوين الرغوة.

 

إن إحدى الطرق المستخدمة لتنفيذ هذه الاختبارات تتمثل في إعداد صندوق محمول لاختبار عُسر الماء.

يحتاج صندوق الاختبار إلى قطارة وكوب قياس صغير ووعاء زجاجي صغير مع غطاء لولبي، ووعاء زجاجي آخر يحتوي على كمية من مزيج الصابون، الذي أعددته بنفسك، ودفتر وقلم رصاص وبعض المناديل الورقية.

استخدم كوب القياس للتأكد دائماً من وضع كمية الماء نفسها في وعاء الاختبار.

 

أخرج أدواتك عند عثورك على الماء الذي ترغب باختباره ثم ضع كمية من الماء الذي قمت بقياسه في الوعاء الزجاجي الفارغ وباشر بإجراء الاختبار وتسجيل نتائجك، ثم تخلص من الماء المستعمل واغسل الوعاء والقطارة بالماء وجففهما بالمناديل الورقية.

احزم أدواتك كي تكون مستعداً لإجراء الاختبار التالي.

 

تحليل النشاط:

لقد اختبرت في هذا النشاط درجة عُسر الماء عن طريق مزجه مع الصابون. عند مزج الماء العَسِر مع الصابون فإنه يكوِّن الزَبَد بدلاً من الرغوة.

وتُستبدل ذرّات المغنيزيوم أو الكالسيوم الموجودة في الماء العَسِر بذرّات الصوديوم في الصابون لتشكيل زَبَد غير قابل للإنحلال أو الذوبان.

إن الماء المقطر هو الماء الذي تمت إزالة كل معادنه (أملاحه)، ولا بدّ أنك اكتشفت أنه لم يحتج إلى أكثر من بضع قطرات من محلول الصابون لتكوين الرغوة.

 

لقد قُمتَ بتكوين ماء عَسِر عند إضافتك الملح إلى الماء المقطر، وتحتاج إلى كمية أكبر من محلول الصابون كي تكوّن هذه الرغوة.

تعتمد كمية محلول الصابون التي تحتاجها لصنع الرغوة على درجة عُسر ماء الصنبور في منطقتك، لا سيما أن درجة عُسر الماء تتغير بصورة ملحوظة من منطقة إلى أخرى ضمن المدينة الواحدة، بل قد تتغير أيضاً من حي لآخر ضمن البلدة نفسها.

وإذا قُمت بأداء نشاط المتابعة واختبرت المياه في مناطق مختلفة حول بلدتك أو مدينتك، فربما اكتشفت أن عُسر الماء النسبي يختلف من مكان لآخر.

 

إن الماء الذي يجري ضخه في أعماق الأرض يكون عادة أكثر عسراً من مياه الأنهار والبحيرات، وذلك لأن المياه الجوفية غالباً ما تحتوي على معدن كربونات الكالسيوم المذاب فيها.

كما يذوب هذا المعدن في المياه من الصخور المحيطة به، ولهذا السبب تحتوي مناطق جنوب غرب الولايات المتحدة على مياه عَسِرة جداً.

وإذا قُمتَ بغلي بعضٍ من هذا الماء العِسر في إبريق أو مقلاه حتى يتبخر كله فستجد بقايا مادة على هيئة رقائق أو قشور بيضاء، وهي ملح كربونات الكالسيوم المعروف أيضاً باسم القشور الكلسية (أو القشور الجيرية).

 

يستخدم العديد من الناس الذي يعيشون في مناطق المياه العسِرة جهازاً يسمى «عمود التبادل الأيوني» أو «منقي الماء”لإزالة المعادن التي تسبب صعوبة التنظيف بالماء العَسِر.

بالإضافة إلى «تكلّس”الطبقة الداخلية من صنابير المياه والأباريق والغلايات، بل إن الماء العَسِر يمكن أن يسبب مشكلات صحية أيضاً، ولهذا السبب يتم تركيب منقي الماء مباشرة على أنابيب إمداد المياه.

إن الفكرة في جهاز تنقية المياه بسيطة جداً، حيث يتم استبدال أيونات الصوديوم بأيونات الكالسيوم والمغنيزيوم الموجودة في الأملاح الذائبة في الماء، فأملاح الصوديوم تذوب في الماء ولا تشكل الزَبَد مع الصابون.

 

ومن أجل عملية تبادل الأيونات، تمر المياه في المنزل من خلال قاعدة أو عمود التبادل الأيوني الذي يحتوي على حبيبات بلاستيكية صغيرة مغطاة بأيونات الصوديوم التي تساعد في عملية التبادل بين الأيونات.

وعند تدفق المياه عبر أيونات الصوديوم تقوم هذه الأيونات بمبادلة أماكنها مع أيونات الكالسيوم والمغنيزيوم الموجودة في الأملاح، وهكذا فإن الماء الذييخرج من المنقي يكون يسِراً (أنقى)، ما يسهل تكوين الرغوة مع الصابون.

ولكن بعد مضي فترة من الزمن تصل الحبيبات في الجهاز المنقي إلى مرحلة تتوقف فيها عن تنقية الماء، لذلك ينبغي استبدال المنقي بما أنه أصبح يحتوي على أيونات الكالسيوم والمغنيزيوم فقط من دون وجود أيونات الصوديوم وهناك فصائل عديدة من الأملاح.

 

بالإضافة إلى الصابون، يتكوّن كل منها من حمض مختلف، فالكبريتات تتكوّن من حمض الكبريتيك، مثل جصّ باريس المكوّن من كبريتات الكالسيوم.

ويمكن تشكيل الكلوريدات صناعياً بوساطة غاز كلوريد الهيدروجين أو حمض الهيدروكلوريك على الرغم من استخراج بعض الكلوريدات شائعة الاستعمال، مثل ملح الطعام (كلوريد الصوديوم)، من مياه البحر.

كما أن الكربونات، مثل أملاح الاستحمام (كربونات الصوديوم)، يتم إنتاجها بوساطة حمض الكربون، وهو عبارة عن محلول غاز ثاني أكسيد الكربون في الماء.

 

ما العمل إذا لم أحصل على أي رغوة في الوعاء حتى بعد إضافة عدة قطرات من الصابون (سائل منظف الأطباق)؟

يعيش بعض الناس في مناطق يكون فيها الماء يسِراً جداً، وهو الماء الذي يحتوي على كميات قليلة من الأملاح والمعادن.

إذا كان الماء الذي تستخدمه يسِراً (نقياً) أو كنت تستخدم مرشح ماء (الذي يجعل الماء يسراً)، فقد لا تحصل على أي رغوة في الوعاء.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]