A.1.1 · الماء

تغطي هذه الورقة موضوعات مختارة من المستوى العادي للمادة الأولى التي تم تقييمها في 2025؛ وهي لا تمثل المنهج الكامل.

المؤهلات السابقة: قراءة الكميات والوحدات المحددة، واستخدام العمليات الحسابية وشروط النموذج أدناه.

الأمثلة أصيلة ومخترعة: فهي ليست قياسات حقيقية أو تحقيقات طلابية فعلية.

ما الذي قد يفسر هذه الملاحظة؟

• قطرة ماء متماسكة على ورقة. ينشأ سلوكها من تفاعلات بين الجزيئات، وليس من غشاء مكون من ماء صلب.

بنِ النموذج

• جزيئات الماء قطبية.
• التجاذب بين الهيدروجين موجب جزئياً لجزيء واحد والأكسجين سالب جزئياً لجزيء آخر ينتج عنه الرابطة الهيدروجينية.
• الترابط هو التجاذب بين جزيئات الماء؛ التلاصق هو التجاذب مع سطح آخر.
• الترابط: التجاذب بين جزيئات نفس المادة.
• التلاصق: التجاذب بين مواد مختلفة.

اختر الأدلة القادرة على اختبار النموذج

• تساعد التفاعلات بين الجزيئات نفسها في شرح التوتر السطحي والطاقة اللازمة لتغيير درجة الحرارة.
• التسخين يغير الحركة والتفاعلات الجزيئية؛ ولا يكسر عادة الروابط التساهمية O–H.

في المختبر: قارن قطرات متساوية على أسطح نظيفة تحت درجة حرارة ثابتة. قس زاوية التلامس أو الانتشار بشكل منتظم. المنظفات تغير النظام، لذا سجل التركيز بدلاً من اعتبار جميع السوائل متكافئة.

اعمل من الكميات المعروفة

• معلوم: 0.100 كجم من الماء ترتفع حرارته بمقدار 5.0 كلفن؛ السعة الحرارية النوعية هي 4,180 جول/(كجم كلفن).
• Q = mcΔT = 0.100 × 4,180 × 5.0 = 2,090 J.
• تستبعد هذه الحسابات الطاقة الممتصة بواسطة الحاوية والمفقودة إلى المحيط.

دورك: استخدم c = 4,180 J/(kg K). احسب Q لـ 0.200 kg من الماء الذي يُسخّن بفرق حرارة قدره 5.0 K.

تحقق من الاستنتاج وحدوده

• الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات تختلف عن الروابط التساهمية داخل جزيء الماء.
• القطبية وحدها لا تجعل كل المواد تذوب جيدًا في الماء.

غير صحيح: غليان الماء عادة ما يكسر روابطه التساهمية O–H. الغليان يفصل الجزيئات عن بعضها البعض، متغلبًا على الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات. أما الروابط التساهمية O-H الداخلية في كل جزيء فتبقى سليمة - فالبخار لا يزال H2O.

المفتاح:

• جزيئات الماء قطبية.
• تساعد التفاعلات بين الجزيئات نفسها في شرح التوتر السطحي والطاقة اللازمة لتغيير درجة الحرارة.
• انتبه إلى: الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات تختلف عن الروابط التساهمية داخل جزيء الماء.

اكتب بدلالة انتقال حراري قدره 1672 جول

• كتلة مقدارها 0.100 كجم من الماء تُسخّن بدرجة حرارة مقدارها 4.0 كلفن. استخدم 4180 جول لكل كيلوجرام لكل كلفن.
• الغليان يفصل الجزيئات. ولا يكسر الروابط التساهمية O-H.