درجة حرارة تجمد الماء

خصائص الماء

الماء من أكثر السوائل أهمية لجميع الكائنات الحيّة على وجه الأرض، ويُعتَبر أيضاً من السوائل التي شكَّلت لغزاً وحيَّرت العالم، فهو موجودٌ في الطبيعة بثلاث حالات، وهي: الحالة الغازية كبخار الماء، والحالة السائلة كمياه الأمطار، والأنهار، والبحيرات، والبحار، والمحيطات، والحالة الصلبة كالجليد والثلج، وعندما يتحوّل الماء من حالة إلى أخرى لا بدّ أن تتغير درجة حرارته، فعندما يتحوّل الماء إلى البخار يمرّ بدرجة الغليان، وعندما يتحوّل إلى جليد تسمّى الدرجة التي يصلها بدرجة التجمّد، وعند التحوّل من حالة الصلبة إلى السائلة تسمّى هذه الدرجة بدرجة الانصهار، ومن بين هذه الحالات سنوضّح الحالة الصلبة التي يمرّ بها الماء وهي درجة التجمُّد.

درجة حرارة تجمّد الماء

على عكس السوائل الموجودة على سطح الأرض فإنّ الماء عندما يتجمَّد يبدأ من الأعلى إلى الأسفل وليس من الأسفل إلى الأعلى كما في السوائل الأخرى، وعلمياً يبدأ الماء بالتجمُّد عند درجة حرارة صفر مئوي، أي ما يساوي 32 فهرنهايت، وعندما يبرد الماء أيّ إذا وصلت درجة حرارته إلى 4 درجات مئويّة ترتفع كثافته ويبدأ بالتمدّد عند هذه الدرجة، ولهذا نلاحظ إنّ الجليد أو الثلج يطفو فوق سطح الماء وهذه حكمة إلهيّة حتّى لا تنعدم الحياة تحت الماء إذا جَمُد القاع.

آلية تجمّد الماء

في هذه العملية تَفقِد جزيئات الماء طاقتها وحركتها، وتزداد الروابط الهيدروجينيّة بين الجزيئات، حيث يرتبط كلّ جزيء بأربعة جزيئات مجاورة له، ممّا يزيد الفراغات بين جزيئات الماء، فتبدأ درجة الحرارة بالانخفاض كلَّما اتجهت إلى السطح، فالماء الذي درجة حرارته 4 مئويّة يبقى بالأسفل؛ لأنّ كثافته مرتفعة، ويعلوه الماء الذي درجة حرارته 3 مئوية أيّ أقلُّ كثافة من الذي قبله، ثمّ يتدرج الماء من درجة الحرارة 2 مئويّة إلى درجة واحد ثمّ إلى الصفر، وعند الصفر يتجمّد الماء ويتحوّل إلى جليد يطفو فوق الماء الذي درجة حرارته 4 مئويّة.

أهمية ظاهرة تجمّد الماء

يشكّل الجليد أو الثلج عازلاً طبيعيّاً بين الغلاف الجويّ البارد والماء أسفل طبقة الجليد، حيث يتميَّز الجليد بانخفاض معامل التوصيل الحراريّ، فعندما تصل درجة حرارة الهواء إلى خمس تحت الصفر فإنّ طبقة الجليد لن يتجاوز سُمكها المتر أو المترين، وهذه خاصيّة الجليد في المحافظة على درجة حرارة الماء في أسفله، حيث يحتفظ بحرارته ولا يتأثر بهبوط درجة حرارة الهواء الملامس لطبقة الجليد؛ ممّا يجعل الماء ملائماً لاستمرار حياة المخلوقات تحت الماء.

عندما يذوب أو ينصهر الجليد مُتحوّلاً إلى ماء فلا بدّ أن يصل إلى درجة الانصهار، ودرجة انصهار الماء هي صفر مئويّ وهي مساوية لدرجة التجمّد، ونذكر أيضاً أنّ الماء الساخن يتجمّد أسرع من الماء البارد، وما زالت هذه الخاصيّة تحيّر العلماء في التفسير حيث أُطلق على هذه الظاهرة اسم (أم بي با) التي تنبَّه إليها كلّ من أرسطو، ورينيه، ديكارت.