لماذا يحتوي الماء على ”جلد“؟

مثلما‭ ‬ينتج‭ ‬جلد‭ ‬الإنسان‭ ‬درعاً‭ ‬واقية‭ ‬لأجسامنا،‭ ‬تشكّل‭ ‬كمية‭ ‬من‭ ‬الماء‭ ‬حاجزاً‭ ‬على‭ ‬سطحه‭ ‬يقاوم‭ ‬القوى‭ ‬ويجمع‭ ‬جزيئات‭ ‬الماء‭ ‬معاً. ‬يعرف‭ ‬هذا‭ ‬بالتوتر‭ ‬السطحي ‬Surface‭ ‬tension‬، والذى‭ ‬يُرى‭ ‬عندما‭ ‬يهبط‭ ‬جسم‭ ‬صغير‭ ‬أو‭ ‬حشرة‭ ‬على‭ ‬الماء‭. ‬وبدلاً‭ ‬من‭ ‬أن‭ ‬يقطع‭ ‬الماء‭ ‬بشكل‭ ‬حاد،‭ ‬يسبب‭ ‬الجسم‭ ‬أولاً‭ ‬انثناء‭ ‬السطح،‭ ‬كما‭ ‬لو‭ ‬كان‭ ‬الماء‭ ‬مغطى‭ ‬بغشاء‭ ‬بلاستيكي Cling‭ ‬film‬، على‭ ‬الرغم‭ ‬من‭ ‬أن‭ ‬سطح‭ ‬السائل‭ ‬الشبيه‭ ‬بالجلد‭ ‬له‭ ‬تركيبة‭ ‬مماثلة‭ ‬لمادته‭ ‬الأصلية. ‬والفرق‭ ‬هنا‭ ‬هو‭ ‬أن‭ ‬الروابط‭ ‬الكيميائية‭ ‬التي‭ ‬تربط‭ ‬الجزيئات‭ ‬على‭ ‬السطح‭ ‬تكون‭ ‬أقوى‭ ‬بكثير‭ ‬من‭ ‬تلك‭ ‬الموجودة‭ ‬تحتها‭.‬

التوتر‭ ‬السطحي‭ ‬مسؤول‭ ‬أيضاً‭ ‬عن‭ ‬صياغة‭ ‬شكل‭ ‬قطيرات‭ ‬المطر‭. ‬بدلاً‭ ‬من‭ ‬التشتت‭ ‬على‭ ‬الأسطح‭ ‬بالتساوي،‭ ‬تتجمع‭ ‬جزيئات‭ ‬الماء‭ ‬معاً‭ ‬لتشكل‭ ‬قطيرات‭ ‬عند‭ ‬سقوطها. ‬لقطيرات‭ ‬المطر‭ ‬الصغيرة‭ ‬توتر‭ ‬سطحي‭ ‬أقوى‭ ‬من‭ ‬القطيرات‭ ‬الكبيرة. ‬عند‭ ‬سقوطها‭ ‬في‭ ‬الهواء،‭ ‬تصبح‭ ‬قطيرات‭ ‬الماء‭ ‬أقل‭ ‬كروية‭ ‬وتتسطح‭ ‬في‭ ‬أسفلها‭ ‬عندما‭ ‬يدفعها‭ ‬الهواء. ‬تسقط‭ ‬قطيرات‭ ‬المطر‭ ‬على‭ ‬الأرض‭ ‬وتصطدم‭ ‬بقطيرات‭ ‬أخرى‭ ‬في‭ ‬رحلتها،‭ ‬فيزداد‭ ‬حجمها. ‬وتستمر‭ ‬هذه‭ ‬العملية‭ ‬حتى‭ ‬يكون‭ ‬التوتر‭ ‬السطحي‭ ‬أضعف‭ ‬من‭ ‬أن‭ ‬يحافظ‭ ‬على‭ ‬شكل‭ ‬القطيرة‭ ‬فتتشتت‭ ‬الجزيئات‭.‬

الانهيار‭ ‬الجزيئي
عندما‭ ‬تهبط‭ ‬حشرة‭ ‬على‭ ‬الماء،‭ ‬ستدعمها‭ ‬الروابط‭ ‬الهيدروجينية

1 ‬جزيئات‭ ‬الماء WATER MOLECULES
تحتوي‭ ‬جزيئات‭ ‬الماء‭ ‬على‭ ‬ذرتي‭ ‬هيدروجين‭ ‬موجبتين‭ ‬وذرة‭ ‬أكسجين‭ ‬سالبة،‭ ‬والتي‭ ‬تجذب‭ ‬بعضها‭ ‬بعضاً‭ ‬لتكوين‭ ‬روابط‭ ‬هيدروجينية‭.‬

2 جزيئات‭ ‬مركزية CENTRAL MOLECULES
تشكل‭ ‬جزيئات‭ ‬الماء‭ ‬الموجودة‭ ‬في‭ ‬المركز‭ ‬روابط‭ ‬عديدة‭ ‬مع‭ ‬الجزيئات‭ ‬المحيطة‭ ‬بها‭ ‬تماماً‭.‬

3 المياه‭ ‬السطحية SURFACE WATER
لا‭ ‬يمكن‭ ‬للجزيئات‭ ‬الموجودة‭ ‬على‭ ‬السطح‭ ‬الارتباط‭ ‬إلا‭ ‬بتلك‭ ‬الموجودة‭ ‬بقربها‭ ‬وتحتها‭.‬

4 روابط‭ ‬قوية STRONG BONDS
نظراً‭ ‬لوجود‭ ‬عدد‭ ‬أقل‭ ‬من‭ ‬الروابط‭ ‬الهيدروجينية‭ ‬على‭ ‬السطح،‭ ‬فإن‭ ‬الروابط‭ ‬المتشكلة‭ ‬تكون‭ ‬أقوى‭.‬

5 دعم‭ ‬أقوى STRONGER SUPPORT
تبقى‭ ‬الروابط‭ ‬القوية‭ ‬على‭ ‬السطح‭ ‬سليمة‭ ‬تحت‭ ‬ضغط‭ ‬الوزن‭ ‬الخفيف، مما‭ ‬يمكّن‭ ‬الحشرات‭ ‬مثل‭ ‬متزلجات‭ ‬الماء‭ ‬Water striders‭ ‬ من‭ ‬المشي‭ ‬على‭ ‬الماء‭ ‬دون‭ ‬أن‭ ‬تغوص‭ ‬فيه‭.‬

كسر‭ ‬التوتر

تغير بعض العوامل قوة التوتر السطحي للماء. فمع انخفاض درجة حرارة الماء، مثلاً، يزداد التوتر السطحي، في حين تؤدي درجات الحرارة الأدفأ إلى إضعاف ”الجلد“. يرجع ذلك لامتلاك الجزيئات لقدر أكبر من الطاقة عند درجات الحرارة الأعلى، فتتحرك بوتيرة أسرع وتفقد قدرتها على البقاء مترابطة لفترة طويلة. وكذلك تقلل إضافة المواد الكيميائية إلى الماء من التوتر السطحي. تحتوي جزيئات الصابون على طرف محب للماء Hydrophilic ينجذب إلى الماء وطرف آخر كاره للماء Hydrophobic يصده. وعند ملامسته للماء، يسحب الطرف المحب للماء جزيئات الماء بعيداً عن بعضها بعضاً في حين يمنع الطرف الكاره للماء امتزاج الجسم المائي بشكل متماسك.