آب مایعیست که حیات بدون آن میسر نیست و محور اصلی علم هیدرولوژی (آب شناسی) را تشکیل می دهد. مولکولهای آب از اتمهای اکسیژن وهیدروژن تشکیل شده و توسط پیوند هیدورژنی به هم متصل می شوند .اتمهای مذکور خود توسط نیروی کووالانس به هم متصل شده اند و فرمول شیمیایی مولکول آب H2O است . اتمهای هیدروژن دارای بار مثبت با زاویه ای نزدیک به 105 درجه دور اتم اکسیژن با بار منفی را گرفته اند و این وضعیت حالتی قطبی به این پیوند می دهد. دیمانسیون بالک آب در دمای 20 درجه سانتیگراد برابر 2100000000 نیوتن بر متر مربع است.
آب ماده ای است بی رنگ ، بی بو، بی طعم ، در حالت خالص دارای PH تقریباً 7 ، چگالی تقریباً 1g/cm ( در دمای 25 درجه سانتیگراد و فشار 1 اتمسفر) ، در 100 درجه سانتیگراد به جوش می آید و در 4 درجه کاهش چگالی می دهد و در صفر درجه یخ می بندد.
آب تنها ماده طبیعی است که به سه حالت جامد، مایع و گاز(بخار) بطور طبیعی در کره زمین پیدا می شود. در حالتی که تبدیل به یخ می شود یخ چگالی کمتری نسبت به آب سرد دارد بنابراین یخها ر وی آب شناور می شوند. از طرفی نوعی عایق در سطح تشکیل می شود و دمای آب در مناطق میانی تعدیل می شود. آب کشش سطحی بسیار بالایی دارد. به عبارت دیگر آب چسبنده و الاستیک است و تمایل دارد که بجای پخش شدن، بصورت فشرده و قطره‌ای باشد. کشش سطحی یکی از دلایل خاصیت مؤینگی آب است و باعث میشود تا آب و مواد محلول موجود در آن در داخل ریشه گیاهان و مویرگهای بدن انسان و آوندهای گیاهی حرکت کند. مسئله تغییر حجم هنگام تبدیل به یخ شدن در طبیعت بسیار مهم است بعنوان مثال پدیده هائی چون تخریب فیزیکی، هوازدگی سنگها و متلاشی شدن لوله های انتقال آب از اثرات این پدیده است. آب خالص تقریباً بو، مزه و رنگ ندارد.
جرم مخصوص که بصورت جرم در واحد حجم تعریف می شود برای آب 1000 کیلوگرم بر متر مکعب در نظر گرفته می باشد.
نیروئی که جاذبه زمین بر واحد حجم وارد می کند و با دیمانسیون ML-2T2 نمایش داده می شود برای آب برابر 9810 نیوتن بر متر مکعب است.
چگالی یک جسم نسبت بین دانسیته یا جرم مخصوص یک جسم به دانسیته آب در دمای استاندارد 4 درجه سانتیگراد و فشار یک اتمسفر است، بنابراین چگالی آب یک است. چگالی بدون دیمانسیون می باشد.
لزجت خاصیتی از سیال است که به موجب مقاومت در مقابل تغییر شکل زاویه ای پدید می آید. این ویژگی متاًثر از نیروی پیوستگی (رابطه بین مولکولهای همجنس) و چسبندگی (ارتباط بین مولکولهای همجنس) مولکولهاست. آب یک سیال نیوتونی محسوب می شود زیرا رابطه میان تنش برشی و تغییر شکل آن تقریباً خطی است. دیمانسیون لزجت ML-1T2 می باشد. آب بواسطه اثر موئینگی در مقابل نیروهای کشش سطحی که در سطح مشترک آب و هوا وجود دارد مقاومت می کند. کشش سطحی باعث می شود تافشار داخل قطر مایع بیش از خارج آن باشد.
کشش سطحی آب: که با سیگما مشخص می شود در دمای 20 درجه برابر 0.073 نیوتن بر متر است.
لزجت دینامیک : این پارامتر که به لزجت مطلق هم شناخته می شود، در دمای 20 درجه برای آب 20N.S/m2 است.
لزجت سینماتیک: مترادف نسبت لزجت دینامیک به دانسیته آب است و در دمای 20درجه 10-6m2/s خواهد بود.
در دمای 20 درجه فشار بخار آب 2100000000 نیوتن بر متر مربع است.
آب ماده ای فراوان در کره زمین است. به شکل های مختلفی همچون دریا ، باران ، رودخانه و... دیده میشود. آب در چرخه خود ، مرتباً از حالتی به حالت دیگر تبدیل میشود، اما از بین نمی‌رود. هر گونه حیات محتاج آب می‌باشد. انسان ها از آب آشامیدنی استفاده می‌کنند، یعنی آبی که کیفیت آن مناسب سوخت و ساز بدن باشد.
با رشد جمعیت، منابع آب طبیعی در حال تمام شدن هستند و این مسئله ، سبب نگرانی بسیاری از دولت‌ها در سراسر دنیا شده است. گاهی بدلیل مشکلات کمبود آب ، این ماده را جیره بندی می‌کنند تا مصرف آن را تعدیل نمایند.
آب ماده ای شگفت انگیز
فرمول شیمیایی آب
آب نوعی ماده مرکب است که از دو عنصر اکسیژن و هیدروژن ساخته شده است. آب را جزو دسته مخلوط‌ها طبقه‌بندی نمی‌کنند، چون خواص آب نه به خواص هیدروژن شبیه است و نه به خواص اکسیژن. از ترکیب دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن، یک مولکول آب بوجود می‌آید. یک قطره آب دارای تعداد بی شماری مولکول آب می‌باشد.
معادله شیمیایی واکنش بین هیدروژن و اکسیژن و تشکیل آب از قرار زیر است:
هر مولکول آب دارای یک ناحیه مثبت و یک ناحیه منفی است که این دو ناحیه در دو طرف مولکول آب واقع شده‌اند. شیمیدان‌ها با کمک شواهد به این نتیجه رسیده‌اند که مولکول آب شکل خطی ندارد، یعنی به این صورت نیست که دو اتم هیدروژن بصورت خطی در دو طرف یک اتم اکسیژن قرار گرفته باشند (HOH). بلکه مولکول آب حالت خمیده ای دارد که اتم های هیدروژن در سر مثبت مولکول و اتم های اکسیژن در سر منفی مولکول آب تجمع پیدا نموده اند.
اشکال متغیر
آب در اشکال متفاوتی بر روی زمین یافت میشود. تنها ماده ای است که در طبیعت به هر سه حالت جامد، مایع و گاز وجود دارد. ابرها در آسمان، موج دریا، کوه یخی، توده های یخی در دل کوه ها و منابع آبی زیرزمینی تنها چند شکل از آب می‌باشند. طی اعمال تبخیر، میعان، انجماد و ذوب، آب مرتباً از حالتی به حالت دیگر تبدیل میشود. این پدیده تبدیل آب را چرخه بزرگ آب می‌نامند.
از آنجا که بارندگی در صنعت کشاورزی و همچنین برای خود بشر بسیار با اهمیت است، به اشکال مختلف بارندگی نام های به خصوصی اطلاق میشود. بارندگی معمولاً بصورت باران است. دیگر اشکال آن، تگرگ،برف، مه و شبنم می‌باشند. همچنین، از برخورد نور با قطرات باران، رنگین کمان پدید می‌آید.
آب‌های روی سطح زمین، نقش های مهمی ایفا می‌کنند؛ رودخانه‌ها آب مورد نیاز کشاورزی را فراهم می‌کنند و دریاها هم وسیله ای برای تجارت و مبادله کالاها محسوب می‌شوند. توده های یخی و آبشارها هم از دیگر اشکال آب هستند. فرسایش به وسیله ی آب، نقش مهمی در شکل محیط زیست ایفا می‌کند.
به علاوه، دره ها و دلتاهای حاصل از رسوبات رودخانه‌ها، محلی برای سکنی گزیدن انسان ها بوده است. آب به داخل زمین هم نفوذ می‌کند و آب‌های زیرزمینی را ایجاد می‌کند. آب‌های زیرزمینی را می‌توان با کندن چاه یا قنات استخراج نمود. البته آب های زیرزمینی به شکل چشمه یا چشمه آب گرم هم به سطح زمین می‌آیند.
آب املاح و مواد معدنی مختلفی دارد که بر حسب آن مواد، طعم و مزه اش بسیار تفاوت می‌کند. البته ما انسان‌ها ، خود ، قادریم که آشامیدنی بودن آبی را ارزیابی کنیم؛ مثلاً از آب شور دریا و یا آب‌های بدبوی باتلاق ها استفاده نمی‌کنیم. بلکه آبی می نوشیم که سالم بوده و مناسب نیازهای بدنمان باشد.
اهمیت آب در زندگی
آب خواص مهمی دارد که در زندگی ما بسیار با ارزشند. از جمله:
حلال بسیار خوبی است.
چگالی بالایی دارد و جالب این که وقتی یخ می‌زند یا حرارت می‌بیند، چگالی آن کاهش می‌یابد.
گرمای تبخیر آب بالاست. یعنی برای تبدیل مقدار کمی آب به بخار، گرمای زیادی لازم است. این خاصیت برای بدن ما بسیار با اهمیت می‌باشد. گرمای اضافی بدن با تبخیر تنها مقدار کمی از آب بدن از طریق منافذ پوست تعریق کاسته میشود.
نیروی کشش سطحی آن به طور شگفت انگیزی زیاد است. گهگاه شاهد نشستن حشرات روی سطح آب بوده‌ایم. اگر به دقت به طرز قرار گرفتن حشره روی سطح آب نگاه کنید، متوجه می‌شوید که سطح آب زیر پای حشره، مانند یک تشک ابری فرو می‌رود؛ اما پاره نمی‌شود.
آب مواد مختلف از جمله شکر و نمک را براحتی در خود حل می‌کند. بسیاری از واکنش های شیمیایی تنها در حضور آب انجام می‌شوند. البته پاره ای مواد با آب مخلوط نمی‌شوند، مثل لیپیدها و دیگر مواد هیدرات کربن‌دار. غشاء سلولی که حاوی لیپیدها و پروتئین است، از این خاصیت آب سود جسته و تعاملات محتویات سلولی با مواد شیمیایی خارج سلول را بدقت تحت کنترل دارد.
یکی دیگر از خواص جالب آب، حالت جامد آن، یعنی یخ می‌باشد. هنگامی که آب بر اثر سرما به یخ تبدیل میشود، انبساط می‌یابد، بدین معنا که حجم بیشتری را اشغال می‌کند.
بنابراین، حجمی از یخ که هم‌حجم آب اولیه است، جرم کمتری دارد. به این علت می‌گویند که چگالی یخ از آب کمتر است و همین مسئله باعث میشود که یخ روی آب شناور بماند. در حالی که در بیشتر موارد، چگالی ماده جامد از حالت مایع آن بیشتر است.
این ویژگی آب سبب میشود که بر خلاف بسیاری از مایعات، آب از سطح شروع به انجماد کند. این پدیده را بارها به هنگام شروع یخ زدن آب، درون فریزر منزلتان دیده اید؛ در زمستان با یخ زدن سطح آب دریاچه‌ها، لایه عایقی از یخ ایجاد میشود که این لایه، از یخ زدن لایه های زیرین خود جلوگیری می‌نماید. در این شرایط ، ماهی ها و دیگر آبزیان می‌توانند در مناطق گرم‌تر زیرین به حیات خود ادامه دهند.
دیگر ویژگی غیر عادی آب، ظرفیت گرمایی بالای آن می‌باشد. ظرفیت گرمایی یک جسم، مقدار گرمایی است که به جسم می‌دهیم تا دمایش، 1 درجه سانتی گراد افزایش یابد. جالب است بدانید که مقدار گرمایی که لازم است تا دمای 1 گرم آب را 1 درجه سانتی گراد افزایش دهد، حدود 10 برابر مقدار گرمایی است که برای 1 گرم آهن لازم است.
آب در زندگی روزانه
وجود هر گونه حیات، متکی به وجود آب است. آب در بیشتر فرایندهای متابولیسمی بدن، نقش حیاتی دارد. هنگام گوارش غذا، مقادیر قابل توجهی آب مورد استفاده قرار می‌گیرد.تقریباً 70 درصد وزن بدن را آب تشکیل می‌دهد. برای عملکرد درست، بدن ، روزانه به 1 تا 7 لیتر آب نیاز دارد البته این میزان آب به مقدار فعالیت بدن ، دمای هوا ، رطوبت و دیگر عوامل بستگی دارد. آب از طریق ادرار ، مدفوع ، تعریق و همچنین از طریق بازدم به شکل بخار آب دفع میشود.
بدن انسان به آبی نیاز دارد که نمک یا ناخالصی های دیگر ( مثل باکتری یا دیگر عوامل بیماری‌زا و یا مواد شیمیایی) نداشته باشد. البته برخی مواد محلول در آب طعم و مزه آن را بهتر هم می‌کند. امروزه ، با توجه به رشد روز افزون جمعیت ، میزان سرانه آب آشامیدنی کاهش یافته است.
راه حل های تحت بررسی، تولید بیشتر آب ، بهبود توزیع و جلوگیری از هدر رفتن آن می‌باشد.
(جداول در فایل اصلی موجود است)