עולמה של טיפת מים - חלק א'
המים מציגים בפנינו מאפיינים מפתיעים רבים השונים מאלו של חומרים אחרים, ומתברר שהודות לאותם מאפיינים ייחודיים, החיים המוכרים לנו מסוגלים בכלל להתקיים
| 19/06/2010 | רקפת תבור - אפוק טיימס |
 |  |  |  |
 |
מולקולת המים, המוכרת גם בכינוייה הרשמי H2O, מורכבת מאטום חמצן בודד (המסומן באות O) ובשני אטומי מימן המקושרים אליו כל אחד בנפרד. כתוצאה מהשפעת הכוח האלקטרומגנטי בין מרכיבי המולקולה, מתקבלת מולקולה שצורתה המאוזנת והיציבה ביותר היא משולש: בבסיסו שני אטומי המימן ובקודקודו אטום החמצן. מה שמעניין במבנה הזה, ומשפיע על התנהגותה של המולקולה ועל מאפייניה, הוא שהמטען החשמלי פרוס באופן בלתי אחיד – קודקודו של המשולש, היכן ששוכן אטום החמצן, טעון יחסית במטען שלילי (המטען של אטום חמצן), כלומר שוכנים בו יחסית יותר אלקטרונים, ואילו בסיסו של המשולש שבו אטומי המימן, טעון במטען חיובי. כך קיבלנו מולקולה שהמטען החשמלי שלה שונה בשני קצותיה (מבנה דיפול). מבנה כזה גורם לה להגיב לשדות החשמליים הסובבים אותה.
מולקולה השוכנות בזמן אחר
מעבר לקשרים הכימיים המתקיימים בתוך מולקולה בודדת, מתברר שבמצבם המוצק והנוזלי קיימים קשרים רבים בין מולקולות המים השונות. בשל מבנה הדיפול המאפיין את מולקולת המים, שבו התפלגות המטען החשמלי אינה אחידה, מולקולות המים נוטות להתחבר ביניהן, כאשר אטום החמצן (בעל המטען השלילי) מתחבר בקשר המכונה "קשר מימן" לאטום מימן (בעל המטען החיובי) של מולקולה סמוכה.
במצבם הנוזלי של המים, טווחי הזמן בהם מתקיימים קשרי המימן, קצרים במידה ניכרת בהשוואה לעולם המוכר לנו. משכם בערך כטריליונית השנייה. מנקודת המבט האנושית המולקולות מחליפות ביניהן קשרים במהירות מסחררת, יוצרות קשר עם מולקולות סמוכות, מנתקות ממנה מגע ויוצרות בזריזות קשר עם מולקולה אחרת, אולם כפי הנראה מנקודת המבט של החלקיקים הזעירים האלו מדובר בפרקי זמן סבירים. מתברר שאפילו משך חייה של המולקולה קצר יחסית. אטומי המימן בעצמם עוברים ממולקולה למולקולה, כך שזמן חייה הממוצע של מולקולת מים הוא כאלפית השנייה.
במיוחד בשבילנו
כיוון שאנו כה מורגלים לראות את המים המקיפים אותנו, אנחנו נוטים להתייחס אליהם כאל "נוזל טיפוסי", אך מתברר שהמצב כלל אינו כך. קיימים מאמרים רבים המונים את מאפייניהם החריגים של המים. פרופ' מרטין צ'פלין מאוניברסיטת South Bank שבלונדון ריכז במאמרו "המבנה והמדע של המים" (Water Structure and Science) 67 מאפיינים חריגים ומפתיעים של המים, ואלו מציגים רק חלק מהתמונה, רק את החלק שהמדע יודע להסביר.
אחת התכונות המפתיעות של המים הן טמפרטורות הרתיחה וההיתוך שלהם, שבהתחשב במסתה של המולקולה היו אמורות (לטענת החוקרים) להיות נמוכות בהרבה מאלו המוכרות, בערך מינוס 100 מעלות צלזיוס לטמפרטורת ההיתוך ומינוס 50 מעלות לטמפרטורת הרתיחה. תופעה חריגה זו מוסברת באמצעות קשרי המימן הרבים המאפיינים את מולקולות המים ומלכדים אותן זו לזו. כך מתאפשר לכדור הארץ להתכסות ב-70 אחוז משטחו באוקיאנוסים... מבחינת קיום החיים כפי שהם מתקיימים על כדור הארץ – האם החיים היו מסוגלים להתקיים אם המים היו רותחים כבר במינוס 50 מעלות?
כשהמים מתגבשים לקרח קשרי המימן האלו מתייצבים גם הם, כך שהתנועה בין המולקולות נפסקת והמרחקים ביניהן נשמרים. במצב זה שקשרי המימן מתקבעים, מולקולות המים נעצרות כשהמרחקים ביניהן גדולים יחסית, ומתקבל גביש בעל צפיפות נמוכה בהשוואה למים הנוזלים. כך מתקבל מאפיין חריג נוסף של המים – בצורתם הנוזלית הם צפופים וכבדים יותר בהשוואה לצורתם המוצקה, כך שבניגוד לחומרים אחרים שבהם המוצק כבד מהנוזל, הקרח קל מהמים וצף על פניהם. רק שערו בדמיונכם כיצד היה נראה העולם שלנו אם הקרח היה שוקע בקרקעית הים....
ועוד נקודה קטנה: גודלה הזעיר של המולקולה והקוטביות שלה עוזרות לה לשמש כחומר ממיס משובח, מאפיין נוסף המסייע לה לשמש כבסיס תומך ויעיל עבור צורות החיים המוכרות לנו.
בשנים האחרונות נחשפות במגוון מעבדות ברחבי העולם תכונות מסקרנות נוספות של המים המדגימות עד כמה המים מושפעים מסביבתם האנושית וייתכן שבתורם אף משפיעים עליה, הפעם התמקדנו רק בחלק מהתופעות החריגות של המים, המאפשרות לחיים המאכלסים את כדור הארץ שלנו להיות כפי שהם ולספק לנו סביבת חיים הנחוצה לקיומנו הפיזי. בחלקו השני של המאמר נסקור מחקרים המדגימים כיצד המחשבות שלנו משפיעות על המים שסביבנו.
| כתבות נוספות במדור מדע | |||
|---|---|---|---|
|
