بحث متخصص فى (السموم الطحلبية في مياه الشرب و صفات الماء الكيميائيه )
بسم الله الرحمن الرحيم ارجو من الله عز وجل ان تستفيدو من هذا البحث والذى هو بعنوان
السموم الطحلبية في مياه الشرب و صفات الماء الكيميائيه يشيع في المياه السطحية نمو وازدهار الطحالب الخضراء المزرقة (Cyanobacteria) ،وكأيّ كائن حي آخر يتولد من نشاطاتها الحيوية مقادير من المركبات الأيضية الثانوية وهو ما يطلق عليه بالسموم الطحلبية Algal Toxin وبذلك تصبح إفرازاتها قد تجاوزت في تأثيرها السلبي على جودة المياه النواحي المتعلقة بتغيير الطعم والرائحة الى حدّ السميّة والخطر .
قد يرتبط انطلاقها أحيانا بموت الطحلب وتحلله وهذا يعني أن نظم معالجة المياه قد تتسبب في ذلك عند استخدام وسائل إزالة للطحلب غير مناسبة وهذه المركبات إذ انطلقت من الطحلب يصعب ازالتها من الماء جداً.
بعض الدراسات الحديثة امتدحت مأمونية سلفات الألمونيوم من ناحية قدرتها على ازالة الطحلب بالتكتل والتخثير في محطات معالجة المياه مع ضمان عدم اطلاق السموم.
العديد من الأجناس يمكن أن تتورط في تسمم مياه الشرب منها
Anabaena spp ;Oscillatoria spp ; Microcysttis spp ; Phormidium spp ; Nostoc spp ; Nodularia spp ; Aphanizomenon;
ومن هذه النواتج الأيضية السامة Microcystins ,Hepatoxins والتي ثبت علمياً قدرتها على اتلاف الكبد أو إحداث طفرات سرطانية في الكبد.
حددت منظمة الصحة العالمية القدر الذي لايسمح بتجاوزه في هذا الشأن وهو 1 ميكروجرام لكل لتر من مياه الشرب..
وعموماً فبالرغم من أن مواردنا المائية جوفية غالباً الا أن مقادير من الطحالب قد تجدها في وحدات المعالجة أو حتى في فلاتر الماء التقليدية التي تلحق ببرادات الماء أو عند مدخل شبكة الماء في أفنية البيوت علاوة على السدود أو البحار ...الخ
كيف تعزل وتعد بكتيريا السالمونيللا من أى مصدر:
تعتبر بكتيريا السالمونيللا من أشهر مؤشرات الجودة الميكروبية للحمأة وزاد من ذلك القبول العالمي الواسع للائحة الصادرة من الوكالة الأمريكية لحماية البيئة الخاصة بمواصفات الحمأة وتنظيم إعادة استخدامها أو التخلص منها والتي أشتملت بدورها على تصنيف للحمأة وفق نسب المؤشرات ومنها بكتيريا السالمونيللا .
العديد من الطرق يمكن استخدامها لرصد كثافة وجود السالمونيللا في مثل هذا النوع من العينات ومن أشهرها طريقة الزراعة بالتخمير في الأنابيب المتعددة (Multiple tube fermentation) والتي تستخدم فيها نتائج الاختبارات في أنابيبها المتعددة لتقدير الرقم الأكثر احتمالاً (MPN) (Most Probable Number)
وفي هذا المقال سوف أصف الطريقة التي تتم فيها الزراعة بخطوتي تنشيط Tow-Step Enrichment)) تُتبع بعد ذلك بخطوة للعزل الانتخابي ومن ثم خطوة للتأكد من عزلات الخطوة الثالثة وباستخدام وسط تفريقي.
التنشيط الأولي لبكتيريا السالمونيللا (التنشيط العام):
يتم تجهيز وسط التنشيط الأولي وهو ماء الببتون (Peptone water (buffered))
حيث يوزن منه 25.5جرام ويذوب في لتر ماء مقطر ثم يجانس بالتسخين ويراعى ضبط الـ(pH) عند 0.2±7.2 ثم توزع بعد ذلك في أنابيب زجاجية للزراعة سعتها 30ملل بمعدل 10ملل لكل أنبوبة وتوزع أيضاً في دوارق زجاجية سعة 250ملل بمعدل 100ملل لكل دورق وبعد إغلاقها تعقم في ال (Autoclave)عند 121مْ لمدة 15دقيقة وتحفظ في الثلاجة لحين الاستخدام ثم يتم صف الأنابيب في حامل للأنابيب على شكل ثلاثة صفوف بخمسة أنابيب لكل صف، ويمكن استبدال الصف الأول بخمسة دوارق وذلك حسب حجم العينة المراد تنشيطها، فلو كان التخفيف الذي حصل للعينة الأصلية تم بإضافة 10جرامات أو 10ملل من العينة الى 90ملل من محلول التخفيف فإن التنشيط الأولي يتم بتلقيح الصف الأول بعشرة ملل لكل أنبوبة من أنابيبه الخمسة ويلقح الصف الثاني بـ 1ملل لكل أنبوبة من أنابيبه الخمسة، ويلقح الصف الثالث بـ 0.1ملل لكل أنبوبة من أنابيبه الخمسة (1ملل من التخفيف 0.1للتخفيف المناسب المختار).
لكن لو كان التخفيف الذي حصل للعينة الأصلية تم بإضافة 100جرام أو 100ملل من العينة إلى 900ملل من محلول التخفيف (بهدف تضخيم الحجم المراد تنشيطه) فإن الصف الأول يستبدل بخمسة دوارق بحيث يلقح كل دورق من الدوارق الخمسة بـ100ملل من التخفيف، ويلقح الصف الثاني بـ10ملل لكل أنبوبة من الأنابيب الخمسة، ويلقح الصف الثاني بـ1ملل لكل أنبوبة من الأنابيب الخمسة.
ثم بعد ذلك تحضن الأنابيب والدوارق بعد إغلاقها عند 37مْ لمدة 24ساعة، (Gibbs et al., 1995; Hu et al., 1995)
التنشيط الثانوي لبكتيريا السالمونيللا (التنشيط الانتخابي):
يتم تجهيز وسط التنشيط الانتخابي وهو مرق ال آر في (RV) Rappaport-Vassiliadis Enrichment Broth) ) بتذويب 30جراماً منه في لتر من الماء ومن ثم يجانس بالتقليب والتسخين، ويراعى ضبط الـ(pH) عند 0.2±5.2 وبعد ذلك توزع في أنابيب زراعة زجاجية سعة 20ملل بمعدل 10ملل لكل أنبوبة ثم بعد إغلاقها تعقم في ال ((Autoclave عند 115مْ لمدة 15دقيقة وتخزن في الثلاجة لحين الاستخدام.
يتم ترتيب أنابيب مرق التنشيط الثانوي في حامل للأنابيب على هيئة ثلاث صفوف في كل صف خمسة أنابيب.
يتم إخراج أنابيب ودوارق التنشيط الأولي في ماء الببتون من الحضانة بعد فترة التحضين المطلوبة، تحت ظروف التعقيم والسلامة اللازمة يتم رج كل دورق أو أنبوبة من أنابيب ودوارق التنشيط الأولي في ماء الببتون، ثم تلقح كل أنبوبة من أنابيب مرق ال(RV) بما يقابلها من أنبوبة أو دورق من أنابيب أو دوراق التنشيط الأولى (يراعى عدم الخلط في الترتيب لأن العدّ يبنى على ذلك).
التلقيح يتم باستخدام ماصّات معقمة، وحجم اللاقحة 1ملل ، ترج الأنابيب الخمس عشرة الملقحة بعد إغلاقها وتحضن عند 43مْ لمدة 48ساعة (Hu et al, 1995).
العزل الانتخابي لبكتيريا السالمونيللا:
يتم تجهيز وسط العزل وهو آجار ال (XLD) حيث يوزن 53جراماً منه وتذوب في لتر من الماء وتسخن في حمام مائي للتجانس ويراعى أثناء ذلك ضرورة التقليب بين فترة وأخرى وتجنيب البيئة المزيد من التسخين، ويضبط ال(pH) عند 0.2±7.4، و بعد تجانسها لاتعقم ولكن تترك في حمام مائي عند 50مْ ثم تصب بعد ذلك في أطباق بتري معقمة (قطرها 9سم) بمعدل حوالي 20ملل لكل طبق وتترك البيئة لتتصلب وتبرد، ويمكن حفظها في الثلاجة واستخدامها خلال أسبوعين.
يتم إخراج أنابيب التنشيط الثانوي الانتخابي (مرق الـRV) من الحضّانة بعد يومين، يتم تجهيز خمسة عشر طبقاً ليتم تلقيحها من خمس عشرة أنبوبة من أنابيب مرق الـ(RV) وذلك بتعليمها بما يشير إلى ترتيب الأنبوبة التي سوف تستخدم في التلقيح، تحت ظروف التعقيم يتم تخطيط كل طبق بلاقحة من أنبوبة باستخدام إبر التلقيح.
تحضن الأطباق عند 37مْ لمدة 24ساعة (Gibbs et al., 1995; Hu et al.,1995). الأطباق الموجبة لأنواع السالمونيللا هي تلك التي تظهر نمو لمستعمرات بكتيرية سوداء اللون أو ذات مركز أسود، تستبعد الأطباق السالبة ويتم التأكد من الأطباق الموجبة بالاختيار التفريقي.
الاختبار التفريقي للمستعمرات النامية على وسط العزل الانتخابي:
يتم تحضير الوسط التفريقي وهو آجار ال (TSI) وذلك بوزن 65جراماً منه ثم يضاف عليه لتر ماء مقطر ويذوب ويجانس بالحرارة ويضبط ال (pH) عند 0.2±7.4 ثم يوزع في أنابيب سعة 30ملل بمعدل 20ملل في كل أنبوبة، تغلق الأنبوبة وتعقم في ال (Autoclave) عند121مْ لمدة 15 دقيقة، وبعد انتهاء التعقيم يتم اخراجها من ال (Autoclave) و قبل تصلبها وتوضع في هيئة مائلة لتتصلب مشكلةً سطع الآجار المائل مع بقاء قاعدة بطول (1) أنش ، وبعد تصلبها يمكن تخزيها في الثلاجة لحين الاستخدام.
من الأطباق الموجبة يتم أخذ جزء من أحد المستعمرات الموجبة بواسطة إبرة تلقيح وتحت ظروف التعقيم يتم تخطيط سطح آجار ال (TSI) المائل ووخز قاعدة الأنبوبة وتحضن بعد إغلاقها عند 37مْ لمدة 24ساعة.
الأنبوبة الموجبة هي تلك الأنبوبة التي لقحت بلاقحة من مستعمرة نامية على آجار (XLD) ولها نفس صفات السالمونيللا المزرعية وأظهرت على آجار ال (TSI) القدرة على تحميض قاعدة الأنبوبة (تتضح بتغير اللون من الأحمر للأصفر) مع بقاء سطح الآجار قاعدي اللون أي لا يتغير، وغالباً مع توليد الغاز (يتضح على شكل فقاعات أو شروخ وحركة في الآجار) مع توليد غاز (H2S) في أغلب أنواع السالمونيللا والذي يتضح بتكون اللون الأسود في البيئة بسبب توليد غاز (H2S) من اختزال الصوديوم ثيوسلفيت (Na2S2O3) حيث يتحد هذا الغاز مع ايونات الحديد المتولدة من أملاح الحديد الموجودة في البيئة مكونة راسباً أسود من كبريتات الحديد.
إن أطباق آجار الـ(XLD) التي تبين أنها موجبة لبكتيريا السالمونيللا وذلك بواسطة الصفات المزرعيه لمستعمرات السالمونيللا المحققة عليها وبتأكيد ذلك بواسطة الاختبار التفريقي على آجار الـ(TSI) تدل على ايجابية الأنابيب التي استخدمت في التخطيط على هذه الأطباق (أنابيب التنشيط الثانوي الانتخابي باستخدام مرق الRV)، وكذلك تدل الأنابيب الموجبة من مرق الـ(RV) على إيجابية أنابيب ودوارق التنشيط الأولي في ماء الببتون والتي استخدمت في تلقيحها، ومن معرفة الأنابيب الموجبة وعددها في كل صف يمكن العد وكذلك يمكن تقدير العدد نسبةً إلى جرام جاف من العينةبالرجوع إلى إلى الجدول رقم 9221.IV من كتاب (Standard Method for the Examination of Water and Waste Water, 20th Edition 1998)
والمقرّ من قبل الجمعية الأمريكية لصحة المجتمع وجمعية أعمال المياه الأمريكية والمعتمد كمرجع لطرق التحاليل لجميع أعمال المياه والنفايات السائلة في كثير من مختبرات العالم ولكثير من الباحثين.
الفيروسات والكلور
نسمع أحياناً عن تفشي أمراض فيروسية منقولة بالماء في بعض القرى أو الأحياء مثل التهاب الكبد أ ونظراً لأن الفيروسات كائنات دقيقة ممرضة إجبارياً وليست من الفلورا الطبيعية قاد ذلك إلى فهم أن هذه الفيروسات لا تطرح إلا من المرضى وعليه فإن تلوث المياه بالفيروسات سببه وصول مخلفات المرضي المحملة بالفيروسات إلى المصادر المائية لذا تعزى هذه الظواهر دائما إلى تلوث الشبكات أو الآبار الجو فية بمياه الصرف الصحي بشكل مباشر أو غير مباشر
وعموماً فإن المياه يمكن أن تتلوث بأكثر من 140 نوعاً مصلياً من الفيروسات عن طريق ميـاه الصرف الصحي مثل فيـروسات الالتهاب الكبـدي الوبائي أ (HAV) والفيروسـات الكأسيه (Caliciviruses) وفيروسات الغدد ((Adenoviruses والفيروسات المعويه (Enteroviruses) وفيروسات روتا Rotaviruses)).
وتستخدم الكلورة بشكل شائع لتطهير المياه حيث يعول على نواتج تفاعل الكلور مع الماء في إحداث نوعين من الضرر للخلايا البكتيرية، أولهما أن يمزق الغشاء الخلوي البكتيري مما يفقده خاصيته شبه المنفذة و يدمر بذلك وظائف الخلية الأخرى، ويؤدي تدمير الأغشية الخلوية إلى فقدانها بروتينات ح ن د(DNA )و ح ن ر ( RNA) مما يقود إلى موت هذه الخلايا.
كما يدمر أيضاً الأحماض النووية البكتيرية والبروتينات، وبالنسبة للفيروسات فإن أسلوب عمل الكلور على الفيروسات يعتمد على نوع الفيروس حيث يدمر الحمض النووي وهي الخطوة الأولى في إيقاف بعض الفيروسات، بينما يعمل الكلور على تدمير الغطاء البروتيني لفيروسات أخرى مثل فيروسات روتا.
والعجيب أن بعض الدراسات قد أثبتت أن الفيروسات الممرضة قد تتواجد في حالة تثبيط في الماء وخصوصاً في الآبار الجوفية ولكن بعد معاملتها بعوامل التطهير كالكلور أو الأوزون يحصل لها إنعكاس وارتداد ومعاودة تنشيط فتكتسب القدرة على تأسيس الإصابة بسبب عوامل التطهير والكلورة!!! وبالتالي فإنه يمكن الافتراض أن إعادة التثبيط الفيروسي أي الشفاء من التثبيط يمكن أن يحدث للفيروسات في حالة تغير الظروف البيئية في أنظمة المياه الطبيعية.
الماء مركب كيميائي صيغته (H2O) و هو لا يوجد في الطبيعة بشكله الكيميائي النقي و إنما يكون محتويا" على شوائب مختلفة أهمها الاملاح المنحلة و ماء المطر أنقى أشكال المياه الطبيعية و هو بدوره لا يخلو من الشوائب. و المياه تعد معجزة من معجزات الخالق سبحانه، أودع فيها أسراره فصار ذا خصائص فريدة، احتار في فهمها العلماء . الماء هو أكثر المواد وجوداً على الأرض، حيث يغطى أكثر من ثلاثة أرباع الكرة الأرضية. وعبر التاريخ كانت كمية ونوعية المياه المتوفرة للبشر عامل حيوي لتحديد مصيرهم. فالماء يملأ المحيطات والبحار والأنهار، ويوجد في الهواء، حتى باطن الأرض به ماء. وبدون الماء لا توجد حياة؛ فالماء يدخل في تركيب كل كائن حي، فيزن ما يقرب من ثلثي جسم الإنسان، وثلاثة أرباع جسم الطائر، وأربعة أخماس ثمار الفواكه/وَجَعَلْنَا مِنَ الْمَاءِ كُلَّ شَيْءٍ حَيٍّ /(سورة الأنبياء: الآية30).
يعتمد الإنسان على الماء في حياته كلها، في مشربه، ومطعمه،ونظافته، وري زرعه، واستصلاح أراضيه، وإدارة مصانعه، وتوليد الطاقة.وتزداد حاجة الإنسان إلى الماء كل يوم، فكل عام يزداد التعداد، وتزداد معه الحاجة للماء.ويعتقد العلماء أن كمية الماء الموجودة الآن على سطح الكرة الأرضية، هي الكمية نفسها التي وجدت منذ نشأة الأرض. فقد بدأ الماء على هيئة أبخرة، تصاعدت من الأرض أثناء تكوين قشرتها الصلبة. وحينما أخذت حرارة سطح الأرض في الانخفاض التدريجي، بدأت تلك الأبخرة في التكثف، ثم سالت أمطاراً غزيرة لمئات من السنين. وقد أدّى سقوط الأمطار إلى تكون الأنهار والبحيرات الواسعة، التي سرعان ما اتحدت مع بعضها، مكونة المحيطات.وقد عمل الماء على تشكيل معالم الأرض، وتغيير تضاريسها. فالأمطار المتساقطة تطرق الصخور بشدة، مكونة مجاري الأنهار، التي تشق طريقها في الجبال ووسط الصخور الصماء، وتصنع أخاديد الأرض، وترسب ما تحمله من رواسب وطمي، فتكون دلتا الأنهار عند مصباتها في البحار.ويرتطم موج البحار والمحيطات بصخور الشواطئ ورمالها، دون انقطاع،مكوناً الشقوق والكهوف، وحاملاً أجزاء من اليابس معه إلى القاع.وعلى الرغم من أننا نعيش فوق أرض، يغطى الماء معظمها، فإن أكثر هذا الماء مالح وغير صالح للشرب أو الزراعة، والجزء المتبقي الضئيل ماء عذب، أكثره محصور تحت الأرض، كمياه جوفية، أو متجمد في القطبين، كجبال جليدية. والجزء اليسير المتبقي يملأ الأنهار والبحيرات العذبة. والماء الموجود على سطح الأرض في حركة مستمرة، ودوران عجيب.
فقطرة الماء التي نستخدمها تجد طريقها في نهاية الرحلة إلى المحيط، حيث تتبخر بفعل طاقة الشمس، لتسقط على الأرض من جديد، في دورة مستمرة لا تنتهي.وعلى الرغم من قلة المياه العذبة المتاحة، وتضاعف الحاجة إلى الماء العذب عن ذي قبل، فإن هذا القليل من الماء العذب، لا يزال يكفي هذه الحاجات، لو أُحسِنَ استخدامه. وللأسف، فإن توزيع الماء العذب غير متساوٍ على سطح الكرة الأرضية. فهناك بعض المناطق فقيرة في مصادر المياه، وبعضها الآخر غنية بالمياه. والأمطار حين تسقط على الأرض، لا تسقط بالتساوي، فبعض المناطق صحراء جدباء، وبعضها تسقط عليه الأمطار أنهاراً وسيولاً.وهناك مناطق تعاني من نقص المياه، لا من قلة، وإنما لسوء استخدام مصادره. فالإنسان يقذف بمخلفاته ونفاياته الصناعية في الأنهار،ويلوثها، فتصير غير صالحة للاستخدام. حينئذ يبدأ الإنسان في البحث عن مصدر جديد للمياه النقية، ويشكو من نضوب مصادر المياه القديمة. كذا، تعاني بعض المناطق من نقص المياه، نتيجة عدم استخدامه الاستخدام الأمثل، في تخزينها، ونقلها، وتوزيعها.
صور وجود الماء وخصائصه
1- صور وجود الماء على الأرض:
على الرغم من كبر المساحة التي يغطيها الماء، من سطح الكرة الأرضية، إلاّ أن الحجم الفعلي للماء مقارنة بحجم الكرة الأرضية، يبدو ضئيلاً. فإذا تخيلنا الأرض مثل برتقالة، فإن الحجم الإجمالي للماء لا يكاد يملأ ملعقة شاي، والحجم الحقيقي الذي تحتويه هذه الملعقة هو حوالي 1.35 مليار كيلومتر مكعب.ويشكل ماء المحيطات حوالي 97% من حجم الماء الموجود على سطح الأرض، إلاّ أن هذا الماء مالح ولا يصلح للاستخدام الآدمي، من شرب، أو زراعة، ونحو ذلك، نتيجة ذوبان العديد من الأملاح فيه. أمّا كمية الماء العذب الصالحة للاستهلاك الآدمي، فلا تتجاوز 0.3% من الماء الموجود في الكرة الأرضية و تقدر بـ 37 مليون كيلومتر مكعب، و يوجد أربعة أخماس هذه القيمة في القطبين المتجمدين الشمالي و الجنوبي. ويتضمن هذا الماء، ماء البحيرات والأنهار والمياه الجوفية الموجودة في أقل من نصف ميل عمق. ويدخل في هذا، حساب كمية الماء العذب الموجود على هيئة بخار ماء في الغلاف الجوي، الذي سوف يتحول في النهاية إلى أمطار، والرطوبة الموجودة في تربة الأرض السطحية.وتمثل الجبال القطبية غالبية الماء العذب الموجود على سطح الكرة الأرضية، حيث تصل نسبتها إلى حوالي 2,2% من إجمالي كمية المياه في الأرض، ممثلة ما يزيد عن ثلاثة أرباع مخزون الماء العذب في العالم.
أمّا المياه الجوفية Underground water فإن نسبتها تصل إلى حوالي 0.6% من كمية الماء الموجود في الأرض، وهي إمّا أن تكون قريبة من سطح الأرض فتكون عذبة، وإمّا أن تكون على أعماق سحيقة، فنجد في مياهها نسبة عالية من الأملاح، التي ذابت فيها أثناء رحلتها الطويلة إلى باطن الأرض .
2- تركيب الماء وخصائصه الكيميائية:
لا يُعدّ الماء، فقط، أكثر المواد وجوداً على الأرض، بل يُعدّ، كذلك، أكثرها غرابة، إذ لا تستطيع مادة على سطح الأرض، أن تحل محل الماء أو تقوم بدوره، كما لا توجد أي مادة معروفة، حتى الآن، لها خصائص مشابهة للماء. فالماء هو استثناء لكثير من قوانين الطبيعة، وذلك لخصائصه الفريدة الضرورية للحياة. ويتكون الماء من أجسام متناهية الصغر، تسمى "جزيئات". وقطرة الماء الواحدة تحتوي على الملايين من هذه الجزيئات. وكل جزيء، من هذه الجزيئات يتكون من أجسام أصغر، تسمى "ذرات". ويحتوي جزئ الماء الواحد على ثلاثة ذرات مرتبطة ببعضها، ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين. وقد توصل إلى هذا التركيب الكيميائي للماء عام 1860 العالم الإيطالي "ستنزالو كانزارو، والهيدروجين، هو أخف عناصر الكون، وأكثرها وجوداً به، حيث تصل نسبته إلى أكثر من 90%، وهو غاز قابل للاشتعال. والرقم الذرى للهيدروجين هو 1، ووزنه الذرى 1.008 كما يوجد الهيدروجين، كذلك، في الفراغ الفسيح بين المجرات والنجوم بنسبة ضئيلة، أمّا عنصر الأكسجين فهو ثالث أكثر العناصر وجوداً في الكون، حيث يوجد بنسبة 0.05% وهو غاز نشط يساعد على الاشتعال، ورقمه الذرى 8 ووزنه 16 . كما يُكَوِّن الأكسجين 20.95% من الهواء الجوى الجاف ، وهو ضروري لتنفس الكائنات الحية، ويدخل في التركيب العضوي لجميع الأحياء، مع الهيدروجين والكربون. وعلى الرغم من أن الهيدروجين غاز مشتعل، والأكسجين غاز يساعد على الاشتعال، إلاّ أنه عند اتحاد ذرتي هيدروجين مع ذرة أكسجين، ينتج الماء الذي يطفئ النار. والماء النقي لا يحتوي على الأكسجين والهيدروجين فقط، بل يحتوي على مواد أخرى ذائبة، ولكن بنسب صغيرة جداً. لذا، فإنه يمكن القول بأن الماء يحتوي على عديد من العناصر الذائبة، إلاّ أن أغلب عنصرين فيه، هما الهيدروجين والأكسجين. والماء في صورته النقية سائل عديم اللون والرائحة، يستوي في ذلك الماء المالح والماء العذب. إلاّ أن طعم الماء يختلف في الماء العذب، عنه في الماء المالح. فبينما يكون الماء العذب عديم الطعم، فإن الماء المالح يكتسب طعماً مالحاً؛ نتيجة ذوبان عديد من الأملاح به.
3- كيف يمكن للماء التماسك كمادة :
يرتبط الهيدروجين بالأكسجين داخل جزيء الماء، برابطة تساهمية فكل ذرة هيدروجين، تحتاج إلى إلكترون إضافي في مدارها الخارجي، لتصبح ثابتة كيميائياً. وكل ذرة أكسجين تحتاج إلى إلكترونين إضافيين في مدارها الخارجي، لتصبح ثابتة كيميائياً. لذا فإننا نجد في
جزئ الماء ذرتين من الهيدروجين، تشارك كل واحدة بإلكترونها مع ذرة الأكسجين، ليصبح في المدار الخارجي لذرة الأكسجين 8 إلكترونات، وبذلك يكون مكتملاً، وفي حالة ثبات كيميائي. وفي الوقت نفسه، تشارك ذرة الأكسجين بإلكترون من مدارها الخارجي، مع كل ذرة هيدروجين، لإكمال المدار الخارجي لذرة الهيدروجين، ليصبح إلكترونين، وفي حالة ثبات كيميائي. ويسمى هذا النوع من الروابط بالرابطة التساهمية حيث تشارك فيه كل ذرة بجزء منها مع ذرة أخرى، لتكون جزيئاً قوياً للغاية يصعب تحلله ويتجاذب كل جزيء ماء بالجزيئات المجاورة له، من خلال تجاذب كهربي، ناتج عن اختلاف الشحنات الكهربية فذرتا الهيدروجين تلتقيان مع ذرة الأكسجين في نقطتين، بزاوية مقدارها 105 درجة، في شكل هندسي غريب، بما ينتج عنه توزيع الشحنات الكهربية، بشكل يشبه قطبي المغناطيس. فطرف ذرة الأكسجين يمثل شحنة سالبة، وطرفا ذرتي الهيدروجين يمثلان شحنة موجبة. ونتيجة لهذا الاختلاف في الشحنات الكهربية، تتجاذب كل ذرة هيدروجين في جزئ الماء، مع ذرة أكسجين في الجزيء المجاور، بنوع من التجاذب الكهربي، يطلق عليه "الروابط الهيدروجينية" وتُعد الروابط التساهمية والهيدروجينية بين جزيئات الماء، مسؤولة عن الخواص الفريدة للماء، مثل: ارتفاع درجة الحرارة النوعية، والحرارة الكامنة للانصهار والتبخر. كما أنها مسؤولة عن صفات التوتر السطحي واللزوجة، كما سيأتي ذكره فيما بعد. وجزيئات الماء في حركة دائمة، وتعتمد الحالة التي يكون عليها الماء (غازية أو سائلة أو صلبة) على سرعة حركة هذه الجزيئات. فعند انخفاض درجة الحرارة، إلى درجة تساوى أو تقل عن الصفر المئوي، تفقد جزيئات الماء طاقتها، وتقل حركتها، ويزيد ترابطها بالروابط الهيدروجينية، بما يزيد من الفراغات بين جزيئات الماء. ويرتبط كل جزيء مادة في هذه الحالة، بأربعة جزيئات مجاورة بروابط هيدروجينية في شكل ثلاثي الأبعاد، كما في حالة الجليد. ومعظم المواد تنكمش بالبرودة، إلاّ أن الماء حينما يبرد، ينكمش حتى يصل إلى 4 درجات مئوية حيث يبلغ الماء عندها كثافته العظمى، ثم يبدأ بعدها في التمدد بزيادة انخفاض درجة الحرارة، ويُعد الماء مثالاً للخروج على القاعدة العامة في العلاقة بين درجة الحرارة والكثافة. فعند انخفاض درجة الحرارة إلى ما تحت الصفر المئوي، يتحول الماء إلى ثلج، ويقل عدد جزيئات الماء المترابطة، ويزيد الفراغ بينها ـ مقارنة بمثيلتها الموجودة في الحجم نفسه من الماء ـ فتتمدد في الحجم وتقل كثافتها، وتطفو على هيئة قشرة الجليد فوق سطح الماء. وتُعد هذه الخاصية، نعمة عظيمة من نعم البارئ على الكون. فلو خضع الماء للقاعدة العامة للعلاقة بين الكثافة ودرجة الحرارة، لازدادت كثافة الثلج المتكون على السطح عن بقية الماء، وهبط إلى القاع، معرضاً سطح الماء،الذي تحته، إلى درجة حرارة منخفضة، فتتجمد هي الأخرى، وتهبط إلى القاع.وهكذا حتى تتجمد كل طبقات الماء، وتستحيل معها الحياة، في مياه المناطق القطبية، أو شديدة البرودة، والمتجمدة. إلاّ أنه في الحقيقة، ومع انخفاض درجة حرارة الجو، تتجمد طبقات الماء العليا فقط، وتقل كثافتها وتتمدد، فتطفو على سطح الماء، وتعزل بقية الماء تحتها، عن برودة الجو، فيبقى سائلاً ويسمح باستمرار الحياة. وبازدياد درجة الحرارة (أعلى من الصفر المئوي)، تكتسب جزيئات الماء قدراً أعلى من الطاقة، وتزداد حركتها، وتتقارب المسافات بينها،ويتحول الماء إلى صورته السائلة ومع ازدياد ارتفاع درجة الحرارة، يزداد قدر الطاقة الذي تكتسبه جزيئات الماء، وتزداد حركتها، وتتباعد المسافات بينها، وتتحول إلى الحالة الغازية، حيث يوجد جزئ الماء في أغلب الأحوال بصورته المنفردة. وتبلغ أقصى درجة لتحول الماء إلى بخار ماء، عند وصوله إلى 100م ، وهي درجة غليان الماء. إلاّ أن هذا لا يمنع من تحول الماء في درجات الحرارة العادية إلى بخار ماء بفعل الطاقة المكتسبة من الشمس،وإن كان بدرجة أقل من تلك التي تحدث عند درجة الغليان.
4- درجتا التجمد (الانصهار) والغليان:
من خصائص الماء الفريدة، وجوده في حالات المادة الثلاثة، الغازية والسائلة والصلبة وذلك تحت الظروف العادية من الحرارة والضغط الجوى. ومن اللافت للنظر، أنه ليس هناك مادة أخرى على سطح الأرض، يمكن أن توجد في هذه الأشكال الثلاثة، تحت ظروف درجة الحرارة الموجودة طبيعياً على سطح الأرض.والماء سائل عند درجة الحرارة، الموجودة في معظم مناطق الكرة الأرضية. وتُعدّ درجة الحرارة التي يوجد عندها الماء في الصورة السائلة، إحدى الصفات الفريدة والمميزة للماء. فعند درجة الضغط الجوي العادي، يكون الماء سائلاً بين درجتي التجمد "صفر مئوي" ودرجة الغليان 100 د.م . فيما لا توجد المواد الأخرى، ذات التركيب المشابه للماء،بصورة سائلة عند هذا النطاق الحراري الواسع.
فمثلاً توجد مركبات أخرى مكونة من ذرتي هيدروجين وذرة من عنصر آخر، مثل: السيلينوم أو الكبريت. وهذه المركبات لا توجد في حالة سائلة، إلاّ في حرارة منخفضة للغاية (-100 5م إلى -90 5م). فلو استبدلت ذرة للأكسجين في جزئ الماء بأي مركب آخر، فلن يكون هناك ماءً سائلاً على وجه الأرض، حيث إن درجة حرارة سطح الأرض أعلى دائماً من) -90 5م.( وبالنظر إلى الفرق بين درجتي الحرارة اللازمتَيْن للتجمد والغليان، فإن الماء يبقى سائلاً في مدى واسع من درجات الحرارة، يُعدّ أكبر نطاق حراري بين الأوساط السائلة. وتُعدّ هذه الخاصية من النعم العظيمة، إذ يوجد الماء سائلاً عند درجات الحرارة التي تعيش فيها الكائنات الحية، بما يساعد على استمرار حياتها. وتحول الماء إلى بخار، يتطلب قدراً هائلاً من الحرارة. فالماء يغلى، عادة، عند درجة حرارة (100 د.م) . ولكن بوصول الماء إلى درجة الغليان، فإنه لا يتحول مباشرة إلى بخار، إنما هناك فترة يمتص الماء خلالها قدراً إضافياً من الحرارة، من دون حدوث أي زيادة في درجة حرارته، قبل تحوله إلى بخار ماء. لذا، فإن بخار الماء يحتوي على قدر هائل من الطاقة الحرارية، وهي الطاقة التي اكتشفت منذ القرن الثامن عشر، ولما كان بخار الماء يحتوي على قدر كبير من الطاقة الحرارية، فإنه يتكثف عند انخفاض درجة الحرارة، مع انبعاث طاقته الحرارية، ويصير الماء سائلاً، ويسقط على هيئة أمطار.
5- الحرارة النوعية للماء وأهميتها لوظائف الجسم:
تعرف الحرارة النوعية بأنها: "كمية الحرارة اللازمة لتغيير درجة حرارة جرام واحد من الماء، عند 4 درجات مئوية ، درجة مئوية واحدة".ويُعد الماء من المواد التي لها خاصية مقاومة تغير درجة الحرارة، الأمر الذي يؤدي إلى ارتفاع قيمة حرارته النوعية، وهذا نتيجة وجود الرابطة الهيدروجينية في تكوين جزيئات الماء. وتُعدّ هذه الخاصية من الخصائص المهمة، التي تمكن الكائن الحي من استمرار وظائفه الحيوية، أثناء حدوث تغييرات مفاجئة في درجة الحرارة المحيطة به، من دون حدوث خلل في هذه الوظائف.
6- الحرارة الكامنة، للانصهار وللتبخر، وأهميتها في إطفاء الحرائق:
تُعْرَّف الحرارة الكامنة، لانصهار الماء المتجمد، بأنها:"كمية الحرارة اللازمة لصهر جرام واحد من الثلج (أي تحويله من ثلج صلب إلى ماء سائل)، دون تغيير في درجة حرارة الماء"، وهي تبلغ 80 سعراً حرارياً. أمّا الحرارة الكامنة لتبخر الماء؛ أي تحويله من الحالة السائلة إلى بخار الماء، فتعرف على أنها "كمية الحرارة اللازمة لتبخر جرام واحد من الماء من دون تغيير درجة حرارته"، وهي تبلغ 540 سعراً حرارياً. وبمقارنة كمية الحرارة الكامنة للماء، بغيره من السوائل، نجد أن كمية الحرارة الكامنة للانصهار والتبخر للماء كبيرة جداً، ويرجع ذلك إلى وجود الرابطة الهيدروجينية بين جزيئات الماء. وتلك الخاصية الفريدة، جعلت الماء مادة فعالة، في إطفاء الحرائق، حيث يحتاج الماء كمية كبيرة من الحرارة، لكي ترتفع درجة حرارته، بما يؤدى إلى انخفاض درجة حرارة الوسط المحترق المحيط به، وبالتالي إطفاء الحريق.
7- التوتر السطحي واللزوجة:
يُعرَّف التوتر السطحي (Surface Tension)، على أنه "تماسك السطح الحر للسائل، لشغل أقل مساحة ممكنة" ، أمّا اللزوجة (Viscosity)، فهي "مقاومة السائل للحركة". وتتسبب الرابطة الهيدروجينية، في جعل قوة التوتر السطحي للماء ولزوجته، مناسبتين لاستمرار الحياة، فنجد الماء يساعد من خلال هاتين الخاصيتين، على تماسك مواد الخلية، مع توصيل الماء والغذاء لجميع أجزاء الجسم، ويتساوى في ذلك النبات والحيوان. كما تساعد اللزوجة والتوتر السطحي، كذلك، في إبطاء فقدان الماء من أوراق النبات عن طريق الثغور. كما تعمل هاتان الخاصيتان على طفو المراكب والسفن والبواخر، على سطح الماء، دون الغوص فيه، نتيجة الأحمال الثقيلة.
8- المقاومة للتحلل :
نظراً إلى وجود الرابطة التساهمية داخل جزيء الماء، وترتيب ذراته المرتبطة بعضها ببعض، بشكل هندسي مائل، فإنه من الصعب تحلل جزيئات الماء، إلى عناصرها الأولية، تحت الظروف الطبيعية. إلاّ أنه تحت ظروف خاصة، يتحلل الماء بنسبة قليلة (11%)، إلى عنصريه: الهيدروجين والأكسجين، في ظل درجة حرارة 52700م.
9- التأين والأس الهيدروجيني : (pH)
تعرف عملية التأين بأنها: "عملية تحول جزيئات مركب ما، إلى أيونات". وبالنسبة إلى الماء، فإن معدل تأينه يُعدّ ضعيفاً جداً، إذا ما قورن بمعدلات التأين في المركبات الأخرى. إلاّ أنه قد يحدث تحلل لبعض جزيئات الماء، إلى أيوني الهيدروجين الموجب (H+)والهيدروكسيل السالب. (OH-)وقد وجد أن زيادة تركيز أيون الهيدروجين، تعني زيادة الحموضة لهذا السائل، في حين تعني الزيادة في تركيز أيون الهيدروكسيل، زيادة القلوية. وفي حالة الماء النقي، يكون عدد أيونات الهيدروجين،مساوياً لعدد أيونات الهيدروكسيل، أي أنه متعادل .
وتُقاس الحموضة (تركيز أيونات الهيدروجين) في المواد المختلفة، عن طريق مقياس الأس الهيدروجيني . ويراوح مقياس الأس الهيدروجيني بين صفر و14 ، فالمواد المتعادلة الحموضة، مثل الماء النقي، قيمة الأس الهيدروجيني لها = 7 أمّا الأحماض، فإن قيمة الأس الهيدروجيني لها تراوح بين صفر و6.9 ، أمّا المواد القاعدية( القلوية)، فإن قيمة الأس الهيدروجيني لها تراوح بين 7 و14 . ومعظم العمليات الحيوية تتم في مجال محدود من الأس الهيدروجيني، فإذا ما زادت أو قلت درجة الأس الهيدروجيني عن هذا المجال، فإن العمليات الحيوية أو الوظائف الطبيعية للجسم تختل. فعلى سبيل المثال، تبلغ قيمة الأس الهيدروجيني لدم الإنسان 7.4 ، فإذا ما انخفضت هذه القيمة، اختلت وظائف الجسم، وقد تحدث الوفاة . كذلك، قد تكون مياه الأمطار حَمْضية بعض الشيء (حوالي 6)؛ نتيجة ذوبان ثاني أكسيد الكربون في قطرات المطر، إلاّ أن ذوبان بعض أكاسيد الغازات الأخرى الملوثة للجو في مياه الأمطار، قد تسبب زيادة الحموضة في مياه الأمطار، كما هو حادث في الأمطار الحمضية. ويجب ملاحظة أن التغيير في قيمة الأس الهيدروجيني درجة واحدة، يعني تغيير درجة الحموضة بمقدار 10 أضعاف. فالمحلول الذي له قيمة أس هيدروجيني = 3، هو حَمْضي 10 أضعاف المحلول الذي له قيمة أس هيدروجيني = 4 لان درجة الحموضة او القلوية ترتبط بعلاقة لوغاريتمية (لوغاريتم عشري) مع تركيز شوارد الهديروجين في المحلول:
PH = - log [ ]
10- الماء مذيباً :
يُعدّ الماء أقرب من أي مركب غيره يطلق عليه وصف "المذيب العام"، ذلك أن أغلب المواد تذوب في الماء، ولكن بدرجات متفاوتة. وترجع سبب قوة إذابة الماء للمواد الأخرى، إلى قطبية جزيئات الماء الناتجة عن الشكل الهندسي المائل للروابط التساهمية. فكثير من ذرات المواد الذائبة، ترتبط بعضها ببعض، من خلال قوى جذب إلكتروستاتيكي بسيط، ناتجة عن احتوائها على شحنات مختلفة. وهذه الأنواع من الروابط تُعدّ أضعف بكثير من الروابط التساهمية الموجودة داخل جزئ الماء، والروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء. ونتيجة لوجود ذرات تلك المواد في الماء، فإنها تحاط بجزيئات الماء، وتعزلها فيزيائيا بعضها عن بعض،وتتأين وتصبح ذائبة في الماء. وعلى الجانب الآخر، يظل الماء محتفظاً بتركيبه الأساسي، بسبب قوة الروابط التساهمية والهيدروجينية.لذا، تُعدّ مقدرة الماء على إذابة العديد من المواد العضوية وغير العضوية، من دون التفاعل معها، أو تغيير خصائصه الكيميائية الأساسية، من الخصائص الفريدة التي يتميز بها الماء. وهذا على عكس المذيبات العضوية (Organic Solvents) التي لا تقدر على إذابة أي مادة، دون التفاعل معها. فعلى سبيل المثال، يذوب السكر في الماء عن طريق تداخل جزيئات الماء داخل جزيئات السكر، حيث تقوم بعزلها فيزيائياً، والاحتفاظ بها داخل الفراغات الموجودة بين جزيئات الماء ، وبالتالي يذوب السكر عن طريق انتشار جزيئاته بين جزيئات الماء دون التفاعل معها. وهذا الذوبان هو عكس ذوبان ملح الطعام (كلوريد الصوديوم) في الماء، حيث تتم الإذابة عن طريق تأين (Ionization) كلوريد الصوديوم، إلى أيونات الكلوريد السالبة وأيونات الصوديوم الموجبة. ولهذا السبب، نجد أن محلول السكر في الماء المقطر، يكون غير قابل للتوصيل الكهربائي نتيجة عدم تكون أيونات حرة من عملية الذوبان الفيزيائي للسكر، حيث تعمل هذه الأيونات الحرة (Free Ions) على حمل إلكترونات التيار الكهربائي في الماء. فيما يكون محلول الملح (كلوريد الصوديوم)، الذائب في الماء المقطر، موصلاً جيداً للكهرباء، نتيجة ازدياد أيونات الكلوريد وأيونات الصوديوم اللازمة لحمل إلكترونات التيار الكهربائي في الماء. وكلما ازداد تركيز هذه الأيونات، ازدادت مقدرة هذا المحلول على التوصيل الكهربائي. ولصفة الإذابة هذه أهمية خاصة في تغذية الكائنات الحية، وذلك لأن تغذية الكائنات الحية واستفادتها من الغذاء، تعتمد بصورة رئيسية، على إذابة المواد الغذائية في الماء، سواء تم ذلك قبل امتصاص المواد الغذائية، أو بعد امتصاصها وانتقالها في جسم الكائن الحي. وتسبب هذه الخاصية بعض المشكلات في كثير من الأحيان، حيث يصعب الحفاظ على الماء بحالة نقية، لأن نقائه يبدأ في التناقص تدريجياً، بسبب ذوبان الإناء المحتوي عليه، في كثير من الأحيان، ولا يمكن استبعاد مياه الأمطار من هذه الخاصية كذلك. فأثناء هطولها، تذيب كثير من العوالق والشوائب الموجودة في الجو، وبذلك تهبط إلى الأرض محملة بالكثير من المواد الكيميائية والأتربة.
11- الأمطار الحمضية Acid Rain
هي مياه الأمطار، التي تكون قيمة الأس الهيدروجيني لها حمضية وغالباً يراوح بين (4 و5) ، وذلك لتكوّن حمضي الكبريتيك والنيتريك ، الناتجين من تفاعل أكاسيد الكبريت والنيتروجين، الموجودة في الجو، مع قطرات الماء، الموجودة في المطر. وعلى الرغم من أن مياه الأمطار النقية، تكون حمضية بعض الشيء نتيجة ذوبان ثاني أكسيد الكربون في قطراتها، إلاّ أن درجة الحموضة تكون مخففة، إذ يصل رقمها الهيدروجيني إلى حوالي (6) في غالب الأحوال. وقد يعزى هطول هذه الأمطار الحمضية، إلى بعض الظواهر الطبيعية في بعض الأحوال، مثل الأنشطة البركانية. ولكن التلوث الصّناعي، وانطلاق كميات هائلة من أكاسيد الكبريت والكربون والنيتروجين، يظل هو السبب الأكبر في تَكَوّن الأمطار الحمضية. ويرجع التأثير الضار للأمطار الحمضية على البيئة، إلى تغييرها للبيئة المائية المعتدلة إلى بيئة حمضية، بما يؤدي إلى نفوق الكائنات الحية، واختلال التوازن البيئي، في البيئة والمسطحات المائية. كما تؤدي الأمطار الحمضية، أيضاً، إلى تآكل المنشآت المعمارية والآثار، كما تتسبب في ازدياد تأكل المواسير والأنابيب المكونة لشبكات مياه الشرب، وزيادة نسبة ذوبان الفلزات الثقيلة، وتحررها من التربة أثناء جريان المياه الحمضية في البحيرات والأنهار، الأمر الذي يؤدي في النهاية، إلى زيادة تركيز الفلزات الثقيلة السّامة، مثل: الرصاص، والكادميوم،والنحاس في مياه الشرب . وتزداد المشكلة تعقيداً بسبب حركة الرياح، التي قد تحمل الأكاسيد المتسببة في الأمطار الحمضية من مكان إلى آخر، مثلما هو حادث في أمريكا الشمالية، حيث تشير أصابع الاتهام إلى أن ولاية أوهايوالصناعية الأمريكية، تُعدّ مسؤولة عن حوالي 50% من الأمطار الحمضية، التي تسقط على كندا. وقد تأثرت مئات البحيرات في نصف الكرة الشمالية، خصوصاً في السويد، والنرويج، والمملكة المتحدة، وشمال أمريكا، بهذه الأمطار الحمضية، حيث تبدو، لأول وهلة، أنها بحيرات تحتوي على مياه عذبة شفافة، إلاّ أنها في حقيقتها مياه ليس بها حياة، نتيجة تأثير الأمطار الحمضية عليها. وقد وصلت هذه البحيرات إلى درجة ملحوظة من الحموضة، بعدما استنفدت مقدرة التربة على معادلة التأثير الحمضي للأمطار، حيث تحتوي التربة على عدد من الأملاح القلوية، مثل: كربونات الكالسيوم،والمغنزيوم، التي لها القدرة على معادلة الأحماض. وبعد أن فقدت التربة مقدرتها على معادلة الأحماض، لم تعد البحيرات ذات مقدرة، على معادلة التأثير الضار للأمطار الحمضية. وفقدت مقدرتها على تدعيم الحياة فيها، أو إعادة التوازن البيولوجي لها. كما فقدت كثير من الغابات مظاهر الحياة فيها ، وكذا، فقدت الأراضي الزراعية كثيراً من خصوبتها، ولم يُجد استخدام الجير الحي، أو المواد القلوية كثيراً، في رجوع هذه الأراضي إلى طبيعتها، أو استعادة البحيرات توازنها البيولوجي. كما أن هناك، أيضاً، الأمطار القلوية (Alkali Rain)، التي قد يصل رقم الأس الهيدروجيني لها إلى أكثر من (8)، وتكون، عادة، غنية بالكالست وغيرها من المواد القاعدية المذابة، كالكربونات. إلاّ أن هطولها ينحصر في المناطق الجافة وشبه الجافة، مثل مناطق الشرق الأوسط، كما لا يشكل سقوطها أخطاراً، مثل التي تشكّلها الأمطار الحمضية.
12- الماء والتربة :
في بعض الأحيان تؤدي خواص الماء الكيميائية، دوراً كبيراً في مجال الزراعة، وتحديد التصميم الهندسي للجسور والمنشآت المقامة فوق بعض أنواع التربة. ففي حالة وجود بعض أنواع التربة الطينية، التي يغلب على تكوينها وجود صلصال المونتموريلوني،كما هو الحال في تربة القطن السوداء في السودان، وولاية تكساس. فعند تشبّعها بالماء، تتمدد هذه التربة لتصبح ضعف حجمها عدة مرات، نتيجة تكوّنها من صفائح ذات أسطح سالبة الشحنة الكهربائية، بما يمكنها من الاتحاد مع الأطراف الموجبة للرابطة الهيدروجينية لجزيئات الماء. أمّا عند فقدان هذه التربة للماء، فإنها تعود إلى سابق حجمها الطبيعي، الأمر الذي يؤدّي إلى تشققها. النظائر في المياه النقية من ضمن خصائص الماء المميزة، احتواؤه على نظائر للهيدروجين والأكسجين. فذرة الهيدروجين العادي(H) تحتوي على بروتون واحد، ولا تحتوي على نيوترون في نواتها، وعددها الذري يكافئ وزنها، الذي يكافئ الواحد الصحيح. ويوجد مع الهيدروجين العادي نظيران آخران، هما الديوتيريوم (Deuterium)، وهو نظير ثابت ، والآخر هو التريتيوم (Tritium)، وهو نظير مشع(Radioactive Isotope) . ويختلف هذان النظيران عن الهيدروجين العادي، في احتواء نواتهما على النيوترونات، خلافاً للهيدروجين العادي. فذرة الديوتيريوم، تحتوي نواتها على نيوترون، لذا فعدده الذري 1، ووزنه الذري 2. أمّا ذرة التريتيوم فتحتوي نواتها على 2 نيوترون، ووزنه الذري 3، بينما يظل عدده الذري 1. لذا فإن ذرة الديوتيريوم، أثقل من ذرة الهيدروجين مرتين، وذرة التريتيوم، أثقل من ذرة الهيدروجين ثلاثة أضعاف. ويوجد الديوتيريوم في المياه بصفة طبيعية بنسبة قليلة، حيث يُعد أحد مكونات الماء الطبيعية. أمّا التريتيوم، فيوجد في الطبيعة نتيجة تفاعل الأشعة الكونية مع هيدروجين بخار الماء، أو ينتج أثناء إجراء التفاعلات النووية. كما يوجد، أيضاً، نظيران للأكسجين، هما O17 وO18 فنظير الأكسجين العادي وزنه الذري 16 . ويوجد هذان النظيران مع الأكسجين العادي في الماء في الطبيعة، بنسب قليلة. فالأكسجين O17 يمثل ما يقرب 0.038% من أكسجين الماء، بينما تصل نسبة نظير الأكسجين O18، إلى حوالي 0.20% من الأكسجين الموجود في الماء.
14- الماء ووظائف الكائن الحي:
الماء هو المكوّن الرئيس للحياة، إذ يلعب دوراً حيوياً في جميع العمليات الحيوية، التي تحدث داخل الكائنات الحية، بدءاً من الكائنات الأولية، ومروراً بالنبات، ثم انتهاءً بالإنسان. فالأميبا أبسط أنواع الحياة الحيوانية، هي كائنات وحيدة الخلية، يكون الماء أكثر من 90% من جسمها. ولا تختلف أهمية الماء بالنسبة للنبات، عن أهميته للكائنات الحية الأخرى. ففي الحقيقة، وبمقارنة وزنٍ بوزن، يحتاج النبات الماء أكثر من الحيوان. فأكثر من 90% من الماء، الذي يمتصه النبات عن طريق جذوره، ينطلق في الجو على هيئة بخار ماء. كما يستخدم النبات الماء، في تصنيع غذائه. فالنبات يمتص الماء من التربة عن طريق الجذور، ثم يرتفع الماء من خلال ساق النبات إلى الأوراق، عن طريق الخاصية الشعرية. وفي الأوراق يتحلل الماء إلى عنصريه، الأكسجين والهيدروجين، بواسطة اليخضور /الكلوروفيل/ في عملية حيوية يطلق عليها "البناء الضوئي" . وفي هذه العملية، يتحد الهيدروجين الناتج عن تحلل الماء، مع ثاني أكسيد الكربون، الذي تمتصه أوراق النبات من الهواء، لتصنيع سكر، ثم مركبات عضوية، كربوهيدراتية، ودهنية، وبروتينية لغذاء النبات. أمّا الأكسجين الناتج من تحلل الماء، في عملية البناء الضوئي، فينطلق معظمه في الهواء الجوى. ويُكَوِّن الماء ما يقرب من 70% من جسم الإنسان. ولا يقتصر وجود الماء على السوائل الموجودة في الجسم، مثل: الدم، والسائل الليمفاوي، بل يدخل كذلك، في تركيب الخلايا المكوِّنة لجسم الإنسان، إذ تراوح نسبة وجود الماء بين 65% و90%، من وزن هذه الخلايا، تبعاً لنوعها. فعلى سبيل المثال، تحتوي خلايا الدم على نسبة كبيرة من الماء، بينما تقل نسبة الماء في الخلايا المكونة للعظام. كما يلعب الماء دوراً حيوياً، في جميع العمليات الفيزيولوجية في جسم الإنسان. وتختل هذه العمليات إذا فقد الجسم 10% من مائه، أمّا إذا زادت هذه النسبة إلى 20%، فإنها تؤدي إلى الوفاة. ويفقد الجسم في اليوم ما يقرب من 2.5 لتر، في العمليات الفيزيولوجية المختلفة، مثل: التنفس، وعمليات الطرح من بول وبراز وعرق. ويحتاج الجسم لتعويض هذا الفقد، إلى تناول ما يقرب من 2.5 لتر من الماء في اليوم. ويحصل الجسم على الماء من طرق مختلفة، إمّا عن طريق تناول الماء والسوائل المختلفة، وإما عن طريق المحتوى المائي للأطعمة، مثل: الفواكه، والخضراوات، وإما عن طريق بعض عمليات الأكسدة، التي تتم في الخلايا والأنسجة، حيث يتم أكسدة سكر الغلوكوز في هذه الأنسجة ليعطى ماءً، وثاني أكسيد الكربون. فالإنسان يستطيع الصوم عن الطعام لمدة قد تصل إلى شهرين، ولكنه لا يستطيع العيش دون ماء أكثر من أسبوع. ومن هذه العمليات الفيزيولوجية، التغذية والهضم. فمضغ الطعام في الفم يحتاج إلى اللعاب، الذي تفرزه الغدد اللعابية في الفم. ويحتوي اللعاب على ما يقرب من 99% ماءً ذائباً، به الإنزيمات والأملاح المختلفة. وتُقدّر كمية اللعاب، الذي تفرزه الغدد اللعابية في اليوم، بما يقرب من لتر ونصف. وتصب المعدة والأمعاء إفرازاتهما على الطعام، فضلاً عن إفرازات البنكرياس والعصارة الصفراوية، إذ تبلغ كمية ما يفرز، ما يقرب من لتر إلى لترين في اليوم. ومن نعم الله على الإنسان، أنه لا يفقد هذه الكميات من الماء مع خروج الفضلات، بل يعاد امتصاص جزء كبير من الماء من الأمعاء الغليظة، مع المواد الغذائية الذائبة فيه. كما تُنقي الكليتان الدم من الأملاح الزائدة، وبقية المخلفات الذائبة، والفضلات الأزوتية، مثل البولينا وحمض البوليك، وإخراجها في صورة ذائبة، على هيئة بول. ويبلغ ما يخرجه الجسم من بول يومياً، ما يقرب من لتر ونصف. كما يعمل الماء على تنظيم درجة حرارة الجسم، وحفظها في مدى ثابت. فعند ارتفاع درجة الحرارة، يزيد إفراز الجسم من العرق، وبذا يعمل على تلطيف درجة حرارة الجسم، وخفضها عند تبخره. أمّا عند انخفاض درجة حرارة الجو، فإن الطاقة التي ينتجها الجسم، توزع على جميع أنحائه، عن طريق الدم والسائل الليمفاوي، حيث يمثل الماء القاعدة الأساسية لهذه السوائل، ويعد موصلاً جيداً للحرارة.
ما هي العناصر التي تسبب تلوث المياه العذبة ؟
المياه العذبة هي المياه التي يتعامل معها الإنسان بشكل مباشر ويومي. وقد شهدت مصادر المياه العذبة تدهوراً كبيراً في الآونة الأخيرة لعدم توجيه قدرا وافرا من الاهتمام لها. ويمكن حصر العوامل التي تتسبب في حدوث مثل هذا التدهور في:
عدم تنظيف خزانات المياه يشكل دوري و سليم الأمر الذي يعد غاية في الخطورة.
قصور خدمات الصرف الصحي والتخلص من مخلفاته.
التخلص من مخلفات الصناعة بدون معالجتها ، وإن عولجت فيتم ذلك بشكل جزئي.
أما بالنسبة للمياه الجوفية ، ففي بعض المناطق نجد تسرب بعض المواد المعدنية إليها مثل الحديد والمنجنيز والرصاص إلي جانب المبيدات الحشرية المستخدمة في الأراضي الزراعية.
آثار تلوث المياه العذبة على صحة الإنسان
أبسط شئ يمكن قوله أنه يدمر صحة الإنسان من خلال إصابته بالأمراض المعوية ومنها:
الكوليرا الملاريا
التيفود البلهارسيا
أمراض الكبد الالتهاب الكبدي الوبائي
الدوسنتاريا بكافة أنواعها حالات تسمم
كما لا يقتصر ضرره على الإنسان وما يسببه من أمراض، وإنما يمتد ليشمل الحياة في مياه الأنهار والبحيرات حيث أن الأسمدة والمخلفات الزراعية التي تتسرب إلى مياه الصرف تساعد على نمو الطحالب والنباتات المختلفة مما يضر بالثروة السمكية إذ تعمل هذه النباتات على حجب ضوء الشمس والأكسجين وتمنعه من الوصول إلى داخل المياه، كما أنها تساعد على تكاثر الحشرات مثل البعوض والقواقع التي تسبب مرض البلهارسيا علي سبيل المثال.
يعتبر الماء مذيب جيد لكثير من المواد وحتى بعض المواد التي لا تذوب فيه تشكل معلقات غروية تشبه المحاليل. وينزل الماء علي هيئة أمطار أو ثلج بصورة نقية خالية تقريبا من الجراثيم أو الملوثات الأخرى، لكن نتيجة للتطور الصناعي الكبير، تتعرض حتى مياه الأمطار أثناء سقوطها إلى الكثير من الملوثات لتصل الأرض مشبعة بالغازات السامة الذائبة مما يجعله غير صالح للشرب، ولعل أفضل مثال هو المطر الحمضي الذي سيتم شرحه لاحقا.
كذلك ظهر تلوث مياه البحار والأنهار و المياه الجوفية بالمواد البترولية والمواد المشعة والمعادن الثقيلة وغيرها. ويشكل التلوث بالمواد البترولية خطرا علي المياه حيث يكون طبقة رقيقة فوق سطح الماء تمنع مرور الهواء والأوكسجين وثاني أكسيد الكربون والضوء إلي الماء، مما يؤدي إلى اختناق الأحياء المائية وتعطيل معظم العمليات الحيوية الهوائية وبذلك تصبح الحياة المائية شبه مستحيلة. يدوم الهيدروكربون الناتج من تلوث البترول طويلا في الماء ولا يتجزأ بالبكتريا ويتراكم في قاع البحر. ويحتوي البترول علي مواد مسرطنة مثل بنزوبيرين الذي يؤثر علي النباتات والحيوانات التي تتغذى عليها. وهناك مواد كيماوية أخرى تسبب تلوث المياه مثل المبيدات D.D.T والمعادن الثقيلة.
المصادر الرئيسية لتلوث المياه:
مصادر صناعية - مصادر الصرف الصحي - مصادر زراعية.
1- المصادر الصناعية:
تحتوي مياه المصانع وفضلاتها ما نسبته 60 بالمائة من مجموع المواد الملوثة للبحار والبحيرات والأنهار. ويصدر أغلب الملوثات من مصانع مثل مصانع الدباغة والرصاص والزئبق والنحاس والنيكل ومصانع الدهانات والإسمنت والزجاج والمنظفات ومصانع تعقيم الألبان والمسالخ ومصانع تكرير السكر. بالإضافة إلي التلوث بالهيدروكربون الناتج عن التلوث بالبترول.
إن معظم المصانع في الدول النامية وحتى الدول المتقدمة لا تلتزم بضوابط الصرف الصناعي، بل تلقي بفضلاتها في المياه. ففي الولايات المتحدة وجدت مخلفات سامة في مياه الأنهار والبحار المحيطة بالمصانع. وفي القاهرة أجريت دراسة علي اثني عشر محطة لمعالجة مياه الشرب ووجدت جميعها تعاني من عدم انضباط في تصريف النفايات السائلة الصناعية.
وتجدر الإشارة إلي أن الطرق التقليدية لتنقية المياه لا تقضي علي الملوثات الصناعية (مثل الهيدروكربون) والملوثات غير العضوية والمبيدات الحشرية وغيرها من المواد الكيميائية المختلفة. وقد يتفاعل الكلور المستخدم في تعقيم المياه مع الهيدروكربونات مكونا مواد كربوهيدراتية كلورينية متسرطنة. ومن أشكال التلوث الصناعي هو استعمال بعض المصانع ومحطات الطاقة لمياه الأنهر والبحيرات في التبريد، وما ينتج عنة من ارتفاع في حرارة المياه مما يؤثر سلبا على التفاعلات البيوكيميائية في المياه وكذلك على الأحياء المائية.
2- مصادر الصرف الصحي:
تعتبر مياه المجاري واحدة من أخطر المشاكل علي الصحة العامة في معظم دول العالم الثالث، لأن أغلب هذه الدول ليس لديها شبكة صرف صحي متكاملة, بل في بعض المدن الكبيرة لا توجد شبكة صرف صحي. والمشكلة الكبرى عندما تلقي المدن الساحلية مياه الصرف الصحي في البحار دون معالجة مسببة بذلك مشكلة صحية خطيرة. كما أن استخدام الحفر الامتصاصية في الأماكن التي لا يتوفر فيها شبكة صرف صحي له أضراره علي الصحة العامة خاصة إذا تركت مكشوفة أو ألقيت مخلفاتها في الأماكن القريبة من المساكن حيث يتوالد البعوض والذباب مما يسبب الكثير من الأمراض بالإضافة إلي استخدام المبيدات المنزلية التي لها أضرارها علي صحة الإنسان.
تحتوي مياه المجاري علي كمية كبيرة من المواد العضوية وأعداد هائلة من الكائنات الحية الدقيقة الهوائية واللاهوائية. وعند وصولها إلى المياه السطحية، تعمل الكائنات الدقيقة الهوائية على استهلاك الأوكسجين لتحليل المواد العضوية مسببة نقصا في الأوكسجين مما يؤدي إلى اختناق الكائنات الحية التي تعيش في البحر وموتها. عند موتها تبدأ البكتريا أو الكائنات الدقيقة اللاهوائية بتحليلها محدثة تعفن وفسادا أخر إلى السابق.
تتوقف درجة فساد المياه السطحية وصلاحيتها للاستعمال علي عدة عوامل منها:
سرعة تيار الماء في المجري المائي
كمية الأوكسجين الذائب في الماء
السرعة التي تستطيع بها بعض أنواع البكتريا تحليل هذه الشوائب والفضلات
مدي حجم الشوائب والفضلات التي تلقي في هذا المسطح المائي البحر ونوعيتها
مكونات مياه الصرف الصحي:
تتكون مياه الصرف الصحي من المياه المستخدمة في المنازل سواء في الحمامات أو المطابخ وكذلك المياه المستخدمة في بعض الورش والمصانع الصغيرة ومحطات الوقود التي تقع داخل المدينة.
تحتوي مياه الصرف الصحي علي نسبة عالية من الماء 99.9 و الباقي مواد صلبة علي هيئة مواد غروية وعالقة وذائبة. وهذه المركبات هي:
الكربوهيدرات:وتشمل السكريات الأحادية والثنائية والنشا والسليلوز
أحماض عضوية: مثل حمض الفورميك, بروبونيك وغيرها
أملاح أحماض عضوية
الدهون والشحوم
المركبات العضوية النتروجية وتشمل البروتينيات
الأصباغ
الأملاح المعدنية و مواد أخري
طريق معالجة مياه الصرف الصحي
تتم معالجة مياه الصرف الصحي علي عدة خطوات:
المعالجة الأولية: يتم فيها التخلص من المواد العالقة والصلبة بطريقة الترشيح والترسيب
المعالجة الثانوية: وفيها تستخدم الطرق البيولوجية مثل البكتريا التي تؤكسد المواد العضوية المعالجة الثلاثية: وهي المعالجة النهائية وفيها يتم التخلص من البكتريا والفيروسات والمواد العضوية
بعد معالجة مياه الصرف الصحي يمكن استخدامها في الأغراض الزراعية أو الصناعية.
3- المصادر زراعية:
زاد في الآونة الأخيرة استخدام المبيدات الحشرية والأسمدة الكيميائية في الزراعة، ينجرف قسم من هذه المواد مع مياه الأمطار مياه الري لتصل إلى المياه السطحية والجوفية مسببا تلوث كيميائي خطيرا للمصادر المائية.
أضرار تلوث الماء علي صحة الإنسان
يعتبر التلوث الميكروبي أو الكيميائي للمياه من أكثر الملوثات ضرارا علي صحة الإنسان.
تلوث الماء ميكروبيا
ثبت بما لا يدعوا للشك أن مياه الصرف الصحي إذا لم تعالج جيدا تسبب أمراضا خطيرة للإنسان وخاصة إذا تسربت لمياه الشرب. يعتبر التلوث الميكروبي للمياه السبب في انتشار وباء السالمونيلا والالتهاب الكبدي في عدد من دول العالم. إن مياه الصرف الصحي بها أعداد هائلة من الكائنات الدقيقة مثل البكتريا والفيروسات والطفيليات وبذلك تنقل العديد من الأمراض مثل الكوليرا والتيفود وشلل الأطفال. وتلعب الكائنات الحية الدقيقة دورا في تحولات الميثان والكبريت والفسفور والنترات. فبكتريا الميثان تنتج غاز الميثان في الظروف الهوائية واللاهوائية, وبكتريا التعفن تنتج الأمونيا التي تتأكسد إلي نترات والتي تكون ما يعرف باخضرار الماء وتظهر علي شكل طبقة خضراء من الأعشاب علي سطح خزانات المياه والبحيرات وشواطئ البحار, وأكثر ما تكون في المياه الراكدة وتسبب في إعاقة تسرب الأوكسجين إلي الماء، وتسبب زيادة الأعشاب الخضراء إلى مرض زرقة العيون لدي الأطفال.
تلوث الماء كيميائيا
تلوث الماء بالمواد الكيميائية يمكن أن يكون خطرا علي البيئة وعلى صحة الإنسان. ويمكن تلخيص أهم المواد الكيميائية التي تلوث المياه:
مركبات حمضية أو قلوية:
تعمل كل من المركبات الحمضية أو القلوية على تغيير درجة الحموضة للماء. إن ارتفاع درجة حموضة المياه له تأثير سلبي على صحة الإنسان كما يؤدي إلى تكون الصدأ في الأنابيب وتآكلها. أما التلوث بالقلويات يؤدي إلى تكون الأملاح مثل كربونات وبيكربونات وهيدروكسيدات والكلوريدات. وتسبب كربونات وبيكربونات الكالسيوم والمغنيسيوم عسر الماء كما أن مركبات الكلوريدات والسلفات تسبب ملوحة الماء.
مركبات النترات والفوسفات:
تسبب هذه المركبات ظاهرة اخضرار الماء. وتتكون الأعشاب الخضراء من الطحالب وهي من عناصر الكربون والنتروجين والفسفور. ومن الجدير بالذكر أن النترات تتحد مع الهيموجلوبين وتمنع اتحاد الأوكسجين معه مما يسبب الاختناق.
المعادن الثقيلة:
أكثر المعادن الثقيلة انتشارا في مياه المجاري الرصاص والزئبق . يسبب تسرب الرصاص إلى أنابيب المياه إلى تلف الدماغ وخاصة للأطفال. يوجد الزئبق في الماء علي هيئة كبريتيد الزئبق وهو غير قابل للذوبان ويتواجد علي شكل عضوي مثل فينول ومثيل وأخطرها هو مثيل الزئبق الذي يسبب شلل الجهاز العصبي والعمى. أما في الأسماك فإن مثيل الزئبق يتراكم داخلها بتركيزات عالية نتيجة التلوث وينتقل من الأسماك إلى الإنسان.
الحديد والمغنيسيوم:
يسبب الحديد والمغنيسيوم تغير لون الماء إلي أشبه بالصدأ ولا يسبب ضررا إلا إذا كان بكمية كبيرة وأكثر وجودهما في المياه الجوفية.
مركبات عضوية:
كثير من المركبات العضوية تسبب تلوث الماء وأشهرها التلوث بالبترول ومشتقاته والمبيدات الحشرية والمبيدات الفطرية وغيرها من الكيماويات الصناعية.
الهالوجينات:
يستخدم الكلور والفلور لتعقيم المياه من الميكروبات الضارة ولكن عند وجود مواد عضوية أو هيدروكربونات في المياه، فإنها تتفاعل مع الكلور مكونة مركبات هيدروكربونية كلورية مسرطنة.
رد: بحث متخصص فى (السموم الطحلبية في مياه الشرب و صفات الماء الكيميائيه )
الأخ الفاضل السيد محمد
دائما ما تثرى المنتدى بموضوعات ممتازة متعلقة بالكيمياء و السموم و المبيدات و الأسمدة
شكرا لسيادتكم على هذا الموضوع الذى يلمس جزئية هامة و هى تلوث المياه الذى يعتبر شريان الحياة و لا غنى لكائن حى عنه
تقبل شكرى
د ربيع
رد مع اقتباس
رد: بحث متخصص فى (السموم الطحلبية في مياه الشرب و صفات الماء الكيميائيه ) 
مواقع النشر (المفضلة)