التطبيقات العملية والتقانية على الخلايا الكهروكيميائية

الخلايا والبطاريات :-

تتكون أي خليةكهربائية(بطارية) من قطبين (موصلين للكهرباء في حالة الصلابة) و مادة الكتروليتية(محلول مائي موصل للكهرباء)

و البطارية التي نستعملها لأغراض متعددة يكون الالكتروليت فيها عادة من عجينة رطبة، و تكون الأقطاب معدنية أو يكون أحدهما من معدن و الآخر من الجرافيت حيث يكون المهبط هو القطب الموجب و المصعد هو القطب السالب، و تنتقل الالكترونات في الدائرة الخارجية من المصعد إلى المهبط منتجة الكهرباء عند اكتمال توصيل هذه الدائرة ، وهناك ثلاثة أنواع من هذه البطاريات هي:

1) الخلايا الأولية :

·  وهى أنظمة تختزن الطاقة فى صورة كيميائية والتى يمكن تحويلها عند اللزوم إلى طاقة كهربية من خلال تفاعل أكسدة واختزال تلقائى غير انعكاسى وتتوقف عن العمل عندما تستهلك مادة المصعد وتنضب أيونات المهبط.

·       لا يسهل (عملياً أو اقتصادياً) بل ربما يستحيل إعادة شحنها:

العمود الجاف كمثال عليها :- 

التركيب:-

(1)           وعاء من الخارصين (أنود) قطب سالب.

(2)           عمود من الكربون (كاثود)

(3)           إلكتروليت:

·  عجينه رطبة من ثانى أكسيد المنجنيز (مادة مؤكسدة) وكلوريد أمونيوم وكربون مجزأ (يحيط بالكربون).

عجينه بيضاء من كلوريد خارصين وكلوريد أمونيوم

2- الخلايا الثانوية:-

·  هى خلايا جلفانية يمكن تتميز بأن تفاعلاتها انعكاسية (أى يمكن شحنها) تختزن الطاقة الكهربية على هيئة طاقة كيميائية والتى يمكن تحويلها إلى طاقة كهربية عند اللزوم.

·       يمكن إعادة شحنها.

3- خلايا الوقود :-

في عام 1839اختراع خلايا الوقود الهيدروجينية في إنجلترا وليام روبرت جروف، لعدم جدوى استخدامه في تلك الفترة ظل لأكثر من 130 سنة تقريبا مجمدا، وعادت للحياة في عقد الستينيات، وذلك عندما طورت شركة «جنرال إليكتريك» خلايا تعمل على توليد الطاقة الكهربائية اللازمة لإطلاق سفينتي الفضاء الشهيرتين «أبوللو» و«جيمني»، بالإضافة إلى توفير مياه نقية صالحة للشرب، كانت الخلايا في تلك المركبتين كبيرة الحجم وباهظة التكلفة، لكنها أدت مهامها دون وقوع أي أخطاء. ومن الممكن أن نعقد مقارنة بين تقنية خلايا الوقود الهيدروجينية وبطارية السيارة، من حيث فكرة دمج عنصري الهيدروجين والأكسيجين لإنتاج الكهرباء، لكن في حين أن البطاريات تتولى تخزين الوقود والعامل المؤكسد بداخلها مما يستوجب إعادة شحنها من حين لآخر، فإن خلايا الوقود تعمل بصفة مستمرة لأن وقودها والأكسجين يأتيان من مصادر خارجية، كما أن خلايا الوقود في حد ذاتها ليست سوى رقائق مسطحة تنتج كل واحدة منها فولطاً كهربائياً واحداً، وهذا يعني أنه كلما زاد عدد الرقائق المستخدمة كلما زادت قوة الجهد الكهربائي. مبدأ عمل الخلية :

1. ينساب الوقود الهيدروجيني على صفيحة المصعد ، في الوقت الذي ينساب فيه الأوكسجين على الصفيحة المقابلة و هي المهبط .

2. يسبب غشاء الفصل ( catalyst ) و الذي يوجد منها عدة أنواع منها ما يصنع من البلاتين انشقاق جزيء الهيدروجين إلى ذرتين تنشق كل منهما إلى أيون موجب ، و الكترون سالب .

3. تسمح صفيحة المحلل ( electrolyte ) فقط بمرور الأيونات ( البروتونات ) حاملة الشحنات الموجبة عبرها في حين تمنع مرور الاكترونات ، فتقوم هذه الأخيرة بالحركة عبر دارة وصل خارجية موصولة مع المهبط فتتحرك الالكترونات نحو المهبط فينشأ تيار كهربائي .

4. على المهبط تتحد الأيونات الهيدروجينية الموجبة مع الكتروناتها السالبة و مع الأوكسجين ليتشكل الماء الذي يتدفق خارج الخلية .

تكنلوجيا التحليل الكهربائي

1) الطلاء الكهربائي

الطلاء الكهربى: هو عملية طبقة رقيقة من فلز معين على سطح فلز آخر.

أهمية الطلاء:

[1] منع تآكل المعدن (الصدأ).           [2] إعطاء المعدن بريق ولمعان.

[3] زيادة القيمة الاقتصادية بطلاء معدن رخيص بمعدن نفيس.

تجربة عملية لطلاء إبريق بطبقة من الفضة:

[1] توصل المعدن المراد طلائها (الإبريق) بالقطب السالب للبطارية (الكاثود).

[2] توصل المادة المراد الطلاء بها (الفضة) بالقطب الموجب للبطارية (أنود).

[3] محلول إلكتروليتى من نيترات الفضة (AgNO₃)

2- استخلاص العناصر

استخلاص الألومنيوم من البوكسيت (Al₂O₃)

·       بإضافة خليط من الكريوليت (Na₃AlF₆) وقليل من الفلورسبار (CaF₂) لخفض درجة انصهار البوكسيت من 2045 ⁵م إلى 950 ⁵م

·       حديثاً يستعاض عن الكريوليت باستخدام مخلوط من أملاح فلوريدات كل من: الصوديوم والألومنيوم والكالسيوم(CaF₂ - AlF₃ - NaF) حيث يعطى المخلوط مع البوكسيت مصهور يتميز بانخفاض درجة انصهاره وانخفاض كثافته.

·       انخفاض كثافة المصهور يسهل فصل الألومنيوم المنصهر.

3) تنقية المعادن

تنقية النحاس 99% ردىء التوصيل للكهرباء لوجود شوائب من الخارصين والحديد والفضة والذهب للحصول على نحاس نقى 99.95% جيد التوصيل للتيار الكهربى.

[1] يوصل لوح النحاس الغير نقى بالقطب الموجب (أنود).

[2] يوصل سلك من النحاس النقى بالقطب السالب (كاثود).

[3] محلول إلكتروليتى من كبريتات النحاس.

طرق تحلية مياه البحار

أولاً: طريقة التقطير الومضي المتعدد المراحل

إن عملية تقطير الماء المالح هي عملية بدائية و سهلة للغاية فهي ببساطة عملية غلي الماء المالح ومن ثم تكثيف بخاره الذى يصبح بعدها ماء مقطر. فإذا ضخينا ماء البحر بواسطة مضخة إلى سخان كبير ورفعنا درجة الحرارة فإن الماء يبدأ بالتبخر. ثم نأخذ هذا البخار ونمرره في انبوب يمر في وسط ماء البحر البارد نسبياً قبل دخول ماء البحر هذا إلى السخان فإن البخار يتكثف ويتحول إلى ماء مقطر وهكذا تتم عملية التقطير ببساطة.

لزيادة كفاءة وكمية المياه المقطرة استغل العلماء حقيقة علمية أخرى ألا وهي أن درجة غليان الماء تتناسب تناسباً طردياً مع الضغط الواقع على الماء، ويغلي الماء عند درجة 100 مئوية تحت الضغط الجوى العادى و كلما انخفض الضغط انخفضت درجة غليان الماء.

فإذا رجعنا إلى مثالنا السابق وأخذنا ماء البحر المتبقي في السخان ووضعناه في وعاء آخر تحت ضغط منخفض فإن هذا الماء سيغلى تحت ضغط منخفض معين بدون تسخين الماء مرة أخرى وسنحصل على بخار ومن ثم ماء مقطر من هذا الوعاء.

فإذا كررنا هذه العملية من إدخال الماء المالح في أوعية متتالية وجعلنا الضغط في كل وعاء أقل من الضغط في الوعاء السابق بما يكفي لغلي الماء في الوعاء حصلنا على مايسمى بالتقطير الومضي المتعدد المراحل والرسمة التالية توضح أساسيات هذه الطريقة:

لدينا في هذه الصورة عدة خزانات لتقطير ماء البحر موصلة ببعضها البعض على التوالي. يدخل ماء البحر في آخر خزان في آخر مرحلة ومن ثم إلى المرحلة التى قبلها وهكذا حتى يصل ماء البحر إلى مكان إدخال بخار التسخين حيث تتم عملية التبادل الحراري وتسخين ماء البحر إلى حوالى 116 درجة مئوية. يدخل ماء البحر بعد ذلك في خزان المرحلة الأولى ويبدأ تخفيض الضغط حتى يغلي ومن ثم يتصاعد البخارحتى يصل إلى السطح المبرد بواسطة ماء البحر الداخل فيتكثف ويسقط الماء المقطرويتجمع في الوعاء المخصص له. يخرج بعد ذلك ماء البحر من الرحلة الأولى والذي زادت نسبة تركيز الملح به بعد تبخر نسبة منه ويدخل إلى خزان المرحلة الثانية حيث ينخفض الضغط فيه أكثر بواسطة عملية شفط الهواء مما يؤدى إلى غليان الماء وتبخره وصعود البخار إلى الأعلى حيث يتكثف ويتحول إلى ماء مقطرفي عملية مكررة في كل حيث يكون الضغط في كل مرحلة أقل من التى قبلهاحتى يخرج في النهاية محلول ملحي عالي نسبة التركيز لايمكن معالجته أكثر.

في محطات تحلية مياه البحر عندنا في الكويت والتى تعمل على طريقة التقطير الومضي المتعدد المراحل يتم خلط ناتج الماء المقطر مع مياه الآبار قليلة الملوحة لإنتاج مياه عذبة صالحة للشرب.

إذن يتبين لنا مما سبق أن طريقة التقطير الومضي المتعدد المراحل تحتاج إلى شيئين مهمين لكي تعمل ألا وهما الطاقة الحرارية اللازمة لإنتاج بخار التسخين وتحتاج أيضاً إلى الطاقة الكهربائية اللازمة لتشغيل مضخات المياه وأجهزة التحكم وكل المعدات اللازمة لخلط ومعالجة المياه

لنرجع الآن إلى رسمة محطة الطاقة الشمسية الحرارية مع محطة تحلية مياه البحر الموجودة في الموضوع السابق لنرى كيف يمكن لهذه المحطة الكهربائية الشمسية تحلية مياه البحر كناتج ثانوي

الرسمة أعلاه تبين طريقة عمل محطة الطاقة الشمسية أثناء النهار حيث تعكس مرايا الحقل الشمسي أشعة الشمس على البرج الثابت ومن ثم تتم عملية تحويل الماء إلى بخار محمص وكذلك يتم تسخين الملح المذاب وتخزينه لاستعمال حرارته فيما بعد.

بعد ذلك يندفع البخار المحمص إلى المولد التوربيني ويتسبب في دورانه مما يولد الكهرباء. بعدها يخرج البخار من التوربينة حيث يدخل في المبادل الحراري لمحطة التقطير مما يرفع درجة حرارة ماء البحر وفي نفس الوقت يتكثف البخار ويعاد تدويره ليسخن مرة أخرى ويتجه إلى التوربينة وهكذا. بعد رفع درجة حرارة ماء البحر تبدأ محطة تحلية الماء عملها بطريقة التقطير الومضي المتعدد المراحل والتى سبق شرحها.

الرسمة أعلاه تبين عملية تشغيل المحطة الشمسية الحرارية أثناء الليل والاستعاضة عن حرارة الشمس بالحرارة المخزنة في الملح المذاب والذي يعمل على تحويل الماء إلى بخار ومن ثم تحميصه بواسطة خزانات الملح المذاب الموجودة في أعلى الصورة. وتتم باقي عمليات المحطة من إنتاج الكهرباء وتقطير مياه البحر كما ذكرنا سابقاً.

الرسمة أعلاه تبين طريقة عملية تشغيل المحطة الشمسية الحرارية في حالة رداءة الطقس مثل وجود غيوم أوعواصف أوغبار فيتم في مثل هذه الحالات استخدام وقود ثانوي مثل الغاز أو مشتقات النفط أو الهيدروجين وذلك لتشغيل المحطة بالكامل حتى تتحسن الظروف الجوية

تبين لنا الآن إمكانية تصميم محطة الطاقة الشمسية لإنتاج الكهرباء والماء تعمل على مدار 24 ساعة في اليوم و 365 يوماً في السنة

والآن لنشرح الطريقة الثانية لتحلية ماء البحر

ثانياً: طريقة التناضح العكسي

إن نظرية التناضح العكسي سهلة جداً للفهم والتطبيق العملي فلو نظرنا إلى الجهة اليسرى من الرسمة أعلاه نجد خزانين متجاورين ويوجد بينهما غشاء شبه نفاذ به مسامات صغيرة جداً تسمح بمرور جزيئات الماء النقي وتمنع مرور الأملاح بنسبة تصل لأكثر من 99% وكذلك تمنع الملوثات والشوائب وحتى الجراثيم والبكتيريا.

ففي الجهة اليسرى من الرسمة أعلاه نجد أن أحد الخزانين به ماء البحر المالح والثاني به ماء عذب نقي، فإذا ترك الخزانين تحت ضغط متساوى بينهما وليكن الضغط الجوي العادي تبدأ عملية التناضح الطبيعية بعبور الماء عبر الغشاء من الجهة الأقل ملوحة إلى الجهة الأكثر ملوحة ونرى ذلك بوضوح في ارتفاع مستوى الماء في خزان الماء المالح وهذا بسبب عبور الماء العذب لجهة الماء المالح.

والآن نأتي إلى الجزء المهم من هذه العملية، فبالنظر إلى الجهة اليمنى من الرسمة أعلاه، نجد أنه لو قمنا بوضع ضغط عالي على ماء البحر المالح نجد أن اتجاه مرور الماء ينعكس و يحدث من جهة ماء البحر المالح إلى جهة الماء العذب بعد أن تخلص من الأملاح والأوساخ وأصبح ماءً عذباً نقياً.

وبهذه الطريقة يمكننا الحصول على كميات ضخمة من المياه العذبة من ماء البحر ولا نحتاج إلى تسخين الماء وغليه كما هو الحال في طريقة التقطير الومضي المتعدد المراحل و إنما نحتاج فقط إلى الكهرباء فقط لتشغيل مضخات الضغط العالي وأجهزة التحكم الأخرى. والكهرباء تأتي من المحطة الشمسية الحرارية كما ذكرت سابقاً

تطبيقات التفاعلات النووية

تطبيقات التفاعلات النووية     Applications of Nuclear Reactions

أولا ً : توليد الطاقة الكهربائية

المفاعل النووي
 

تمثل التفاعلات النووية مصدرا ً مهما ً للطاقة ، ففي الولايات المتحدة الأمريكية ، فمثلا ً تشكل الطاقة الكهربائية التي يتم الحصول عليها من الطاقة النووية 20% من مجمل الطاقة الكهربائية في البلاد.

ثانيا ً : تسيير الغواصات والسفن والصواريخ

تحتوي الغواصات والسفن النووية على مفاعل نووي يستعمل فيه مصهور الصوديوم كمبرد وناقل للحرارة .

أول غواصة في العالم تعمل بالوقود النووي الغواصة اللأمريكية نوتيلوس Nautilus سنة 1955 وقد دارت حول العلم مستهلكة ً قطعة يورانيوم لا تزيد كتلتها عن 1 كغ .

ويمتاز الوقود النووي المستخدم في السفن والغواصات بعدم حاجته للأكسجين ، وعدم الحاجة للتزود بالوقود باستمرار ، كما أن الوقود النووي يشغل حيزاً قليلاً مقارنة بالوقود العادي.

ثالثا ً : الطب

العديد من أعضاء جسم الإنسان تمتص عناصر بعينها كالغدة الدرقية التي تمتص اليود والعظام تمتص الفسفور ، وعليه يمكن استخدام أحد النظائر المشعة الذي يمتص من العضو المريض فيعمل على علاج الأورام في ذلك العضو .

من الأمثلة على ذلك استخدام اليود – 131 لتتبع أورام الغدة الدرقية ، ولأجل ذلك يشرب المرضى محلول يحتوي على كميات بسيطة من يوديد الصوديوم NaI¹³¹ ويتم بعد ذلك تتبع أثر اليود الممتص من الغدة الدرقية بوساطة شاشة كشاشة التلفاز . 

يمكن استخدام الثاليوم – 201 لمتابعة أمراض القلب وبخاصة للأشخاص اللذين يعانون من الأزمة القلبية ، وذلك بسبب تركز الثاليوم في عضلة القلب السليمة ، وبنفس الطريقة يمكن استخدام التكنيتيوم – 99 لمتابعة أنسجة عضلات القلب .وتستخدم النظائر المشعة أيضا ً في الوقت الحاضر في الكشف عن الحمل مبكرا ً .

الجدول الآتي يوضح بعض النظائر التي تستخدم في المجال الطبي وأعمار النصف لكل منها:

العضو أو المنطقة المستهدفة	عمر النصف	النظير
الغدة الدرقية	8.1 يوم	I131
خلايا الدم الحمراء	45.1 يوم	Fe59
الأيض	67 ساعة	Mo99
العيون ، الكبد ، الأورام الخبيثة	14.3 يوم	P32
خلايا الدم الحمراء	27.8 يوم	Cr51
العظام	2.8 ساعة	Sr87
القلب ، العظام ، الكبد ، الرئتين	6 ساعات	Tc99
الرئتين	5.3 يوم	Xe133
النظام الدوراني للدم	14.8 ساعة	Na24

يشترط عند استخدام هذه الطريقة في العلاج أن يكون عمر النصف للنظير المستخدم قصيراً وينتهي نشاطه الإشعاعي بمجرد انتهائه من علاج الورم .

ولا يشترط في العلاج أن تكون الأشعة صادرة من داخل الجسم ، بل يمكن استخدام أشعة من خارج الجسم لمعالجة الأورام الداخلية كاستخدام أشعة غاما الصادرة عن نظير الكوبالت 60 لعلاج الأورام السرطانية .

رابعا ً : التعقيم

يمكن تعقيم المواد الغذائية باستعمال الأشعة ، حيث يمكن إبادة الكائنات الحية الدقيقة في المنتجات الغذائية بوساطة تيار من جسيمات بيتا أو أشعة غاما ، وبنفس الطريقة يتم تعقيم الأدوية والمستحضرات الطبية والمنتوجات الزراعية .

خامسا ً : الكشف عن تسرب النفط

يمكن الكشف عن حدوث أي تسرب للنفط داخل أنابيب النفط المدفونة تحت سطح الأرض دون الإضطرار للحفر ومحاولة تتبع أنبوب النفط لمعرفة مكان التسرب وذلك باستخدام النظائر المشعة وبتكلفة بسيطة .

تطلق مادة مشعة داخل أنابيب النفط حيث تجري مجراه ، فإذا حدث انتشار للنشاط الإشعاعي في منطقة ما دل ذلك على حدوث التسرب في تلك المنطقة .

سادسا ً : متابعة التفاعلات الكيميائية

تستخدم النظائر لمتابعة آلية (ميكانيكية) التفاعل mechanism of chemical reactions .

فعلى سبيل المثال يتفاعل الكحول مع الحمض العضوي ليعطي استرا ً وماءً .

هنالك احتمالان لحدوث التفاعل :

الاحتمال الأول سحب OH من الكحول و H من الحمض العضوي ويتكون استر وماء .

الاحتمال الثاني سحب OH من الحمض العضوي و H من الكحول ويتكون استر وماء .
الاحتمال الثاني سحب OH من الحمض العضوي و H من الكحول ويتكون استر وماء .

وفي الحقيقة يحدث فعلياً الاحتمال لالثاني ، ولمعرفة الآلية الصحيحة يمكن اجراء التفاعل باستخدام نظير الأكسجين 18 في الكحول أو الحمض العضوي ، ومتابعة مكان ظهور النظير .

وعلى هذا الأساس :

إذا استخدم نظير الأكسجين في الكحول فإنه سيظهر في الإستر .

وإذا استخدم نظير الأكسجين في الحمض العضوي فإنه سيظهر في الماء

وبنفس الطريقة يمكن متابعة أي تفاعل كيميائي كمتابعة حركة الماء في الأنظمة الحيوية كالنباتات ، كأن يضاف الماءH₂O¹⁸ المستخدم فيه نظير الأكسجين إلى التربة ومتابعة حركة الماء خلال النباتات التي تحوله في عملية البناء الضوئي إلى سكر .

سابعا ً : تقدير الأعمار

أ. تقدير أعمار الصخور

تعتبر طريقة تقدير أعمار الصخور من أفضل التطبيقات على ظاهرة النشاط الإشعاعي ، فالصخور التي تحتوي على يورانيوم يمكن تقدير أعمارها بمعرفة النسبة بين اليورانيوم 238 والرصاص 206 ( تذكر أن الرصاص 206 هو النظير المستقر الذي ينتج من تحلل اليورانيوم 238 – انظر إلى سلسلة النشاط الإشعاعي - ) .

ومن المعروف أن عمر النصف لليورانيوم هو 4.5 بليون سنة ( 4.5 × ⁹10 سنة ) ، فإذا كانت النسبة بين

 ²⁰⁶Pb / ⁱ²³⁸U  هي 1 : صفر فهذا يعني أن الصخرة حديثة التكون والدليل عدم تحول اليورانيوم إلى رصاص .

وإذا كانت النسبة بين ²⁰⁶Pb / ²³⁸U  هي 1 : 1 فهذا يعني أن الصخرة قد مرت بفترة عمر النصف لليورانيوم وتحولت نصف كمية اليورانيوم إلى رصاص ، وهذا يعني أن عمر الصخرة 4.5 بليون سنة .

ومن خلال النسبة بين كمية اليورانيوم والرصاص في الصخرة يمكن تقدير عمرها التقريبي ، وفي الحقيقة فإن أقدم صخرة قد تم قياس عمرها بهذه الطريقة عمرها 3.9 × ⁹10 سنة أي أقل من عمر النصف لليورانيوم .

أما الصخور التي لا تحتوي على يورانيوم يقدر عمرها باستخدام طريقة بوتاسيوم – آرغون .
يتحلل البوتاسيوم وفق المعادلة التالية :

ويبلغ عمر النصف للبوتاسيوم 1.3 × ⁹10 سنة .

وبحساب النسبة بين ⁱ⁴⁰Ar / ⁴⁰K  يمكن تقدير عمر الصخرة بنفس الطريقة التي اتبعت عند تقدير عمر الصخور الحاوية على اليورانيوم .

ب. تقدير أعمار الأشياء التي كانت حية

تمكننا هذه الطريقة من تقدير أعمار أشياء تزيد أعمارها عن 70.000 سنة .

تقدر عمر الأشياء التي كانت يوما ما حية ، مثل العظام والخشب بقياس النسبة بين نظيري الكربون 14 والكربون 12

يتكون نظير الكربون 14 في طبقات الجو العليا من التحام النيوترونات مع أنوية النتروجين وفق المعادلة النووية التالية:

وبمجرد تكون نظير الكربون يبدأ بالتحلل وفق المعادلة :

عمر النصف لنظير الكربون 14 يساوي 5770 سنة . 

وعند تفاعل الكربون مع ألكسجين يتكون غاز ثاني أكسيد الكربون  الذي يحتوي على نظيري الكربون 14 و 12 .

وعندما تقوم النباتات بعملية البناء الضوئي فإنها تأخذ غاز ثاني أكسيد الكربون الحاوي على نظيري الكربون وتحوله إلى مركبات عضوية تكون نسبة الكربون 14 و 12 فيها ثابتة .

وعند موت الكائن الحي يستمر الكربون 14 بالتحلل دون أن يتحلل نظير الكربون 12 ، وبحساب النسبة بين النظيرين يمكن تقدير عمر الكائن الحي .

ج. تقدير عمر الجليد

يتكون نظير الهيدروجين – 3 ( التريتيوم ) في الجو نتيجة ً لالتحام النيوترون بالبروتون أو بفعل التحام النيتروجين بالنيوترون بفعل الأشعة الكونية .

ويحتوي ماء المطر على كمية ضئيلة من هذا النظير المشع ( عمر النصف = 12.26 عام ) ، وبقياس نسبة وجوده في الجليد على قمم الجبال يمكن تقدير عمر الجليد ، وبنفس الطريقة يمكن تقدير عمر النبيذ .

الماء

الماء أحد أهم عناصر الحياة

سائل شفاف دون طعم أو رائحة أو لون. تركيبه الجزيئي مكون من ذرتي هيدروجين وذرة من الاكسجين.
ينتشر الماء على الارض بأشكاله المختلفة، السائل، والصلب، والغازي. كما أن 70% من سطح الأرض مغطى بالماء، ويعتبر الماء أساس الحياة على أي كوكب .

التركيب الكيميائــــــــي للمـــــــاء  : 

يتألف الماء من جزيئات متلاصقة متماسكة ، يتكون الجزيء الواحد من ارتباط ذرة أوكسجين مع ذرتين من الهيدروجين ، و يتم هذا الارتباط وفق رابطة تشاركيه قوية قيمتها 30 ــ 100 كيلو حريرة / مول .
ـ إن البناء الفريد للماء يجعل جزيئاته متماسكة و مرتبطة بروابط هيدروجينية ، و يصبح كل جزيء مرتبطاً بأربعة جزيئات مجاورة ، و كل منها بأربعة ، و هكذا تبدوا جميع الجزيئات مرتبطة ببعض في شبكة فراغية متماسكة ، و لولا هذا لكانت درجة غليان الماء (-80م) و درجة تجمده ( -100 م ) ، و لاستحال جود الماء على شكل سائل وصلب على سطح الأرض و لاستحالت الحياة .
فمن دراسة خواص كل من الأوكسجين و الهيدروجين،  تبين أنهما إذا شكلا جزيئاً ، فإنه لا يمكن أن يتواجدا بحالة سائلة أو صلبة إلا إذا كانت الرابطة التي تربط بينهما رابطة هيدروجينية قوية .

خصائص المــــــاء الفيزيائيــــــــة :

يوجد الماء في الطبيعة في  ثلاث حالات معروفة :

· الحالة الصلبة: يكون فيها الماء على شكل جليد أو ثلج، يوجد على هذه الحالة عندما تكون درجة حرارة الماء أقل من الصفر المئوي.
· الحالة السائلة: يكون فيها الماء سائلا شفافا، وهي الحالة الأكثر شيوعا للماء. ويوجد الماء على صورته السائلة في درجات الحرارة ما بين الصفر المئوي، ودرجة الغليان، وهي 100 درجة مئوية في الظروف المثالية عند ضغط 1 جو.
· الحالة الغازية: يكون فيها الماء على شكل بخار، ويكون الماء بالحالة الغازية بدرجات حرارة مختلفة تبعا للضغط الجوي .

وللماء عدة خصائص  فيزيائية جعلت له قيمة كبيرة في الحياة، والصناعة، والزراعة، وغيرها من مجالات الحياة، وأهمها:

التعـــــادل  الحمضي :
الماء سائل متعادل كيميائيا، أذ أن درجة الحموضة أو القاعدية فيه هي( PH=7  )، وهذا يعني أنه لا يمكن أعتبار الماء مادة حمضية أو قاعدية، لأنه مادة متعادلة كيميائيا.

الإذابـــــــــــة  :
الماء مادة مذيبة، وهذا يعني أنه من الممكن أذابة الكثير من الأملاح والمواد في الماء. الماء الموجود في الطبيعة لا يوجد بشكل نقي 100% وذلك بسبب وجود الأملاح والغازات في الماء الموجود بالطبيعة. لكي تذوب مادة في الماء يجب أن تحتوي على أيونات حرة، أو أن تكون مادة متقطبة (لأن المثل يذوب بالمثلوالماء مادة متقطبة لهذا السبب يعتبر الماء مذيب جيد للمواد).

التوصيــــــــل  الكهربائــــــــــي  :
الماء مادة موصلة سيئة للكهرباء، ولكن بما أن الماء مادة مذيبة، فعند أذابة الأملاح في الماء، أو إذابة مواد أخرى، يصبح الماء موصل جيد للكهرباء.


خواص المـــــاء الفيزيـــوكيميائيــــــــة الأخـــرى :
ـ من المعلوم أن درجة غليان الماء مرتفعة و ذلك لقوة رابطته التشاركية لذلك فهو يمتص قدرة حرارية كبيرة لكي يتبخر حيث كل غران من الماء السائل يحتاج إلى 540 حريرة ليتحول إلى بخار و هذه الخاصية تعطي الماء دوراً فريداً في نقل القدرة من مكان لآخر ، فالماء الذي يتبخر من المحيطات تسوقه الرياح مئات و آلاف الكيلومترات إلى أماكن باردة فعند تبرد البخار و تحببه و تساقطه على شكل قطرات مطر ينشر معه الطاقة التي أمتصها أثناء تبخر ه فيساهم في رفع درجة الحرارة في تلك المناطق و تلطيف حرارة الجو و كذلك في أثناء تساقط الثلوج فكم هذه الحرارة المنتشرة كبيرة إذا علمنا أنه يتبخر كل عام 520 ألف كيلوا متر مكعب من الماء .

ـ و هناك خاصة فريدة أخرى للماء تتمثل بتمدد الجليد أثناء تجمده فيطفوا على سطح الماء ، ولهذه الخاصية البديعة فائدة عظيمة لتلك الكائنات المائية التي تعيش في المناطق الباردة و المتجمدة فعندما تنخفض درجة حرارة الماء في فصل الشتاء في الأحواض المائية ( نهر _بحيرة _ بحر... ) نتيجة انخفاض درجة حرارة الغلاف الجوي المحيط تتجمد طبقة الماء السطحية فتتمدد و تزداد كثافتها فتطفوا على سطح الماء و تشكل عازلاً طبيعياً بين الغلاف الجوي البارد والماء أسفل الحوض فتساهم تلك الخاصة في خفض درجة حرارة الماء واعتداله مم يحول دون تجمد الحوض المائي فيساهم هذا العازل الطبيعي إضافة إلى الحرارة المنتشرة من تجمد الجليد على تلطيف حرارة الماء و المحافظة على حياة الأحياء المائية و تجنيبها خطر التجمد و الموت .

ـ نتيجة لقوى التجاذب بين جزيئات الماء يلاحظ أن قيمة التوتر السطحي للماء عالية جداً و تبلغ 72 ميلي نيوتن /المتر و هي تفوق الضغط الجوي فهذه الخاصة هي التي تجعل الماء يرتفع بنفسه في الأوعية الشعرية في الأشجار و تعرف بالخاصة الشعرية فيحمل الماء من خلالها الغذاء إلى الخلايا النباتية حتى ارتفاعات عالية ، كما أنها هي المسئولة عن تحريك الماء في المسامات و الفراغات و الأقنية و الشقوق الدقيقة في التربة و الصخور نحو الأعلى حتى تتساوى قوة التوتر السطحي للماء مع قوة الجاذبية الأرضية مم يسهل على جذور النباتات الحصول على الماء في المناطق الجافة و الصحراوية .

ـ تعد قيمة ثابت العزل الكهربائي للماء عالية جداً و نحو ( 80 ) في جزيئات الماء تكون مراكز الشحنات الموجبة و السالبة منزاحة كثيراً عن بعضها البعض، فنلاحظ أنه عند غمر جسم ما ف بالماء أن القوى الناشئة بين الجزيئات أو الذرات على سطحه تضعف تحت تأثير الماء مئة مرة تقريباً ، فإذا أصبحا الرابطة بين الجزيئات غير قادرة على مقاومة فعل الحركة الحرارية بدأت جزيئات الجسم أو ذراته بالانفصال عن سطحه و الانتقال إلى الماء ، و بدأ الجسم عندئذ بالذوبان حيث يتفكك إلى جزيئات مستقلة كما يحدث للسكر عند ذوبانه في كأس من الشاي أو يتفكك إلى جسيمات مشحونة ( أيونات ) كما يحدث لملح الطعام .
ويعتبر الماء بفضل ثابت عزله الكهربائي الكبير جداً،ن من أقوى المذيبات ( المحلات ) ، فباستطاعته أن يذيب أي صخر كان على سطح الأرض ، فالماء يفتت ببطء الغرانيت و يسحب أو يمتص منه الأجزاء السهلة الذوبان . ولهذه الخاصة أهمية كبيرة للنبات فالماء يذيب الأملاح و المعادن و الشوائب الضرورية لحياة النبات التي تنتقل عبر الأنابيب الشعرية إلى الخلايا النباتية .

تحمل مياه الأنهار و الجداول والسواقي الشوائب المنحلة فيها و تقذف بها في المحيطات التي تتراكم فيها الأملاح و الشوائب على مدى العصور ،لذلك تكون مياه البحار و المحيطات مشبعة بالأملاح و المعادن و الشوائب التي بدورها تمنع المياه من أن تتسنه وتتنتن وتتحول إلى مستنقعات فتموت بالتالي معظم الأحياء البحرية.

تحضير وتفاعلات البنزين

طرق تحضير البنزين : 
1. يمكن تحضيرة من التقطير التجزيئي للنفط وقطران الفحم الحجري .
2. من بلمرة الاستيلين مع الية التفاعل: 



3- بتقطير الفينول مع مسحوق الخارصين .

تفاعلات حلقة البنزين:
أغلب تفاعلات البنزين من نوع الاستبدال حيث يتم انتزاع ذرة (H) من حلقة البنزين , والاستعاضة عنها بذرة أو مجموعة . ومن أشهر هذه التفاعلات :