تحقیق درباره ویژگی های آب و کاربرد های آن

تحقیق درباره ویژگی های آب و کاربرد های آن

تحقیق ویژگی های آب و کاربرد های آن در قالب فایل ورد تهیه و طراحی شده و شامل صفحه فهرست بندی موضوعات، عنوان تحقیق،مقدمه، متن تحقیق و منابع می باشد که مجموع صفحات این فایل 23 صفحه است.

صفحات این تحقیق شماره گزاری شده و متن آن نیز پاراگراف بندی و ویرایش شده است و آماده ارائه و یا پرینت می باشد. فایل ورد این تحقیق قابل ویرایش بوده و شما می توانید به مطالب آن افزوده و یا هر قسمت که بخواهید حذف کنید.

جهت جلوگیری از بهم ریختگی متون و نمایش صحیح در دستگاه ها و نرم افزار های مختلف علاوه بر فایل Word یک نسخه فایل PDF هم در فایل دانلودی قرار داده شده است.

عناوین و سرفصل ها:

مقدمه – ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی – حالت‌ها – چگالی – نقطه سه‌گانه و نقطه بحرانی – رنگ و ظاهر – مولکول قطبی – منابع آب در کره زمین – استفاده از آب – مصارف انسانی – کشاورزی – آشامیدن – شستشو – کاربردهای صنعتی – حمل و نقل – کاربردهای شیمیایی – تبادل گرمایی – جلوگیری از آتش – تفریح – صنعت آب – کاربردهای پزشکی – تمیز کردن تجهیزات پزشکی – اسکراب – تمیز کردن جراحات – کاربرد آب مقطر در دندانپزشکی – تهیه غذای بیمار – فرآیندهای آزمایشگاهی – خدمات اورژانسی – سایر مصارف آب مقطر – آبرسانی بدن – کاربرد آب مقطر در آزمایشگاه – کمک به عملکرد درست دستگاه‌های بخور – کمبود آب – آب در مذهب – منابع

بخشی از تحقیق:

مقدمه

آب یک ترکیب معدنی، شفاف، بی‌مزه، بدون بو و تقریباً بی‌رنگ است که ماده اصلی تشکیل دهنده هیدروسفر کره زمین و مایعات موجود در همه موجودات زنده شناخته شده‌است (که به عنوان حلال عمل می‌کند). با اینکه آب هیچ نوع کالری یا مواد مغذی آلی ندارد، وجودش برای همه اَشکال شناخته‌شده حیات الزامی است و در صورت اتمام آن، حیات روی کره زمین پایان می‌یابد. فرمول شیمیایی آن H₂O است، به این معنی که هر یک از مولکول‌های آن حاوی یک اکسیژن و دو اتم هیدروژن است که توسط پیوندهای کووالانسی به هم متصل شده‌اند. دو اتم هیدروژن با زاویه ۱۰۴٫۴۵ درجه به یک اتم اکسیژن متصل می‌شوند.

بیشترین چگالی آب خالص در دمای ۳٫۹۸ درجه سلسیوس (۳۹٫۱۶ درجه فارنهایت) حاصل می‌شود که برابر ۱ گرم بر سانتی‌متر مکعب یا ۱۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است.

آب نقش بسیار مهمی در اقتصاد جهان دارد. نزدیک به ۷۰٪ آب شیرین مصرفی توسط انسان در کشاورزی مصرف می‌شود. ماهیگیری در آب‌های شیرین و شور یکی از منابع اصلی درآمد در بسیاری از کشورها محسوب می‌شود. بسیاری از کالاهای مصرفی و اساسی از طریق مسیرهای آبی و توسط کشتی‌ها و قایق‌ها جابجا می‌شود. در کاربردهای سرمایش و گرمایش خانگی و صنعتی از مقادیر زیادی آب و بخار استفاده می‌شود. آب حلالی عالی برای بسیاری از مواد معدنی و آلی محسوب می‌شود و به همین دلیل در مصارف صنعتی و خانگی مانند آشپزی و شستشو کاربرد فراوانی دارد. آب، یخ و برف در بعضی ورزش‌ها و بازی‌های تفریحی مانند شنا، قایق‌رانی، اسکی روی یخ و … نقش اساسی دارند.

ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی

آب (H₂O) یک ترکیب معدنی قطبی است که در دمای اتاق مایع، بی‌مزه، بی‌بو و تقریباً بی‌رنگ است. این ماده به دلیل قابلیت آن در حل مواد بسیار زیادی به عنوان «حلال جهانی» شناخته می‌شود. در حقیقت آبی که در طبیعت یافت می‌شود، تقریباً همیشه دارای چندین ماده حل شده در آن می‌باشد و برای تولید آب خالص باید فرایندهای بسیاری انجام شود. آب تنها ماده رایجی است که در شرایط عادی کره زمین به صورت جامد، مایع و گاز وجود دارد.

حالت‌ها

همراه با اکسیدان، آب یکی از دو نام رسمی برای ترکیب شیمیایی H₂O است؛ همچنین به فاز مایع H
2O آب گفته می‌شود. دو حالت متداول دیگر آب، فاز جامد آن است که به آن یخ می‌گویند و فاز گازی آب که به آن بخار آب یا بخار می‌گویند. افزودن یا حذف گرما می‌تواند باعث تغییر فاز شود: انجماد (آب به یخ)، ذوب شدن (یخ به آب)، تبخیر (آب به بخار)، چگالش (بخار به آب)، تصعید (یخ به بخار) و رسوب (بخار به یخ).

چگالی

چگالی آب برخلاف اکثر مایعات با انجماد کاهش می‌یابد. در فشار ۱ اتمسفر و دمای ۳٫۹۸ درجه سلسیوس، آب به بالاترین چگالی خود یعنی ۱۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می‌رسد. چگالی یخ ۹۱۷ کیلوگرم بر متر مکعب بوده و حجم آن ۹٪ افزایش می‌یابد. این افزایش حجم می‌تواند باعث ایجاد فشارهای بسیار زیادی شود به گونه‌ای که باعث ترکیدگی لوله‌ها و ترک برداشتن تخته‌سنگ‌ها شود.

در یک دریاچه یا اقیانوس، آب در دمای ۴ درجه سلسیوس (۳۹٫۲ درجه فارنهایت) به پایین رفته و یخ در سطح آن تشکیل می‌شود و روی آب مایع شناور می‌شود. این یخ آب زیر را عایق بندی کرده و از انجماد آن جلوگیری می‌کند. اگر این محافظت وجود نداشت بیشتر موجودات آبزی در زمستان از بین می‌رفتند.

نقطه سه‌گانه و نقطه بحرانی

در نمودار فازی فشار-دما (شکل را ببینید)، منحنی‌هایی وجود دارد که ماده جامد را از بخار، بخار را از مایع و مایع را از جامد جدا می‌کند. این منحنی در یک نقطه واحد به نام نقطه سه‌گانه با هم برخورد می‌کنند، جایی که هر سه حالت می‌توانند در کنار هم وجود داشته باشند. نقطه سه‌گانه آب در دمای ۲۷۳٫۱۶ کلوین (۰٫۰۱ درجه سلسیوس) و فشار ۶۱۱٫۶۵۷ پاسکال (۰٫۰۰۶۰۴ اتمسفر) قرار دارد. این فشار کمترین فشاری است که آب می‌تواند به صورت مایع در آن وجود داشته باشد. تا سال ۲۰۱۹، از نقطه سه‌گانه برای تعریف مقیاس دمای کلوین استفاده می‌شد.

منحنی فازی آب-بخار در ۶۴۷٫۰۹۶ کلوین (۳۷۳٫۹۴۶ درجه سلسیوس؛ ۷۰۵٫۱۰۳ درجه فارنهایت) و ۲۲٫۰۶۴ مگاپاسکال (۳٫۲۰۰٫۱ پوند بر اینچ مربع؛ ۲۱۷٫۷۵ اتمسفر) خاتمه می‌یابد. این نقطه به عنوان نقطه بحرانی شناخته می‌شود. در دماها و فشارهای بالاتر، فازهای مایع و بخار، فاز پیوسته‌ای را تشکیل می‌دهند که سیال فوق بحرانی نامیده می‌شود. می‌توان آن را به تدریج بین چگالی‌های گاز-مانند و مایع-مانند فشرده یا منبسط کرد، خواص آن (که کاملاً متفاوت از آب محیط هستند) به چگالی حساس هستند. به عنوان مثال، در فشار و دمای مناسب می‌تواند آزادانه با ترکیبات غیر قطبی، از جمله بیشتر ترکیبات آلی، مخلوط شود. این امر استفاده از آن را در کاربردهای مختلف از جمله الکتروشیمی درجه حرارت بالا و به عنوان یک حلال یا کاتالیزور خوش‌خیم از نظر زیست‌محیطی در واکنش‌های شیمیایی شامل ترکیبات آلی، مفید می‌کند. در گوشته زمین، در هنگام تشکیل، انحلال و رسوب مواد معدنی به عنوان یک حلال عمل می‌کند.

رنگ و ظاهر

آب خالص به دلیل جذب نور در محدوده تقریبی ۶۰۰ تا ۸۰۰ نانومتر، از لحاظ ظاهری آبی به نظر می‌رسد. این رنگ را به راحتی می‌توان با قرار دادن یک لیوان آب خالص در زیر نور آفتاب، در روبروی یک دیوار کاملاً سفید رنگ مشاهده کرد. در طبیعت، به دلیل وجود مواد جامد معلق یا جلبک، ممکن است این رنگ آبی به سبز نیز تغییر یابد.

مولکول قطبی

در یک مولکول آب، اتم‌های هیدروژن با اتم اکسیژن زاویه ۱۰۴٫۵ درجه تشکیل می‌دهند. اتم‌های هیدروژن نزدیک به دو گوشه یک چهار وجهی است که مرکز آن اکسیژن است. در دو گوشه دیگر، جفت‌های منفرد الکترون‌های ظرفیتی قرار دارند که در پیوند شرکت نمی‌کنند. در یک چهار وجهی کامل، اتم‌ها زاویه ۱۰۹٫۵ درجه تشکیل می‌دهند، اما دافعه بین جفت الکترون غیرپیوندی بیشتر از دافعه بین اتم‌های هیدروژن است. طول پیوند O–H در حدود ۰٫۰۹۶ نانومتر است.

برخی از مواد دیگر نیز دارای ساختار مولکولی چهار وجهی هستند، به عنوان مثال، متان (CH₄) و سولفید هیدروژن (H₂S). با این حال، اکسیژن اکترونگاتیویته بیشتری نسبت به اکثر سایر عناصر دارد (یعنی الکترون‌های خود را محکم‌تر نگه می‌دارد)، در نتیجه اتم اکسیژن بار منفی را حفظ می‌کند در حالی که اتم‌های هیدروژن بار مثبت دارند. این امر باعث انحنای ساختار مولکولی آب شده و همچنین به آن یک گشتاور دوقطبی الکتریکی می‌دهد و باعث می‌شود آن را به عنوان مولکول قطبی طبقه‌بندی کنند.

آب یک حلال قطبی خوب است که بسیاری از نمک‌ها و مولکول‌های آلی آب دوست مانند قندها و الکل‌های ساده مانند اتانول را حل می‌کند. آب همچنین بسیاری از گازها، مانند اکسیژن و دی‌اکسید کربن را حل می‌کند. علاوه بر این، بسیاری از مواد موجودات زنده مانند پروتئین‌ها، DNA و پلی ساکاریدها در آب حل می‌شوند.

بسیاری از مواد آلی (مانند چربی‌ها و روغن‌ها و آلکان‌ها) آبگریز هستند، یعنی در آب محلول نیستند. بسیاری از مواد غیر آلی نیز محلول نیستند، از جمله اکثر اکسیدهای فلزات، سولفیدها و سیلیکات‌ها.

منابع آب در کره زمین

اگر کسی از فضا به زمین نگاه کند، آن را یک سیاره آبی رنگ و پر از آب خواهد دید. حجم کل آب‌های موجود در کره زمین، رقمی در حدود ۱٬۳۶۰ میلیون کیلومتر مکعب تخمین زده شده‌است. این حجم با توجه به چرخه آب به‌طور دائم در بین منابع مختلف در حال جابه‌جایی‌است.

مهمترین منابع آب در کره زمین عبارتند از:

• آب‌های زیرزمینی (چاه، چشمه و قنات)
• آب‌های جوی (باران و برف)
• آب‌های سطحی (رودخانه، دریاچه، دریا و اقیانوس)

همچنین بخشی از آب موجود در کره زمین به صورت بخار در اتمسفر و بخش دیگری نیز به‌صورت جامد در یخچال‌های طبیعی وجود دارد.

حجم تقریبی میزان آب ذخیره شده در این منابع به این شرح است:

• اقیانوس‌ها: حدود ۱٬۳۲۰ میلیون کیلومتر مکعب (۹۷٫۲٪)
• یخچال‌های طبیعی: حدود ۲۵ میلیون کیلومتر مکعب (۱٫۷٪)
• سفره‌های زیرزمینی: ۱۳ میلیون کیلومتر مکعب (۰٫۹٪)
• آب‌های شیرین موجود در در دریاها، دریاچه‌ها و رودها: ۲۵۰ هزار کیلومتر مکعب (۰٫۰۲٪)
• بخار آب در هواکره حدود ۱۳ هزار کیلومتر مکعب (۰٫۰۰۱٪)

استفاده از آب

آب شیرین یک منبع تجدیدپذیر است که توسط چرخه آب طبیعی دوباره به گردش در می‌آید، اما توزیع طبیعی ناهموار در مکان و زمان، رشد تقاضای اقتصادی توسط کشاورزی و صنعت و رشد جمعیت باعث فشارهایی در زمینه دسترسی به آن گردیده‌است. در حال حاضر، نزدیک به یک میلیارد نفر در سراسر جهان از دسترسی به آب سالم و مقرون به صرفه محروم‌اند. سازمان جهانی بهداشت تخمین می‌زند که آب سالم می‌تواند سالانه از مرگ ۱٫۴ میلیون کودک در اثر اسهال جلوگیری کند. در کشورهای در حال توسعه، ۹۰٪ از کل فاضلاب‌ها هنوز بدون تصفیه به داخل رودخانه‌ها و جویبارهای محلی رها می‌شوند. حدود ۵۰ کشور با تقریباً یک سوم جمعیت جهان نیز از تنش آبی متوسط یا زیاد رنج می‌برند و ۱۷ کشور از این میزان، سالانه بیشتر از میزان شارژ مجدد در چرخه‌های آب طبیعی خود آب استخراج می‌کنند. این آسیب نه تنها بر روی آب‌های شیرین سطحی مانند رودخانه‌ها و دریاچه‌ها تأثیر می‌گذارد، بلکه منابع آب زیرزمینی را نیز تخریب می‌کند.

مصارف انسانی

کشاورزی

اصلی‌ترین مصرف آب توسط انسان در بخش کشاورزی است، که تقریباً ۸۰ تا ۹۰٪ از کل آب مصرفی توسط انسان را شکل می‌دهد. در ایالات متحده آمریکا، ۴۲٪ آب شیرین برداشت شده برای آبیاری استفاده می‌شود، اما اکثریت قریب به اتفاق آب «مصرف شده» به مصرف کشاورزی و دامداری می‌رود.

دسترسی به آب شیرین، خصوصاً در کشورهای پیشرفته که سیستم‌های پیچیده آب برای جمع‌آوری، تصفیه و رساندن آب و حذف فاضلاب ساخته‌اند، یک امر عادی به نظر می‌رسد. اما فشارهای اقتصادی، جمعیتی و اقلیمی در حال رشد، نگرانی‌ها را در مورد مسائل مربوط به آب افزایش می‌دهد و منجر به افزایش رقابت برای منابع آب ثابت می‌شود و مفهوم اوج آب را ایجاد می‌کند. با رشد جمعیت و اقتصادها، تقاضای گوشت، که به شدت به مصرف آب زیادی نیاز دارد، و همچنین سوخت‌های زیستی و صنایع وابسته به آب، افزایش می‌یابد و در نتیجه احتمال وقوع چالش‌های جدی در زمینه آب بسیار محتمل است.

کمبود آب همچنین به دلیل تولید محصولاتی که به آب زیاد نیاز دارند، ایجاد می‌شود. به عنوان مثال، ۱ کیلوگرم پنبه – که معادل یک شلوار جین است – به ۱۰٫۹ متر مکعب (۱۰۹۰۰ لیتر) آب برای تولید نیاز دارد. در حالی که پنبه ۲٫۴٪ از مصرف آب در جهان را تشکیل می‌دهد، آب در مناطقی که در حال حاضر در معرض کمبود آب هستند مصرف می‌شود. تولید پنبه در جهان خسارات قابل توجهی در محیط زیست ایجاد کرده‌است: به عنوان مثال، انحراف آب توسط اتحاد جماهیر شوروی سابق از رودخانه‌های آمو دریا و سیر دریا برای تولید پنبه تا حد زیادی دلیل ناپدید شدن دریای آرال بود.

آشامیدن

بدن انسان بسته به اندازه بدن از ۵۵٪ تا ۷۸٪ آب دارد. برای عملکرد صحیح بدن انسان روزانه به یک تا هفت لیتر آب نیاز دارد تا از کم‌آبی بدن جلوگیری کند. مقدار دقیق آن به سطح فعالیت، دما، رطوبت و سایر عوامل بستگی دارد. بیشتر این مقدار از طریق غذاها یا نوشیدنی‌های دیگر به غیر از نوشیدن آب مستقیم تأمین می‌شود.

کلیه‌های سالم می‌توانند ۰٫۸ تا ۱ لیتر آب در ساعت دفع کنند، اما استرس مانند ورزش می‌تواند این مقدار را کاهش دهد. افراد می‌توانند هنگام ورزش بسیار بیشتر از حد لازم آب بنوشند و این افراد را در معرض خطر مسمومیت با آب قرار می‌دهد (هیدراتاسیون زیاد) که می‌تواند کشنده باشد. به نظر می‌رسد ادعای رایج مبنی بر اینکه «شخص باید روزانه هشت لیوان آب مصرف کند» هیچ پایه و اساس علمی ندارد. مطالعات نشان داده‌است که مصرف آب اضافی، در زمان صرف غذا به ویژه تا ۵۰۰ میلی لیتر، باعث کاهش وزن می‌شود. مصرف کافی مایعات برای جلوگیری از یبوست مفید است. انسان‌ها به آب با ناخالصی‌های کم احتیاج دارند. ناخالصی‌های معمول شامل نمک‌ها و اکسیدهای فلزی، از جمله مس، آهن، کلسیم و سرب، یا باکتری‌های مضر، مانند ویبریو است. برخی از املاح برای تقویت مزه و تأمین الکترولیت‌های مورد نیاز انسان قابل قبول و حتی مطلوب هستند.