למה חרקים יכולים ללכת
על פני המים באגם,
אבל אתם שוקעים במהירות לקרקעית
כשאתם הולכים על מים?
ולמה אגמים קופאים מלמעלה למטה בחורף?
במילה אחת, התשובה לכל השאלות האלו היא קוטביות.
מים הם מולקולה פשוטה
עשויה מאטום חמצן אחד ושני אטומי מימן,
אבל הם חיוניים לחיים
למעשה, מים הם 60% בערך
ממשקל גוף אדם מבוגר.
הקוטביות בתוך מולקולות המים האלו
נותנות לחומר הנפוץ הזה את התכונות
שעושות אותו יחודי ומקיים חיים.
קוטביות מתייחסת לחלוקה הלא שווה
של אלקטרונים בתוך המולקולה.
למים, הקשר בין אטום החמצן
ושני אטומי המימן בתוך מולקולת מים יחידה
הוא כמו משיכת חבל בין שחקן פוטבול גדול וחזק
ופעוט קטן וחמוד.
חמצן הוא אטום גדול,
עם יותר פרוטונים בגרעין ממימן.
המטענים החיוביים האלה הם כמו הכוח הפיסי של אדם.
הם מסוגלים למשוך
את האלקטרונים הטעונים שלילית בקשר,
בדיוק כמו שאדם חזק מסוגל לגבור
על אדם חלש במשיכת חבל.
אז, חמצן מסוגל למשוך
יותר אלקטרונים.
בגלל שמימן קטן יותר ויש לו פחות כוח,
או פחות פרוטונים,
הוא מפסיד במשיכת החבל
ומושך פחות אלקטרונים.
אז, החמצן במים מתנהג כאילו הוא שלילי,
והמימנים מתנהגים כאילו הם חיוביים.
הקשרים בתוך מולקולת מים בודדת
נקראים קשרים פולריים קובלנטיים.
קובלנטי משמעו שהאלקטרונים משותפים.
אבל, כמו שלמדנו עכשיו,
פולארי משמעו שהאלקטרונים האלה לא מחולקים בצורה שווה.
במים, החמצן המתנהג כשלילי
והמימן החיובי.
מאחר ושלילי וחיובי נמשכים,
החמצן הזה נמשך לאטומי המימן
במולקולות מים שכנות.
סוג מיוחד של קשר נוצר בין מולקולות מים,
שידוע כקשר מימן.
קשרי מימן גם לא קורים רק במים.
הם יכולים להווצר בין מולקולת מים
וחומר אחר שהוא פולרי או יוני.
היכולת של מים להדבק לעצמם נקראת קשירות,
בזמן שהיכולת של מים להדבק לחומרים אחרים
נקראת דביקות.
עכשיו, חישבו אחורה לשאלה הראשונה.
ראשית, למה כמה חרקים מסוגלים ללכת על מים?
מתח פנים שנגרם מקשרי מימן
יוצר פילם דק על פני המים
שנותן מספיק התנגדות
לחרקים סופר קלים כדי ללכת.
אתם לא יכולים ללכת על המים
מפני שקשרי המימן לא חזקים מספיק
כדי להחזיק אתכם.
למה קרח צף על פני המים?
לרוב החומרים,
המצב המוצק הוא דחוס יותר מהמצב הנוזלי,
אבל זה לא המקרה למים!
קשרי מימן שומרים על המולקולות
רחוקות יותר במים קפואים מאשר במים נוזליים.
כמה שהמולקולות רחוקות יותר,
המוצק פחות דחוס.
אז קרח הוא 9% פחות דחוס ממים,
מה שאומר שהוא צף על פניהם.
זו הסיבה שאגמים קופאים מלמעלה למטה
והחיים במים מסוגלים להתקיים
במשך החורף הקר כל שנה.
זו הקוטביות של מולקולות המים
וכתוצאה מכך קשרי המימן
שגורמים לתכונות המיוחדות של המים.
אז, הסיבה שמים כל כך מיוחדים,
מתוך תאיכם
לאוקיינוסי העולם,
היא פשוט מפני שזו מולקולה קוטבית.