ما هي الذرة

الذرة هي جسيمات غير متصلة لا تتجزأ و غير قابلة للأنقسام و التي تشكل عنصرا. الذرة المكونة لنفس العنصر متطابقة. العناصر المختلفة لها ذرات غير مماثلة، أبسط من كل العناصر هو الهيدروجين.
مثال: ذرات الهيدروجين متشابهة بينما ذرة الأكسجين مختلفة عن  ذرة الهيدروجين. ذرتي هيدروجين وأوكسجين واحدة مجتمعة تشكل H2O جزيء الماء.

ذرات صغيرة للغاية. لذلك، يمكن حتى أقوي المجاهر (الميكروسكوب) لا تستطيع أن تراهم. في الواقع، 6.022X10 ^ 23 ذرة الهيدروجين (عدد أفوجادرو) تزن فقط غرام واحد. هناك 454 غراما في الرطل الواحد.

 من أجل فهم طبيعة الذرة، يجب علينا تحديد القوى المحافظة على تماسكها. كثيرا كما لدينا مصنع، والجاذبية هي القوة القابضة التي تجذب القمر في مداره حول الأرض. الجاذبية هي قوة الجذب بين كتلتين كبيرتين.
في حالة الذرة، وصغر حجم الجزيئات والسرعة التي يتحرك بها الإلكترون سوف تحظر قوة مثل الجاذبية من أن تكون قادرة على استمرار الذرة معا وعدم تشتيتها. لقد اكتشف العلماء أن القوة الكهروستاتيكية هي القوة التي تحافظ على تماسك الذرة.

 تركيب الذرة

في حين تتكون الذرة من جسيمات دون ذرية صغيرة. هذه الجسيمات هي الإلكترون، والبروتون والنيوترون. يتواجد البروتون والنيوترون داخل النواة التي هي مركز الذرة. الإلكترون وهو يحمل شحنة سالبة يدور حول النواة.

تتشكل ذرات من عناصر مختلفة من نفس النوع من الجسيمات دون الذرية. ومع ذلك، فإن نسب الجسيمات دون الذرية مختلفة لكل عنصر. الهيدروجين مثلا يتكون من اثنين من الجسيمات دون الذرية. الإلكترون والبروتون. في حالة الهيدروجين، وإلكترون واحد يدور حول بروتون واحد. هذا ويمكن أيضا تصور من خلال التفكير من القمر الذي يدور حول الأرض. كما في حالة الأرض البروتون من ذرة الهيدروجين أكبر بكثير من الإلكترون.

وعلاوة على ذلك، إذا أضفنا الجسيمات تحت الذرية لذرة الهيدروجين، نكون ذرة أخرى من عنصر آخر. ملاحظة: عدد الجسيمات دون لذرية هو ما يميز الذرات من العناصر المختلفة. بالإضافة إلى ذلك، إذا كنا نريد تكوين ذرة الهليوم، يجب إضافة إلكترون ، بروتون واثنين من النيوترونات لذرة الهيدروجين. ونتيجة لذلك، سيكون لدينا اثنين من الالكترون يدورون حول أربعة جزيئات أخرى، واثنين من البروتونات والنيوترونات في النواة.

تعريف التفاعل الكيميائي

التفاعل الكيميائي هو التغيير الذي يحدث على مركب كيميائي أو الجزيء على شكل آخر. هذا عادة ما يؤدي إلى تغيير في ترتيب الإلكترونات وكسر الروابط بين الذرات أو الجزيئات. وبالإضافة إلى ذلك، تفاعل كيميائي ينتج أي تغيير على النوى من ذرات المعنية. المواد شكلت جديدة لها خصائص وخصائص مختلفة.

نحن نعرف كيف ذرات السندات معا لتشكيل الجزيئات، ولكن قد تسأل لماذا تشكل جزيئات معينة. بعض العناصر تتجمع لتشكل مركبات أو لماذا بعض المركبات تتفاعل مع بعضها البعض لتكوين مركبات جديدة.

أمثلة التفاعلات الكيميائية

على سبيل المثال، ونحن عندما خلط كربونات الكالسيوم وحمض الهيدروكلوريك، وحصلنا على التفاعل الكيميائي العنيف الذي يطلق كمية كبيرة من الغاز.

 CaCO3 + 2HCl ——> CaCl2 + H2O + CO2
كربونات الكالسيوم + هيدروكلوريك الكالسيوم يشكل المياه + ثاني أكسيد الكربون + حمض كلوريد الكالسيوم

في الواقع، تقدم هذه المعادلة التفاعل الكيميائي. في هذا كربونات الكالسيوم رد فعل الكيميائية يتفاعل مع حمض الهيدروكلوريك لتشكيل كلوريد الكالسيوم والماء وثاني أكسيد الكربون. ونتيجة لذلك، هذا جنبا إلى جنب مع العديد من التفاعلات الكيميائية الأخرى، تعتبر تفاعل كيميائي من تلقاء أنفسهم. وبالتالي، فإنه سيتم البدء والاستمرار في إنجاز في حد ذاته.

أنواع التفاعلات الكيميائية

ردود الفعل العفوية

2Na + 2H2O ——> 2NaOH + H2

NaHSO3 + HOCl ——> NaCl + H2SO4
الصوديوم بيسلفيت + حمض تحت الكلور يشكل كلوريد الصوديوم أو ملح الطعام + حمض كلوريد الصوديوم الكبريتيك

التفاعلات الكيميائية الأخرى ليست عفوية، ومع ذلك، لا تزال مستمرة من تلقاء نفسها التي مرة واحدة مع نوع من مدخلات الطاقة.

تفاعل كيميائي تتطلب مدخلات الطاقة الأولي

2H2 + O2 — الطاقة —> 2H2O

CH4 + 2O2 — الطاقة —> CO2 + 2H2O

بقدر ما هو تفاعل كيميائي عفوية، ونوع آخر من التفاعل الكيميائي التي تتطلب مدخلات الطاقة المستمر.

تفاعل كيميائي تتطلب مدخلات الطاقة المستمر

N2 + 3H2 —  الطاقة —> 2NH3

CaCO3 —  الطاقة —> CaO + CO2

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن في الواقع شرح أنواع التفاعل الكيميائي باستخدام مثال على شعرة معاوية أسفل الدرج. في حالة تفاعل كيميائي عفوية، يمكننا أن نرى الكرة تتدحرج إلى أسفل مجموعة من السلالم حيث يوجد انحدار كل خطوة قليلا إلى أسفل. ما يحدث هو أن الكرة ما زالت تتدحرج من خطوة إلى خطوة دون مساعدة.

كما هو الحال في حالة وجود رد فعل تتطلب المدخلات الأولية والطاقة، ويمكننا استخدام الكرة المتداول أسفل مجموعة من السلالم حيث كل خطوة المستوى. تواصل الكرة للفة من خطوة إلى خطوة على الزناد المدخلات الأولية وهو دفع.

في المثال الأخير، وهو تفاعل كيميائي تتطلب مدخلات الطاقة المستمر، يمكننا أن نتصور كرة بدءا من أسفل الدرج. من أجل الحصول على الكرة إلى الأعلى، علينا أن نضيف باستمرار الطاقة إلى رد فعل.

كما هو الحال مع الكرة، والدرج، وتفاعل كيميائي عفوية المضي قدما في الاتجاه
التي تنتج المنتجات ذات أدنى مستوى الطاقة المحتملين. وعلاوة على ذلك، فإن التفاعلات الكيميائية التي لا تتطلب سوى دفعة من الطاقة الأولية لديها طاقة “سنام” التي يجب التغلب عليها قبل أن رد الفعل سوف تنطلق من تلقاء نفسها.

وأخيرا، فإن تفاعل كيميائي غير عفوية تنتج المنتجات ذات مستوى الطاقة الكامنة العالي. ولذلك، هذه التفاعلات تتطلب مدخلات الطاقة مستمرة (المتداول شاقة الكرة). ويشار إلى التغير في الطاقة بين المواد المتفاعلة والمنتجات من رد فعل على أنها تغيير في المحتوى الحراري.

ما هو التناضح

التناضح هو عملية طبيعية (ظاهرة) تحدث في الطبيعة من حولنا. عملية التناضح تحدث الآن داخل أجسامنا أثناء قراءة هذه الصفحة.

تعريف بسيط التناضح هو ميل سائل مثل المياه ان يمر عبر غشاء شبه نافذ إلى سائل ذات تركيز أعلى للملح (ملوحة أعلى). الأغشية مصنوعة من مواد رقيقة وناعمة، وقابلة للطي التي تكون بمثابة غطاء أو طبقة. التناضح هو مثلا العملية التي  ينتهي فيه الماء الذي نشربه في نهاية المطاف في دمائنا، والعضلات، والخلايا. البطانة في الأمعاء لدينا هي تعتبر غشاء. صفار بيضة لديه غشاء محيط به التي تطلق محتوياته عندما ينكسر. إذا نحن ببساطة لفينا قطعة من اللحم بغلاف بلاستيكي، يمكننا اعتبار الكيس او الغلاف البلاستيكي غشاء.

تعريف النفاذية هو عندما يمكن للمواد ان تمر من خلاله. على سبيل المثال، مصفاة المطبخ أو منخل غير قابل للاختراق تماما في الماء. وهذا يعني أن الماء يمر بحرية من خلال ذلك. يعني شبه نافذ أن بعض المواد تمر في حين أن البعض الآخر لا يمر. مصفاة المطبخ مثال على ذلك. حيث انها تسمح للماء بالمرور بحرية من خلال ذلك، ولكن لن يسمح المواد الصلبة الكبيرة للتسلل.

العودة إلى التناضح، ويمر الماء من خلال غشاء شبه نافذ من تركيز الملح الأقل الى السائل ذات التركيز العالي. والسبب بسيط، دعونا نتصور وجود محلول الملح والماء النقي مفصولة مثل هذا الغشاء. ونحن نعلم أن جزيئات الماء يمكن أن تمر بحرية من خلال الغشاء ولكن المواد الذائبة لا يمكن. وبالنظر إلى أن جميع الجزيئات في الحركة، التي السائل سوف يكون لها أكبر عدد من الجزيئات المتصادمة مع الغشاء؟ الماء النقي أو الماء المالح؟ في منطقة معينة من الغشاء، فإن الجانب المياه النظيفة النقية الحصول على مزيد من جزيئات الماء التي تصطدم مع غشاء من الجانب الماء مع الملح. المياه في التناضح، لذلك سوف تمر من جنب مع الماء النقي أو النظيف إلى جانب المياه المالحة. وارتفاع تركيز الملح، وأقل من اصطدام جزيئات الماء مع الغشاء. في التناضح، الماء يمر دائما عبر غشاء شبه منفذ، لذلك، من أقل الملح جانب التركيز إلى جانب التركيز العالي.

ثم يصف التناضح: ميل السوائل (الماء) لتمرير عبر غشاء شبه منفذ، الى الجاني ذات التركيز العالي. تتوقف عملية التناضح عندما يكون عدد جزيئات الماء المصطدمه على جانبي الغشاء متساوية. عدد التصادمات هي وظيفة من تركيز الملح والضغط على أي جانب الغشاء. وتسمى هذه الضغط الاسموزي والضغوط التي مورست.

عملية التناضح تصل للتوازن عندما يكون تركيز المواد الصلبة الذائبة في كل من الجانبين متساوية. يعني لا مزيد من التدفق الصافي من جانب واحد إلى آخر. الجانب الذي هو الحل تركيز أعلى ولكن لديها الآن مستوى المياه أعلى من الجانب الآخر يرجع إلى التناضح. ومن المقرر أن الضغط الاسموزي هذا الفرق في الارتفاع بين الجانبين.

والآن بعد أن تعلمت حول التناضح، قد ترغب في قراءة حول التناضح العكسي (RO).

كيف تؤثر تحلية مياه البحر على البيئة و ما هي أضرار محطة تحلية المياه على البحر و البيئة البحرية ؟

ازدادت الحاجة إلى المياه العذبة لعدة أسباب رئيسية أهمها الزيادة السكانية و التنمية الاقتصادية و الاجتماعية، و أيضا لا يمكن أن نغفل التغيرات المناخية والبيئية. تمثل ندرة المياه و تلوث المياه مشكلة رئيسية أمام العالم في الوقت الحالي. تحاول تلك الدول التي تعاني من مشاكل المياه المختلفة التغلب عليها عن طريق إما نقل المياه في صهاريج، في سفن كما يحدث في جزر اليونان أو بالطرق البدائية الأخرى كنقل جبال جليدية من القطب الشمالي أو الجنوبي و تنقية المياه لتصبح صالحة للشرب

معظم الدول التي تعاني من ندرة المياه أو تلوث المياه تلجأ إلى إنشاء محطات تحلية مياه البحر، خصوصاً في شبه الجزيرة العربية و الدول العربية ك السعودية، الإمارات العربية المتحدة، قطر، البحرين و مصر. تلك البلاد تعاني بشدة من نقص المياه الصالحة للشرب. هناك نحو ١٧ ألف محطة تحلية مياه البحر حول العالم تنتج نحو ٨٠ مليون متر مكعب من الماء الصالح للشرب يومياً، بحسب إحصاءات الجمعية الدولية للتحلية التي أعلنت في ٢٠١٥، أي بزيادة ٢٧ ملايين متر مكعب عن سنة ٢٠٠٨. ثلثـا هذا الانتاج يقع في المنطقة العربيـة وخصوصا الخليج و ساحل البحـر المتوسط و البحر الأحمـر. أكبر دولة منتجة للمياه المحلاة الصالحة للشرب و الاستخدام هي المملكة العربية السعودية بنسبة قدرها ١٨٪ من مجموع الانتاج العالمي، تليها الامارات والولايات المتحدة الأمريكية بنسبة ١٣٪ لكل من البلدين.

ما هي المشاكل البيئية لمحطة تحلية المياه ؟

يحدث اضطراب لقاع البحر أثناء عملية الإنشاء و إقامة المواسير مما يؤدي إلى عكارة شديدة و تلوث المياه و تدمير كامل للكائنات القاعية. أما بعد مرحلة الإنشاء، تتغير طبيعة قاع البحر بسبب وجود وجود مواسير السحب والصرف، حيث تعمل تلك المواسير كشعاب اصطناعية تستخدمها الكائنات البحرية. ناهيك عن إعاقة حركة الملاحة في مكان المحطة التي تسببها تلك المواسير. أما أثناء التشغيل و عملية التحلية، تسحب كائنات بحرية داخل المواسير عن طريق الخطأ مما يؤدي إلى الإختلال البيئي في منطقة وجود محطة تحلية المياه

تلك المشكلات ليست كبيرة بقدر المشكلة الرئيسية في محطة تحلية مياه البحر ايا و هي إعادة المياه الناتجة من عملية التحلية. تتميز مياه الصرف الناتجة عن عملية تحلية المياه بملوحة شديدة وحرارة عالية مما يؤثر على الكائنات البحرية الحساسة كالشعاب المرجانية و الحشائش البحرية. عادة في محطات تحلية المياه باستخدام تكنولوجيا التناضح العكسي (الضغط الاسموزي أو الارتشاحي)، يكون معدل الارتجاع ٣٠ الى ٥٠ بالمائة من إجمالي المياه المغذية للمحطة. هذا يعني أن معدل تركيز الأملاح في المياه الخارجة من المحطة يكون أحيانا أكثر من ٥٠ بالمائة من تركيز الأملاح في المياه الداخلة الى المحطة. تبقى الخطورة في ضخ مياه ذات ملوحة وحرارة عالية إلى البيئة البحرية المحيطة. تتغير بالتأكيد درجة الخطورة هذه بإختلاف الخصائص البيئية و الجيولوجية للمنطقة التي تقع بها محطة تحلية مياه البحر تلك، مثل حركة التيارات البحرية و ارتفاع الأمواج و عمق الماء و الخصائص الفيزيائية و الكيميائية للماء المراد تحليته في تلك المنطقة.تحدد هذه العوامل شدة الخلط التي تحدث مع مياه البحر المراد تحليته.

تحتوي مياه صرف محطة تحلية المياه أيضـاً على مـواد كيميائيـة مختلفة نتاج عملية المعالجة أهمها الصوديوم هيبوكلوريت NaClO (Sodium Hypochlorite) أو الكلور الحر الذي يستخدم في عمليات إضافة الكلور (bleaching) لقتل الميكروبات و البكتريا و الكائنات الحية مثل الطحالب و الرخويات الصغيرة والـديدان التي تكون هيكل كربوني داخـل مواسير التغذية والصرف. ومن هذه المـواد الكيميائية أيضاً كلوريد الحديد FeCl3 الذي يستخدم لازالة المواد العالقة في الماء حيث يتفاعل مع تلك المواد لتكوين مواد أكبر حجما يسهل إزالتها في عملية الفلترة الأولية، وحمض الكبريتيـك أو حمض الهيدروكلوريك الذي يستخدم لتعديل الأس الهـيدروجيني pH) درجة الحموضة و القلوية)، وصوديوم هكساميتافوسفات الذي يمنع تكون قشور على المواسير والأغشية، وصوديوم بيسلفات NaHSO3 الذي يستخدم لمعادلة أي بقايا من الكلور في الماء المغذي للمحطة (Antiscalant).

الضوضاء الناتجة من محطة تحلية المياه هي من ضمن المشاكل نتيجة استخدام مضخات الضغط العالي ومولدات الطاقة الكهربائية، و التوربينات التي تصدر ضوضاء تتعدى ٩٠ ديسيبل، مما يتجاوز الحد المسموح به دوليا.
بعض المشاكل الأخرى هو إحتمالية تسرب مياه الصرف من المواسير و تلوث المياه الجوفية في محيط محطة تحلية مياه البحر.

هل هذا معناه ان كل محطات تحلية مياه البحر و خصوصا الواقعة على السواحل مضرة بالبيئة و وجودها يسبب مشاكل بيئية و تأثير سلبي على البيئة البحرية في منطقة وجود محطة تحلية المياه ؟

بالطبع لا، كل المشكلات المذكورة أعلاه يمكن التغاضى عنها باستخدام أحدث التقنيات العالمية و التكنولوجيات التطبيقية المعمول بها في جميع أنحاء العالم. الولايات المتحدة الأمريكية مثلا قد أنشأت العشرات من محطات تحلية المياه على سواحل كاليفورنيا و الولايات الأخرى سواء في الشرق أو الجنوب. بعض تلك المحطات تقع في مناطق مأهولة بالسكان و البيئة البحرية بها غنية. و لكنها تغاضت عن تلك المشكلات بأساليب علمية يتم حاليا استخدامها في كل محطة تحلية مياه البحر حول العالم.

ما هو الحل اذا

حيث تعتمد دول كثيرة على تحلية مياه البحر كمصدر رئيسي لانتاج المياه العذبة (المياه الصالحة للشرب)، لذا تلجأ إلى إجراء عدة دراسات تقييم للأثر البيئي لتلك المحطات. تهتم تلك الدراسات بتقييم حالة مياه البحر المستخدمة في تغذية محطة تحلية مياه البحر و خصوصا تركيز العناصر الثقيلة و حالة مياه الصرف الناتجة عن عملية التحلية وتأثيرها على البيئة البحرية المحيطة، و الاشتراطات البيئية الآمنة الواجب توفرها لصرف تلك المياه.

ويمكن التصريف مباشرة الى وحدات لانتاج الملح بالتجفيف عبر التبخر تحت أشعة الشمس، فلا تعود هناك ضرورة للصرف في البحر، كما يمكن الاستفادة من بيع الأملاح الناتجة للاستخـدام الصناعي، وهذا معمول به حالياً في بعض الدول الأوروبية مثل اليونان. ولمنع تسرب المياه من مواسير الصرف ومنع اختلاطها بالمياه الجوفية، يجب اختيار مواسير ذات جودة عالية واستخدام تقنيات متطورة لمنع التسرب.

ومن التدابير البديلة التي يُعمل على جعلها مجدية اقتصادياً استخدام مصادر طاقة بديلة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح وطاقة جوف الأرض لتشغيل محطات الكهرباء الملحقة بمحطات التحلية. كما يمكن إقامة محطات تحلية عائمة على مسافات بعيدة داخل البحر تقلل الضوضاء وتوفر الأراضي ذات الأهمية الإقتصادية.

تعريف الذرة – ما هي الذرة:

يتكون العنصر من جزيئات غير قابلة للتجزئة. هذه الجزيئات تسمى الذرة. الذرة لنفس العنصر متطابقة، الذرة في عناصر أخرى دائما مختلفة .

وتتألف الذرة من جسيمات تحت ذرية بما في ذلك الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات. وتقع كل من البروتونات والنيوترونات في نواة – مركز – الذرة.

مصنوعة من ذرات عناصر مختلفة من نفس النوع من الجسيمات دون الذرية، ولكن نسب جسيمات تحت ذرية مختلفة في كل عنصر.

مثال على أبسط شكل من أشكال العناصر هو الهيدروجين الذي يتكون من اثنين فقط من الجسيمات دون الذرية. الإلكترون والبروتون:  إلكترون واحد يدور حول بروتون واحد. لديك في الاعتبار أن البروتون في ذرة الهيدروجين هو أكبر بكثير من الإلكترون.

الذرات صغيرة للغاية ولا يمكن أن رؤيتها حتى مع أقوى المجاهر.

1 جرام = 602.200.000.000.000.000.000.000 ذرات الهيدروجين.

1 رطل = 454 غراما.

مثال: إذا أضفنا إلكترون واحد، بروتون واحد واثنين من النيوترونات لذرة الهيدروجين، تتكون ذرة الهليوم.

لاحظ أن عدد الالكترون هو دائما يساوي عدد بروتون الذرة.

 ويطلق على القوة التي تحافظ على تماسك الذرة “القوة الكهروستاتيكية”. صغر حجم الجزيئات وسرعة السفر للإلكترون يحظر قوى أخرى مثل الجاذبية من جذب الذرات. القوة الكهروستاتيكية هيببساطة: تساوي القوى الإيجابية والسلبية.

من المهم أن نعرف أن ذرة مشحونة تسمى أيون. ويسمى أيون موجب الشحنة كاتيون و يسمى أيون ذات الشحنة السالبة أنيون.