ثانياً: درجتا التجمد (الانصهار) والغليان

من خصائص الماء الفريدة، وجوده في حالات المادة الثلاثة، الغازية والسائلة والصلبة (اُنظر صورة صور الماء المختلفة)، 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^°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^°م إلى -90^°م). 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^°م.

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^°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، ومنذ ذلك الوقت تستخدم في إدارة الماكينات. 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.

1. الحرارة النوعية للماء وأهميتها لوظائف الجسم

تعرف الحرارة النوعية بأنها: "كمية الحرارة اللازمة لتغيير درجة حرارة جرام واحد من الماء، عند درجة 4^°م، 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.

2. 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.