درسنامه آموزشی آب و خاک و گیاه کلاس دهم گروه کشاورزی و غذا با پاسخ پودمان 3: خواص آب
واحد یادگیری 5: آب و خواص آن
- آیا میدانستید آب فراوانترین ماده مرکب بر روی زمین است؟
- آیا میدانید آب مهمترین عمل محدودکننده تولید محصولات کشاورزی است؟
- میدانید چند درصد وزن بدن شما را آب تشکیل میدهد؟
آب در چرخهٔ خود، مرتباً از حالتی به حالت دیگر تبدیل میشود. آب مهمترین ماده حیات و آبادانی است. این ماده سرآغاز حیات و جزء اصلی تمام موجودات زنده است. بر اساس نظریه تکامل، آب، متان و آمونیاک ترکیبات اصلی اولیه موجود در جو زمین هستند که عامل تولید نخستین آمینو اسید میباشند. این ماده به عنوان نقطه آغازین حیات جانوری شناخته میشود.
استاندارد عملکرد
هنرجو پس از اتمام این واحد یادگیری، با انجام آزمایشهایی خصوصیات کشش سطحی، گرانروی، نقطه جوش و خاصیت اسمزی را با طراحی برخی از آزمایشها نشان میدهد.
اهمیت آب
آب مایه حیات و فراوانترین ماده مرکب روی کره زمین است. بیش از 75 درصد جرم بدن یک انسان از آب تشکیل شده و نیز بیش از 75 درصد سطح کره زمین را آب پوشانده است با وجود این حجم عظیم آب تنها 2 درصد از آبهای کرهٔ زمین شیرین و قابل شرب است و بقیهٔ آن به علت محلولبودن انواع نمکها غیر قابل استفاده هستند. بیش از 90 درصد آب شیرین هم بهصورت منجمد در دو قطب زمین و دور از دسترس بشر واقع شده است. آب در زندگی بشر در مواردی از قبیل آشامیدن، کشاورزی، دامپروری، تولید نیرو، مصارف صنعتی و شهری کاربرد وسیعی دارد.
نقش حیاتی آب در زندگی انسان و حیوان و گیاه و محیط زیست کاملاً روشن است. با وجود پیشرفتهای شگفتآوری که در زمینههای مختلف صورت گرفته، آب همچنان اهمیت خود را به عنوان منبع اصلی تأمین انرژی و نیز تولید محصولات کشاورزی حفظ کرده است، به این دلیل برخی از دانشمندان معتقدند، آب دلیل اصلی بسیاری از منازعات سیاسی در جهان آینده خواهد بود.
با توجه به محدودیت منابع آب و از سوی دیگر، افزایش جمعیت جهان صرفهجویی و جلوگیری از مصرف بیرویه این نعمت الهی یک وظیفهٔ شرعی و انسانی است که ما باید در تمامی جنبههای زندگی به آن توجه کنیم. مطالعات گستردهای در مورد ذخیرهسازی آب، ارائه الگوی مصرف در بخشهای شهری، صنعت و کشاورزی و نحوهٔ تصفیه پسابها جهت استفادهٔ مجدد در حال انجام است.
آب مهمترین و اساسیترین نهاده در بخش کشاورزی است. امروزه آب جوابگوی نیاز کشاورزان نیست و باید به فکر راه چارهای اساسی در این زمینه باشیم. توجه به راههای بهرهبرداری مناسب آب با هدف رسیدن به کشاورزی پایدار، در صورتی امکانپذیر است که ذخایر آبی و خاکی کشورمان حفظ شود در این راه استفاده از روشهای جدید آبیاری علاوه بر تأثیر در تولید محصولات کشاورزی مخصوصاً امکان استفادهٔ بهتر از آب موجود، از فرسایش خاک نیز جلوگیری خواهد نمود. امروزه مدیریت استفاده صحیح و بهینه از آبِ آبیاری در بخش کشاورزی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. مطمئناً با شرایط فعلی، یعنی کاهش نزولات آسمانی و منابع آب زیرزمینی در آیندهای نزدیک با بحران کمبود آب زراعی روبرو خواهیم بود. بی شک دستیابی به توسعه و خودکفایی کشور در زمینه کشاورزی بدون جلوگیری از هدر رفت آب آبیاری و بهرهمندی از تکنولوژی جدید امکانپذیر نیست.
آب مجازی چیست؟
امروزه کمبود آب شیرین در بخشهای زیادی از دنیا دیده میشود. این کمبود مشکلات متعددی را در جنبههای مختلف زندگی انسان از جمله تأمین آب شرب سالم و آب کشاورزی به وجود آورده است. پیشبینی میشود تا سال 2025 میلادی، 50 تا 60 درصد مردم جهان با تنش آب و مشکلات ناشی از کم آبی مواجه شوند.
آب مجازی:
مقدار آبی است که کالا یا محصول در فرایند تولید از لحظه شروع تا پایان، مصرف میکند؛ بهطور مثال برای تولید یک کیلوگرم گندم بهطور متوسط 1300 لیتر آب مصرف میشود. توسعهدهندگان ایدهٔ آب مجازی معتقدند با صادرات و واردات کالا و محصولات، حجم زیادی آب جابهجا میشود که از آن به عنوان تجارت آب مجازی یاد میشود. در مباحث تجارت، آب مجازی به منظور کاهش فشار بر منابع آب موجود، در کشورهای کم آب توصیهشده که به جای تولید مواد غذایی از منابع آب داخلی، به واردات مواد غذایی مبادرت ورزیده و منابع آب داخلی را برای فعالیتهای تجاری پرسود اختصاص دهند؛ به عنوان مثال تولید صیفیجات مانند خربزه و هندوانه در مناطقی که میزان بارندگی سالانه آنها پایین است و همچنین سطح تبخیر و تعرق در آنها بالا است به هیچوجه برای تولید این محصولات مناسب نیست. انتظار میرود با استقرار نظام الگوی کشت در کشور که به هر دلیلی تاکنون اجرا نشده است بتوان بخشی از این مشکلات را حل کرد. در حال حاضر، تجارت آب مجازی از لحاظ اقتصادی «نامرئی» و از لحاظ سیاسی «غیرفعال» است. بر اساس تعریف ذکر شده از آب مجازی، شرایط اقلیمی، مکان و زمان تولید، مدیریت و برنامهریزی، فرهنگ و عادات مردم در میزان آب مجازی مؤثر است و قطعاً مقدار آن در مورد یک محصول در مناطق مختلف متفاوت خواهد بود. برای محاسبه مقدار آب مجازی محصولات (کشاورزی،صنعتی و غیره) لازم است کلیه منابع آبی که بهصورت مستقیم یا غیرمستقیم (اعم از باران، آب سطحی یا آب زیرزمینی) در تولید محصول مؤثر بودهاند در محاسبات مورد توجه قرار داد. با توجه به توضیحات فوق میتوان از رابطة زیر برای محاسبه آب مجازی استفاده کرد.
آب مجازی و بهرهوری آب، نسبت به هم رابطهٔ معکوس دارند. بر اساس تعاریف، بهرهوری آب عبارتاست از: مقدار محصول تولیدشده از واحد حجم آب و واحد آن معمولاً کیلوگرم بر مترمکعب تعریف میشود، به عبارت دیگر در بهرهوری آب به دنبال این موضوع هستیم که در ازای مصرف آب محصول بیشتری تولید کنیم، در حالی که آب مجازی، مقدار آب مصرفشده برای تولید مقدار معینی محصول را مورد توجه قرار میدهد و واحد آن لیتر بر کیلوگرم (یا مترمکعب بر کیلوگرم) است؛ بنابراین با افزایش بهرهوری آب، مقدار آب مجازی در محصول یا کالای مورد نظر کاهش خواهد یافت و برعکس. آب مجازی یک جریان درون منطقهای و بینالمللی است. با توجه به ارتباط آب مجازی و بهرهوری آب، افزایش بهرهوری آب در کشاورزی میتواند به عنوان ابزاری کارآمد در صرفهجویی آب مجازی باشد. همچنین در کشورهای کم آب مانند کشور ما میتوان با تجارت آب مجازی و واردات محصولات آب بر، مقدار آب موردنیاز برای تولید آنها را ذخیره نمود. در حال حاضر کشور ما با 15 میلیارد متر مکعب واردات آب مجازی در رتبه هشتم و کشورهایی مانند ژاپن، آمریکا و آلمان که بحران آب ندارند به ترتیب در رتبههای اول تا سوم قرار دارند.
گفتوگو کنید (صفحه 90 کتاب درسی)
با توجه به جدول بیان کنید نیاز آبی برای تولید محصولات زراعی و باغی بیشتر است یا محصولات دامی؟ چرا؟

تحقیق کنید (صفحه 90 کتاب درسی)
- مشخص کنید با توجه به وضعیت اقلیم منطقه خود کشت و کار چه محصولاتی با رویکرد آب مجازی مغایرت دارد؟
- با مراجعه به مراکز خدمات جهاد کشاورزی و همچنین کارشناسان و کشاورزان خبرهٔ محلی راههای افزایش بهرهوری در مصرف آب را در منطقهٔ خود بررسی و با هماهنگی هنرآموز مربوط در کلاس ارائه دهید.
گردش آب در طبیعت
چرخهٔ آب یک جریان مداوم حرکت بین زمین، اقیانوس، رودخانهها، نهرها و جویها است. آب همواره در اطراف و بالای زمین در حال چرخش است. همانطور که آب در این چرخه در حال حرکت میباشد از شکل مایع (آب، باران، آب نمک) به گاز (بخار آب) و دوباره به مایع تبدیل میشود. این مایع ممکن است سرد شود و به شکل جامد (یخ یا برف) درآید. چرخهٔ آب برای ادامهٔ زندگی روی زمین ضروری است و مدت میلیونها سال است که این چرخه در طبیعت جریان دارد. منابع آبی زمین همواره از طریق چرخه آب، درحال تجدیدشدن هستند.
اجزای چرخهٔ آب
چرخهٔ آب از دو جزء تشکیل شده است. گردش کوچک که روی اقیانوسها انجام میشود. آب از اقیانوسها و دریاها تبخیرشده و پس از متراکمشدن در جو بهصورت ابر درآمده و دوباره بهصورت بارش روی اقیانوسها، دریاها و دریاچهها میریزد. چرخه بزرگ آب مسیری طولانیتر را طی میکند. بعد از عمل تبخیر آب از سطح اقیانوسها و دریاها و تراکم آن در جو به سمت خشکیها حرکت میکند و در سطح زمین به شکلهای گوناگون ریزش میکند.
بخشی بهصورت باران و برف روی زمین بر میگردد و سپس بهصورت رواناب بر سطح زمین جاری میشود و در ادامه پس از طی مسیری طولانی به مخازن اصلی باز میگردد. مقداری از رواناب هم به داخل خاک نفوذ میکند که گیاهان از آن استفاده کرده و مقداری هم به آبهای زیرزمینی وارد میشود. آبی که وارد گیاهان شده بعد از استفادهٔ گیاه به صورتهای تبخیر و تعرق به جو بر میگردد؛ البته آب مسیرهای دیگری را طی میکند، ولی در نهایت دوباره به شکلهای گوناگون وارد چرخه میشود.
فرایندهای چرخه آب
شش فرایند متعدد در چرخة آب دخالت دارند که عبارتند از:
- تراکم
- بارش
- نفوذ
- روان آب
- تبخیر
- تعرق
فرایندها همزمان بوده و به غیر از بارش، بقیه آن دائمی هستند. بخار آب متراکم شده و ابرها را تشکیل میدهد که در شرایط مناسب منجر به بارش میشود. باران در سطح فرو میریزد و به خاک نفوذ میکند یا بهصورت روان آب جاری میشود. آب سطحی (مثل دریاچهها، رودخانهها، اقیانوسها و غیره) تبخیرشده و بهصورت رطوبت به هوا بر میگردند، در حالی که گیاهان طی فرآیند تعرق، آب را به هوا بر میگردانند.
خواص فیزیکی آب
آب تنها مادهای است که در دمای معمولی سه حالت مایع، جامد و گاز را دارا میباشد. بیشتر خواص فیزیکی و شیمیایی آب به شکل مولکول آن بستگی دارد؛ لذا ابتدا مولکول آن را بیشتر مورد بررسی قرار میدهیم. یک مولکول آب از سه اتم (2 اتم هیدروژن و 1 اتم اکسیژن) تشکیل شده است و به شکل زیر کنار هم قرار میگیرند. پیوند بین اتمهای یک مولکول از نوع پیوند قوی کووالانسی است؛ ولی پیوند بین مولکولهای آب از نوع پیوند ضعیف هیدروژنی بوده که این پیوند باعث تشکیل مجموعهای از مولکولها شش وجهی میگردد. این ساختمان در بلور یخ بهصورت کامل به وجود میآید و ساختمانی نسبتاً باز دارد که در شکل زیر قابل مشاهده است. پیوند هیدروژنی در آب، عامل مهمی در پیدایش بسیاری از ویژگیهای آن است. ویژگیهایی که برای انسان و سایر موجودات زنده اهمیتی حیاتی دارد.
نقطهٔ انجماد
دمایی است که مایعات در آن به حالت جامد در میآیند. نقطهٔ انجماد آب خالص در شرایط متعارفی صفر درجه سانتیگراد است. وجود ناخالصی و افزایش فشار نقطهٔ انجماد آب را کاهش میدهد؛ زیرا این دو عامل میتوانند از تشکیل ساختمان شش وجهی جلوگیری کنند.
پژوهش کنید (صفحه 92 کتاب درسی)
کاربرد اثر «ناخالص در کاهش نقطهٔ انجماد آب» را در کارخانه یخ، پس از پژوهش و یا بازدید در کلاس ارائه دهید.
نقطهٔ جوش
دمایی که در آن آب از حالت مایع به گاز (بخار آب) تبدیل میشود. نقطهٔ جوش آب خالص در شرایط متعارفی 100 درجه سانتیگراد است. وجود هرگونه ناخالصی در آب، نقطهٔ جوش آن را افزایش میدهد. آب در دمای معمولی هم میتواند تبخیر شود و به حالت بخار آب درآید و این به علت کمبود فشار بخار اشباع محیط است که باعث تبخیر آب در دمای معمولی میشود.
آزمایش: تأثیر ناخالصی بر نقطهٔ جوش (صفحه 93 کتاب درسی)
مواد و وسایل لازم: آب، شکر، ظرف کوچک برای جوشاندن آب و دماسنج جیوهای
شرح آزمایش
- آب را در ظرف ریخته و آن را حرارت دهید تا به جوش آید. زمانی که آب به جوش میآید با استفاده از دماسنج دمای آن را اندازهگیری کرده و ثبت کنید.
- برای تعیین نقطه جوش آب باید برای مدت زمان 5 دقیقه و هر 30 ثانیه دمای آب در حال جوش را یادداشت و میانگین آن را محاسبه کنید.
- در مرحله بعد مقداری شکر را به آب اضافه کرده و سپس آن را حرارت دهید. همه مراحل قبلی را برای محلول آب و شکر تکرار کنید تا نقطه جوش این محلول را نیز محاسبه کنید.
- کدام یک در دمای بالاتری به جوش میآید؟
- میتوانید مواد دیگری نیز به آب اضافه کنید تا اثر آنها را بر تغییر نقطه جوش آب مورد بررسی قرار دهید.
گفتوگو کنید (صفحه 93 کتاب درسی)
- آیا نقطهٔ جوش یک نمونه آب در بالای کوه و در نقاط پست یکی است؟
- چرا کوهنوردان برای آبپز کردن تخم مرغ در ارتفاعات مشکل دارند؟ چه راه حلی برای آنها پیشنهاد میکنید؟
وزن مخصوص
نسبت وزن یک ماده به حجم آن را وزن مخصوص میگویند. حداکثر وزن مخصوص آب در 4 درجه سانتیگراد معادل یک است. وزن مخصوص آب در حالت جامد (یخ) کاهش مییابد؛ زیرا حجم یخ افزایش یافته و سبکتر از آب میگردد و به همین جهت یخها روی آب شناور میمانند. این پدیده درحیات موجودات آبزی نقش بسزایی دارد و باعث میشود که حیات در زیر لایه یخزده رودخانهها و دریاچهها در نواحی قطبی، نیمه قطبی و مکانهایی که یخ شناور است ادامه پیدا کند. هرچند از نظر علم فیزیک وزن و جرم با هم تفاوت دارند، اما اگر از این تفاوت وزن و جرم بگذریم با اغماض میتوان وزن مخصوص را به جای جرم مخصوص نیز استفاده کرد.
کشش سطحی
پیوند بین مولکولهای آب باعث به وجودآمدن نیرویی در آب میشود که به این نیرو کشش سطحی میگویند. عامل اصلی حرکت آب در داخل منافذ ریز خاک که مانند لولهٔ موئین عمل میکند نیروی کشش سطحی آب است. نیروی کشش سطحی بین ملکولهای آب باعث قرار گرفتن حشرات بر روی سطح آب میشود.
آزمایش: مشاهدهٔ نیروی کشش سطحی آب (صفحه 94 کتاب درسی)
محل آزمایش: آزمایشگاه
ابزار و مواد آزمایش: نی شیشهای، مایع ظرفشویی، بشر
مراحل آزمایش
1- دو نی شیشهای مشابه انتخاب کنید.
2- هر دو نی را با آب و مایع ظرفشویی تمیز بشویید.
3- نی A را در روغن فرو برده و خارج میکنیم.
4- هر دو نی را در درون یک بشر پر از آب فرو میبریم.
با توجه به مشاهدات خود به سؤالات زیر پاسخ دهید:
- در کدام نی آب به بالا حرکت میکند؟ چرا؟
- سطح آب در داخل نیها را بررسی کنید. چه تفاوتی وجود دارد؟
- در کدام نی آب به سمت پایین حرکت میکند؟
لزجت یا گرانروی (Viscosity)
مقاومتی که یک مایع در مقابل جریان یافتن از خود نشان میدهد لزجت نام دارد. افزایش دما باعث کاهش لزجت آب میشود. به این دلیل روانی و سیالیت آب افزایش پیدا میکند. در تصویر زیر مقایسهٔ گرانروی آب با عسل را مشاهده میکنید.
خاصیت اسمزی آب
عبور مولکولهای آب از غشاء نیمه تراوا را اسمز مینامند. اگر یک محلول غلیظ را با پرده نیمه تراوا از محلول رقیق یا آب خالص جدا کنیم. مشاهده میکنیم که آب از محلول رقیق بهطرف محلول غلیظ حرکت میکند، مانند ورود آب از محلول خاک (محیط رقیق) به داخل ریشه (محیط غلیظ)، در فرآیند جذب آب، غشاء سلولی نقش پرده نیمه تراوا را عهدهدار است. در مناطق گرمسیری به علت پایینبودن لزجت آب گرم، ضریب نفوذ آب به داخل خاک بالاتر از سایر مناطق است. به مقدار فشاری که به محلول غلیظ وارد میکنند تا از ورود آب خالص به آن جلوگیری کند، فشار اسمزی میگویند.
آزمایش: فشار اسمزی (صفحه 95 کتاب درسی)
مواد و وسایل مورد نیاز: تخم مرغ، نی، لیوان یک بار مصرف، قیچی، چسب مایع، لیوان شیشهای
شرح آزمایش
1- در قسمت انتهایی تخم مرغ پوسته آهکی را طوری جدا کنید که پوسته نازک داخلی آسیب نبیند.
2- سر تخم مرغ را به اندازه قطر نی کاملاً سوراخ کنید.
3- نی را از سوراخ ایجادشده وارد تخم مرغ کنید و با چسب مایع مناسب آن را محکم کنید.
4- لیوان یک بار مصرف را به اندازه تخم مرغ قیچی کنید.
5- تخم مرغ را داخل لیوان یک بار مصرف قرار دهید.
6- لیوان یک بار مصرف حاوی تخم مرغ را داخل لیوان شیشهای قرار دهید.
7- درون لیوان شیشهای تا جایی که نصف تخم مرغ درون آب قرار گیرد آب بریزید.
8- بعد از یک ساعت از آزمایش خود بازدید کنید. چه مشاهده میکنید؟
9- مشاهدات خود را یادداشت کنید و در مورد علت پدیده به وجود آمده با هم کلاسیهایتان گفتوگو کنید.
10- علت را پس از تحقیق و گفتوگو به هنرآموز خود گزارش دهید.
خلاق باشید (صفحه 96 کتاب درسی)
خاصیت اسمزی آب را میتوانید در منزل با استفاده از خلال سیبزمینی و آب نمک آزمایش کنید و در کلاس نتیجه آن را ارائه دهید.

خصوصیات شیمیایی آب
حلالیت آب
جزئی که ماده حلشونده را در خود حل میکند و معمولاً درصد بیشتری از محلول را تشکیل میدهد، حلال نام دارد. آب فراوانترین و رایجترین حلال شناختهشده در طبیعت است. آب ترکیبهای بسیاری را در خود حل میکند. محلولهایی که حلال آنها آب است، محلول آبی نامیده میشوند. آب و محلولهای آبی نقش مهمی در زندگی روزانه ما دارند. اغلب فرآیندهای زیستی از قبیل هضم، جذب و سوختوساز مواد غذایی در محلول آبی انجام میشود. اغلب موادی که در خاک وجود دارد در آب حل میشوند. به عمل پراکندهشدن یکنواخت دو یا چند جسم انحلال میگویند به سیستم حاصل محلول میگویند. حلّالیت اغلب نمکها در آب با افزایش دما بیشتر میشود.
هر نقطه روی منحنی، انحلالپذیری را در دمای مربوطه نشان میدهد و مربوط به محلول سیرشده است.
حلالیت اکسیژن در آب
تمام گازهای اتمسفر تا حدودی در آب محلولاند. نیتروژن و اکسیژن به مقدار کمی در آب حل میشوند و چون با آب واکنش شیمیایی نمیدهند حلالیت آنها مستقیماً متناسب با فشار جزئی آن در هوا است و با افزایش دما حلالیت اکسیژن در آبها کاهش مییابد. همچنین حلالیت گازها در آبهای شور و در آبهای آلوده کمتر از آبهای تمیز است.
حلالیت بالای آب به دلایل زیر است:
1- چون آب یک مولکول قطبی است، مواد قطبی مانند نمکها به راحتی در آن حل میشوند؛ زیرا نمکها پس از حلشدن در آب یونهای مثبت و منفی را به وجود میآورند که جذب قطبهای غیرهمنام خود میشوند.
2- پیوند هیدروژنی بین مولکولهای آب باعث حلشدن برخی ترکیبات غیرقطبی مانند الکل در آن میشود؛ البته اکثر مواد آلی مانند نفت به علت غیر قطبیبودن در آب حل نمیشوند.
آزمایش: انحلالپذیری آب (صفحه 98 کتاب درسی)
مواد مورد نیاز: ید، قند، نمک طعام، آب، نفت و روغن
وسایل مورد نیاز: 1- لولۀ آزمایش 2- پیپت
شرح آزمایش
مرحلۀ اول:
ابتدا 5 سانتیمتر مکعب آب، نفت و روغن مایع بردارید و در سه لوله آزمایش بریزید. 0/5 گرم ید را به هریک از حلالها اضافه کنید.
بررسی کنید که ید در کدام یک بهتر و سریعتر حل میشود؟
مشاهدات خود را یادداشت کنید و به تأیید هنرآموز خود برسانید.
مرحلۀ دوم
همانند مرحله اول 5 سانتیمتر مکعب آب، نفت و روغن بردارید و در سه لوله آزمایش بریزید. یک گرم نمک را به هریک از حلالهای آب، نفت و روغن اضافه کنید.
بررسی کنید که نمک در کدام یک بهتر و سریعتر حل میشود؟
مشاهدات خود را یادداشت کنید و به تأیید هنرآموز خود برسانید.
مرحلۀ سوم: این آزمایش را بر روی قند نیز برای سه محلول یادشده تکرار کنید.
حلال | حل شونده | ||
---|---|---|---|
حلال | ید | نمک طعام | قند |
آب | |||
نفت | |||
روغن |
کدام مواد در آب حل میشوند؟ علت را توضیح دهید.
نتیجه آزمایش بالا را پس از بررسی در گروه و مراجعه به منابع به صورت یک گزارش به هنرآموز خود ارائه دهید.
هدایت الکتریکی
همان گونه که قبلًا اشاره شد آب خالص هدایت الکتریکی ضعیفی دارد؛ ولی با حلکردن نمک در آن هدایت الکتریکی آن افزایش پیدا میکند.
در مسایل مربوط به آب و خاک با اندازهگیری هدایت الکتریکی محلولهای مختلف آشنا شدید. مهمترین شاخص کیفیت آب آبیاری اندازهگیری هدایت الکتریکی است. با دانستن درجه شوری توصیههای لازم را در مورد آشامیدن، آبیاری و سایر مصارف رعایت میکنیم.
ظرفیت گرمای ویژه آب
ظرفیت گرمایی ویژه یک ماده مقدار انرژی است که یک گرم از آن ماده دریافت میکند تا درجه حرارت آن ماده یک درجه سانتیگراد افزایش یابد. آب در مقایسه با سایر مواد، گرمای ویژه بسیار بالایی دارد و این بدین معنی است که میتواند گرمای زیادی را جذب کند یا از دست بدهد بدون این که درجه حرارت آن تغییر کند.
یکی از فواید این خاصیت آنست که دمای زمین در شبانه روز تغییر زیادی نمیکند؛ زیرا زمین آب فراوانی دارد و بیشتر انرژی خورشید صرف تبخیر آب و به راهانداختن چرخه آب میشود و از گرمشدن زیاد زمین جلوگیری میکند. کشاورزان نیز با توجه به این خاصیت آب است که در سرمای ناگهانی زمستان اقدام به آبیاری میکنند تا از یخزدن محصولات خود جلوگیری کنند.
کیفیت آب
اگرچه آب کاملاً خالص در طبیعت یافت نمیشود؛ اما آب آشامیدنی خالص، مایعی بیرنگ، بیبو و بیمزه است آب در چرخه خود قادر است املاح و گازهای موجود در طبیعت را بهصورت محلول در آورده و بسیاری از آلودگیها را همراه خود به حرکت در آورد. آب باران قبل از رسیدن به زمین، ناخالصیهای موجود در هوا نظیر ذرات معلق، گازها، مواد رادیواکتیو و میکروبها را به سطح زمین آورده و در حین حرکت در زمین نیز آلایندهها را با خود حمل کند. به علاوه آبهای جاری اغلب دریافتکننده فاضلابها و پسابها هستند.
در مناطق خشک مانند کشور ما، آب آبیاری معمولاً کیفیت نامطلوبی دارد. منظور از کیفیت آب، مطلوببودن آن برای مصرف است. آب در مواردی از جمله کشاورزی، باغبانی، آشامیدن و صنعت مورد استفاده قرار میگیرد. به همین جهت شاخصهای ارزیابی آب، در هر مورد متفاوت خواهد بود.
آب کشاورزی هنگامی مطلوب است که کیفیت آن مورد ارزیابی قرار گیرد و دارای کیفیت مناسب باشد.
معیارهای ارزیابی کیفیت آب آبیاری
آب آبیاری از چهار نقطه نظر مورد ارزیابی و بررسی قرار میگیرد:
شوری یا مقدار املاح (EC)
مقدار شوری و املاحی که در آب آبیاری وجود دارد اگر از یک حد مشخصی تجاوز کند اصطلاحاً آب را شور میگویند. اگر شوری آب آبیاری 250 میکروموس یا کمتر باشد جزء آبهای غیرشور محسوب میشود و برای اکثر محصولات زراعی مناسب خواهد بود. با توجه به شرایط اقلیمی کشور ما در اکثر محصولات زراعی از آبهای کمی شوری استفاده میکنند. ولی باید در نظر داشت که در تولید محصولات باغی بهتر است از آبهای غیرشور استفاده کنیم؛ چرا؟
میزان نسبی سدیم (ESP) (Exchangeable sodium precentage)
اگر میزان سدیم آب بالا باشد آب را سدیمی میگویند. آب سدیمی موجب قلیاییشدن خاک میشود. سدیم زیاد در آب آبیاری علاوهبر آسیب به زمین کشاورزی، به تولید محصول نیز آسیب جدی وارد میکند و شدیداً عملکرد محصول را کاهش میدهد. حد مجاز سدیمیبودن خاکها 10 درصد بوده و بیش از آن خاک سدیمی است.
تحقیق کنید (صفحه 101 کتاب درسی)
سدیم زیادی در آب آبیاری چه ضرری برای خاکهای کشاورزی دارد؟
غلظت کربنات و بیکربنات
معیار سوم، غلظت کربنات و بیکربنات آب آبیاری است. غلظت کربنات و بیکربنات یا سختی آب را با میزان کفکردن صابون میتوان مشخص کرد، به عبارتی اگر صابون به راحتی در آب کف نکند و یا برای کفکردن صابون به آب زیادی لازم باشد آب را سخت مینامند. این دسته از آبها برای آبیاری نامناسب هستند و مشکلاتی را ایجاد میکنند.
عناصر سمی
عامل مهم دیگر در ارزیابی کیفیت آب آبیاری، عناصر سمی است. در آبهای مناطق خشک ممکن است عناصری مثل کلر و سدیم و بُر به مقدار زیاد وجود داشته و باعث مسمومیت گیاه شوند. علاوهبر آن، آبهایی که به نحوی آلودهاند، مثلًا به وسیلهٔ پسابهای صنعتی آلوده شدهاند، دارای عناصر سمی مانند کادمیوم، سرب و نیکل هستند. به نحوی که غلظت این عناصر در آب فراوان است و برای گیاه ایجاد مسمومیت میکند. حد مجاز عناصر فلزی مانند آلومینیوم، بریلیوم، سلنیوم و نیکل در آب آبیاری بسیار کم است و در غلظتهای بیش از حد مجاز به گیاه آسیب میرساند.
در مورد آب شرب علاوهبر اینکه شاخصهای ارزیابی مذکور از حد پایینتری برخوردار هستند؛ بهطور مثال سختی آن بهتر است کمتر از 50 میلی گرم در لیتر باشد باید شروط اساسی دیگر نیز در مورد آب تصفیهشده مد نظر قرار گیرد که به مهمترین آنها اشاره میشود.
1- عدم داشتن بو و طعم، بوی آب قاعدتاً ارتباط نزدیکی با طعم آن دارد. عوامل مختلفی در ایجاد طعم و بوی آب مؤثر است که از جمله این عوامل میتوان به جلبکها، تجزیه گیاهان آبزی اشاره کرد.
2- کدورت آب پدیدهای است که میزان زلالبودن یا شفافیت آن را مشخص میکند و یکی از معیارهای تعیین یکفیت ظاهری آب است. کدورت معمولاً به علت وجود مواد معلّق در آب ایجاد میشود. در برنامههای تهیه، تأمین و توزیع آب بهداشتی معیار کدورت نیز مورد توجه است.
3- آب خالص معمولاً بی رنگ است. رنگ آب آلوده میتواند ناشی از مواد در حال پوسیدن خاک و یا نمکهای فلزی موجود در طبیعت مثل آهن باشد. آلایندههای صنعتی میتوانند به وجود آورندهٔ طیف وسیعی از رنگها در آب باشند.
4- اسیدیته آب یکی دیگر از شاخصهای ارزیابی آب شرب هستند. pH آب حدودا خالص، در 25 درجه سانتیگراد حدود 7 است، یعنی خنثی است.
برای ارزیابی کیفیت آب ابتدا باید از آب نمونهبرداری صورت گیرد و نمونهها معمولاً بهصورت بطریهای یک لیتری انجام میشود که از آب سیستم شهری، رودخانه، چاه، قنات یا سایر منابع آب برداشت میشود. سپس نمونهها در آزمایشگاه مورد بررسی قرار میگیرند.
فعالیت: آزمونهای کنترل کیفیت آب (صفحه 102 کتاب درسی)
1- اندازهگیری سختی آب
ابزار و تجهیزات: ترازوی آزمایشگاهی (0/1 میلی گرم)، بورت، بالن حجمی (ژوژه) 1000 میلیلیتری، پیپت 50 میلیلیتری، ارلن
مواد: نمونه آب- محلول EDTA (اتیلن- دی آمین تترا استیک اسید یا ادتا)، محلول بافر، شناساگر (اریوکروم بلک T) و آب مقطر
روش کار
1- روپوش کار بپوشید.
2- به گروههای 3- 5 نفره تقسیم شوید.
3- وسایل و مواد موردنیاز را توسط سرگروه خود تحویل بگیرید.
4- با پیپت، 50 میلیلیتر نمونه آب را در ارلن مایر 250 میلیلیتری انتقال دهید.
5- 4 میلیلیتر محلول بافر و 3 قطره شناساگر اریوکروم بلک T به آن بیافزایید تا به رنگ قرمز مایل به ارغوانی شود.
6- بلافاصله تیتراسیون را با افزودن محلول EDTA از بورت به ارلن در حال به هم زدن محلول، انجام دهید تا رنگ قرمز، ناپدید شود.
روش محاسبه: مجموع مقدار کلسیم و منیزیم برحسب میلی مول از معادله زیر محاسبه میشود:
که در آن:
: حجم مصرفی بر حسب EDTA برحسب میلی لیتر
: غلظت محلول EDTA برحسب میلی مول در لیتر
2- اندازهگیری pH آب
ابزار و تجهیزات: pH متر
- روپوش کار بپوشید.
- به گروههای مشخص تقسیم شوید. pH متر را با بافر 4 و 7 کالیبره کنید.
- الکترود آن را خشک کنید.
- pH آب را اندازهگیری کنید و یادداشت کنید.
3- اندازه گیری شوری آب
ابزار و تجهیزات: ECسنج
به روش گفته شده در 2 شوری خاک را اندازهگیری کنید.
4- ارزیابی کیفیت آب
با توجه به جدول استاندارد کیفیت آب مورد آزمایش را با توجه به رشته خود (آبیاری، شرب دام یا انسان) مورد ارزیابی قرار دهید و نتیجه را به هنرآموز مربوطه گزارش نمایید.