Woda - Polski Serwis Naukowy

Woda na świecie. Niebieski przedstawia oceany i morza otwarte, biały- morza zamknięte i jeziora a szary lądy

Rozkład ładunku dookoła cząsteczki wody: kolor czerwony – cząstkowy ładunek ujemny, kolor niebieski – cząstkowy ładunek dodatni

Łączenie się cząsteczek wody. Ciągłe – wiązania atomowe, przerywane – wiązania wodorowe.

Woda (tlenek wodoru; nazwa systematyczna IUPAC: oksydan) – związek chemiczny o wzorze H2O, występujący w warunkach standardowych w stanie ciekłym. W stanie gazowym wodę określa się mianem pary wodnej, a w stałym stanie skupienia – lodem. Słowo woda jako nazwa związku chemicznego może się odnosić do każdego stanu skupienia.

Twardość niewęglanowa, zwana też trwałą to rodzaj twardości wody, która jest wywoływana głównie przez sole wapnia i magnezu. Najczęściej są to siarczany dające trudny do usunięcia kamień gipsowy (np. CaSO4) oraz chlorki. Sole te mogą być naturalnie obecne w wodzie jak i powstawać wtórnie, np. w trakcie jej gotowania.
Temperatura topnienia – temperatura, w której kryształ zamienia się w ciecz. Jest to też najwyższa możliwa temperatura, w której może rozpocząć się krystalizacja tej substancji. Krystalizacja zachodzi jednak często przy niższej temperaturze niż temperatura topnienia, co zależy od wielu czynników, np. obecności zarodków krystalizacji, tempa schładzania czy ciśnienia.

Woda jest bardzo dobrym rozpuszczalnikiem dla substancji polarnych. Większość występującej w przyrodzie wody jest "słona" (około 97,38%), tzn. zawiera dużo rozpuszczonych soli, głównie chlorku sodu. W naturalnej wodzie rozpuszczone są gazy atmosferyczne, z których w największym stężeniu znajduje się dwutlenek węgla.

Woda morska – woda występująca w morzach i oceanach. W wodzie tej jest rozpuszczone tysiące związków chemicznych i prawie wszystkie pierwiastki chemiczne obecne na kuli ziemskiej. Woda morska stanowi ponad 96% wody obecnej w formie ciekłej na powierzchni Ziemi, zaś tzw. woda słodka stanowi mniej niż 3%.
Gaz – stan skupienia materii, w którym ciało fizyczne łatwo zmienia kształt i zajmuje całą dostępną mu przestrzeń. Właściwości te wynikają z własności cząsteczek, które w fazie gazowej mają pełną swobodę ruchu. Wszystkie one cały czas przemieszczają się w przestrzeni zajmowanej przez gaz i nigdy nie zatrzymują się w jednym miejscu. Między cząsteczkami nie występują żadne oddziaływania dalekozasięgowe, a jeśli, to bardzo słabe. Jedyny sposób, w jaki cząsteczki na siebie oddziałują, to zderzenia. Oprócz tego, jeśli gaz jest zamknięty w naczyniu, to jego cząsteczki stale zderzają się ze ściankami tego naczynia, wywierając na nie określone i stałe ciśnienie.

Woda naturalna w wielu przypadkach przed zastosowaniem musi zostać uzdatniona. Proces uzdatniania wody dotyczy zarówno wody pitnej jak i przemysłowej.

Pochodzenie wody

hipoteza solarna – wiatr słoneczny niesie za sobą jądra (atomy) wodoru, które wchodzą w reakcję z tlenem tworząc cząsteczki wody

hipoteza geochemiczna

Występowanie wody

Woda jest na Ziemi bardzo rozpowszechniona. Występuje głównie w oceanach, które pokrywają 70,8% powierzchni globu, ale także w rzekach, jeziorach i w postaci stałej w lodowcach. Część wody znajduje się pod powierzchnią ziemi lub w atmosferze (chmury, para wodna). Niektóre związki chemiczne zawierają cząsteczki wody w swojej budowie (hydraty – określa się ją wówczas mianem wody krystalizacyjnej). Woda występująca w przyrodzie jest roztworem soli i gazów. Najwięcej soli mineralnych zawiera woda morska i wody mineralne; najmniej woda z opadów atmosferycznych. Wodę o małej zawartości składników mineralnych nazywamy wodą miękką, natomiast zawierającą znaczne ilości soli wapnia i magnezu – wodą twardą. Oprócz tego wody naturalne zawierają rozpuszczone substancje pochodzenia organicznego, np. mocznik, kwasy humusowe itp.

Elektryczny moment dipolowy jest to wektorowa wielkość fizyczna charakteryzująca dipol elektryczny. Dipol jest układem dwóch ładunków o tych samych wartościach bezwzględnych, ale przeciwnych znakach. Elektryczny moment dipolowy p dwóch punktowych ładunków o jednakowych wartościach q i przeciwnych znakach jest równy iloczynowi odległości między nimi i wartości ładunku dodatniego:
Zasoby wodne – zasoby wód powierzchniowych i podziemnych, występujące na pewnym obszarze. Ze względu na stosunkowo niedużą objętość wód podziemnych nadających się do eksploatacji i ograniczoną zasobność jezior.

Woda na ciałach niebieskich

NASA odkryła wodę na Marsie 31 lipca 2008 roku. Obecność wody na Księżycu w głębi zacienionego krateru została wykazana podczas misji LCROSS 8 października 2009 r. Występowanie znaczących ilości wody na innych ciałach niebieskich nie zostało wykazane, chociaż istnieją pośrednie dowody jej występowania, np. na niektórych księżycach Jowisza.

Destylacja to rozdzielanie ciekłej mieszaniny związków chemicznych przez odparowanie, a następnie skroplenie jej składników. Stosuje się ją w celu wyizolowania lub oczyszczenia jednego lub więcej związków składowych.
Woda wapienna, łac. aqua calcis - nazwa zwyczajowa nasyconego (ok. 0,15%) wodnego roztworu wodorotlenku wapnia (Ca(OH)2). Opalizujący płyn o odczynie alkalicznym (pH = 13). Przechowuje się ją z osadem nierozpuszczalnego tlenku i wodorotlenku wapnia

Właściwości fizyczne wody

temperatura topnienia pod ciśnieniem 1 atm: 0 °C = 273,152519 K

temperatura wrzenia pod ciśnieniem 1 atm: 99,97 °C = 373,12 K

punkt potrójny 0,01 °C = 273,16 K, 611,657 Pa

gęstość w temperaturze 3,98 °C: 1 kg/l (gęstość maksymalna).

temperatura krytyczna: 647,096 K (ok. 374 °C)

ciśnienie krytyczne: 22,064 MPa

ciepło właściwe: 4187 J/(kg·K) = 1 kcal/(kg·K)

ciepło parowania: 2257 kJ/kg

ciepło topnienia: 333,7 kJ/kg

masa cząsteczkowa: 18,01524 Da

względna przenikalność elektryczna w stałym polu elektrycznym: 87,9 (0 °C), 78,4 (25 °C), 55,6 (100 °C)

barwa (woda chemicznie czysta: bezbarwna; w warstwach wielometrowych niebieska)

mętność/ilość zawiesin w wodzie (woda chemicznie czysta: klarowna)

zapach (woda chemicznie czysta: bezwonna)

konduktywność, σ, lub rezystywność, ρ (dla dobrej jakości wody destylowanej lub demineralizowanej ρ > 18 M Ω m)

twardość (woda chemicznie czysta: 0)

twardość ogólna

twardość węglanowa (przemijająca)

twardość niewęglanowa (trwała)

odczyn (woda chemicznie czysta: pH 7,0)

utlenialność wody (woda chemicznie czysta: 0)

Struktura chemiczna

Cząsteczki wody są nieliniowe, a wiązania H–O są silnie spolaryzowane i stąd woda ma trwały moment dipolowy – czyli jest silnie polarna. Kąt między wiązaniami wodór-tlen-wodór (H―O―H) w fazie ciekłej wynosi ok. 105°. W postaci stałej (lodu) kąt między tymi wiązaniami jest równy ok. 108°.

Woda przemysłowa jest to woda zazwyczaj piątej klasy czystości, której skład chemiczny lub bakteriologiczny nie zezwala na używanie jej do celów spożywczych ani w gospodarstwie domowym, ale może być używana w celach technologicznych. Zwykle nie jest ona poddawana procesom oczyszczania, czasem zaś specjalnie preparowana.
Ścieki – to zużyte ciecze, roztwory, koloidy lub zawiesiny, a także odpadowe ciała stałe odprowadzane za pomocą rurociągów do odbiorników naturalnych jakimi mogą być zbiorniki lub cieki wodne, doły gnilne itp. W postaci ścieków odprowadza się odpadowe substancje przemysłowe oraz odpady żywnościowe i fekalia z miejskich i osiedlowych gospodarstw domowych. Ze względu na dużą szkodliwość biologiczną ścieków, zarówno komunalnych jak i przemysłowych, przed odprowadzeniem do odbiornika powinno się poddawać je oczyszczeniu w oczyszczalniach.

W fazie ciekłej nieustannie powstają i pękają wiązania wodorowe pomiędzy cząsteczkami wody. Woda ulega łatwej protonacji i deprotonacji od kwasów tworząc jon hydroniowy H3O. Jon ten również łączy się wiązaniami wodorowymi tworząc kation Zundela H5O2, kation Eigena H7O3 i większe aglomeraty. W strukturze krystalicznej wiązania wodorowe nie ulegają zrywaniu i determinują heksagonalny układ krystalograficzny wody. Gdy podda się wodę ciśnieniu większym niż 3900 MPa woda zwiększa gęstość do około 1,5 g/cm³ i powstaje lód o temperaturze powyżej 0 °C.

National Aeronautics and Space Administration (NASA) (pl. Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej) – agencja rządu Stanów Zjednoczonych odpowiedzialna za narodowy program lotów kosmicznych, ustanowiona 29 lipca 1958 r. na mocy National Aeronautics and Space Act.
Ciepło topnienia jest to ilość energii potrzebnej do stopienia jednostki masy danej substancji. W układzie SI jednostką ciepła topnienia jest J/kg (dżul na kilogram). Zależność ciepła pobranego przez substancję od masy substancji jest wyrażona przybliżonym, doświadczalnym wzorem:

Autodysocjacja wody

Osobny artykuł: Autodysocjacja wody.

W fazie ciekłej woda ulega samoistnej jonizacji zwanej autodysocjacją zgodnie z reakcją: H2O + H2O → H3O + OH

Równowagę autodysocjacji wody opisuje tzw. iloczyn jonowy wody, który w temperaturze 20 °C jest równy ok. 10 (zwykle wielkość bezwymiarowa lub mol/kg) (zobacz skala pH).

Fala na wodzie po kapnięciu kropli.

Barwa – wrażenie psychiczne wywoływane w mózgu człowieka (i zwierząt), gdy oko odbiera promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu światła, a pisząc dokładniej, z widzialnej części fal świetlnych. Główny wpływ na to wrażenie ma skład widmowy promieniowania świetlnego, w drugiej kolejności ilość energii świetlnej, jednak niebagatelny udział w odbiorze danej barwy ma również obecność innych barw w polu widzenia obserwatora, oraz jego cechy osobnicze, jak zdrowie, samopoczucie, nastrój, a nawet doświadczenie i wiedza w posługiwaniu się zmysłem wzroku.
Spalanie to reakcja chemiczna przebiegająca między materiałem palnym lub paliwem a utleniaczem, z wydzieleniem ciepła i światła. Paliwa i utleniacze mogą występować w trzech stanach skupienia: gazowym, ciekłym i stałym. Powszechnie dostępnym utleniaczem gazowym jest tlen zawarty w powietrzu. Utleniacze ciekłe i stałe są stosowane w silnikach rakietowych.

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)