Woda
Ogólne informacje
Nomenklatura systematyczna ( IUPAC ):
tlenek wodoru, oksydan
Inne nazwy	woda w złożeniach:     hydro-     akwa- inne nazwy poprawne formalnie      monotlenek diwodoru (DHMO)     kwas hydrohydroksylowy
Wzór sumaryczny	H2O
Inne wzory	HOH
SMILES	O
Masa molowa	18,01524 g / mol
Wygląd	bezbarwna klarowna ciecz (w większych objętościach sprawia wrażenie niebieskawej lub wręcz niebieskiej)
Identyfikacja
Numer CAS	7732-18-5
PubChem	962[1]
Właściwości Gęstość i stan skupienia 0,9998 g/cm3 (0 °C); ciecz 0,9167 g/cm³ (0 °C); ciało stałe Temperatura topnienia 0 °C Temperatura wrzenia 100 °C Temperatura krytyczna 374 °C Ciśnienie krytyczne 22,1 MPa Kwasowość (pKa) 15,74 Zasadowość (pKb) 15,74 Lepkość 0,00089 Pa·s Napięcie powierzchniowe 71,98 mN/m
Budowa Układ krystalograficzny heksagonalny (lód) Moment dipolowy 1,85 D
Niebezpieczeństwa
NFPA 704	0 0 0
Temperatura zapłonu	niepalny
Temperatura samozapłonu	niepalny
Numer RTECS	ZC0110000
Podobne związki
Inne aniony	kwasy protonowe (H+A-)
Inne kationy	wodorotlenki (B+OH-)
Podobne związki	amoniak siarkowodór , difluorek tlenu
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków standardowych (25 °C, 1000 hPa)

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 H ₂ O , 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.

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 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.

Woda na ciałach niebieskich

NASA odkryła wodę na Marsie 31 lipca 2008 r.^[2] 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 .

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^[3] (ok. 374 °C)
• ciśnienie krytyczne : 22,064 MPa^[3]
• 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^[4])
• 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)

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 tlen-wodór wynosi ok. 105°. W postaci lodu kąt między tymi wiązaniami jest równy ok. 108°.

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.

Autodysocjacja wody

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^-14 (zwykle wielkość bezwymiarowa lub mol²/kg²) (zobacz skala pH ).

Znaczenie biologiczne

Woda jest powszechnym rozpuszczalnikiem związków ustrojowych i niezbędnym uzupełnieniem pokarmu wszystkich znanych organizmów. Uczestniczy w przebiegu większości reakcji metabolicznych, stanowi środek transportu wewnątrzustrojowego, np. produktów przemiany materii, substancji odżywczych, hormonów , enzymów . Reguluje temperaturę. Stanowi płynne środowisko niezbędne do usuwania końcowych produktów przemiany materii . Woda stanowi średnio 70% masy dorosłego człowieka, w przypadku noworodka ok. 15% więcej, 60-70% limfy, 95% osocza krwi, 90% liści, owoców, 20% kości, 10% szkliwa zębów, tkanki tłuszczowej.

Aż miliard ludzi na świecie nie ma bezpośredniego dostępu do wody pitnej. Każdego dnia choroby wynikające z niedostatku czystej wody powodują śmierć wielu tysięcy ludzi, głównie dzieci.

Znaczenie kulturowe

W kulturowej symbolice woda jest jednym z żywiołów : czterech w kulturze europejskiej, pięciu w tradycji chińskiej, pięciu w tradycji japońskiej, trzech w tradycji celtyckiej (tu woda jest tylko częścią jednego z żywiołów). Przeciwstawiana jest ogniowi , powietrzu i ziemi (w Europie), ogniowi , metalowi , drewnu i ziemi (w Chinach), ogniowi, powietrzu, ziemi i piorunowi (w Japonii). W tradycji celtyckiej żywioły to Ziemia, Ogień i Sztorm, woda jest częścią tego ostatniego.

Symbolizuje życie, płodność i oczyszczenie (choć bywa także ukazywana jako siła zła, zwłaszcza w przeciwstawieniu wody czystej i brudnej). Woda jest częstym elementem mitów kosmogonicznych . Bywa też uważana za medium ułatwiające przejście z jednego świata do drugiego (w mitologii greckiej Charon przewoził łodzią duszę zmarłego do Hadesu , gdzie pijąc wodę ze źródła Lete zapominała o minionej egzystencji)^[5]. W wielu religiach zanurzenie w wodzie symbolizuje oczyszczenie i odrodzenie (por. chrzest ).

Rozszerzalność temperaturowa

Woda, jako jedna z niewielu substancji, nie zwiększa swojej objętości monotonicznie z temperaturą w całym przedziale temperatur od 0 do 100 °C. Zależność gęstości wody od temperatury pokazana jest^[6] w tabelce obok. Poniżej +3,98 °C objętość zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury, co wśród ogółu substancji chemicznych jest anomalią (patrz: anomalna rozszerzalność wody ). Anomalia spowodowana jest specyficznym kształtem cząsteczki wody oraz istnieniem silnych wiązań wodorowych . Wiązania te nadają wodzie względnie dużą gęstość, a ponadto pękają w obszarze anomalnym, zwiększając nieuporządkowanie wśród cząsteczek, a co za tym idzie, zwiększając również objętość cieczy. Z tego samego powodu objętość wody wzrasta również podczas krzepnięcia – dlatego lód pływa po powierzchni wody, rozsadza naczynia, kruszy spękane skały, niszczy nawierzchnię dróg itp.

Zastosowanie wody

Jako substancja użytkowa woda ma wiele zastosowań. Najważniejsza jest woda pitna , w gospodarstwach domowych jest używana woda do celów sanitarno-bytowych, w rolnictwie zaś do nawadniania pól. Znaczne ilości wody zużywają zakłady przemysłowe. Woda przemysłowa może służyć jako substancja będąca przekaźnikiem ciepła , magazynująca ciepło lub je odbierająca (substancja chłodząca), poza tym jako reagent , rozpuszczalnik itp.

Rodzaje wody

Rodzaje wody w zależności od czystości i zastosowania (w przybliżeniu w kolejności procesu produkcyjnego):

• woda surowa
  • woda opadowa np. deszczówka
  • woda powierzchniowa np. rzeka
  • woda podskórna
  • woda gruntowa
  • woda adhezyjna
  • woda błonkowata
  • woda głębinowa
  • woda źródlana
  • woda słona np. morska
  • woda słodka np. z jeziora
  • woda zaburtowa
• woda użytkowa ( zasoby wodne )
  • woda wodociągowa
  • woda pitna
  • woda przemysłowa
    • przygotowanie wody
      • woda twarda
      • woda miękka
      • woda demineralizowana
      • woda gorzka
      • woda odgazowana
    • woda zasilająca
    • woda kotłowa
    • woda obiegowa
    • skropliny (kondensat)
  • woda destylowana
  • woda podwójnie destylowana (woda redestylowana)
• ścieki
  • ścieki komunalne
  • ścieki bytowe
  • ścieki przemysłowe
  • woda zęzowa
  • fekalia
  • gnojowica
  • mocz

Rodzaje wody w żywności

• woda wolna (niezwiązana): ok. 5-100%

rozpuszczalnik substancji organicznych i związków mineralnych. Łatwo wydziela się z produktu, pod wpływem czynników zewnętrznych, o właściwościach zbliżonych do właściwości wody w rozcieńczonych roztworach soli, powiązana siecią wzajemnych wiązań wodorowych.

• woda związana (zlokalizowana w bezpośrednim sąsiedztwie substancji rozpuszczonych):

• woda strukturalna (<0,03%)

jest integralną częścią składników niewodnych, ulokowana w wolnych przestrzeniach makrocząsteczek, lub związana w postaci wodzianów.

• woda związana w postaci monowarstwy (0,1–0,9%)

silnie oddziałuje z grupami polarnymi i zjonizowanymi składników niewodnych

• woda uwięziona (ok. 5-96%)

o właściwościach wody wolnej, ale uwięziona w niewypełnionych przestrzeniach składników strukturalnych lub w żelach, przez co jej przepływ jest utrudniony^[].

Zanieczyszczenia

• typ:
  • mechaniczne np. muł
  • koloidalne np. olej
  • roztwory np. sól
  • biologiczne np. bakterie ( miano Coli ), wirusy

Klasyfikacja zanieczyszczeń ze względu na:

• sposób ich usuwania:
  • zanieczyszczenia zawieszone i pływające; usuwane w procesach fizycznych sedymentacji lub filtracji ,
  • zanieczyszczenia koloidalne – o cząsteczkach wielkości poniżej 100μm; usuwane w specjalnych procesach, np. ultrafiltracji , koagulacji ,
  • zanieczyszczenia rozpuszczone – w formie roztworu; usuwane metodami fizykochemicznymi lub metodami chemicznymi.
• wpływ na zdrowie:
  • związki trujące i szkodliwe,
  • związki nieszkodliwe – w zależności od stężenia mogą równocześnie wskazywać na zanieczyszczenie wody,
  • związki pożądane dla zdrowia.
• ich pochodzenie:
  • biologiczne i bakteriologiczne,
  • fizyczne,
  • chemiczne,
  • izotopami pierwiastków promieniotwórczych.

Oczyszczanie

71% powierzchni – Н₂O

Biologiczne:

• bakterie
• inne mikroorganizmy

Chemiczne:

• ozonowanie
• strącanie osadów
• wymiana jonowa
• chlorowanie

Mechaniczne:

• destylacja
• filtracja
• odwrócona osmoza
• sedymentacja
• krystalizacja

Ciekawostki

Woda ma swoje święto – 22 marca .

Zobacz też

• woda amoniakalna
• woda sodowa , woda mineralna , woda stołowa
• woda wapienna
• ciężka woda
• woda królewska
• woda destylowana
• woda utleniona
• woda kwiatowa, woda kolońska
• woda morska
• klasa czystości wody , oszczędzanie wody
• woda pogazowa
• żywioły

Przypisy

Bibliografia

Linki zewnętrzne

• Portal o wodzie ( pol. )
• Water Structure and Science ( ang. )