Budowa i własności wody
W cząsteczce wody następuje przesunięcie elektronów w stronę atomu tlenu. Powoduje to, że atom tlenu ma pewien ładunek ujemny, a atomy wodoru odpowiadający mu ładunek dodatni. Ujemny ładunek atomu tlenu przyciąga dodatnio naładowane atomy wodoru sąsiedniej cząsteczki i pomiędzy nimi powstaje tak zwane wiązanie wodorowe. Mówimy, że cząstka
wody jest polarna, czyli tworzy dipol.
Faza stała wody czyli lód, dzięki tworzeniu się wiązań wodorowych uzyskuje specyficzną, luźną strukturę sieci krystalicznej. W lodzie każdy atom tlenu tworzy jakby cztery wiązania z atomami wodoru, przy czym dwa atomy wodoru są własne, a dwa pożyczone z innych cząstek. Cztery wiązania wodorowe ułożone są w przestrzeni tak, jakby atom tlenu znajdował się w środku czworościanu foremnego, a atomy wodoru w jego narożach. Dzieje się tak, gdyż pożyczone atomy wodoru starają się ustawić jak najbliżej atomu tlenu, przez który są przyciągane, a jednocześnie jak najdalej od innych atomów
wodoru, przez które są odpychane. Konsekwencją takiego łączenia się cząsteczek wody jest powstanie sieci krystalicznej o luźnej strukturze przypominające połączone tunele puste w środku. Najmniejszy fragment sieci krystaliczne, który się powtarza nazywany jest komórką elementarną. Wyróżnia się siedem podstawowych układów krystalograficznych. Lód zaliczamy do układu heksagonalnego, w którym atomy tlenu znajdują się w rogach graniastosłupa o podstawie sześciokąta, a w środku nie ma żadnego atomu. Stąd kryształy lodu mają sześciokrotną oś symetrii. Gdy krzepnie woda to powstaje jednolita struktura krystaliczna lodu. Gdy w chmurach śniegowych następuje resublimacja pary wodnej, to kryształy mają dużo możliwości wzrostu i tworzą się najprzeróżniejsze kształty, ale zawsze o sześciokrotnej symetrii.
Te dziury w środku tuneli powodują, że gęstość lodu jest mniejsza od gęstości wody i lód pływa po wodzie. Jest to odmienne zachowanie od większości substancji. Prawie wszystkie ciecze, krzepnąc, zmniejszają swoją objętość, więc powstające z nich ciała stałe mają większą gęstość i wtedy toną.
Zbiornik wodny latem
W czasie ogrzewania lodu do temperatur bliskich temperaturze topnienia zwiększone (na skutek dostarczania ciepła) drgania cząsteczek powodują zerwanie coraz większej liczby wiązań wodorowych. W temperaturze 0°C liczba zerwanych wiązań jest tak duża, że lód zamienia się w wodę. Uwolnione cząsteczki wody zapełniają dziury, wskutek czego objętość maleje, a gęstość wody rośnie. Jednak w 0°C nie zostają zerwane wszystkie wiązania wodorowe. W bardzo zimnej wodzie pozostają resztki "tuneli" rozpadających się w miarę wzrostu temperatury. Powoduje to, że gęstość wody początkowo w czasie ogrzewania wzrasta i w temperaturze 4°C osiąga największą wartość, bowiem wtedy całkowicie rozpadają się wiązania wodorowe. Od tego momentu woda zachowuje się już jak normalne ciecze i zwiększa swoją objętość wraz ze wzrostem temperatury. Woda o największej gęstości
Zbiornik wodny zimą
opada na dno i dzięki temu głębokie zbiorniki wody mają temperaturą zbliżoną do +4°C. Latem na dole zbiornika panuje najniższa temperatura, natomiast zimą na dnie woda ma zawsze temperaturę +4°C, co pozwala rybom przeżyć zimę.
Woda ma bardzo duże ciepło właściwe (ilość ciepła potrzebna do ogrzania 1kg substancji o jeden stopień), dlatego nawet podczas długotrwałego upału woda w jeziorze lub morzu ma dużo niższą temperaturę niż otoczenie. Ma to duże znaczenie dla klimatu. Klimat morski jest łagodny (ciepłe zimy i chłodne lata), bowiem zimą woda "oddaje" ciepło, a latem ciepło "pobiera".
Dużą wartość ma również ciepło topnienia wody (ciepło potrzebne do stopienia 1kg wody w temperaturze topnienia). Dzięki temu wiosną śnieg topi się powoli, pomimo, że temperatura powietrza dochodzi do kilkunastu stopni Celsjusza, co zapobiega powodziom. Późną jesienią natomiast zjawisko zamarzania wody w zbiornikach wody zachodzi powoli, stopniowo. Z tego powodu lód używa się do chłodzenia żywności np. szampan obłożony kostkami lodu. Dawniej w ten sposób przechowywano żywność.
Bardzo dużą wartość ma także ciepło parowani wody (ilość ciepła potrzebna do wyparowania 1kg wody). Proces parowania zachodzi powoli, mogą więc istnieć odkryte zbiorniki wodne oraz mała jest częstotliwość opadów atmosferycznych.
Obieg wody w przyrodzie
Woda stanowi aż 6,6% masy całej Ziemi i jednym z najbardziej rozpowszechnionych związków chemicznych. Zajmuje ona dwie trzecie powierzchni Ziemi. Występuje ona w trzech stanach skupienia i może te stany zmieniać w zależności od warunków.
Źródła wody na Ziemi:
w oceanach - 97,24%
w lodowcach, górach lodowych i wiecznych zmarzlinach - 2,14%
woda gruntowa - 0,61%
w jeziorach - 0,009%
w morzach wewnątrz lądowych - 0,008%
w postaci pary wodnej 0,005%
w rzekach 0,0001%
Około 1% wody znajdującej się na Ziemi pozostaje w ciągłym ruchu. Proces ten nazywamy obiegiem wody w przyrodzie. Proces ten obejmuje tak mały procent ponieważ parowanie przebiega powoli gdyż woda ma bardzo duże ciepło parowania.
Cześć wody pochodzącej z opadów atmosferycznych oraz z topnienia śniegów i lodowców spływa z gór do strumieni, rzek, jezior, mórz i oceanów. Reszta wody najpierw wsiąka w ziemię, a potem krąży w postaci wody podziemnej pobieranej przez korzenie roślin lub zasila strumienie i rzeki.
Woda ogrzewana przez Słońce paruje z oceanów, jezior, rzek i powierzchni Ziemi. Para wznosi się do atmosfery, gdzie ochładza się i ulega kondensacji czyli skrapla się, tworząc drobne kropelki wody i kryształki lodu, z których powstają chmury. Zawarta w chmurach woda wraca na Ziemię w formie deszczu, gradu i trafia najczęściej z powrotem do oceanów. Tylko jedna dziesiąta część opadów atmosferycznych dostaje się na lądy do potoków, rzek i zwykle spływa z powrotem do mórz, po czym ponownie paruje kontynuując cykl.
Ostatnio obieg wody został zakłócony przez człowieka. Wycinanie lasów, monokultura rolnictwa, niewłaściwe i nadmierne zabiegi rolnicze, urbanizacja, eksploatacja surowców i zanieczyszczenie powietrza powoduje zwiększenie spływu powierzchniowego. Następuje obniżenie wód gruntowych, co zmniejsza zasoby wód podziemnych.
Opracowano na podstawie podręcznika dla gimnazjum wydawnictwa "Nowa Era".