Właściwości fizyczne wody: stała dielektryczna, gęstość, ciepło właściwe, przewodnictwo cieplne, napięcie powierzchniowe, konduktywność, absorpcja promieniowania świetlnego

Stała dielektryczna - wskazuje ona ile razy wzajemne oddziaływanie między dwoma ładunkami e₁ i e₂ w danym ośrodku jest słabsze niż w próżni. Określa się ją za pomocą wzoru:

, gdzie C₀- pojemność elektryczna kondensatora próżniowego

C- pojemność tego samego kondensatora wypełnionego substancją o stałej dielektrycznej .

Stałą dielektryczną cieczy i ciał stałych określa się względem powietrza. Woda posiada dużą stałą dielektryczną ze względu na duży moment dipolowy i zdolność do tworzenia asocjatów. W temperaturze 273,16 K , tłumaczy to wyjątkową zdolność wody do rozpuszczania substancji. Określa też wzajemną mieszalność cieczy; ciecze różniące się nieznacznie stałą dielektryczną mieszają się zupełnie, dlatego woda ma bardzo silne właściwości dysocjacyjne. Ze wzrostem temperatury wody zmniejsza się wartość stałej dielektrycznej.

Gęstość - gęstość wody zmienia się wraz ze zmianą temperatury; podczas oziębiania gęstość wody zwiększa się, ale tylko do temperatury 277,14 K, w której woda ma największą gęstość. Dalsze oziębianie powoduje, że gęstość wody maleje w sposób ciągły. Ochładzająca się jesienią na powierzchni jeziora (lub innego naturalnego zbiornika) woda opada na dno, wypierając na powierzchnię warstwy cieplejsze dopóty, dopóki temperatura wody w całym zbiorniku nie obniży się do 277,14K. Wtedy ruch cieczy spowodowany różnicą temperatur ustaje, ponieważ dalszy spadek temperatury warstw w pobliżu powierzchni powoduje zmniejszenie ich gęstości, a zatem warstwy te nie opadają już na dno. Spadek temperatury warstw głębszych od tej chwili jest wyłącznie następstwem przewodnictwa cieplnego, nie zaś ruchu cieczy spowodowaną różnicą temperatur, odbywa się więc zatem wielokrotnie wolniej. Gdy na powierzchni powstaje lód, utrudnia to jeszcze bardziej wymianę cieplną. W głębi zbiornika wody, nawet gdy temperatura powietrza jest bardzo niska, utrzymuje się temperatura wyższa od 273,16 K, co umożliwia przetrwanie organizmom wodnym. W głębokich jeziorach i stawach następuje sezonowa cyrkulacja wody, w głębokich jeziorach tworzą się warstwy o różnej temperaturze. Wysoka temperatura jest w wyższych warstwach, na głębokości 7-12 m występuje warstwa tzw. skoku termicznego o nagłym spadku temperatury, głębiej woda oziębia się do 277,14 K. W ziemie obserwuje się odwrócone uwarstwienie. Tylko 2 razy w roku (wiosną i jesienią) następuje wyrównanie temperatury całej masy wody, spowodowane całkowitym jej wymieszaniem. Ma to olbrzymie znaczenie dla natleniania wody jezior.

Ciepło właściwe - jest to ilość ciepła potrzebna do ogrzania (ochłodzenia) 1 kg substancji o 1 st. Ciepło właściwe w danej temperaturze nazywa się ciepłem właściwym rzeczywistym:

Ciepło właściwe jest nazywane także pojemnością cieplną. Zależy ono od rodzaju przemiany i od stanu początkowego i końcowego substancji. Można wyróżnić ciepło właściwe w stałej temperaturze i pod stałym ciśnieniem.

Zarówno C_p jak i C_V zależą od temperatury. Anormalna zależność ciepła właściwego od temperatury jest wynikiem występowania wiązań wodorowych między cząsteczkami wody i rozpadu asocjatów w miarę wzrostu temperatury. Z chwilą gdy w wodzie wszystkie cząsteczki występują jako podwójne asocjaty, jej ciepło właściwe jest najmniejsze.

Przewodnictwo cieplne - dzięki dużemu ciepłu właściwemu woda spełnia rolę nośnika ciepła w procesach ogrzewania i chłodzenia. Jest złym przewodnikiem ciepła. Przewodnictwo cieplne wody w zakresie temperatur 273,16-353,16K można obliczyć według wzoru Jacobsona:

Przewodnictwo cieplne= 0,0012926[1+0,003(T-273,16)].

Napięcie powierzchniowe - ciecze mają tendencję do zachowywania się jakby były stale pokryte napiętą, elektryczną błoną; siły napięcia powierzchniowego działają w kierunku stycznym do powierzchni, dążą do zmniejszenia jej wielkości. Liczbowo napięcie powierzchniowe jest równe pracy potrzebnej do zwiększenia powierzchni cieczy o 1 m². Napięcie powierzchniowe cieczy maleje wraz ze wzrostem temperatury, a w pobliżu temperatury krytycznej spada do zera. Woda posiada stosunkowo dużą wartość napięcia powierzchniowego, jest to wynikiem występowania międzycząsteczkowych wiązań wodorowych.

Ponieważ woda ma duże napięcie powierzchniowe do mycia i prania używa się mydeł lub innych substancji powierzchniowo czynnych, które obniżają napięcie powierzchniowe, a tym samym polepszają jej właściwości zwilżające.

Konduktywność - odwrotność rezystywności elektrycznej jest konduktywnością elektryczną κ, która jest przewodnictwem 1 cm³ roztworu i wyrażona wzorem:

κ=1/ρ lub κ=1/R*l/s

Do pomiaru konduktywności elektrycznej wody stosuje się szklane naczyńko z dwiema jednakowymi elektrodami z blachy platynowej. Stosunek odległości między elektrodami (l) do powierzchni elektrod (s) nazywa się stałą naczyńka (k). Po podstawieniu: κ=k/R (R-rezystancja). Woda absolutnie czysta wykazuje bardzo dużą rezystywność elektryczną i można ją zaliczyć do izolatorów, gdyż jest słabym przewodnikiem elektryczności. Rezystancję czystej wody bardzo zmniejszają nawet niewielkie ilości rozpuszczonych elektrolitów. Konduktywność czystej wody jest bardzo mała i jest funkcją jedynie stężenia jonów pochodzących z dysocjacji cząsteczek wody, a więc zależy od temperatury. Ze wzrostem temperatury konduktywność elektryczna wody rośnie, gdyż zwiększa się również stopień dysocjacji wody. Zwiększenie konduktywności elektrycznej następuje również gdy zwiększa się zawartość elektrolitów w wodzie.

g) absorpcja promieniowania świetlnego: to zjawisko pochłaniania promieniowania świetlnego przez substancję. Absorpcja promieniowania polega na przemianie promieniowania w inne postacie energii. Woda absorbuje promieniowanie widzialne w sposób mało widzialny. W dużej warstwie zatrzymanie promieni czerwonych o długości fali 0,61-0,76 mikrometra sprawia, że woda ma zabarwienie niebieskie. Woda absorbuje znaczni silniej promieniowanie podczerwone i ultrafioletowe niż widzialne. Woda absorbuje światło o długości fali poniżej 190 nm i powyżej 1100 nm.

Gęstość wody i zjawiska z nią związane (j/w)