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.

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 i Występowanie

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 roku[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 MΩm)

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°.

W fazie ciekłej nieustannie powstają i pękają wiązania wodorowe pomiędzy cząsteczki 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.

Woda i reakcje chemiczne Woda jest produktem ubocznym wielu reakcji chemicznych, np.

spalanie wodoru i związków organicznych w obecności tlenu np.:

2H2 + O2 → 2H2O

2C2H5OH + 7O2 → 4CO2 + 6H2O

reakcje zobojętniania np.:

NaOH + HCl → NaCl + H2O

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

K2O + H2SO4 → K2SO4 + H2O

redukcja wodorem związków chemicznych zawierających tlen:

Na2SO4 + 4H2 → Na2S + 4H2O

niektóre reakcje kondensacji, np.:

C2H5OH + HCOOH → HCOOC2H5 + H2O

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

gęstość wody w funkcji temperatury

temp. [°C] gęstość [kg/m³]

+100 958,4

+80 971,8

+60 983,2

+40 992,2

+30 995,6502

+25 997,0479

+22 997,7735

+20 998,2071

+15 999,1026

+10 999,7026

+4 999,9720

0 999,8395

−10 998,117

−20 993,547

−30 983,854

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

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 Ziemi stanowi woda (Н2O).

Biologiczne:

bakterie

inne mikroorganizmy

Chemiczne:

ozonowanie

strącanie osadów

wymiana jonowa

chlorowanie

Mechaniczne:

destylacja

filtracja

odwrócona osmoza

sedymentacja

krystalizacja

Informacje ,, woda'' brane były z Encyklopedi internetowej

Referat ucznia: Damian WORONA

kl.I LoG Wieczorowe