Plus

Woda


To podstawa życia, jego źródło i tajemna siła, która kieruje światem. Woda, tlenek wodoru (nazwa systematyczna IUPAC: oksydan) to 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.

Opis: http://www.601100100.pl/rimages/crop/600/600/files/images/artykuly/oryginal/39022701252_lnhbkkevpkepkrqhzgwg_1.jpg

 

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

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% jej powierzchni, 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 - zawierają tzw. wodę krystalizacyjną). 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.

Woda na ciałach niebieskich

NASA odkryła wodę na Marsie 31 lipca 2008 r.[1] 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[2] (ok. 374 °C)
ciśnienie krytyczne: 22,064 MPa[2]
ciepło właściwe: 4187 J/(kg.K) = 1 kcal/(kg.K)
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[3])
mętność/ilość zawiesin w wodzie (woda chemicznie czysta: klarowna)
zapach (woda chemicznie czysta: bezwonna)
konduktywność, ?, lub rezystywność, ? (dla dobrej jakości wody destylowanej lub demineralizowanej ? > 18 M?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 
Osobny artykuł: 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).

Fala na wodzie po kapnięciu kropli.

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 starożytnej Grecji Charon przewoził łodzią duszę zmarłego do Hadesu, gdzie pijąc wodę ze źródła Lete zapominała o minionej egzystencji). 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[4] 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[potrzebne źródło].

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 100?m; 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% - ?2O

Biologiczne:

  • bakterie
  • inne mikroorganizmy

Chemiczne:

  • ozonowanie
  • strącanie osadów
  • wymiana jonowa

Mechaniczne:

  • destylacja
  • filtracja
  • odwrócona osmoza
  • sedymentacja
  • krystalizacja

Ciekawostki

Woda ma swoje święto - 22 marca.

Zobacz też

Zobacz galerię na Wikimedia Commons:
WodaZobacz w Wikicytatach kolekcję cytatów
o wodzieZobacz hasło woda w Wikisłownikuwoda 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
1. Sonda Phoenix potwierdza istnienie wody na Marsie
2. 2,0 2,1 "Guideline on the Use of Fundamental Physical Constants and Basic Constants of Water", The International Association for the Properties of Water and Steam, Gaithersburg, Maryland, USA, September 2001, (pdf).
3. Robert L, Wolke: Co Einstein powiedział swojemu fryzjerowi. Klub Dla Ciebie, 2002. ISBN 83-88729-93-4.
4. Dokładniejsze dane o zależności gęstości od temperatury w zakresu 0-40 °C