Woda
| Woda | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Nazewnictwo | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ogólne informacje | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wzór sumaryczny | H2O | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Inne wzory | HOH | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Masa molowa | 18,02 g/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wygląd | bezbarwna klarowna ciecz (w większych objętościach sprawia wrażenie niebieskawej lub wręcz niebieskiej) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Identyfikacja | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Numer CAS | 7732-18-5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PubChem | 962[1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 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 stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 Multimedia w Wikimedia Commons |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 Hasło woda w Wikisłowniku |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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.
Spis treści |
[edytuj] Pochodzenie wody
- hipoteza solarna – wiatr słoneczny niesie za sobą jądra (atomy) wodoru, które wchodzą w reakcję z tlenem tworząc cząsteczki wody
- hipoteza geochemiczna
[edytuj] 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.
[edytuj] Woda na ciałach niebieskich
NASA odkryła wodę na Marsie 31 lipca 2008 roku[4]. 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.
[edytuj] 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[5] (ok. 374 °C)
- ciśnienie krytyczne: 22,064 MPa[5]
- 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[6])
- 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)
[edytuj] 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 cząsteczkami 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.
[edytuj] Autodysocjacja wody
W fazie ciekłej 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).
[edytuj] Powstawanie w reakcjach chemicznych
Woda jest produktem ubocznym wielu reakcji chemicznych, np.
- spalanie wodoru i związków organicznych w obecności tlenu, np.
- 2H2 + O2 → 2H2O
- 2C2H5OH + 7O2 → 4CO2 + 6H2O
- NaOH + HCl → NaCl + H2O
- Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O
- K2O + H2SO4 → K2SO4 + H2O
- redukcja wodorem związków chemicznych zawierających tlen, np.
- Na2SO4 + 4H2 → Na2S + 4H2O
- niektóre reakcje kondensacji, np.
- C2H5OH + HCOOH → HCOOC2H5 + H2O
[edytuj] 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.
[edytuj] 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)[7]. W wielu religiach zanurzenie w wodzie symbolizuje oczyszczenie i odrodzenie (por. chrzest).
[edytuj] 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 |
| Źródło: Lide, D. R. (Ed.), (1990), CRC Handbook of Chem. and Phys. Informacje dla temperatur poniżej 0 °C dot. wody jako cieczy przechłodzonej. |
|
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[8] 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.
[edytuj] 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.
[edytuj] 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 mineralna
- woda słona np. morska
- woda słodka np. z jeziora
- woda zaburtowa
- woda użytkowa (zasoby wodne)
- ścieki
[edytuj] 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].
[edytuj] 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.
[edytuj] Oczyszczanie
Biologiczne:
- bakterie
- inne mikroorganizmy
Chemiczne:
- ozonowanie
- strącanie osadów
- wymiana jonowa
- chlorowanie
Mechaniczne:
[edytuj] Ciekawostki
Od 1992 r. 22 marca obchodzony jest Światowy Dzień Wody.
[edytuj] Zobacz też
- para wodna
- lód
- śnieg
- Woda – wielka tajemnica – film dokumentalny o strukturze wody
- 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
- woda (album)
Przypisy
- ↑ Woda – podsumowanie (ang.). PubChem Public Chemical Database.
- ↑ 2,0 2,1 Woda (ang. • niem.) w bazie IFA GESTIS. Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA). [dostęp 2011-05-05].
- ↑ Woda (ang.). Karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich dla Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2011-05-05].
- ↑ Sonda Phoenix potwierdza istnienie wody na Marsie
- ↑ 5,0 5,1 "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).
- ↑ Robert L, Wolke: Co Einstein powiedział swojemu fryzjerowi. Klub Dla Ciebie, 2002. ISBN 83-88729-93-4.
- ↑ Vojtech Zamarovský: Bohovia a hrdinovia antických bájí. Bratislava: Perfekt a.s., 1998, s. 258–259. ISBN 80-8046-098-1. (słow.); polskie wydanie: Bogowie i herosi mitologii greckiej i rzymskiej (Encyklopedia mitologii antycznej, Słownik mitologii greckiej i rzymskiej).
- ↑ Dokładniejsze dane o zależności gęstości od temperatury w zakresu 0–40 °C
[edytuj] Bibliografia
- M. Overman Woda, PWN, Warszawa 1977.
- M.L. Biełaja Teoria wody – od wieku XVIII do dziś w: Problemy nr 5/1989.
- E. Grochowicz, J. Korytkowski Ochrona przyrody i wód cz. 1, WSiP, Warszawa 1996, ISBN 83-02-06010-0.
[edytuj] Linki zewnętrzne
