Woda jako związek chemiczny.

[Radzę ściągnąć plik z załącznika. Interaktywny dokument word'a z ilustracjami]

OD AUTORA
Kiedy mówię „woda” to widzę mistyczną substancję. Wszechobecny żywioł życia i śmierci. Lekko falującą powierzchnię, na której widać refleksy świetlne. Całość przypomina mi nocne niebo haftowane jasnymi gwiazdami. Całość jest bardzo kojąca. Łatwiej mi poskładać myśli, które kierują się wyraźnie w stronę filozofii. Zaczynam roztrząsać poważne tematy takie jak sens życia, wielkość wszechświata, oraz te trochę mniej poważne aczkolwiek dla mnie równie ważne, na przykład, co jest po drugiej stronie lustra. Jeśli mam jakiś problem to w samotności kieruję swe kroki nad Odrę. Podziwiam piękno, złożoność i perfekcję płynącej mozolnie wody. Staram się to zrozumieć, objąć umysłem pod każdym aspektem. Jeszcze mi się to nie udało... i to mnie fascynuje. Zawsze jednak odzyskuję spokój duszy, niejako leczę ją. Ten wspaniały żywioł zawsze mi pomaga dojść do właściwych wniosków. Nigdy mnie nie zawiódł...

W tej pracy spróbuję spojrzeć na nią z innej strony. Od strony uczonego, chemika. Zajmę się cząsteczką, nie ogółem. Można powiedzieć, że rozłożę żywioł na części pierwsze...

Przeszukując Internet w poszukiwaniu materiałów i ciekawostek natknąłem się na artykuł, w którym wytykano kilka spraw dotyczących nauczania w szkołach. Mianowicie chodziło o często popełniane błędy przez nauczycieli, którzy błędnie przekazują swą wiedzę lub ta jest już zawiera błędy. Pozwoliłem sobie przytoczyć kilka przykładów w swoim opracowaniu.
Z właściwości hydrofobowych cząsteczek niepolarnych nie wynika, iż nie są one przyciągane przez wodę!
Wszyscy widzieliśmy zapewne, co dzieje się zaraz po wymieszaniu sosu sałatkowego, w którego skład wchodzi olej oraz ocet (może też być ocet winny) - powstała mieszanina szybko rozdziela się na układ o dwóch fazach ciekłych (dwóch niemieszajacych się cieczach), gdzie górną fazę stanowi olej o mniejszej gęstości, a dolną - woda z octem, o większej gęstości. Jest to również dobry przykład ważnej zasady w chemii mówiącej, iż "podobne miesza się z podobnym". Zasada ta dotyczy zjawiska, kiedy zmieszanie dwóch cieczy prowadzi do powstania roztworu jednofazowego w przypadku, jeśli ciecze tworzą cząsteczki o podobnych wielkościach i polarności, bez względu na to, w jakiej proporcji zostaną zmieszane te ciecze. W żargonie chemików mówi się wtedy o cieczach mieszających się ze sobą nieograniczenie. Na drugim biegunie znajduje się przypadek, kiedy po zmieszaniu silnie polarnej cieczy, jaką jest woda z niepolarną lub mało polarna cieczą, tj. większość olejów, prowadzi do utworzenia mieszaniny, w której łatwo można rozróżnić dwie fazy ciekłe. To zjawisko jest zazwyczaj tłumaczone w podręcznikach poprzez stwierdzenie, iż olej jest hydrofobowy ("nie lubiący wody"), a zatem nie miesza się z wodą, podczas gdy małe, polarne cząsteczki organiczne (np. kwas octowy, który jest właśnie głównym składnikiem organicznym w occie winnym, a w spirytusowym - jedynym składnikiem organicznym) są hydrofilowe ("lubiące wodę"), a zatem mieszają się z wodą nieograniczenie (tworzą z wodą roztwory jednofazowe - homogeniczne).
Ten sposób tłumaczenia sprawia, iż uczniowie i studenci (a nawet zawodowi chemicy) wnioskują, że pojedyncze cząsteczki wody i oleju odpychają się wzajemnie, albo, co najwyżej niezwykle słabo przyciągają się. I właśnie ten błąd w rozumowaniu powinien zostać obalony: Pojedyncza cząsteczka oleju jest przyciągana przez cząsteczkę wody ze znacznie większą siła niż ma to miejsce pomiędzy samymi cząsteczkami oleju!
Możemy zaobserwować konsekwencje tej dużej siły przyciągania pomiędzy cząsteczkami wody i oleju, jeśli umieścimy kroplę oleju na czystej powierzchni wody. Zanim kropla oleju uderzy w powierzchnię wody przyjmie ona kształt zbliżony do kuli. Kształt ten wynika z faktu, iż cząsteczki oleju przyciągają się wzajemnie, a dzięki kulistemu kształtowi minimalna ilość cząsteczek oleju znajdujących się na powierzchni tej kuli nie jest otoczona przez inne cząsteczki oleju. Kiedy tylko olej uderzy w powierzchnię wody rozprzestrzenia się na jej powierzchni i tworzy cienką warstwę. Właśnie ten efekt wynika bezpośrednio z faktu, iż siła przyciągania pomiędzy cząsteczkami oleju i wody jest większa niż pomiędzy samymi cząsteczkami oleju.
Jeśli na powierzchni wody umieści się odpowiednio małą ilość oleju, powstała cienka warstwa oleju jest warstwą monomolekularną (czyli o grubości pojedynczej cząsteczki). Poprzez pomiar powierzchni takiej warstwy można uzyskać przybliżone wymiary cząsteczek oleju, jeśli uwzględni się jej masę (lub objętość i gęstość) oraz liczbę Avogadro. Można też odwrócić problem i obliczyć przybliżoną wartość liczby Avogadro w analogiczny sposób.
Jeśli oddziaływanie pomiędzy cząsteczkami wody i oleju jest tak silnie, to, dlaczego każda cząsteczka oleju nie zanurzy się w wodzie (z utworzeniem roztworu), co doprowadziłoby do otoczenia każdej cząsteczki oleju przez cząsteczki wody? Aby tak się mogło stać, cząsteczka oleju musiałaby "wejść" pomiędzy cząsteczki wody. Oddziaływanie pomiędzy cząsteczkami wody jest znacznie silniejsze nawet od oddziaływania cząsteczek woda-olej. Dlatego wejście cząsteczki oleju pomiędzy wzajemnie silnie przyciągane cząsteczki wody musiałoby zostać odkupione (zrekompensowane) dużą porcją energii. Z tej przyczyny znaczna większość cząsteczek oleju pozostanie na powierzchni, mimo iż chciałyby zostać otoczone ze wszystkich stron przez cząsteczki wody.

Mokra teoria jazdy na łyżwach
Woda ma wiele zaskakujących własności. Jedną z nich jest fakt, że jej niskociśnieniowa forma stała (znana nam jako lód) ma o ok. 10% większą objętość od odpowiedniej objętości formy ciekłej, w którą przekształca się lód podczas topnienia. Powszechną konsekwencją tej własności jest zjawisko "pływania" kawałków lodu na powierzchni ciekłej wody, przy czym ok. 10% ich objętości jest wynurzona, natomiast pozostałe 90% objętości jest zanurzone w wodzie.
Inną konsekwencją zmniejszenia objętości wody podczas topnienia jest obniżenie temperatury topnienia lodu ze wzrostem ciśnienia na jego powierzchni. Ta zależność może być również tłumaczona "regułą przekory" Le Chateliera. Wzrost ciśnienia na daną powierzchnię lodu może być częściowo zniwelowany (kompensowany) poprzez stopienie części lodu, co prowadzi do zmniejszenia części wyjściowej objętości. Jednakże jest to bardzo niewielki efekt: potrzebne jest ciśnienie ok. 121 atmosfer (1,22 MPa w jednostkach SI) na obniżenie temperatury topnienia lodu o 1 stopień Celsjusza.
Często zależność tę wykorzystuje się do tłumaczenia zjawiska, które pozwala na jazdę na łyżwach. Stosuje się uzasadnienie mówiące, że ciśnienie, jakie łyżwy wywierają na powierzchnię lodu powoduje topnienie lodu pod łyżwami, co prowadzi do znacznego obniżenia tarcia pomiędzy lodem a ostrzem łyżwy. Mimo iż wygląda to dość logicznie, nie jest do końca prawdziwe. Jeśli łyżwiarz o masie 75 kg założy łyżwy o ostrzu, które ma 3 mm szerokości i 20 cm długości, przy uwzględnieniu siły grawitacji można obliczyć, że ostrza łyżwy wywierają ciśnienie na powierzchnię lodu równe 12 atm. Jeśli nawet wyobrazimy sobie, iż siła nacisku jest skoncentrowana na mniejszą powierzchnię lodu, to wywierane ciśnienie na tę powierzchnię będzie w stanie obniżyć temperaturę topnienia lodu (na tej powierzchni) o dziesiętne części stopnia Celsjusza. Ale jeśli wszyscy wiemy, iż możliwa jest jazda na łyżwach nawet, jeśli temperatura otoczenia (i lodu ) jest dużo niższa od temperatury krzepnięcia (i jednocześnie topnienia) lodu pod normalnym ciśnieniem, jak zatem wytłumaczyć to zjawisko łatwego przesuwania się ostrza łyżwy po lodzie, jeśli efekt obniżenia temperatury topnienia lodu, na skutek wywieranego nań ciśnienia przez ostrze łyżwy jest tak niewielki?
Jak wytłumaczyć swobodne przesuwanie się ostrza łyżwy po powierzchni lodu? Daleko jeszcze do pełnego wyjaśnienia tego, jak by się wydawało, oczywistego zjawiska. Dla jego wytłumaczenia można częściowo posłużyć się efektem "topnienia powierzchniowego". Stabilność ciał stałych wynika z ich regularnej struktury, dzięki której każda cząsteczka, która tworzy to ciało stałe przeciąga i jest przyciągana przez wiele otaczających ją sąsiednich cząsteczek. Na powierzchni ciała stałego cząsteczki oddziałują tylko z cząsteczkami znajdującymi się poniżej oraz z sąsiednim cząsteczkami na powierzchni, ponieważ nie ma żadnych cząsteczek (tego samego rodzaju) "nad" cząsteczkami ulokowanymi na powierzchni. W rezultacie, w przypadku cząsteczek na powierzchni często ich ułożenie jest zaburzone ("wyłamują się" z porządku panującego w całym ciele stałym), aby zwiększyć oddziaływania między sobą w ich mało korzystnej pozycji. Mówimy wtedy o "rekonstrukcji" powierzchni. Zostało również stwierdzone, że nieuporządkowanie pozycji cząsteczek, które tworzą powierzchnię ciała stałego powoduje, iż właściwości tej warstwy są zbliżone do właściwości cieczy, nawet, jeśli temperatura tej powierzchni jest dużo poniżej temperatury topnienia danego ciała stałego. To zjawisko nazywamy właśnie "topnieniem powierzchniowym". Jeśli dodatkowo cząsteczki o takim zaburzonym ułożeniu lub nieuporządkowane na powierzchni zetkną się z inną powierzchnią (metalu ostrza łyżwy), będą one na siebie wzajemnie oddziaływać. Kolejnym ważnym efektem jest tarcie, które jest źródłem ciepła wystarczającego na stopienie cienkiej warstwy na powierzchni lodu, z którą ostrze łyżwy ma bezpośredni kontakt.

Roztwór związku jonowego nie wygląda w ten sposób!!
Powszechnie wiadomo, że dodanie soli do wody powoduje nieznaczny wzrost temperatury wrzenia wody. To zjawisko można łatwo zademonstrować umieszczając szklankę wypełnioną czystą wodą w większym naczyniu zawierającym osoloną wodę. Podczas powolnego ogrzewania tego naczynia można zauważyć, że czysta woda w szklance zacznie najpierw wrzeć, w drugiej zaś kolejności będziemy obserwować wrzenie wody, do której została dodana sól. W podręcznikach zawierających podstawy chemii tłumaczy się, iż wzrost temperatury wrzenia jest proporcjonalny do ułamka cząsteczek substancji rozpuszczonej w danym roztworze. Jako temperaturę wrzenia przyjmuje się tutaj temperaturę, w której równowagowe ciśnienie par roztworu jest równe ciśnieniu zewnętrznemu (przyrównanemu zazwyczaj do ciśnienia atmosfery nad powierzchnią danej cieczy). Należy pamiętać, że wrzenie (unoszenie się w cieczy szybko narastających pęcherzyków) nie jest zjawiskiem równowagowym i zaczyna się nawet w wyższej temperaturze. Wiele podręczników tłumaczy ten efekt posługując się schematycznym rysunkiem podobnym do zamieszczonego poniżej:

[tutaj powinny być ilustracje. Znajdują się one w załączniku]

Rysunek często zamieszczany w podręcznikach. U góry zlewka z czystym rozpuszczalnikiem. Poniżej roztwór substancji nielotnej.
Powyższy rysunek ma stanowić następujące wyjaśnienie opisywanego zjawiska: prężność par czystego rozpuszczalnika w danej temperaturze zależy od równowagowej prężności par roztworu. Nielotne cząsteczki substancji rozpuszczonej mają częściowo blokować możliwość "ucieczki" cząsteczek rozpuszczalnika z powierzchni roztworu. Aby nastąpiło wrzenie roztworu, temperatura powinna być podniesiona o tyle, aby ciśnienie par roztworu (rozpuszczalnika) zrównało się z ciśnieniem zewnętrznym, które wypiera nacisk na powierzchnię roztworu.
Pomimo, że przedstawione powyżej rozumowanie wydaje się być rozsądne, daje ono bardzo zły obraz na temat własności roztworów. Sole jonowe, np. NaCl, tylko, dlatego są rozpuszczalne w wodzie, ponieważ energia solwatacji (hydratacji) ich jonów jest prawie tak duża jak ogromna siła kulombowskiego przyciągania pomiędzy dodatnimi i ujemnymi jonami w sieci krystalicznej. Z powodu tak silnej solwatacji jony Na(+) czy Cl(-) nigdy nie będą chciały zająć miejsca przy powierzchni roztworu, ponieważ przy powierzchni jony te nie będą w pełni otoczone cząsteczkami rozpuszczalnika ze wszystkich stron. Nawet w przypadku bardziej stężonych roztworów soli powierzchnia jest czystą wodą (rozpuszczalnikiem)!
Innym wnioskiem, jaki daje powyższy rysunek jest złudzenie, iż wielkość obniżenia ciśnienia par powinna zależeć od wielkości cząsteczek substancji rozpuszczonej względem wielkości cząsteczek rozpuszczalnika. Tego nie potwierdzają wyniki doświadczeń. Korzystając z metod termodynamiki chemicznej nawet na poziomie podręcznika chemii fizycznej można wykazać, że dla wystarczająco rozcieńczonych roztworów wielkość obniżenia prężności par zależy tylko od stosunku ilości cząsteczek substancji rozpuszczonej do ilości cząsteczek rozpuszczalnika, nie zaś od właściwości cząsteczek substancji rozpuszczonej.
Kolejnym mylnie przyjętym poglądem jest wytłumaczenie, iż dodanie soli do gotujących się potraw podnosi ich temperaturę wrzenia. Twierdzi się, iż dodatek soli powoduje podwyższenie temperatury wrzenia wody, a to ma w efekcie skracać ich czas potrzebny na ugotowanie. Niewątpliwie prawdą jest, że niewielkie podwyższenie temperatury gotowania może znacząco przyspieszyć szybkość gotowania: czas gotowania potrzebny na ugotowanie powinien być ok. 2 razy krótszy, jeśli podwyższy się temperaturę wrzenia wody o 10-20 C. Jednakże nawet, jeśli woda do gotowania będzie tak słona jak woda morska (co wymaga dodania 4 łyżek stołowych soli na litr wody!), jej temperatura wrzenia z tego powodu wzrośnie jedynie o 0,6 C, co może pozwolić na skrócenie czasu gotowania jedynie o parę procent. Jeśli uważasz, że warto skrócić czas gotowania nawet o te kilka procent, powinieneś zdawać sobie sprawę, że spowoduje to wzrost ciśnienia krwi na skutek spożycia tak dużej ilości jonów sodowych!



To było kila najciekawszych, moim skromnym zdaniem, przykładów. Pora na zajęcie się głównym tematem. Przedstawię podstawowe informacje na temat wody, które każdy powinien znać.
Woda, H2O,związek tlenu z wodorem - jest najpowszechniej występującym Na naszej planecie związkiem chemicznym. Ilość wody na Ziemi szacuje się Na około 2,2 x 1018 ton. Jeżeli każdą tonę wody (1 m3) zmniejszy do Rozmiarów główki do szpilki i takimi główkami wybrukowali drogę z Ziemi na Księżyc, to jej szerokość wyniosłaby 10 kilometrów. Czyż w tej sytuacji wodzie nie należy przyznać pierwszeństwa wśród związków chemicznych ?

Oraz jeszcze kilka informacji, które nie każdy powinien znać na pamięć, nie mniej jednak wiedzieć nie zaszkodzi.
Masa wody w przyrodzie znajduje się w równowadze dynamicznej. Pod wpływem ciepła słonecznego powierzchnia mórz i oceanów nieustannie paruje. Woda zmienia stan skupienia i masy pary wodnej mieszają się z powietrzem. Przy dostatecznie dużej wilgotności powietrza i obecności tzw. jąder kondesacji następuje skraplanie pary wodnej do postaci drobniutkich kropelek, które grupują się w widoczne skupienia- chmury. W wyniku ochładzania na niewielkich wysokościach powietrza zawierającego parę wodną powstają mgły. Chmury, niesione wiatrem, przemieszczają się nad powierzchnią lądów, mórz i oceanów. W określonych warunkach drobniutkie kropelki łącza się ze sobą w większe krople i opadają jako deszcz, śnieg lub grad. Ziemia wchłania opady atmosferyczne i gromadzi je
w postaci wód gruntowych. W niektórych miejscach wody gruntowe wydostają się na powierzchnię i tak powstają źródła. Z nich biorą początek strumyki, te z kolei łączą się ze sobą w większe strumienie i rzeki, które wpadają do morza lub oceanu. W ten sposób zamyka się obieg wody w przyrodzie.
Woda jest cieczą bezbarwną, bezwonną, bez smaku, w grubych warstwach przyjmuje niebieskawe zabarwienia. Gęstość wody zmienia się wraz z temperaturą, jednak w pobliżu temperatury krzepnięcia zmiana ta przebiega inaczej niż u innych cieczy. Od 0o C aż do 4o C gęstość wody, zamiast maleć, wzrasta i zmniejsza się dopiero powyżej tej temperatury. Zatem w zimie temperatura wody w dolnych warstwach głębszych zbiorników nie spada poniżej 4o C, co ma ogromne znaczenie dla życia organizmów wodnych. Woda, krzepnąc, zwiększa swoją objętość. Ma to wpływ na kruszenie się skał i powstawanie gleby.
Woda jest doskonałym rozpuszczalnikiem różnych substancji. Z tego też powodu wszystkie występujące naturalnie wody to mniej lub bardziej stężone roztwory. Aby otrzymać czystą wodę, należy ją przedestylować. Wodę destylowaną stosujemy np. w przemyśle farmaceutycznym i do akumulatorów samochodowych.
Woda charakteryzuje się wysokimi wartościami pewnych stałych fizycznych. Przede wszystkim ma bardzo wysokie ciepło właściwe. Aby podnieść temperaturę 1 grama wody o 1 stopień, trzeba 1 kalorii. Bardzo wysokie jest też jej ciepło parowania. Do zamiany 1 g wrzącej wody w parę potrzeba około 540 kalorii. Jest to ponad dwa razy więcej, niż wynoszą te stałe dla alkoholu etylowego. Ze względu na dużą wartość ciepła. To tłumaczy wpływ mórz i oceanów, a także prądów morskich na klimat. Ciepło zgromadzone w lecie jest następnie oddawane zimą. Dlatego też wybrzeża oceanów mają znacznie łagodniejszy klimat niż rejony w głębi kontynentów. Położone na tej samej szerokości geograficznej.
Duże ciepło parowania wody ma ogromne znaczenie dla organizmu. Nasz stałocieplny organizm nie znosi większych wahań temperatury. W przegrzanym środowisku ciało człowieka się poci. Pot składa się w 99 procentach z zwody, która parując, ochładza organizm, a więc pobiera z niego dużą ilość ciepła.
Duże ciepło właściwe i duże ciepło parowania sprawiają, że parowanie wód pod wpływem ciepła słonecznego, a także zamarzanie jezior i rzek oraz topnienie lodów i śniegów na wiosnę odbywa się stosunkowo powoli, ni powodując spustoszeń, jakie musiałyby następować, gdyby procesy te zachodziły szybciej.
Spośród wszystkich składników komórek woda występuje w największych ilościach. W większości organizmów zawartość wody waha się od 70 do 90 procent. Bardzo dużo wody mają meduzy (97-98 proc.), natomiast stosunkowo mało niektóre nasiona (10-15 proc.), kości (20 proc.) czy ściany komórkowe roślin (10 proc.). Występując tak obficie w biosferze, woda musi odgrywać niezwykle ważną rolę. Biologiczne znaczenie wody sprowadza się do pięciu najważniejszych funkcji:
Jest podstawą płynów ustrojowych;
Reguluje temperaturę, ciśnienie osmotyczne i pH;
Uczestniczy w przebiegu wielu procesów przemiany materii;
Stanowi środek transportu wewnątrzustrojowego oraz środowisko niezbędne do usuwania końcowych produktów metabolizmu i metabolitów szkodliwych;
Utrzymuj odpowiednie wymiary i kształty komórek.
Zajmijmy się bliżej pojęciem ciśnienia osmotycznego. Jest zjawisko niezwykle istotne, odpowiedzialne za wiele ważnych fizjologicznych procesów i związane z wnikaniem wody do środowiska zawierającego bardziej stężone roztwory.
Umieszczenie komórki w roztworze o takim samym ciśnieniu osmotycznym, jakie panuje w komórce, powoduje, że ani woda nie wnika do wnętrza komórki, ani z niej nie uchodzi. Komórka nie pęcznieje, ale też nie kurczy. Taki roztwór nazywamy izotonicznym w stosunku do roztworu w komórce. Przykładem roztworu izotonicznego jest osocze krwi.
Roztwór otaczający komórkę, zawierający mniejszą ilość substancji rozpuszczonych niż komórka, to roztwór hipotoniczny - wnika do komórki, tzn. komórka umieszczona w nim pęcznieje. Roztwór o większym niż we wnętrzu komórki stężeniu substancji rozpuszczonych nazywa się hipertonicznym - komórka w nim umieszczona kurczy się.
Rolę ciśnienia osmotycznego w utrzymywaniu kształtu komórek dobrze obrazuje zjawisko turgoru. W miarę wnikania wody do rośliny ze środowiska hipotonicznego zawartość komórki jest coraz silniej przyciskana do sztywnej ściany komórkowej. Powstaje ciśnienie wewnętrzne, czyli turgor, które równoważy ciśnienie osmotyczne i zapobiega dalszemu wnikaniu wody do komórki. Niedobór wody powoduje zmniejszenie się turgoru i powstawanie zjawiska więdnięcia roślin.
Woda pełni w organizmie funkcję płynu umożliwiającego usuwanie końcowych produktów metabolizmu i substancji szkodliwych. Związki te są wydalane z moczem. Ponieważ ilość wydalanego moczu u dorosłego zdrowego człowieka wynosi na dobę od 600 do 2500 cm3, a do tego dochodzi wydalanie wody z oddechem i potem, woda musi być uzupełniana pokarmami i napojami.
Kiedy odkręcamy kran, pamiętajmy, że woda, którą traktujemy jako łagodną i obojętną ciecz o powszechnie znanych, oczywistych i niegodnych uwagi cechach, jest substancją reaktywną, obdarzoną nietypowymi dla innych cieczy właściwościami.

***
Skoro już się zapoznaliśmy z podstawowymi i zaawansowanymi informacjami na temat wody pora przejść do właściwości fizycznych i chemicznych. Zamierzam przedstawić wszystko co pasuje do tego podtematu więc kilka informacji może się powtórzyć.
Woda jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych związków chemicznych w przyrodzie. Jest cieczą bezbarwną, bez smaku i zapachu, ma interesujące anomalie o dużym znaczeniu biologicznym. Od 4oC, w miarę obniżania temperatury, jej gęstość maleje. Dzięki temu woda w jeziorach i rzekach zamarza na powierzchni, co umożliwia istnienie życia biologicznego w głębi. Cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu. Kąt pomiędzy atomami wodoru wynosi 104o 40'. Dzięki kątowej budowie cząsteczka wody ma moment dipolowy. Cząsteczki wody przyciągają się różnoimiennymi biegunami tworząc asocjat, dzięki czemu temperatura wrzenia wody jest stosunkowo wysoka. Biegunowa budowa cząsteczki wody powoduje dobrą rozpuszczalność w wodzie szeregu związków chemicznych.
Wodę otrzymuje się przez spalanie wodoru w tlenie:

2H2 + O2 = 2H2O

Reakcja spalania wodoru jest jedną z najbardziej egzotermicznych reakcji. Cząsteczka wody jest bardzo trwała i zaczyna dysocjować dopiero powyżej 1800 K. Pomimo dużej trwałości woda jest substancją chemiczną aktywną. Niektóre metale, np. Na, K, Ca reagują z nią w temperaturze pokojowej, wydzielając z wody wodór.
Wiele związków chemicznych przyłącza wodę. W związkach nieorganicznych może być ona związana w różny sposób:
* Woda konstytucyjna nie występuje w związkach chemicznych jako cząsteczka wody, natomiast wydziela się w czasie ich rozkładu. Należy tutaj m.in. Ca(OH)2, KOH, H2SO4, itp. Na przykład pod wpływem ogrzewania:
Ca(OH)2 --> CaO+H2O
* Woda koordynacyjna związana jest z cząsteczką specjalnym wiązaniem koordynacyjnym, np.:
[Cu(NH3)4 (H2O)2]+3, [Cr(H2O)6]+3
* Woda krystalizacyjna jest związana w kryształkach związków jonowych w ilościach stechiometrycznych np. CuSO4.5H2O. Usunięcie jej z takich substancji jest bardzo trudne.
* Woda sieciowa. Podczas ogrzewania związków zawierających wodę sieciową nie obserwuje się powstawania nowych faz. Woda ta zawarta jest pomiędzy warstwami sieci krystalicznej.

Woda w przyrodzie
Woda w przyrodzie nigdy nie jest czysta, lecz zawiera pewną ilość zawiesin, rozpuszczonych związków chemicznych i gazów. Woda z opadów atmosferycznych jest stosunkowo najbardziej czysta. Zawiera jednak zawsze pewne ilości pyłów i rozpuszczonych gazów. Woda rzek i jezior zawiera pewne ilości rozpuszczonych soli, głównie węglanu wapniowego i magnezowego. Woda morska zawiera duże ilości soli przede wszystkim NaCl. W Bałtyku zasolenie jest stosunkowo małe i wynosi 2%.

Twardość wody
Zapotrzebowanie wody dla celów przemysłowych jest duże i wzrasta w dużym tempie. W zależności od celów woda musi być odpowiednio oczyszczona. Duże wymagania stawia się wodzie do zasilania kotłów. Musi być ona pozbawiona soli mineralnych a przede wszystkim węglanu wapnia. W czasie gotowania węglan wapnia osadza się na ściankach tworząc tzw. kamień kotłowy. Kamień kotłowy ma bardzo małe przewodnictwo cieplne, co powoduje duże straty ciepła. Nagłe odpryski kamienia kotłowego mogą doprowadzić do przegrzania wody i wybuchu kotła. Woda używana w przemyśle włókienniczym nie może zawierać soli metali ciężkich. Szczególnie duże wymagania stawia się wodzie do picia. Wprowadzono pojęcie twardości wody. Dotyczy ono zawartości w wodzie związków wapnia, magnezu, żelaza i krzemu. Twardość wody wyraża się w stopniach, np. jeden stopień francuski oznacza zawartość 1 g węglanu wapnia w 100 dcm3 wody. Wprowadza się następujące pojęcia:

* Twardość całkowita, która jest sumą twardości węglanowej i niewęglanowej.
* Twardość węglanowa - spowodowana zawartością Ca(HCO3)2 i Mg(HCO3)2. Można ją usunąć przez zagotowanie wody.

Ca(HCO3)2 = CaCO3 +H2O+CO2
* Twardość niewęglanowa - spowodowana zawartością w wodzie innych soli wapnia i magnezu, jak np. CaSO4, MgSO4, CaCl2 i MgCl2.

***
Na sam koniec zestaw zrób to sam, czyli doświadczenie domowe.
Surowe jajko kurze umieszczamy w słoiczku i zalewamy octem, moczymy około 24 godzin. Kwas octowy reaguje ze skorupką i można zobaczyć, że białko i żółtko otoczone są cienką błoną (resztki skorupki można delikatnie zetrzeć).
Następnie ostrożnie wylewamy ocet z naczynia, kilka razy można przepłukać wodą jajko w naczyniu, a następnie spróbować umieścić je w butelce po śmietanie (lub innej butelce z szeroką szyjką). Do butelki wlewamy wodę i pozostawiamy na kolejne 24 godziny. Obserwujemy, że jajko pęcznieje i osiąga rozmiary jajka kaczego (gęsiego).
Dlaczego?
Błona jajka ma bardzo drobne pory (jest to błona półprzepuszczalna), przez które mogą przecisnąć się małe cząsteczki wody. Cząsteczki białka są na to za duże. Woda przenika do wewnątrz, a białko nie może przedostać się na zewnątrz - jest to zjawisko osmozy, które bardzo często występuje w przyrodzie (w komórkach, naczyniach krwionośnych).
Osmoza do dyfuzja (samoczynne rozprzestrzenianie się substancji w innej) przez półprzepuszczalną błonę.
Jeżeli wyjmiemy jajko z wody lub zanurzymy w stężonym roztworze soli kuchennej to jajko skurczy się.


OD AUTORA
Kilka informacji mogło się przewinąć parę razy. Jest to efekt całkowicie zamierzony, choć niestety niezbyt estetyczny i gramatyczny. Usprawiedliwiam się w ten oto sposób: Każdym podrozdziałem zająłem się jak osobnym wypracowaniem pisanym tylko na ten konkretny temat. Całość powstała przez poskładanie wszystkich prac w jedną. Nie miałem serca „cenzurować” żadnej ze swoich prac i z tego wziął się ten efekt. Jeśli to kogokolwiek uraża, złości, bulwersuje itp. To w tym miejscu serdecznie przepraszam, ale wolność słowa i formy wypowiedzi zezwala mi na taki zabieg. Co do moich zamierzeń rozłożenia mistycznego żywiołu życia i śmierci na czynniki pierwsze to uważam, że wyszło mi to przyzwoicie. Zatem uznaje moją pracę za zgodną z podjętą przeze mnie konwencją. Serdecznie dziękuję za przeczytanie (wytrwanie w czytaniu).
***

BIBLIOGRAFIA
Encyklopedia PWN ; hasło: „woda”
Świat Wiedzy ; dział: Planeta Ziemia ; temat: „Woda”
Vademecum Studenta Chemii ; temat: „Właściwości fizyczne i chemiczne wody”
Internet ; hasło: woda+chemia, „związek chemiczny”