Водата е прозрачна течност без миризма. Покрива около 71% от повърхността на планетата Земя и е съсредоточена главно в океаните и другите големи водни басейни – 97% е солена морска вода, 2,4% се съдържа в ледниците, а 0,6% в реките и езерата. Твърдото агрегатно състояние на водата се нарича лед, а газообразното – водна пара. Химичната ѝ формула е H2O. Поради естествения воден кръговрат, водата от океаните и моретата се изпарява в атмосферата и след това се връща на повърхността под формата на валежи.
Водата играе съществена роля за поддържане живота на Земята. В последните десетилетия поради всеобщото замърсяване, нарастват призивите за опазване на чистотата на водата. Въпреки подобряването и улесняването на достъпа до чиста питейна вода, някои учени предполагат, че до 2025 година повече от половината от населението в света ще бъде предразположено към заболявания поради недостига на вода – положение, станало известно като водна криза.
Водата играе важна роля в световната икономика благодарение на способността си да разтваря множество химични съединения, възможността да се използва като охладител в промишлеността и удобството, което предоставя като среда за транспорт. Около 70% от прясната вода намира приложение в земеделието. Друго важно приложение на водата е за производство на електроенергия, чрез водноелектрически централи ВЕЦ. Науката хидроенергетика се занимава с особеностите на строителството, свързани с производството на електроенергия от вода.
Химични и физични свойства
Водата е химично съединение на два атома водород и един атом кислород, съединени с ковалентна химична връзка.
По-важните физични и химични свойства на водата са: Водата е течност без вкус и мирис при нормални температура и налягане. Освен в течно, може да се намира в твърдо (лед) и газообразно (па̀ра) агрегатно състояние. Има лек светлосин оттенък, макар че в малки количества изглежда безцветна. Ледът също се проявява като безцветен, а водната пара в малки количества е невидима. Водата е прозрачна. Благодарение на това слънчевите лъчи достигат водните растения, които се намират под нейната повърхност. Тъй като кислородът е по-електроотрицателен от водорода, водната молекула е полярна. Кислородът е леко електроотрицателен, докато водородът е леко електроположителен, което придава на водната молекула доста ефективен диполен момент. Точката на кипене на водата (и всички други течности) зависи пряко от атмосферното налягане. Температурата, при която водата кипва на морското равнище, е 100 °C. При по-ниско налягане обаче температурата на кипене спада. Така например на връх Еверест водата кипи при 68 °C. Водата има голямо повърхностно напрежение поради голямата сила на привличане между молекулите (вж. Сила на Ван дер Ваалс). Намирайки се в пори и капиляри, водата създава огромно налягане и с лекота се изкачва по стволовете на огромни дървета, преодолявайки силата на земното притегляне. В семената например при покълване нейното налягане достига до 400 атмосфери. Ето защо кълновете с лекота пробиват дори асфалт. Чистата дестилирана вода е добър изолатор. Но водата е и отличен разтворител и затова в природата в нея винаги има разтворени свободни йони (виж хидролитен разтвор), поради което тя провежда ток. Водата има висока температура и голяма специфична топлина на топене и кипене (единствено амонякът има по-висока специфична топлина на кипене) в сравнение с другите хидрати с подобна молекулна маса. В течно състояние има голяма топлоемкост и вискозитет. Тези качества на водата предотвратяват големите температурни вариации на много места по света. Водата е единственото вещество, което при замръзване се разширява. Това се обяснява с факта, че при замръзване водата преминава от молекулярно в кристално състояние и така образуваната кристална решетка има по-голям обем от този на молекулите при течната вода. Пример е снежинката, която при замръзване увеличава обема си. При замръзване разтвореният във водата въздух се отделя в малки балончета, поради което ледът не е прозрачен. Плътността на водата е най-голяма при 3,98 °C. За разлика от останалите вещества, които при нагряване се разширяват, при нагряване от 0 °С до 4 °С водата се свива. Поради това във водните басейни при понижаването на температурата под 4 °С по-студената вода, имайки по-малка плътност, остава близо до повърхността и процесът на замръзване е от горе надолу. Тъй като ледът е по-добър изолатор от течната вода, под леда температурата остава положителна, което позволява съществуването на водните обитатели. Водата се разлага чрез хидролиза на водород и кислород. Водата е добър разтворител благодарение на полярността си. Когато йонно или полярно вещество се постави във вода, то бива заобиколено от водни молекули. Относително малкият размер на водните молекули обикновено позволява една молекула разтворено вещество да бъде обградена от голям брой водни молекули. Отчасти отрицателно заредените полярни краища на водната молекула се привличат с положително заредените части на разтвореното вещество и обратно, за положително заредените полярни краища. Съединения, които се разтварят във вода (соли, захари, киселини, алкали), се наричат хидрофили, а тези, които не се разтварят (различни масла, нефт) – хидрофоби. Основно йонни и полярни вещества, като алкохоли и сол, лесно се разтварят във вода, докато неполярни вещества, като мазнини и масла, не могат. Разтварящите свойства на водата са жизненоважни в биологията, защото много биохимични реакции, като тези в цитоплазмата и кръвта, се осъществяват единствено във водни разтвори. Елементи, които са по-електроположителни от водорода, като литий, натрий, калций, калий и цезий, изместват водорода от водата, образувайки хидроксиди. Тъй като водородът е взривоопасен газ при контакт с кислород, реакциите с много от тези елементи са взривоопасни.
Видове вода
Водата е едно от малкото вещества, които се намират свободно в природата в три агрегатни състояния. Може да се среща под много и разнообразни форми – водна пара, облаци, ледници, айсберги, малки ручеи и други. Основно се разделя на сладка и солена. Хората и животните инстинктивно разпознават сладката вода от солената, която не е годна за употреба.
Наименование на водата според агрегатното състояние: твърдо – лед; течно – вода; газообразно – водни пари.
Наименование според състава: мека вода – вода с ниско минерално съдържание твърда вода – вода с високо съдържание на минерали, обикновено калциеви и магнезиеви дестилирана вода – пречистена вода с помощта на процеса дестилация хидрати – съединения, които съдържат вода тежка вода – вместо от лекия водород (протий) е изградена от изотопа му деутерий свръхтежка вода – вместо от протий е изградена от изотопа тритий мъртва вода – вода, в която няма живот – идея от приказки и легенди жива вода – вода, която съживява – идея от легенди и приказки светена вода – вода, осветена чрез религиозна церемония подземна вода – вода, която се намира под повърхността на Земята минерална вода – вода, която извира от дълбоко и обикновено има терапевтично действие
Водата на планетата Земя
Разпределение
Хидрологията – наука за разпределението и движението на водата по Земята Хидрография – науката за описание на водата Хидрогеология – наука за описание на водата под повърхността на земята
Пространството, в което е разположена водата, се нарича хидросфера. Обемът, който заема, е около 1 360 000 000 km³. От него: 1 320 000 000 km³ (97,2%) е вода в океаните; 25 000 000 km³ (1,8%) – вода в ледници и айсберги; 13 000 000 km³ (0,9%) – вода от подпочвени води; 250 000 km³ (0,02%) – прясна вода в езера, реки и язовири; 13 000 km³ (0,001%) – водни пари в атмосферата.
Сладката вода и подпочвените води са основните водни ресурси на човечеството.
Кръговрат на водата
Количеството на водата на планетата Земя е едно и също, но не и концентрацията ѝ в различните части на атмосферата и хидросферата, между тях има постоянен преход на вода, който се описва като кръговрат на водата.
Кръговратът на водата (известен още като хидрологичен цикъл) описва обмена на вода между атмосферата и различните части на хидросферата.
Целият цикъл се повтаря периодично и се описва със следните процеси: Изпарение от океаните, други водни басейни и растения във въздуха. Концентрация на водни пари и охлаждането им в облаците, последвано от изливането им върху земята под формата на дъждове. Оттичане от реките и другите водни басейни в океаните
Престой на водата Времето за престой на водата е средното време, което водната молекула прекарва в даден воден басейн. Това е мярка за средната възраст на водата в басейна. Подпочвените води могат да престоят хиляди години под земята, преди да я напуснат. За разлика от тях водата в почвата се изпарява сравнително бързо заради тънкия слой, в който се съдържа, и преминава в атмосферата, където се задържа сравнително кратко. + Среден престой на водата престой на водата в различни водни басейни Воден басейн Среден престой Океани 3200 години Ледници 20 до 100 години Сезонни снежни покривки 2 до 6 месеца Влага в почвата 1 до 2 месеца Плитки подпочвени води 100 до 200 години Дълбоки подпочвени води 10 000 години Езера 50 до 100 години Реки 2 до 6 месеца Атмосфера 9 дни
Запаси от сладка вода Сладката вода е едва около 2,5% от цялата вода в хидросферата, но голяма част от нея е съсредоточена в ледниците. Използва се в земеделието, индустрията и домакинствата.
Основната част от достъпната сладка вода е съсредоточена в езера, реки, язовири и подпочвени води. Голяма част от подпочвените води обаче не се използва. разпространение на сладката вода
Водата във вселената
Открита е вода в междузвездни облаци в нашата галактика. Смята се, че същото може да е налице и в други галактики, защото водата е съединение от водород и кислород, които са сред най-разпространените елементи във вселената. Междузвездните облаци кондензират в мъглявини и слънчеви системи, подобни на нашата.
Открито е наличие на вода на: Меркурий – 3,4% в подобието на атмосфера и големи количества в екзосферата Венера – 0,002% в атмосферата Земя – очертава атмосферата (променливо количество в зависимост от климатичните условия) Марс – 0,03% в атмосферата Юпитер – 0,0004% в атмосферата Европа (спътник на Юпитер) – под формата на лед Сатурн – само под формата на лед Енцелад (спътник на Сатурн) – 91% в атмосферата, под формата на йонизирани водни пари Луната
Живот във водата Водата на Земята е изпълнена с живот. Според теорията за еволюцията ранните форми на живот са се зародили в нея. Милиони години той бил разпространен единствено в древния Световен океан, преди да излязат на сушата първите животински и растителни видове. Почти всички риби живеят изцяло във водата, огромна част от безгръбначните животни също. Други животни като земноводните прекарват живота си както на суша, така и във вода. Много от тях могат да живеят продължително време без вода, но винаги начинът им на размножаване пряко зависи от наличието на вода. Много от сухоземните бозайници вторично са преминали към живот във водата. Те дават началото на морските бозайници, част от които изцяло живеят в нея. Подобно е положението и с много от птичите видове. Най-ярък пример за това са всички видове пингвини.
Съществуват и организми, които са важно звено в хранителната верига. Това е планктонът, благодарение на който биомасата на животинския свят в Световния океан и свързаните с него организми се увеличава многократно.