Вода (окись водорода, H2O) – соединение водорода с кислородом, устойчивое в обычных условиях. Эта жидкость не обладает ни цветом, ни запахом, ни вкусом. Голубоватый цвет она имеет только в слоях большой толщины, например в океанах и морях. Молекулярная масса воды (18,016 а. е. м.) распределяется следующим образом: водород – 11,19 %, кислород – 88,81 %.
Свойства воды определяются особенностями ее строения. Ее молекула имеет 3 ядра, составляющие равнобедренный треугольник. В его основании находятся протоны водорода, а на вершине – атом кислорода.
Электроны в молекуле воды располагаются таким образом, что образуют по 2 парных полюса противоположных зарядов: атомы водорода создают 2 положительных полюса, а атомы кислорода – 2 отрицательных.
Высокая полярность молекулы воды позволяет атомам кислорода притягивать атомы водорода соседних молекул и образовывать по 4 водородные связи, что четко прослеживается в кристаллах льда. Структура последних имеет гексагональную решетку, в которой находится множество пустот.
При плавлении льда соседние молекулы H2O заполняют пустоты, что приводит к повышению плотности.
Дальнейшее нагревание усиливает движение молекул. Происходит расширение пустот и уменьшение плотности. Водородные связи очень устойчивы, большинство из них разрывается при нагревании, но некоторая часть сохраняется даже при температуре кипения.
Вода в природе существует в жидком, твердом (лед) и газообразном (пар) состоянии. При переходе из твердой формы в жидкую плотность молекулы воды вопреки ожидаемому эффекту возрастает, а не уменьшается. Максимума она достигает при 4 °C, когда вес единицы объема воды превышает тот же показатель при 0 °C. При дальнейшем нагревании плотность воды уменьшается. В случае снижения температуры вода медленно опускается на дно, а на ее поверхности образуется лед. Так как его плотность ниже, он поднимается вверх, но за его нижней чертой всегда находится вода. Это ее свойство обеспечивает жизнедеятельность организмов (флоры и фауны) под слоем льда. Трудно представить, что могло бы случиться с природой, если бы вода не выполняла свою главную функцию – жизнеобеспечения.
Еще одно уникальное свойство воды – высокая теплоемкость. Она имеет наибольшую теплоемкость среди всех жидкостей. Этим объясняется медленное остывание воды в течение осени и длительное нагревание в весенний период. Данное свойство воды связано с другой ее функцией – регуляцией температуры на планете. Ученые установили, что теплоемкость этой жидкости снижается при нагревании от 0 до 37 °C, а далее этот параметр, напротив, возрастает. Следовательно, самая оптимальная температура, при которой вода быстро нагревается и охлаждается, составляет 37 °C, что почти соответствует нормальной температуре тела человека. Объяснения данному факту пока нет, но связь с терморегуляцией человеческого организма очевидна. Предполагается, что в этом состоит защитная функция воды, которая направлена на устранение воздействия высокой температуры.
Длительное время ученые воспринимали воду в качестве самостоятельного химического элемента. Только в конце XVIII века она была синтезирована англичанином Г. Кавендишем. Впоследствии его гипотезу о соединении водорода и кислорода подтвердил французский ученый А. Лавуазье.
Вода считается универсальным растворителем. Двуокись углерода, сероводород, сернистый газ и аммиак хорошо растворяются в ней, все остальные газы – только в том случае, если способны вступать с ней в биохимическую реакцию. Некоторые газы, взаи модействуя с водой, образуют кристаллогидраты – многочисленные соединения. К ним относятся сероводород, хлор, пропан, аргон, ксенон и др. Более сложные группы возникают при взаимодействии ее с различными кислотами, основаниями и солями, которые изменяют структуру жидкости. Например, морская вода содержит почти все элементы периодической системы Менделеева.