Dodaj do listy

Woda: właściwości fizyczne i chemiczne

Woda (H2O), to jeden z najczęściej występujących w przyrodzie związków chemicznych, o olbrzymim znaczeniu biologicznym. Charakteryzuje się brakiem zapachu i smaku oraz bezbarwnością. Temperatura wrzenia wody pod ciśnieniem atmosferycznym wynosi 100°C, natomiast temperatura topnienia 0°C. Z obniżaniem temperatury, od około 4°C, gęstość wody maleje.

Cząsteczka wody zbudowana jest z dwóch atomów wodoru, połączonych wiązaniem kowalencyjnym z atomem tlenu. Kąt wiązania H - O - H wynosi 104°40'. Nieliniowa budowa cząsteczki wody oraz różnice w elektroujemności wodoru i tlenu powodują, iż cząsteczka wody posiada moment dipolowy. Ta właściwość cząsteczek H2O jest odpowiedzialna za wysoką temperaturę wrzenia (tworzenie się asocjatu poprzez oddziaływania elektrostatyczne) oraz dobrą rozpuszczalność wielu związków chemicznych w wodzie.

Woda powstaje wskutek bardzo egzotermicznej reakcji spalania wodoru w tlenie:

2H2 + O2 = 2H2O

Woda jest związkiem bardzo trwałym, dysocjującym dopiero w temperaturze 1800 K, jednak mimo to wykazuje aktywność chemiczną - na przykład sód, potas i wapń reagują z wodą w temperaturze pokojowej, powodując wydzielenie wodoru.

Woda jest również składnikiem wielu związków nieorganicznych, w których może występować w wielu funkcjach:

  • woda konstytucyjna - nie występuje w związkach jako cząsteczka H2O, a jedynie wydziela się podczas ich rozkładu, np. Ca(OH)2 ® CaO + H2O . Inne przykłady to KOH, H2SO4 itp.
  • woda koordynacyjna - związana w cząsteczkach przez wiązanie koordynacyjne, np. [Cu(NH3)4(H2O)2]3+, [Cr(H2O)6]+3 itp.
  • woda krystalizacyjna - woda wiązana przez związki jonowe podczas krystalizacji i zawarta w kryształach w ilościach stechiometrycznych, np. CuSO4×5H2O. Usunięcie wody krystalizacyjnej jest bardzo trudne.
  • woda sieciowa - woda zawarta pomiędzy warstwami sieci krystalicznej.

Występowanie wody w przyrodzie

Woda w środowisku naturalnym nie występuje w stanie całkowicie czystym, zawsze zawiera w sobie rozpuszczone związki chemiczne, zawiesiny lub gazy. Do najczystszych należy woda z opadów atmosferycznych, jednak i w niej znajduje się pewna ilość pyłów i rozpuszczonych gazów. Wody śródlądowe zawierają rozpuszczone sole mineralne, głównie CaCO3 i MgCO3, natomiast w wodach morskich znajdują się duże ilości NaCl (np. zasolenie Bałtyku wynosi 2%).

Woda ma olbrzymie i wciąż rosnące znaczenie przemysłowe. Ze względu na jej wykorzystanie do różnorakich celów, niezbędne jest uzyskiwanie odpowiednio oczyszczonej wody. Dotyczy to zwłaszcza wody pitnej. Inne przykłady to np. woda do zasilania kotłów. Nie może ona zawierać soli mineralnych, zwłaszcza wapiennych, odpowiedzialnych za osadzanie się tzw. kamienia kotłowego, który, ze względu na swoje właściwości izolujące, powoduje duże straty ciepła. Dodatkowo, nagłe przegrzanie kotła, spowodowane powstaniem odprysku kamienia, może doprowadzić do wybuchu. Również woda do zastosowań włókienniczych musi być oczyszczona z soli metali ciężkich.

Do oznaczenia zawartości składników mineralnych w wodzie wprowadzono pojęcie twardości wody, wyrażane w stopniach. Twardość wody zależy od zawartych w niej związków wapnia, magnezu, żelaza i krzemu, np. jeden stopień francuski to 1g CaCO3 na 100 dm3 wody. Rozróżnia się trzy rodzaje twardości:

  • twardość całkowita - suma twardości węglanowej i niewęglanowej;
  • twardość węglanowa - oznacza zawartość Ca(HCO3)2 i Mg(HCO3)2. Twardość węglanową usuwa się np. przez zagotowanie wody: Ca(HCO3)2 = CaCO3 + H2O + CO2;
  • twardość niewęglanowa - oznacza zawartość w wodzie innych soli Ca i Mg, np. CaSO4, MgSO4, CaCl2 czy MgCl2.