voda
Voda, chemickým vzorcem H2O, systematický název oxidan, je chemická sloučenina vodíku a kyslíku. Spolu se vzduchem, resp. zemskou atmosférou, tvoří základní podmínky pro existenci života na Zemi. Za normální teploty a tlaku je to bezbarvá, čirá kapalina bez zápachu, v silnější vrstvě namodralá. V přírodě se vyskytuje ve třech skupenstvích: v pevném – led a sníh, v kapalném – voda a v plynném – vodní pára.
Mimořádné chemické a fyzikální vlastnosti vody jsou důsledkem geometrie její molekuly. Atomy v ní vázané nejsou uspořádány lineárně (v jedné přímce), ale chemické vazby mezi atomy svírají úhel přibližně 105 °. Polaritě vazeb (různé afinitě atomů vodíku a kyslíku) a zmíněné nelinearitě molekuly vděčí molekula vody za svoji polaritu. Vlastnosti molekul způsobují dobrou rozpustnost polárních a iontových látek ve vodě, jsou důvodem vysoké elektrické permitivity vody a díky jejich schopnosti zapojovat se do vodíkových vazeb (zvané též vodíkové můstky) jsou důvodem i významné hustotní anomálie vody.
Hustota
Největší hustotu nemá led, ale tekutá voda při 3,95 °C, dalším snižováním teploty se objem jednotkové hmotnosti vody zase zvětšuje. Je to způsobeno polymerizací vodních molekul vodíkovými vazbami a úhlem mezi atomy vodíku – díky tomu může mít molekula v ledu pouze 4 nejbližší sousedy a v krystalové struktuře vznikají prázdné prostory. Tato zvláštnost má např. tyto důsledky:
- Led se tvoří na povrchu vodních ploch a tím nezmrzlou vodu izoluje, voda tolik nepromrzá do hloubky, přičemž voda o teplotě 3,95 °C se hromadí na dně vodních ploch. Tato skutečnost je velmi důležitá pro přežití vodních organismů.
- Tento proces urychluje zvětrávání – voda zvětšující svůj objem „trhá“ horniny a další látky.
- Zvětšování objemu má význam pro rostliny a zemědělství – při mrznutí dochází ke kypření ornice.
Měrná tepelná kapacita (specifické teplo) je u vody zhruba třikrát až desetkrát (desetkrát u železa) větší než u většiny ostatních látek, jako jsou horniny, železo, hliník, atd. Proto má voda svou tepelnou setrvačností velký klimatický vliv a s výhodou se používá k transportu tepla (např. ústřední topení).
Elektrické vlastnosti
Voda je výjimečná vysokou permitivitou (relativní permitivita je přibližně 80).
Chemicky čistá voda je velmi slabě elektricky vodivá, ale i malé množství rozpustných příměsí výrazně zvyšuje její vodivost, až řádově. Protože se běžně setkáváme spíše s vodou ne úplně destilovanou, lze tvrzení obrátit: s poklesem koncentrace iontů příměsí vodivost vody klesá, s jejich úplným odstraněním dokonce prudce. Čistá voda je ovšem extrémní situace: i proto ji přes její velkou schopnost polarizace do kondenzátorů nepoužíváme.
Nestlačitelnost
Voda je často dávána za příklad nestlačitelné kapaliny. Její skutečná stlačitelnost sice není úplně nulová, nicméně tato hodnota je natolik malá, že se běžně zanedbává.
Chemické vlastnosti
Voda vzniká prudkým až explozivním slučováním vodíku s kyslíkem (hořením bezbarvým plamenem) podle rovnice:
- 2H2 + O2 → 2H2O
za vývinu velkého množství tepla (exotermní reakce). Kromě toho vzniká jako vedlejší produkt vedle solí při neutralizaci kyselin zásadami. Voda je obsažena ve spalných plynech při hoření většiny organických látek, např. methanu, nebo oktanu (hlavní složky benzínu).
Tvrdost vody
Veličina nejčastěji udávající koncentraci kationtů vápníku a hořčíku ve vodě. Definice tvrdosti vody je však nejednotná, někdy se tak označuje koncentrace dvojmocných kationtů vápníku, hořčíku, stroncia a barya nebo všech kationtů s nábojem větším než jedna. Vzhledem k této nejednotnosti se moderní hydrochemie termínu tvrdost vody snaží vyhýbat. V praxi mnoha oborů, například akvaristiky, se však pojem tvrdost vody stále často užívá.
Voda v přírodě
Rozšířením vody na Zemi a jejím pohybem se zabývá hydrologie, pohyb vody v zemské atmosféře zkoumá též meteorologie. Výskyt vody na naší planetě je mnohem vyšší než na ostatních planetách sluneční soustavy. Při pohledu z vesmíru vypadá Země jako modrobílá planeta: bílá od vodní páry a modrá od vody. A zákonitě všechny formy života (tak, jak ho známe) závisejí na vodě. Část zemského povrchu s obsahem vody v kapalném skupenství nazýváme hydrosféra.
Většinu povrchu Země (71 %) pokrývá slaná voda moří a oceánů, jež tvoří 97 % celého vodstva na naší planetě. Obsahuje průměrně 35 g solí v jednom litru. Z toho 77,8 % chloridu sodného (NaCl), 10,9 % chloridu hořečnatého (MgCl2) a další soli jako síran hořečnatý, síran vápenatý, síran draselný a jiné.
Sladká voda tvoří jen nepatrnou část hydrosféry – 3 %, přičemž 69 % této vody je v ledovcích, které jsou v polárních oblastech. Dalších 30 % je voda podzemní a jen necelé procento tvoří voda povrchová a atmosférická.
Voda a člověk
Nepatří mezi živiny, ale je pro lidský organizmus nezbytná. Tvoří prostředí pro životní děje, je rozpouštědlem většiny živin, pomáhá regulovat tělesnou teplotu a umožňuje trávicí procesy. Díky pravidelné výměně vody můžeme z těla vyplavovat škodlivé látky. Především u minerálních vod však dochází k usazování minerálů v těle. Dospělý člověk by měl denně přijmout 2–3 litry vhodných tekutin (tj. včetně vody obsažené v jídle), při velké fyzické zátěži i více. Nesmí se však přijímat velké množství vody nárazově, aby zatížené ledviny zvládly vyloučit takové množství. Člověk vydrží nejdéle bez vody 7–10 dní. Při dlouhodobém nedostatku vody může dojít k tvorbě ledvinových kamenů a krátkodobý nedostatek se projeví žízní, nevolností, slabostí a křečemi. Dále je důležité dbát na pitný režim u dětí a seniorů, kteří jsou náchylnější k dehydrataci, onemocnění ledvin a močových cest. Nedoporučuje se pít při jídle ani po něm, aby se nesnižovala účinnost trávení. Vodu ztrácíme denně v podobě moči (1,5–2 l), pocením, plícemi (při dýchání se za 24 hodin vyloučí asi 400 ml vody) a stolicí.
Voda a rostliny
Voda má pro rostliny více významů než jako rozpouštědlo živin. Pro mnoho druhů je prostředím, kde žijí. U některých rostlin je voda nebo zvýšení jejího obsahu (například v semenech) důležitou součástí některých procesů.
Voda pomáhá dopravovat látky v rostlinách (transpirační proud a asimilační proud) a je součástí mnoha dalších procesů založených na fyzikálních a chemických principech. Voda je například zdroj H+ při fotosyntéze. Funguje jako termoregulace. Udržuje buněčné napětí (turgor). Voda může někdy nahradit substrát (např. hydroponie).