Фізичні властивості води

Чиста вода — це безбарвна прозора рідина. Густина води при переході її з твердого стану в рідкий не зменшується, як майже в усіх інших речовин, а зростає. При 4 С має максимальну густину і лише при дальшому нагріванні її густина зменшується з підвищенням температури.

Коли б при зниженні температури і переході з рідкого стану в твердий густина води змінювалася б так само, як це буває у більшості речовин, то з наближенням зими поверхневі шари прісних вод охолоджувалися б до 0 С і опускалися б на дно, звільняючи місце теплішим шарам, і так тривало б доти, поки вся маса водойми не мала б температуру 0 С. Далі вода починала б замерзати, а крижини, що утворилися, опускалися б на дно і водойма промерзла б на всю глибину. При цьому багато форм життя у воді було б неможливим. Проте оскільки найбільшої густини вода досягає при 4 С, то процес переміщення її шарів доходить до цієї температури, після чого більше охолоджений шар лишається на поверхні, замерзає і тим самим захищає шари, що лежать нижче, від дальшого охолодження і замерзання.

Велике значення у житті природи має і те, що воді властива аномальна висока температура (теплоємність). Тому в нічний час, а також у період переходу від літа до зими, вода охолоджується повільно, а вдень, або в період переходу від зими до літа, так само повільно нагрівається, будучи, таким чином, регулятором на земній кулі.

Молекула води має кутову будову: ядра, що входять до її складу, утворюють рівнобедрений трикутник, в основі якого лежать розміщенні два протони, а у вершині - ядро атома кисню. Довжина кожного зв’язку Н — О близька до 0,1 нм, відстань між ядрами атомів водню дорівнює близько 0,15 нм. З восьми електронів, що становлять зовнішній електронний шар атома кисню в молекулі води Н: О:Н дві електронні пари утворюють ковалентні зв’язки О — Н, а інші чотири електрони — дві не поділенні електронні пари.

Атом кисню у молекулі перебуває в стані sр — гібридизації. Тому валентний кут Н О Н (104,3) близький до тетраедричного (109,5). Електрони, що утворюють зв’язки О — Н, зміщені до більш електронегативного атома кисню, в результаті чого атоми водню набувають ефективних позитивних зарядів.

Неподілені електронні пари, що перебувають на гібридних sр — орбіталях, зміщені відносно ядра атома кисню і утворюють два негативні плюси.

Під час нагрівання води частина теплоти витрачається на розрив водневих зв’язків (енергія розриву водневого зв’язку у воді становить приблизно 25 кДж / моль). Цим пояснюється теплоємність води.

Водневі зв’язки між молекулами води повністю розривається тільки тоді, коли вода переходить в пару. При 20 С у рідкій воді зберігається ще близько половини водневих зв’язків.