Good Mood

Voda je chemická látka s chemickým vzorcem H
2O; jedna molekula vody má dva atomy vodíku kovalentně vázané na jeden atom kyslíku.Voda je bez chuti, bez zápachu kapalina při okolní teplotě a tlaku. Kapalná voda má slabé absorpční pásy na vlnových délkách kolem 750 nm, což způsobuje, že má modrou barvu. To lze snadno pozorovat ve vodní lázni nebo umyvadle, jejíž podšívka je bílá. Velké ledové krystaly, stejně jako v ledovcích, se také objevují modře.,

za standardních podmínek je voda primárně kapalinou, na rozdíl od jiných analogických hydridů kyslíkové rodiny, které jsou obecně plynné. Tato jedinečná vlastnost vody je způsobena vodíkovým spojením. Molekuly vody se neustále pohybují a vodíkové vazby se neustále lámou a reformují v čase rychleji než 200 femtosekund (2×10-13 sekund).Tyto vazby jsou však dostatečně silné, aby vytvořily mnoho zvláštních vlastností vody, z nichž některé jsou nedílnou součástí života.,

voda, led a vapourEdit

v zemské atmosféře a povrchu je kapalná fáze nejběžnější a je forma, která je obecně označována slovem „voda“. Pevné fáze vody je známá jako ice a běžně trvá strukturu těžké, sloučil krystaly, jako jsou kostky ledu, nebo volně nahromaděné granulární krystaly, jako sníh. Kromě běžného šestihranného krystalického ledu jsou známy i další krystalické a amorfní fáze ledu. Plynná fáze vody je známá jako vodní pára (nebo pára)., Viditelná pára a mraky se tvoří z minutových kapiček vody zavěšených ve vzduchu.

voda také tvoří superkritickou tekutinu. Kritická teplota je 647 K a kritický tlak je 22.064 MPa. V přírodě se to vyskytuje jen zřídka v extrémně nepřátelských podmínkách. Pravděpodobný příklad přirozeně se vyskytující superkritické vody je v nejteplejší části hlubinných hydrotermální průduchy, v nichž voda se zahřeje na kritické teploty tím, že sopečný oblak a kritický tlak je způsoben tíhou oceánu v extrémních hloubkách, kde jsou umístěny otvory., Tento tlak je dosažen v hloubce asi 2200 metrů: mnohem méně než průměrná hloubka oceánu (3800 metrů).

Tepelná kapacita a teplo odpařování a fusionEdit

Voda má velmi vysokou specifickou tepelnou kapacitu 4181.4 J/(kg·K) při 25 °C – druhá nejvyšší mezi všemi heteroatomic druhů (po čpavku), stejně jako vysoké teplo odpařování (40.,65 kJ / mol nebo 2257 kJ / kg při normálním bodu varu), které jsou výsledkem rozsáhlého vodíkového spojení mezi jeho molekulami. Tyto dvě neobvyklé vlastnosti umožňují vodě zmírnit zemské klima pufrováním velkých výkyvů teploty. Většina dodatečné energie uložené v klimatickém systému od roku 1970 se nahromadila v oceánech.

specifická entalpie fúze (běžně známá jako latentní teplo)vody je 333.,55 kJ/kg při 0 °C: stejné množství energie je potřebné na rozpuštění ledu jako na warm led od -160 °C až jeho teplota tání nebo k ohřevu stejného množství vody o 80 °C. Z běžných látek, jen to, že čpavku je vyšší. Tato vlastnost poskytuje odolnost proti tání na ledu ledovců a drift ledu. Před a od příchodu mechanického chlazení, LED byl a stále je v běžném používání pro zpomalování znehodnocení potravin.

měrná tepelná kapacita ledu při -10 °C je 2030 J / (kg * K) a tepelná kapacita páry při 100 °C je 2080 J/(kg·k).,

Hustota vody a iceEdit

hustota vody je asi 1 gram na centimetr krychlový (62 lb/cu ft): tento vztah byl původně používán k definování gram. Hustota se mění s teplotou, ale ne lineárně: jak se zvyšuje teplota, hustota stoupá k vrcholu v 3.98 °C (39.16 °F), a potom klesá; to je neobvyklé. Pravidelný, šestihranný LED je také méně hustý než kapalná voda-po zmrazení se hustota vody snižuje asi o 9%.,

Tyto účinky jsou v důsledku snížení tepelného pohybu s chlazením, které umožňuje molekuly vody tvoří více vodíkových vazeb, které brání molekuly z blíží k sobě. Zatímco pod 4 °C na rozbití vodíkové vazby v důsledku vytápění umožňuje molekuly vody na balení blíž i přes zvýšení tepelného pohybu (který má tendenci expandovat kapalina), nad 4 °C se voda rozpíná, jak se zvyšuje teplota. Voda v blízkosti bodu varu je asi o 4% méně hustá než voda při 4 °C (39 °F).,

Pod rostoucí tlak, led prochází několik přechodů do jiných polymorfy s vyšší hustotu než kapalná voda, jako led II led III, high-hustota amorfního ledu (HDA), a velmi-high-hustota amorfního ledu (VHDA).,

neobvyklé křivka hustoty a nižší hustota ledu než vody je životně důležitá pro život—pokud voda jsou většinou husté na bodu mrazu, pak v zimě velmi studená voda na povrchu jezer a dalších vodních ploch by dřezu, jezera by mohl zmrazit zdola nahoru, a celý život v nich by byl zabit. Kromě toho, vzhledem k tomu, že voda je dobrým tepelným izolátorem (díky své tepelné kapacitě), některá zamrzlá jezera se v létě nemusí úplně rozmrazit., Vrstva ledu, která plave nahoře, izoluje vodu níže. Voda při teplotě asi 4 °C (39 ° F) také klesá na dno, čímž se udržuje teplota vody na spodní konstantě (viz obrázek).

Hustota slané vody a iceEdit

hustota slané vody závisí na rozpuštěných obsah soli, stejně jako teplota. LED stále plave v oceánech, jinak by zmrazil zdola nahoru. Obsah soli v oceánech však snižuje bod mrazu asi o 1.,9 °C (viz zde pro vysvětlení) a snižuje teplotu maximální hustota vody do bývalého tuhnutí při teplotě 0 °C. To je důvod, proč, v oceánu vody, klesající proudění chladnější voda není blokován expanzí vody, jak to se ochladí v blízkosti bodu mrazu. Studená voda oceánů poblíž bodu mrazu stále klesá. Takže stvoření, která žijí na dně chladných oceánů, jako je Arktický oceán, obecně žijí ve vodě o 4 °C chladnější než na dně zamrzlých sladkovodních jezer a řek.

protože povrch slané vody začíná mrznout (při -1.,9 °C pro normální slanost mořské vody, 3,5%) led, který tvoří, je v podstatě bez soli, s přibližně stejnou hustotou jako sladkovodní LED. Tento led se vznáší na povrchu a sůl, která je „zmrzlá“, přispívá k slanosti a hustotě mořské vody těsně pod ní, v procesu známém jako odmítnutí solanky. Tato hustší slaná voda klesá konvekcí a výměna mořské vody podléhá stejnému procesu. To vytváří v podstatě Sladkovodní LED při -1,9 °C na povrchu. Zvýšená hustota mořské vody pod tvořícím se ledem způsobuje, že klesá ke dnu., Na velkém měřítku, proces slaném nálevu odmítnutí a potopení studené slané vody výsledky v oceánu proudy tvořící se dopravy, jako je voda pryč od Poláků, což vede ke globální systém proudů nazývá termohalinní cirkulace.

Směsitelnost a condensationEdit

Vodou je mísitelná s mnoha kapalin, včetně ethanolu ve všech poměrech., Voda a většina olejů jsou nemísitelné obvykle tvoří vrstvy podle rostoucí hustoty od vrcholu. To lze předvídat porovnáním polarity. Voda, která je relativně polární sloučeninou, bude mít tendenci být mísitelná s kapalinami s vysokou polaritou, jako je ethanol a aceton, zatímco sloučeniny s nízkou polaritou budou mít tendenci být nemísitelné a špatně rozpustné, například s uhlovodíky.

jako plyn je vodní pára zcela mísitelná se vzduchem., Na druhou stranu, maximální tlak vodní páry, která je termodynamicky stabilní kapaliny (nebo pevné látky) při dané teplotě je relativně nízká ve srovnání s celkem atmosférický tlak.Například, pokud parciální tlak páry je 2% atmosférického tlaku a vzduch se ochladí z 25 °C, počínaje asi 22 °C voda začne kondenzovat, definování rosný bod, a vytváří mlhu nebo Rosu. Opačný proces odpovídá tomu, že ráno vypálila mlha., Pokud je zvýšená vlhkost při pokojové teplotě, například spuštěním horkou sprchu nebo vanu, a teplota zůstává přibližně stejná, pára brzy dosáhne tlak na změnu fáze a pak kondenzuje jako minuta kapičky vody, obyčejně odkazoval se na jako pára.

nasyceného plynu nebo jeden se 100% relativní vlhkostí je, když se tlak nasycených par vody ve vzduchu je v rovnováze s tlakem nasycených par vlivem (tekutiny) vody; vody (nebo ledu, pokud je dost v pohodě) se nezdaří ztratit hmotnosti odpařováním, když je vystavena nasycený vzduch., Protože množství vodní páry ve vzduchu je malý, relativní vlhkost vzduchu je poměr parciálního tlaku vodní páry na nasycený parciální tlak páry, je mnohem užitečnější.Tlak páry nad 100% relativní vlhkosti vzduchu, se nazývá super-nasycené, a může dojít, pokud je vzduch rychle ochladí, například tím, že náhle stoupá v updraft.,

Par pressureEdit

CompressibilityEdit

stlačitelnosti vody je funkcí tlaku a teploty. Při teplotě 0 °C, na hranici nulového tlaku, je stlačitelnost 5,1×10-10 Pa-1. Při limitu nulového tlaku dosahuje stlačitelnost minimálně 4,4×10-10 Pa-1 kolem 45 °C, než se opět zvýší se zvyšující se teplotou., Jako tlak se zvyšuje, stlačitelnost klesá, je 3.9×10-10 Pa−1 při 0 °C a 100 megapascalů (1000 bar).

objemový modul vody je asi 2,2 GPa. Nízká stlačitelnost plynů a zejména vody vede k tomu, že se často považují za nestlačitelné. Nízká stlačitelnost vody znamená, že i v hlubokých oceánech v hloubce 4 km, kde jsou tlaky 40 MPa, dochází pouze k poklesu objemu o 1,8%.,

Triple pointEdit

teplota a tlak, při kterých běžná pevná, kapalná a plynná voda koexistují v rovnováze, je trojitým bodem vody., Od roku 1954 byl tento bod použit k definování základní jednotky teploty, Kelvina, ale od roku 2019 je kelvin nyní definován pomocí Boltzmannovy konstanty, spíše než trojitého bodu vody.

Vzhledem k existenci mnoha polymorfy (formy), led, voda má další triple body, které mají buď tři polymorfní ledu nebo dva polymorfy led a kapalina v rovnováze. Gustav Heinrich Johann Apollon Tammann v Göttingenu vytvořil údaje o několika dalších trojitých bodech na počátku 20. století. Kamb a další dokumentovaly další trojité body v šedesátých letech.,

různé trojité body z vody

Fází ve stabilní rovnováze	Tlak	Teplota
kapalné vody, ledu Ih, a vodní páry	611.657 Pa	273.16 K (0,01 °C)
kapalné vody, ledu Ih a ledu III	209.9 MPa	251 K (-22 °C)
kapalné vody, ledu III, a ledu V	350.1 MPa	-17.0 °C
kapalné vody, ledu, V, a led VI	632.4 MPa	0.,16 °C
led Ih, Led II, a ledu III	213 MPa	-35 °C
led II led III, a ledu V	344 MPa	-24 °C
led II led V, a led VI	626 MPa	-70 °C

Tání pointEdit

teplota tání ledu je 0 °C (32 °F; 273 K) standardní tlak; nicméně, čistá kapalná voda může být podchlazené pod tuto teplotu bez zmrazení případě, že kapalina není mechanicky narušen., Může zůstat v tekutém stavu až do homogenního nukleačního bodu asi 231 K (-42 °C; -44 °F). Bod tání obyčejné šestihranné led klesá mírně pod středně vysoké tlaky, 0.0073 °C (0.0131 °F)/atm nebo o 0,5 °C (0.90 °F)/70 atm jako stabilizační energie vodíkové vazby je překročena o mezimolekulárních odpor, ale jako led transformuje do jeho polymorfy (viz krystalické státy ledu) výše 209.9 MPa (2,072 atm), teplota tání se zvyšuje výrazně s tlakem, tj., dosažení 355 K (82 °C) na 2.216 GPa (21,870 atm) (triple point Ledu VII).,

elektrické vlastnostiedit

elektrická vodivostedit

čistá voda bez exogenních iontů je vynikající izolátor, ale ani „deionizovaná“ voda není zcela bez iontů. Voda prochází auto-ionizací v kapalném stavu, když dvě molekuly vody tvoří jeden hydroxidový anion (OH−
) a jeden hydroniový kation (H
3o+
).

protože voda je tak dobré rozpouštědlo, má téměř vždy rozpuštěnou rozpuštěnou látku, často sůl., Pokud má voda i malé množství takové nečistoty, pak ionty mohou nést náboje tam a zpět, což umožňuje vodě provádět elektřinu mnohem snadněji.

je známo, že teoretické maximální elektrický odpor vody je přibližně 18,2 MΩ·cm (182 kΩ·m) při 25 °C. Tento údaj souhlasí dobře s tím, co je obvykle vidět na reverzní osmózy, ultra-filtrovaný a deionizované ultra-čisté vody, systémy použity, například, v polovodičové výrobní závody., Sůl nebo kyselina kontaminantu úrovni přesahující i 100 dílů na bilion (ppt), v opačném případě ultra-čistá voda začne znatelně nižší měrný odpor až několik kΩ·m.

V čisté vodě, citlivá zařízení může detekovat velmi malé elektrické vodivosti 0.05501 ± 0.0001 µS/cm v 25.00 °C. Voda může být také elektrolýza na kyslík a vodík, plyny ale v nepřítomnosti rozpuštěného ionty to je velmi pomalý proces, jako velmi malý proud probíhá. V ice jsou primárními nosiči náboje protony (viz protonový vodič)., Led byl dříve myslela, že malou, ale měřitelnou vodivost 1×10-10 S/cm, ale tato vodivost je nyní myšlenka být téměř výhradně z povrchové vady, a bez těch, led je izolátor s nesmírně malou vodivost.

Polaritu a vodík bondingEdit

důležitou vlastností vody je její polární charakter., Struktura má ohnutou molekulární geometrii pro dva vodíky z vrcholu kyslíku. Atom kyslíku má také dva osamělé páry elektronů. Jeden efekt obvykle připisován osamělé páry je to, že H–O–H plyn-fázový úhel ohybu je 104.48°, který je menší než typické tetraedrický úhel 109.47°. Osamělé páry jsou blíže atomu kyslíku než elektrony sigma vázané na vodíky, takže vyžadují více prostoru. Zvýšená odpuzování osamělých párů nutí vazby O-H blíže k sobě.

dalším důsledkem jeho struktury je, že voda je polární molekula., Vzhledem k rozdílu v elektronegativita, vazba dipólový moment bodů z každé H O, takže kyslík je částečně záporný a každý vodík je částečně kladný. Velký molekulární dipól, ukazuje z oblasti mezi dvěma atomy vodíku na atom kyslíku. Rozdíly v náboji způsobují agregaci molekul vody (relativně pozitivní oblasti jsou přitahovány k relativně negativním oblastem). Tato přitažlivost, vodíková vazba, vysvětluje mnoho vlastností vody, jako jsou její rozpouštědlové vlastnosti.,

přestože vodíková vazba je relativně slabou přitažlivostí ve srovnání s kovalentními vazbami uvnitř samotné molekuly vody, je zodpovědná za několik fyzikálních vlastností vody. Mezi tyto vlastnosti patří jeho relativně vysoká teplota tání a teploty varu: k přerušení vodíkových vazeb mezi molekulami vody je zapotřebí více energie. Naproti tomu sirovodík (H
2s) má mnohem slabší vodíkové vazby v důsledku nižší elektronegativity síry. H
2S je plyn při pokojové teplotě, přestože sirovodík má téměř dvojnásobnou molární hmotnost vody., Extra vazba mezi molekulami vody také dává kapalné vodě velkou specifickou tepelnou kapacitu. Díky této vysoké tepelné kapacitě je voda dobrým médiem pro skladování tepla (chladicí kapalina) a tepelným štítem.

Soudržnosti a adhesionEdit

molekuly Vody zůstat blízko u sebe (soudržnosti), vzhledem ke kolektivní akci vodíkových vazeb mezi molekulami vody., Tyto vodíkové vazby jsou neustále lámání, s novými dluhopisů je tvořen s různými molekulami vody; ale v daném okamžiku ve vzorku kapalné vody, velká část molekuly jsou drženy pohromadě pomocí těchto dluhopisů.

voda má také vysoké adhezní vlastnosti kvůli své polární povaze. Na extrémně čistém / hladkém skle může voda tvořit tenký film, protože molekulární síly mezi molekulami skla a vody (adhezivní síly) jsou silnější než soudržné síly.,V biologických buněk a organel, voda je v kontaktu s membránou a protein povrchy, které jsou hydrofilní, to znamená, povrchy, které mají silnou přitažlivost k vodě. Irving Langmuir pozoroval silnou odpudivou sílu mezi hydrofilními povrchy. Dehydratovat hydrofilní povrchy-odstranit silně držené vrstvy vody hydratace-vyžaduje značnou práci proti těmto silám, tzv. Tyto síly jsou velmi velké, ale rychle klesají přes nanometr nebo méně., Jsou důležité v biologii, zejména pokud jsou buňky dehydratovány vystavením suché atmosféře nebo extracelulárnímu zmrazení.

Povrch tensionEdit

Voda má neobvykle vysoké povrchové napětí 71.99 mN/m při 25 °C, což je způsobeno tím, že síla vodíkové vazby mezi molekulami vody. To umožňuje hmyzu chodit po vodě.

kapilární akceedit

protože voda má silné soudržné a adhezivní síly, vykazuje kapilární působení., Silná soudržnost z vodíkového lepení a adheze umožňuje stromům přepravovat vodu více než 100 m nahoru.

Voda jako solventEdit

voda je vynikajícím rozpouštědlem díky své vysoké dielektrické konstantě., Látky, které se dobře promíchá a rozpustí ve vodě jsou známé jako hydrofilní („vodu milující“) látek, zatímco ty, které nejsou dobře promíchejte s vodou jsou známé jako hydrofobní („bojící se vody“) látek. Schopnost látky rozpouštět se ve vodě je určena tím, zda látka může odpovídat nebo lépe silným atraktivním silám, které molekuly vody vytvářejí mezi jinými molekulami vody. Pokud má látka vlastnosti, které jí neumožňují překonat tyto silné intermolekulární síly, molekuly se vysráží z vody., Na rozdíl od běžné mylné představy voda a hydrofobní látky „neodrazují“ a hydratace hydrofobního povrchu je energeticky, ale ne entropicky, příznivá.

když iontová nebo polární sloučenina vstupuje do vody, je obklopena molekulami vody (hydratace). Relativně malá velikost molekul vody (~3 angstromy) umožňuje mnoha molekulám vody obklopit jednu molekulu rozpuštěné látky. Částečně negativní dipólové konce vody jsou přitahovány pozitivně nabitými složkami rozpuštěné látky a naopak pro pozitivní konce dipólu.,

obecně platí, iontové a polární látky, jako jsou kyseliny, alkoholy a soli jsou relativně rozpustné ve vodě a nepolární látky, jako jsou tuky a oleje nejsou. Nepolární molekuly zůstali pohromadě ve vodě, protože to je energeticky příznivější pro molekuly vody na vodík pouto k sobě, než aby se zapojily do van der Waalsovy interakce s nepolárními molekulami.

příkladem iontové rozpuštěné látky je stolní sůl; chlorid sodný, NaCl, se odděluje do kationtů Na +
a aniontů Cl−
, z nichž každá je obklopena molekulami vody., Ionty se pak snadno transportují z krystalické mřížky do roztoku. Příkladem neiontové rozpuštěné látky je stolní cukr. Vodní dipóly, aby vodíkové vazby s polární regiony molekuly cukru (OH skupiny) a nechte se unést do roztoku.

Quantum tunnelingEdit

kvantová dynamika tunelování ve vodě byla hlášena již v roce 1992. V té době bylo známo, že existují pohyby, které ničí a regenerují slabou vodíkovou vazbu vnitřními rotacemi substituentních vodních monomerů., Dne 18. března 2016 bylo oznámeno, že vodíková vazba může být přerušena kvantovým tunelováním ve vodním hexameru. Na rozdíl od dříve ohlášených tunelovacích pohybů ve vodě se jednalo o společné prolomení dvou vodíkových vazeb. Později ve stejném roce byl zaznamenán objev kvantového tunelování molekul vody.

Elektromagnetické absorptionEdit

Voda je relativně transparentní pro viditelné světlo, blízké ultrafialové světlo, a far-red světlo, ale absorbuje většinu ultrafialového záření, infračervené záření a mikrovlny., Většina fotoreceptorů a fotosyntetických pigmentů využívá část světelného spektra, která je dobře přenášena vodou. Mikrovlnné trouby využívají opacitu vody k mikrovlnnému záření k ohřevu vody uvnitř potravin. Světle modrá barva vody je způsobena slabou absorpcí v červené části viditelného spektra.