Vse o vodi

Kemijske lastnosti vode

Struktura vode

Voda je spojina, sestavljena iz dveh atomov vodika (H), ki je najlažji in najpogostejši kemijski element v vesolju, in enega atoma kisika (O). Ti trije atomi skupaj tvorijo molekulo vode, H₂O, ki bi jo formalno lahko poimenovali divodikov monoksid. Oba vodikova atoma sta povezana s kisikovim s kovalentno vezjo. Vodikove vezi so v primerjavi z vezjo med vodikom in kisikom v posamezni vodni molekuli šibke, a so vzrok za številne posebnosti vode. Življenja, kot ga poznamo danes, brez vodikovih vezi med molekulami ne bi bilo.

pH vrednost

pH vrednost je merilo za kislost in bazičnost in se giblje med 0 in 14. pH vrednost vode je pri 25 °C okoli 7, kar pomeni, da je nevtralna, torej ni ne kisla ne bazična. Če v vodi raztopimo kislino, se pH vrednost zniža, če raztopimo bazo, se pH poviša. pH vrednost vode se z naraščanjem temperature nekoliko znižuje. Voda v stiku z zrakom je rahlo kisla, ker raztaplja CO₂ iz zraka. pH vrednosti v človeškem telesu so natančno regulirane. pH naše kože je v kislem območju in znaša približno 5,5, medtem ko je pH krvi rahlo bazičen. pH vrednost je pomembna tudi za razvoj in rast drugih živih organizmov, npr. rastlin. Ali veš, da se ameriška borovnica in rododendron v nevtralnih tleh ne počutita dobro, saj za rast potrebujeta kisla tla?

"Čista pitna voda nima
ne okusa, ne barve in ne vonja."

Agregatno stanje

Voda je edina snov, ki se pri običajnih temperaturah na Zemlji pojavlja v vseh treh agregatnih stanjih – tekočem, trdem in plinastem. Sprememba agregatnega stanja vseh snovi in tudi vode je povezana z oddajanjem ali sprejemanjem energije. Če led segrevamo, se stali, če nastalo vodo še nadalje ogrevamo do vrelišča, ta hlapi in nato zavre, pri čemer nastane para. Če paro ohlajamo, kondenzira in nastane tekoča voda, ki z ohlajanjem pod ledišče zmrzne. Nekaj molekul ledu prehaja neposredno v parno fazo. Ta proces imenujemo sublimacija, obraten proces pa resublimacija.

Struktura vode

Kot med dvema vodikovima atomoma v molekuli vode znaša 104,5° in je posledica dveh nepovezanih elektronskih parov na kisikovem atomu. Oba vodikova atoma sta povezana s kisikovim s kovalentno vezjo. Ker ima kisikov atom večjo sposobnost, da pritegne elektrona v kovalentni vezi, usmeri vezni elektronski par na svojo stran, kar označimo z delta (ð^- na kisikovem atomu in ð⁺ na vodikovem). Značilna kotna struktura molekule vode in razlike v elektronegativnosti atomov vodika ter kisika povzročajo, da je molekula vode dipolarna. Različni električni naboji na različnih koncih molekul vodijo k posebnim pojavom v strukturi vode: dipolarne molekule se orientirajo tako, da se pozitivni del (H) sreča z negativnim (O) iz sosednje molekule vode. V strukturi vode se tvorijo vodikove vezi. Molekule vode se povezujejo v večje skupke (asociate, agregate, klastre), ki jih označimo kot (H₂0)_x.

Vodikove vezi so šibke v primerjavi z vezjo med vodikom in kisikom v posamezni vodni molekuli, a so vzrok za številne posebne lastnosti vode (posebnosti v gostoti vode, visoka površinska napetost in izparilna toplota itd.) Brez vodikovih vezi bi bila voda pri sobni temperaturi v plinastem stanju, saj bi imela vrelišče že pri okoli -90 °C. Življenja, kot ga poznamo danes, brez vodikovih vezi med molekulami vode ne bi bilo.

Naravni pojavi

Voda kot topilo

Voda je topilo, ki raztaplja več snovi kot katero koli drugo topilo. Voda je namreč topilo za trdne, tekoče in plinaste snovi. Čiste vode v naravi ne poznamo. Kot topilo deluje tudi v našem telesu, saj vse biokemične reakcije potekajo v vodnih raztopinah. Voda je hkrati transportni medij za prenos hranil in kisika do celic ter odstranjevanje odpadnih snovi presnove. Topnost snovi v vodi je odvisna predvsem od vrste snovi in temperature. Ker je voda polarno topilo, se v njej dobro raztapljajo polarne in ionske snovi, npr. kuhinjska sol, slabo topne pa so nepolarne snovi, kot so npr. maščobe in olja.

Toplotna plastovitost

Ko se poleti kopamo v jezeru, začutimo, da so zgornje plasti vode toplejše od spodnjih. Toplejše plasti so lažje in se nahajajo plitvo pod površino vode, v globinskem sloju pa je voda hladna. Do mešanja vodnih plasti poleti ne prihaja. Jeseni pa se jezera ohlajajo in ko se temperatura zgornjih plasti zniža pod temperaturo spodnjih, zgornje, ohlajene vodne plasti zamenjajo lažjo vodo iz spodnjih. Vodne mase se premešajo. Pozimi se najbolj ohladijo in zmrznejo zgornje, lažje vodne plasti, gostejše plasti vode s temperaturo okoli 4 °C pa ostanejo na dnu jezera. Voda zmrzuje od površine navzdol, v spodnjih plasteh pa ostane voda tekoča, kar omogoča živim bitjem preživetje.

Brez svojih posebnih lastnosti
bi bila voda pri sobni temperaturi plin.

Anomalije vode

Gostota

Ko tekočino ohlajamo, se zmanjšuje njen volumen, kar velja tudi za vodo. Voda pa ima posebno lastnost: njena gostota je najvišja pri 4,5 °C, to je nad njenim zmrziščem. Pri 4,5 °C je volumen vode najmanjši in gostota največja. Kaj pa se zgodi, če vodo še nadalje ohlajamo? Njen volumen se nepričakovano povečuje in gostota znižuje, zato voda postaja lažja. Pri 0 °C ima led nižjo gostoto od tekoče vode in zato plava na njej. Gostota ledu pri 0 °C je kar za 9 % manjša od gostote vode pri isti temperaturi. Za strukturo ledu so značilne praznine, ki se zapolnijo ob taljenju, zato se gostota s prehodom v tekočo fazo poveča. Upadanje gostote vode od 4,5 do 0 °C povezujemo s povečevanjem dolžine vodikove vezi, njena struktura pa je že podobna 'razrahljani' strukturi ledu.

Anomalije vode

Visoka specifična toplota

Voda ima zaradi vodikovih vezi visoko specifično toploto. To pomeni, da moramo vodi dovesti veliko toplote, da se ji poviša temperatura. Voda se zato počasi segreva in ohlaja, kar omogoča živim bitjem v vodi preživetje, pojav pa je koristen tudi za industrijsko rabo vode kot hladilne tekočine. Zaradi te njene lastnosti so tudi temperaturni prehodi med letnimi časi postopni, predvsem v bližini oceanov. Zaradi velike specifične toplote vode morje namreč ohranja velike množine toplote, kar vpliva na podnebje v obmorskih krajih.

Anomalije vode

Površinska napetost

V notranjosti tekočine je vsaka molekula vode z vseh strani obdana z drugimi molekulami, zato so sile nanjo v vse smeri enake, na njeni površini pa so razmere drugačne - molekule iz notranjosti vode delujejo nanje s privlačnimi vodikovimi vezmi, ki jih molekule plina (zraka) z druge strani ne uravnovesijo. Energetsko je najugodneje, če tekočina tvori najmanjšo možno površino. Da bi površino vode povečali, je potrebno delo. To delo na enoto povečanja površine se imenuje površinska napetost. Na vodni površini se ustvari elastičen film, zaradi katerega lahko lažji predmeti lebdijo na vodi, površinska napetost pa omogoča tudi nekaterim žuželkam, da na površini vode ne potonejo.

Anomalije vode

Visoka izparilna toplota

Visoka izparilna toplota vode omogoča toplokrvnim organizmom, tudi človeku, da z izločanjem znoja uravnavajo telesno temperaturo. Izhlapevanje znoja na koži in vode na sluznici dihalnih poti človeško telo ob visokih temperaturah okolja ohladi. Za izhlapevanje znoja je potrebno veliko energije, ki se odvzema človeškemu telesu, zato nas zebe, če smo mokri. Ohranjanje telesne temperature je zelo pomembno za normalen potek biokemijskih reakcij v človeškem telesu.

Zakaj je morje modro?

Tudi za modro barvo morja so vzrok vodikove vezi med vodnimi molekulami. Modro barvo vidimo kot posledico šibke absorpcije rdečega dela vidnega spektra svetlobe. Za večino obarvanih spojin velja, da je absorpcija vidnega dela svetlobe povezana z interakcijo z elektroni. V teh primerih vidimo odbiti, neabsorbirani del vidnega spektra. Za molekulo vode pa to ne velja, saj ima dovolj energije za vzbujanje elektronov šele ultravijolični del elektromagnetnega spektra, ki pa ni viden in zato ne more povzročati barve vode. Rdeči del vidnega spektra pa vendarle ima vpliv na vodne molekule: vpliva na vibracije vodikovih vezi. Modra barva, ki jo vidimo kot barvo morja, je posledica sipanja neabsorbiranega dela vidne svetlobe iz tega procesa.

K modri barvi morja prispeva tudi odsev barve neba, kar je mnogokrat prvi odgovor na vprašanje, zakaj je morje modro. Na barvo morij pa vpliva tudi sipanje na suspendiranih delcih v vodi (plankton, alge) in nečistoče (npr. soli bakra obarvajo vodo modro do zeleno).

Zakaj je morje slano?

Katerakoli voda, celo deževnica, vsebuje nizek delež soli, vendar je človeški okus ne zazna v primerjavi z drugimi slanimi tekočinami ali morsko vodo. Zakaj reke niso slane, morje, v katerega priteče voda iz rek, pa je? Reke tečejo v morje že več sto milijonov let in s sabo nosijo mineralne snovi, ki se kopičijo v morju. Nekaj soli dospe v morje tudi zaradi delovanja podvodnih vulkanov. Predvidevamo, da je bilo morje nekoč manj slano, kot je danes, ko se kljub stalnemu dotoku mineralnih snovi slanost bistveno ne spreminja. Najverjetnejši vzrok je vzporedno izločanje kamnin na morskem dnu. Morje vsebuje ogromno soli. Če bi jo odstranili in razporedili enakomerno po Zemljini površini, bi v višino merila približno kot 40-nadstropna stavba. Morska voda je 220-krat bolj slana od vode v jezerih.

Arhiv: Soline Pridelava soli d.o.o.

Vlažen zrak je lažji od suhega

Če vodno paro dodajamo suhemu zraku ob nespremenjenih pogojih (temperatura, tlak in volumen), se gostota zraka zmanjša, kar je na prvi pogled nepričakovano. Molska masa vode (18 g/mol) je namreč nižja od povprečne molske mase suhega zraka, sestavljenega pretežno iz kisika in dušika (približno 29 g/mol). Če molekule vode v suhem zraku nadomeščajo molekule dušika in kisika v suhem zraku, se povprečna molska masa vlažnega zraka v primerjavi s suhim zmanjša. Posledično je manjša tudi gostota vlažnega zraka v primerjavi s suhim.

Kisli dež

Kisli dež so kisle padavine, ki jih povzročajo emisije žveplovega dioksida in dušikovih oksidov v zrak. Ti plini se raztapljajo v deževnici in jo naredijo kislo. Kisli dež ima pH nižji od 5,6. Ima zelo velik vpliv na tla in rastline, ki zaradi kislega dežja počasneje rastejo ali zbolijo, ker se iz tal izpirajo hranilne snovi. Kisli dež je tudi eden od razlogov za propadanje gozdov. Poškoduje ekološko ravnovesje v vodi, kar se občuti pri rasti in razmnoževanju rastlin ter živali.

Koliko je pitne vode na svetu?

Veš, koliko je pitne vode na svetu?

Ekosistem

Poleg svetlobe, zraka, toplote in mineralnih snovi, spada voda med nežive dejavnike okolja. Skupaj z živimi dejavniki in energijo, pa tvorijo ekosistem. Med seboj in v odnosu do okolja so organizmi v naravi v biološkem ravnovesju. Najpomembnejši zunanji dejavnik, ki vpliva na ekosistem, je podnebje. Od količine padavin in temperature je namreč odvisno, koliko vode je na voljo v ekosistemu.

V ekosistemu je veliko različnih življenjskih okolij – jezera, ribniki, oceani, puščave in gozdovi. Ljudje kot edina živa bitja nastopamo v vseh ekosistemih. Lahko rečemo, da je Zemlja naš največji ekosistem. Ekosistem se začne s proizvajalci, nadaljuje z uporabniki in konča z dekompozitorji, ki odmrle rastline, živali in njihove izločke spremenijo v ogljikov dioksid, vodo in minerale. Tako se celoten cikel zaključi in hkrati začne znova.

Ekosistem

Voda spada poleg svetlobe, zraka, toplote in mineralnih snovi med nežive dejavnike okolja. Skupaj z živimi dejavniki (človek, rastline, živali in mikroorganizmi) in energijo pa tvorijo ekosistem. Med seboj in v odnosu do okolja so organizmi v naravi v biološkem ravnovesju. Najpomembnejši zunanji dejavnik, ki vpliva na ekosistem, je podnebje. Od količine padavin in temperature je odvisno, koliko vode je na voljo v ekosistemu.

V ekosistemu je veliko različnih življenjskih okolij – jezera, ribniki, oceani, puščave in gozdovi. Ljudje kot edina živa bitja nastopamo v vseh ekosistemih. Lahko rečemo, da je Zemlja naš največji ekosistem. Ekosistem se začne s proizvajalci (rastline – fotosinteza), nadaljuje z uporabniki (ljudje, živali) in konča z dekompozitorji (glive, bakterije), ki odmrle rastline, živali in njihove izločke spremenijo v ogljikov dioksid, vodo ter minerale. Tako se celoten cikel zaključi in hkrati začne znova. Ekosistem je dinamičen sistem, v katerem so spremembe in motnje naraven pojav. Na vsak tak pojav se sistem vselej odziva tako, da skuša vzpostaviti biološko ravnovesje.

Ekosistemi so občutljivi, zato jih lahko nepremišljeni posegi, zaradi katerih se biološko ravnotežje ne more ponovno vzpostaviti, uničijo (odpadki, emisije nevarnih snovi v zrak, vode in tla). Vsi dejavniki v ekosistemu so povezani, to pa pomeni, da lahko uničujoči vplivi na del ekosistema negativno vplivajo na celoten ekosistem, tudi na človeka.

Vodni krog

Voda v naravi kroži. Te zanima, kako?

Človek in voda

Približno dve tretjini človeškega telesa je sestavljenega iz vode.

Voda je za človeka izrednega pomena. Je del celic, medceličnega prostora in krvne plazme in je transportni medij za kisik, vitamine, minerale ter glukozo. Poleg tega se z njeno pomočjo do ledvic prenesejo strupeni toksini in se kasneje izločijo. Deluje tudi kot mazivo okoli sklepov. Do določene mere uravnava tudi telesno temperaturo – če je temperatura v prostoru višja od telesne, se začnemo potiti, izhlapevanje vode skozi kožo pa naše telo ohladi. Voda tudi sodeluje pri biokemični razgradnji hrane, ki jo pojemo. Vpliva na našo produktivnost in koncentracijo.

Priporočene dnevne količine vode so odvisne od različnih dejavnikov (fizične aktivnosti, telesne teže, temperature v okolju, starosti in zdravstvenega stanja). Odrasel človek mora v povprečju za normalno delovanje organizma popiti od 2 do 3 l vode. Ob večji fizični aktivnosti ali visokih temperaturah pa mora biti ta količina še večja, v nasprotnem primeru lahko namreč dehidriramo. Potreba po zaužiti količini vode se poveča tudi, če uživamo suho hrano.

Človek brez vode ne more preživeti dlje kot 3 do 5 dni, medtem ko lahko brez hrane preživimo
tudi do 90 dni, kar dodatno kaže na to, kako pomembna je voda za človeka.