Woda w czasach greckich filozofów była traktowana jako niepodzielna cząstka. Stanowiła jeden z czterech pierwiastków, które tworzyły otaczający nas świat.

Tak mijały lata aż do 1784 r., w którym to brytyjski chemik i fizyk, Henry Cavendish, odkrył, że woda jest związkiem chemicznym, a nie pierwiastkiem.

RJUh5kd3wFOhK

Ilustracja przedstawia Henry'ego Cavendisha. Mężczyzna stoi bokiem. Mężczyzna ma dłuższe włosy. Na głowie duży kapelusz. Ubrany jest w płaszcz do kolan.

W 1886 r. August Wilhelm von Hofmann skonstruował aparat Hofmanna, dzięki któremu dowiódł, że woda ulega rozkładowi na dwie cząsteczki wodoru oraz jedną cząsteczkę tlenu.

R1bZJLXjwYiqR

Na ilustracji jest młody mężczyzna. Ma krótkie włosy, nieco falowane, sumiasty wąs i niewielką brodę. Nosi okulary. Ubrany jest w strój z epoki - kamizelkę, dłuższą marynarkę. Lewą dłoń opiera na książkach. Pod jego portretem jest napis: Professor A.W.Hofmann L.L.D. Of the Government School of Mines.

R13veJj8CAgr9

Na ilustracji jest model kulkowo-pręcikowy. Duża czerwona kulka łączy się z dwiema mniejszymi białymi kulkami.

Woda zajmuje 2/3 powierzchni naszej planety. Poza ocenami i morzami jest ona również składnikiem atmosfery i środowiska lądowego. Całość wody na naszej planecie określamy mianem hydrosfery.

Woda, która nadaje się do picia, nazywana jest wodą słodką – niestety stanowi ona zaledwie 3% całkowitej ilości wody na Ziemi, z czego tylko ¼ to wody dostępne dla ludzi. Reszta znajduje się w postaci lodu. Dlatego tak ważne jest jej oszczędzanie.

Kąt między wiązaniami $\mathrm{H}-\mathrm{O}-\mathrm{H}$ wynosi 104,5°, co oznacza, że orbitale walencyjne atomu tlenu w cząsteczce wody wykazują hybrydyzację $s{p}^3$. Atom tlenu posiada dodatkowo dwie wolne pary elektronowe.

Elektroujemność tlenu wg skali Paulina wynosi 3,44, a atomu wodoru 2,20. Zatem różnica wartości elektroujemności atomów, które tworzą wiązanie, wynosi 1,24 – a zatem w cząsteczce wody występuje wiązanie kowalencyjne spolaryzowane. Moment dipolowy cząsteczki wody wynosi 1,86 D. Jest więc ona cząsteczką polarną.

Na grafice został przedstawiony rozkład ładunków w cząsteczce wody. Kolorami ciepłymi (pomarańczowy, czerwony) został zaznaczony obszar z ładunkiem ujemnym, a kolorami zimnymi (niebieski) obszar z ładunkiem dodatnim.

RGaknmNOWyVHe

Ilustracja interaktywna przedstawia czerwoną kulkę połączoną z dwiema białymi kulkami. Dookoła modelu jest kolorowa, tęczowa chmura. Nad czerwoną kulką czerwona, w pobliżu białych kulek zielona, pod modelem niebieska.

W cząsteczkach, w których występuje polaryzacja wiązania X‑H, atom X jest atomem bardziej elektroujemnym niż atom wodoru, w związku z czym zyskuje cząstkowy ładunek ujemny. Skutkiem tego jest możliwość oddziaływania atomu wodoru z atomem innej cząsteczki, w której następuje nagromadzenie się ładunku ujemnego Y. Schematycznie można to zapisać:

$X^{{\delta }^{-}}-H^{{\delta }^{+}}...Y^{\delta -}$

Zaznaczone kropkami oddziaływanie pomiędzy atomem wodoru a atomem Y oznacza wiązanie wodorowe.

To właśnie dzięki występowaniu wiązań wodorowych w cząsteczce wody wykazuje ona dużo większą temperaturę wrzenia i topnienia niż inne wodorki należące do 16. grupy układu okresowego.

RN6SoiJY0rlss

Na ilustracji są liczne cząsteczki zbudowane z jednej czerwonej kulki i dwóch białych. Pomiędzy czerwonymi kulkami jednych cząsteczek a białymi kolejnych poprowadzono linie przerywane.

Woda w stanie stałym, nazywanym lodem, może w zależności od warunków występować w aż dziewięciu odmianach. Lód, który powstaje pod ciśnieniem 1 atmosfery i w temperaturze 0°C, nazywamy lodem Ih. Długość wiązań wodorowych w ciekłej wodzie wynosi ok. 1,89 Å. Ciekła woda charakteryzuje się dość dużą ruchliwością cząsteczek – mogą się one do siebie przybliżać bądź oddalać. W przypadku fazy stałej lodu, ten ruch jest zahamowany.

Wynika z tego kolejna właściwość wody – podczas krzepnięcia zwiększa swoją objętość. Gęstość lodu wynosi 0,917 $\frac{\mathrm{g}}{{\mathrm{cm}}^3}$, dlatego unosi się on na wodzie. Jest to cecha bardzo ważna dla organizmów żyjących w zbiornikach wody. Największą gęstość woda posiada w temperaturze 4°C i wynosi 1 $\frac{\mathrm{g}}{{\mathrm{cm}}^3}$. Opadając na dno zbiornika, dostarcza tlenu organizmom wodnym.

Kolejną charakterystyczną cechą wody jest wysokie ciepło parowania, które wynosi 40,66 $\frac{\mathrm{kJ}}{\mathrm{mol}}$. Ciepło parowania to ilość energii, jaką trzeba dostarczyć, aby określona substancja przeszła ze stanu ciekłego w stan pary. Jest określona w jednostkach energii J na jednostkę masy bądź na mol substancji.

Polarna budowa cząsteczek wody ma swoje konsekwencje – są nimi właściwości fizyczne wody. Zazwyczaj jest tak, że w ciele stałym drobiny znajdują się bliżej siebie niż w cieczy i substancja w stanie stałym ma większą gęstość niż w stanie ciekłym. W przypadku wody, cząsteczki w fazie stałej tworzą struktury, które pozostawiają dużo wolnej przestrzeni, przez co odległości między cząsteczkami są większe w lodzie niż w wodzie ciekłej. Z tego powodu lód ma mniejszą gęstość niż woda ciekła.

R1EZjcpourYwv

Zdjęcie przedstawia krajobraz podbiegunowy. Daleko w tle spowite w cieniu ośnieżone wzgórza i zachmurzone niebo, plan bliższy oświetlony przez promienie Słońca. Na pierwszym planie równy ośnieżony teren przechodzi w duże fragmenty kry lodowej unoszącej się na powierzchni spokojnego morza. Na krze widać tropy zwierząt, co pozwala ocenić powierzchnię pojedynczych kawałków na kilka metrów kwadratowych.

Rcxttq8WnzY0s

W animacji przedstawiono cząsteczkę wody i omówiono, czym spowodowana jest jej polarność.

W animacji przedstawiono cząsteczkę wody i omówiono, czym spowodowana jest jej polarność.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/Rcxttq8WnzY0s

W animacji przedstawiono cząsteczkę wody i omówiono, czym spowodowana jest jej polarność.

Niska, w stosunku do gęstości ciekłej wody, gęstość lodu ma bardzo ważne znaczenie dla istnienia życia wodnego na Ziemi. Lód, który tworzy się na powierzchni wody, izoluje jej głębsze warstwy i chroni przed zamarzaniem. Umożliwia w ten sposób egzystencję organizmom wodnym w czasie mrozów.

RvrzJjbG7n6u0

Ilustracja przedstawia temperaturę wody w jeziorze pod lodem. Na ilustracji znajduje się przekrój jeziora i terenu go otaczającego. Na krajobraz dookoła jeziora składają się pokryte śniegiem pagórki oraz rosnące nieopodal jeziora drzewo. Jezioro poprzecinane czterema poziomymi przerywanymi liniami oznaczającymi strefy o różnej temperaturze wody, znajdujące się na różnej głębokości w równych odległościach od siebie. Na powierzchni jeziora znajduje się pokrywa lodowa. Temperatura powietrza wynosi –10 stopni Celsjusza. Pod pokrywą lodową wynosi 0 stopni Celsjusza. Głębiej, pod pierwszą przerywaną linią, temperatura wynosi 1 stopień Celsjusza. Pod następną linią temperatura wynosi 2 stopnie Celsjusza. Pod trzecią przerywaną linią temperatura wynosi 3 stopnie Celsjusza. W strefie przydennej temperatura osiąga wartość 4 stopni Celsjusza. W tej strefie znajdują się ryby oraz roślinność porastająca dno.