водах (около 0,63 %), и лишь небольшая часть (0,009 %) в реках и озёрах. Материковые солёные воды составляют 0,007 %, в атмосфере содержится 0,001 % от всей воды нашей планеты[107].[108] В составе мантии Земли воды содержится в 10–12 раз больше, чем в Мировом океане[109].
Вода – это одно из немногих веществ в природе, которые расширяются при переходе из жидкой фазы в твёрдую (кроме воды, таким свойством обладают сурьма[110], висмут, галлий, германий, некоторые соединения и смеси).
История названия
Слово происходит от др. – русск. вода, далее – от праславянского voda[111] (ср. ст. – слав. вода, болг. водa, сербохорв вoда, словен vуda, чеш voda, слвц voda, польск woda, в-луж, н-луж woda), затем – от праиндоевропейского wed-, родственного лит vanduх, жем unduo, д-в-н waʒʒar «вода», гот. watō, англ. water, греч. ὕδωρ, ὕδατος, фриг. βέδυ, др. – инд. udakбm, uda-, udбn- «вода», unбtti «бить ключом», «орошать», ṓdman- «поток», алб. uj «вода»[112].[113] Русские слова «ведро», «выдра» имеют тот же корень.
В рамках необщепринятой гипотезы о существовании некогда праностратического языка слово может сравниваться с гипотетическим прауральским wete (ср., например, фин. vesi, эст. vesi, коми va, венг. viz), а также с предполагаемыми праалтайскими, прадравидийским и прочими словами, и реконструироваться как wetV для праязыка[114].
Химические названия
С формальной точки зрения вода имеет несколько различных корректных химических названий:
• Оксид водорода: бинарное соединение водорода с атомом кислорода в степени окисления -2, встречается также устаревшее название окись водорода.
• Гидроксид водорода: соединение гидроксильной группы ОН и катиона (Н+).
• Гидроксильная кислота: воду можно рассматривать как соединение катиона Н+, который может быть замещён металлом, и «гидроксильного остатка» (ОН’).
• Монооксид дигидрогена.
• Дигидромонооксид.
Свойства
Физические свойства
Вода при нормальных условиях находится в жидком состоянии, тогда как аналогичные водородные соединения других элементов являются газами (H2S, СН4, HF). Атомы водорода присоединены к атому кислорода, образуя угол 104,45° (104°27′). Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По этой причине молекула воды обладает большим дипольным моментом (р=1,84Д, уступает только синильной кислоте и диметилсульфоксиду). Каждая молекула воды образует до четырёх водородных связей – две из них образует атом кислорода и две – атомы водорода[115]. Количество водородных связей и их разветвлённая структура определяют высокую температуру кипения воды и её удельную теплоту парообразования[,б]. Если бы не было водородных связей, вода, на основании места кислорода в таблице Менделеева и температур кипения гидридов аналогичных кислороду элементов (серы, селена, теллура), кипела бы при -80 °C, а замерзала при -100 °C[116].
71 % поверхности Земли покрывает вода
При переходе в твёрдое состояние молекулы воды упорядочиваются, при этом объёмы пустот между молекулами увеличиваются, и общая плотность воды падает, что и объясняет меньшую плотность (больший объём) воды в фазе льда. При испарении, напротив, все водородные связи рвутся. Разрыв связей требует много энергии, отчего у воды самая большая удельная теплоёмкость среди прочих жидкостей и твёрдых веществ. Для того чтобы нагреть один литр воды на один градус, требуется затратить 4,1868 кДж энергии. Благодаря этому свойству вода нередко используется как теплоноситель.
Помимо большой удельной теплоёмкости, вода также имеет большие значения удельной теплоты плавления (333,55 кДж/кг при 0 °C) и парообразования (2250 кДж/кг).
Физические свойства разных изотопных модификаций воды при различных температурах:[117]
Относительно высокая вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.
Капля, ударяющаяся о поверхность воды
Вода является хорошим растворителем веществ с молекулами, обладающими электрическим дипольным моментом. При растворении молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные – атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.
Это свойство воды важно для живых существ. В живой клетке и в межклеточном пространстве вступают во взаимодействие растворы различных веществ в воде[118]. Вода необходима для жизни всех без исключения живых существ на Земле.
Вода обладает отрицательным электрическим потенциалом поверхности.
Чистая вода – хороший изолятор. При нормальных условиях вода слабо диссоциирована на ионы и концентрация протонов (точнее, ионов гидроксония Н3О+) и гидроксильных ионов ОН- составляет Ю-7 моль/л. Но поскольку вода – хороший растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные вещества, например, соли, то есть в растворе присутствуют другие положительные и отрицательные ионы. Поэтому обычная вода хорошо проводит электрический ток. По электропроводности воды можно определить её чистоту.
Вода имеет показатель преломления п = 1,33 в оптическом диапазоне. Благодаря большому дипольному моменту молекул, вода также поглощает микроволновое излучение, чем обусловлен нагрев пищевых продуктов в микроволновой печи.
Агрегатные состояния
По состоянию различают:
• «твёрдое» – лёд;
• «жидкое» – вода;
• «газообразное» – водяной пар.
При нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст., 101 325 Па) вода переходит в твёрдое состояние при температуре в 0 °C и кипит (превращается в водяной пар) при температуре 100 °C (значения 0 °C и 100 °C были выбраны как соответствующие температурам таяния льда и кипения воды при создании температурной шкалы «по Цельсию»), При снижении давления температура таяния (плавления) льда медленно растёт, а температура кипения воды – падает.
Фазовая диаграмма воды: по вертикальной оси – давление в Па, по горизонтальной – температура в Кельвинах. Отмечены критическая (647,3 K; 22,1 МПа) и тройная (273,16 K; 610 Па) точки. Римскими цифрами отмечены различные структурные модификации льда
При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01 °C. Такие давление и температура называются тройной точкой воды. При более низком давлении вода не может находиться в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар. Температура возгонки (сублимации) льда падает со снижением давления. При высоком давлении существуют модификации льда с температурами плавления выше комнатной.
Типы снежинок
С ростом давления температура кипения воды растёт:[119]
При росте давления плотность насыщенного водяного