Woda i jej właściwości

Na pewno wiesz, że woda jest gęstsza niż lód. Dlatego kra pływa po jej powierzchni. W temperaturze zera stopni woda zmienia się w lód, ale jej objętość jest najmniejsza w czterech stopniach. Potem do zera gęstość wody stopniowo maleje. To sprawia, że zimą przy dnie zbiorników woda zawsze jest płynna i cieplejsza niż przy powierzchni. Dzięki temu ryby i inne organizmy wodne mogą przeżyć i nie zamarzają. W tym filmie poznamy niektóre fascynujące właściwości wody. Dowiemy się między innymi, jakie substancje potrafi rozpuszczać i dlaczego. Cząsteczka wody jest zbudowana z 3 atomów: dwóch wodorów i jednego tlenu. Kształtem przypomina trochę głowę misia z kreskówki a na uproszczonym rysunku - literę V. W cząsteczce wody tlen jako pierwiastek bardziej elektroujemny silniej przyciąga elektrony. Sprawia, że to nad nim koncentruje się ładunek ujemny, a nad atomami wodoru ładunek dodatni. Takie cząsteczki, w których ładunki rozkładają się asymetrycznie to cząsteczki dwubiegunowe. Powszechnie mówi się na nie dipole od angielskiego słowa 'pole', czyli biegun. Różnica ładunków po obu stronach cząsteczki sprawia, że poszczególne cząsteczki wody mogą się przyciągać. Ładunek dodatni jest przyciągany do ładunku ujemnego. Ta właściwość umożliwia wodzie przemieszczanie się na duże odległości nawet wbrew sile grawitacji. Możesz to zaobserwować, zanurzając dolną krawędź papierowej serwetki w wodzie. Po pewnym czasie zobaczysz że nawet jej górny brzeg zwilgotnieje. Dla lepszego efektu wodę możesz zabarwić, na przykład atramentem. Zjawisko to, zwane włoskowatością występuje w wiązkach przewodzących roślin. To dzięki niemu dorastające aż do 95 metrów wysokości sekwoje mogą zaopatrywać w wodę swoje korony. Dipolowe cząsteczki wody mogą też przyciągać inne polarne cząsteczki oraz jony zarówno dodatnie, jak i ujemne. Zobaczmy to na przykładzie rozpuszczania w wodzie kryształków soli kuchennej czyli chlorku sodu NaCl. Jest to związek jonowy, zawierający przyciągające się w kryształach kationy Na plus i aniony Cl minus. Po zmieszaniu soli z wodą woda jako rozpuszczalnik reaguje z kryształkami chlorku sodu i rozbija je na jony Na+ i Cl-. To dzięki swojej dipolowej budowie woda jest bardzo dobrym rozpuszczalnikiem dla substancji jonowych. Woda jako związek polarny może też rozpuszczać inne substancje polarne czyli takie, w których cząsteczki mają niesymetrycznie rozłożony ładunek. Taką substancją jest na przykład cukier alkohol etylowy czy witamina C. Jeśli zmieszamy cukier z wodą nie dojdzie do rozerwania cząsteczki cukru jak to było w przypadku soli kuchennej czy innych związków jonowych. W tym przypadku cząsteczki wody po prostu rozrywają sieć krystaliczną cukru ale nie rozrywają wiązań w żadnej pojedynczej jego cząsteczce. Wszystkie substancje mają trzy a nawet cztery stany skupienia. Ale woda jest jedną z tych, u których możemy na co dzień obserwować przechodzenie z jednej postaci w drugą. Zestalona woda to lód świetny latem do chłodzenia napojów a gdy ją podgrzejemy, zamienia się w obłoczek pary, jaki widzisz gdy woda w czajniku się gotuje. Zmianę stanu skupienia ze stałego w ciekły nazywamy topnieniem a proces odwrotny - krzepnięciem. Gdy woda z cieczy zmienia się w gazową parę mówimy o parowaniu a proces odwrotny to skraplanie. Możliwa jest również zmiana ze stanu stałego od razu w gazowy. Nazywamy to sublimacją a odwrotne zjawisko to resublimacja. Zmianę stanu skupienia najprościej osiągnąć, podnosząc temperaturę bo wtedy energia cząsteczek rośnie i zwiększa się ich swoboda ruchu. A przy większej swobodzie ruchu substancja z ciała stałego przechodzi w ciecz a później w gaz. Są jednak i inne sposoby. Na przykład sublimacja zachodzi tylko przy bardzo niskim ciśnieniu. To znaczy, że lód w parę można by przeprowadzić na przykład w szczelnym naczyniu, z którego wypompowalibyśmy powietrze. W przyrodzie zjawisko resublimacji możemy zaobserwować zimą. Szron i szadź to kropelki pary wodnej bezpośrednio zestalone w lód i bardzo widowiskowe. Latem możesz zrobić takie doświadczenie: postaw w słońcu metalową miskę z wodą a obok drugą, pustą. Poczekaj kilka godzin a potem dotknij każdej z misek palcem. Jak myślisz, która będzie cieplejsza? Domyślasz się, że pusta. Gdyby teraz postawić obie miski w cieniu i znów poczekać jakiś czas na przykład pół godziny a potem dotknąć ich powierzchni to która byłaby cieplejsza? Cieplejsza byłaby miska z wodą. A czy wiesz dlaczego? To efekt tego, że woda ma bardzo dużą pojemność cieplną. Innymi słowy, w porównaniu na przykład z metalem, potrzeba więcej energii by ją podgrzać. Za to po podgrzaniu dłużej tę energię oddaje. Dzięki tej niezwykłej właściwości woda w dużym stopniu łagodzi zmiany temperatury Ziemi. Morza i oceany wolno podgrzewają się pod wpływem energii słonecznej i powoli oddają to ciepło do otoczenia zapobiegając w ten sposób nagłym drastycznym wahaniom temperatury i skokowym zmianom pogody. Łatwo można zauważyć, że w miastach na wybrzeżu zimy są łagodniejsze, za to lata mniej upalne niż w głębi lądu. Na małą skalę pojemność cieplną wody wykorzystuje się na przykład stawiając kurtyny wodne, które chłodzą nas latem. Chemia to nauka doświadczalna. Wiele zjawisk możemy sprawdzić jedynie wykonując eksperyment. Tak jest w przypadku rozpuszczalności. Spróbuj określić, czy dana substancja rozpuści się w wodzie. Olej jest substancją niepolarną ani niejonową więc nie rozpuści się w wodzie. Nie jest to substancja jonowa, ani polarna dlatego nie rozpuszcza się w wodzie za to barwnik, który ją barwi - tak i stąd zabarwienie roztworu. Kryształki tej soli mają budowę jonową więc dobrze rozpuszczają się w wodzie. Kryształki tej substancji również mają budowę jonową więc dobrze rozpuszczają się w wodzie. Cząsteczka wody jest niesymetryczna dlatego posiada wewnętrzny ładunek dodatni i ujemny. Cząsteczki o takiej budowie nazywamy polarnymi albo dipolowymi. Dzięki wewnętrznej polaryzacji woda dobrze rozpuszcza inne substancje polarne oraz jonowe. Woda ma największą gęstość w temperaturze 4 stopni Celsjusza. Pamiętaj, że na stronie pistacja.tv przygotowaliśmy dla Ciebie wiele innych filmów z chemii, które pomogą Ci zrozumieć bieżący materiał czy przygotować się do sprawdzianu.