Woda, H2O, związek tlenu z wodorem – jest najpowszechniej występującym na naszej planecie związkiem chemicznym. Ilość wody na Ziemi szacuje się na około 2.2 * 1018 ton.

Czy wiesz, że jeżeli każdą tonę wody (1 m3) zmniejszylibyśmy do rozmiarów główki od szpilki i takimi główkami wybrukowali drogę z Ziemi na Księżyc, to jej szerokość wyniosłaby 10 kilometrów. Czy w tej sytuacji wodzie nie należy przyznać pierwszeństwa wśród związków chemicznych? :)
Ale zacznijmy od początku.

Czysta woda zdrowia Ci doda, czyli co w wodzie pływa?

Poznajm cechy wody, która jest:

• cieczą;

• bezbarwną,

• bezwonną,

• bez smaku,

• w grubych warstwach przyjmuje niebieskawe zabarwienie

Woda jako rozpuszczalnik

Woda jest doskonałym rozpuszczalnikiem różnych substancji. Z tego też powodu wszystkie występujące naturalnie wody to mniej lub bardziej stężone roztwory. Aby otrzymać czystą wodę, należy ją przedestylować. Wodę destylowaną stosujemy np. w przemyśle farmaceutycznym i do akumulatorów samochodowych.

Biologiczne znaczenie wody

Sprowadza się ono do pięciu najważniejszych funkcji:

• jest podstawą płynów ustrojowych

• reguluję temperaturę, ciśnienie osmotyczne i PH

• uczestniczy w przebiegu wielu procesów przemiany materii;

• stanowi środek transportu wewnątrzustrojowego oraz środowisko niezbędne do usuwania końcowych produktów metabolizmu;

• utrzymuje odpowiednie wymiary i kształty komórek

Rodzaje wód

• Woda ciężka- woda, w której podstawowy izotop wodoru został zastąpiony deuterem. Ma nieco większy ciężar właściwy od zwykłej wody. W nieznacznej ilości występuje w normalnej wodzie, skąd można ją otrzymać w wyniku długotrwałej elektrolizy

• Woda gulardowa- dawna nazwa roztworu octanu ołowiu (II), najlepiej rozpuszczalnej soli ołowiu. Była używana w medycynie do robienia okładów oraz w farbiarstwie.

• Woda Labarraque'a- wodny roztwór chloranu(I) sodu i chlorku sodu. Otrzymuje się ją działaniem chloru na zimno na wodorotlenek sodu. Silny środek bielący i dezynfekcyjny.

• Woda twarda- woda zawierająca dużo soli wapnia i magnezu. W takie wodzie mydło słabo się pieni. Woda twarda powoduje osadzanie się kamienia w czajnikach i instalacjach kotłowych.

• Woda wapienna- nasycony wony roztwór wodorotlenku wapnia. Stosowana do wykrywania dwutlenku węgla, w reakcji z którym mętnieje, oraz w lecznictwie przy leczeniu oparzeń chemicznych.

Jak woda sobie płynie?

Obieg wody w przyrodzie to niezbędny warunek życia na Ziemi. Kształtuje także powierzchnię planety. Wzgórza i doliny w dużym stopniu zawdzięczają swój wygląd fizycznemu i chemicznemu działaniu wody.
Ale tak właściwie to jak on przebiega?

Otóż masa wody występującej w przyrodzie znajduję się w równowadze dynamicznej. Pod wpływem ciepła słonecznego powierzchnia mórz i oceanów nieustanie paruje. Woda zmienia stan skupienia i masy pary wodnej mieszają się z powietrzem. Przy dostatecznie dużej wilgotności powietrza i obecności tzw. jąder kondensacji następuje skraplanie pary wodnej do postaci drobniutkich kropelek, które grupują się w widoczne skupienia – chmury.

W wyniku ochładzania na niewielkich wysokościach powietrza zawierającego parę wodną powstają mgły. Chmury, niesione wiatrem, przemieszczają się nad powierzchnią lądów, mórz i oceanów. W określonych warunkach drobniutkie kropelki łączą się ze sobą w większe krople i opadają jako deszcz, śnieg lub grad. Ziemia wchłania opady atmosferyczne i gromadzi je w postaci wód gruntowych. W niektórych miejscach wody gruntowe wydostają się na powierzchnię i tak powstają źródła. Z nich biorą początek strumyki, te z kolei łączą się ze sobą w większe strumienie i rzeki, które wpadają do morza lub oceanu. W ten sposób zamyka się obieg wody w przyrodzie. Jednak, żeby było wam to lepiej sobie wyobrazić, zamieszczę rysunek.

Dzięki temu, że woda występuje w trzech stanach skupienie podlega ona ciągłemu krążeniu. Parowanie wody odbywa się głównie z oceanów, ale także z gleby i z roślinności porastającej lądy. Para wodna dostaje się do atmosfery, ochładza się i wraz z deszczem wraca z powrotem na ziemię. Jednak czym tak naprawdę jest ta para wodna? Otóż jest to gazowy stan skupienia wody. W technice używana jako nośnik energii cieplnej, służy do ogrzewania i napędu maszyn parowych na statkach oraz parowozach. Jednak nie o tym teraz mowa. Tak więc para woda w atmosferze ulega kondensacji i opada w postaci deszczu, śniegu, gradu itp. Jednak temu procesowi towarzyszy inny proces, a mianowicie pobieranie ciepła z powietrza, które ulega tym samym ochłodzeniu. Zapas tego ciepła zostaje zatrzymany w parze pod postacią utajonego ciepła parowania. W czasie gdy para wodna ulega kondensacji, skroplona woda oddaje cały zapas ciepła pobranego wcześniej na parowanie. Ciepło to ogrzewa powietrze, gdyż pobierane jest przez parującą wodę, a oddawane w procesie kondensacji. Obliczono, że roczny dopływ pary wodnej do atmosfery można porównać do warstwy wody o grubości 100 cm.

Jednak dzięki czemu para wodna się unosi, co ją przenosi do atmosfery? Otóż w górę przenoszą ją prądy konwekcyjne, a w poziomie wiatry. Dzięki mocnemu i długotrwałemu prądowi wstępującemu powstają chmury, wskutek czego woda wyparowana wraca na ziemię. Na koncepcji równowagi między ilością wody parującej a opadowej stwierdzono pojęcie bilansu wodnego, czyli zestawienie obiegu wody w przyrodzie z rozróżnieniem na przychody i odpływy. Mierzy się go, biorąc pod uwagę ilość opadów na danym terenie, odpływ powierzchniowy i podziemny oraz parowanie. Do jego obliczania wykorzystuje się – równanie bilansu wodnego Pencka:

P(opady)=H(odpływ)+E(parowanie)+?R(zmiana retencji)

Średnia roczna wartość parowania musi być równa średniej rocznej opadów wynoszącej około 1000 mm.

Ale jak powstaje deszcz i co to są te chmury?

Otóż chmury to zawiesiny mikroskopijnych cząstek cieczy lub ciał stałych w atmosferze. Jednak przed powstanie chmury muszą zaistnieć dobre warunki do zapoczątkowania tego procesu, jakimi są wilgotność powietrza i jego ochłodzenie się. Istnieją dwa rodzaje wilgotności. Bezwzględna, która określa zawartość pary wodnej w powietrzu w g/m3 i względna, decydująca o tworzeniu się chmur, a następnie opadów atmosferycznych wyrażana w %. Jednak powietrze nie może bez końca wchłaniać pary wodnej, ponieważ powoduje to skraplanie pary. A im temperatura jest niższa tym mniejsza ilość pary wodnej nasyca powietrze i tym szybciej dojdzie do kondensacji pary wodnej. Temperatura w jakiej następuję przesycenie powietrza parą wodna nazywa się punktem rosy. Jednak wzniesie die wilgotnego powietrza i ochłodzenie go poniżej punktu rosy to dopiero początek powstawania chmury. Kolejnym bardzo ważnym elementem są tzw. jądra kondensacji, bez których para wodna nie może się skroplić. Cząsteczki wody muszą się do czegoś „przyczepić”, żeby połączyć się w większe krople. Postać w jakiej te krople spadają na ziemię zależy głównie od temperatury. A ogólny podział opadów atmosferycznych wygląda tak:

• opady spadające na ziemię : śnieg, deszcz, grad

• opady unoszące się w powietrzu: mgła

• opady osiadające: rosa, szron, szadź.

Jednak jak je odróżnić? Otóż, przedstawię wam ich krótką charakterystykę.

• Śnieg - rodzaj opadu atmosferycznego złożonego z kryształków lodowych (śnieżynek) o różnorodnych kształtach związanych z warunkami powstania.

• Deszcz - zjawisko atmosferyczne - opad kropli wody powstałych w chmurach. Krople, po osiągnięciu średnicy przekraczającej 0,5 mm, stają się za ciężkie, by unosić się w powietrzu i wypadają z chmur tworząc deszcz.

• Grad - opad atmosferyczny w postaci bryłek lodu (nazywanych gradzinami lub gradowinami) o średnicy od 5 mm do 50 mm

• Mgła - zawiesina bardzo małych kropel wody (o średnicy poniżej 0,05 mm) lub lodu w powietrzu.

• Rosa - zjawisko meteorologiczne będące produktem kondensacji pary wodnej. Zbiór drobnych kropelek wody, tworzących się na powierzchni Ziemi wieczorem i w nocy.

• Szron - osad lodu o wyglądzie krystalicznym, przybierający kształt łusek, igiełek itp., powstający podobnie jak rosa, ale w temperaturze poniżej 0°C.

• Szadź - osad lodu powstający przy zamarzaniu małych przechłodzonych kropelek wody (mgły lub chmury) w momencie zetknięcia kropelki z powierzchnią przedmiotu.

Po opadnięciu na powierzchnię ziemi woda zostaje zatrzymana na jej powierzchni. Mówimy wtedy o zjawisku retencji- czyli zdolności gromadzenia zasobów wodnych i przetrzymywania ich przez dłuższy czas. Wyróżniamy kilka postaci retencji. Jeśli opad atmosferyczny był w stałej postaci (śnieg, szron), pozostaje on na ziemi aż do stajania lodu i przekształcenia go w ciekłą wodę. Woda gromadzi się na ziemi tworząc jeziora lub rozlewiska w dolinach rzecznych. Zaś retencja podziemna polega na zatrzymaniu wody, która wsiąknęła w ziemię i wypełniła pory w skałach. Stopień retencyjności zależy od rzeźby terenu, która może zarówno ułatwiać jak i utrudniać spływanie wody. Czynnikami ułatwiającymi są porowatość podłoża i jego przepuszczalność, równinność terenu. Utrudniają natomiast:nieprzepuszczalność podłoża w którym brak wolnych przestworów, stromość stoków, bardzo bujna roślinność, nadmiar opadów, wysokie temperatury przyspieszające tempo parowania oraz zbyt niskie temperatury powodujące zamarzanie wody.

Podsumowując,
Krążenie wody obejmuje zarówno atmosferę, litosferę, biosferę jak również i hydrosferę. Głównym motorem napędzającym ten proces jest energia promieniowania słonecznego i siła ciężkości. Poprzez ciepło następuje parowanie, a dzięki sile ciężkości między innymi opadanie kropli deszczu, przepływ rzek, ruch wód glebowych czy podziemnych. Ponadto należy nie zapominać, że ciągły obieg wody pomiędzy kontynentami i oceanami, daje możliwość przekazywania istotnych składników chemicznych, co umożliwia zachowanie równowagi w przyrodzie.

Ale czy wiesz, że: ← czyli coś dla dociekliwych

• Życie na Ziemi mogło się pojawić dzięki wodzie. Nasza planeta jest jedyną., na której woda występuje w stanie ciekłym.

• Człowiek zanieczyszczając wody pozbawia się pewnych jej ilości co powoduje zmniejszenie naturalnych zasobów wodnych ziemi.

• Woda krąży w obiegu zamkniętym, a niezbędnej energii do jej krążenia dostarcza Słońce.

• Para wodna przez jakiś czas utrzymuje się w atmosferze. W ochłodzonym i wilgotnym powietrzu para wodna kondensuje się, tworząc mikroskopijne kropelki wody, które tworzą chmury.

• Chmury przemieszczają się z wiatrem, a krople wody spadają pod postacią deszczu lub śniegu.

• Część wody opadowej nie trafia do oceanów, lecz ścieka do rzek, jezior i stawów. Pozostała część wsiąka w glebę, a następnie albo z niej paruje, albo jest wchłaniana przez korzenie roślin, po czym jest częściowo wydalana przez liście w procesie transpiracji.

• Woda przesiąkająca w głębokie warstwy gleby, tworzy zbiorniki podziemne. Woda wypływa na powierzchnię w źródłach lub wywierzyskach.

• Deszcze niosące zanieczyszczenia są nazywane kwaśnymi deszczami, które niszczą roślinność i budowle, zwłaszcza te z marmurów i wapienia.

• Ziemskie zasoby wody składają się w 97,5 % z wody słonej, a oceany pokrywają ponad 70% powierzchni globu, czyli 362 miliony km2..

• Wody słodkie są zagrożone zanieczyszczeniami pochodzącymi z gospodarstw domowych, przemysłu oraz rolnictwa stosującego sztuczne nawozy i pestycydy.

Nurtujące mnie pytanie: Dlaczego statki pływają?

Ponieważ ich kadłuby zawierają powietrzem ale pływają z różnym zanurzeniem, bo różni się gęstość wody. Okręty mają mniejsze zanurzenie w słonej wodzie niż w wodzie słodkiej, ponieważ słona woda jest gęstsza, i mają mniejsze zanurzenie w zimnych morzach niż w ciepłych. Statki mają zaznaczoną taka zwaną linię Plimsolla, która pozwala na właściwe dostosowanie ciężaru ładunku do wód tropikalnych, słodkich, lata i zimy.

Doświadczenie, które możecie wykonać nawet bez pomocy mamy.

Równowaga wyporu.
Jeśli wrzucisz do wody, klocek drewna o objętości 100 cm3 najpierw zanurzy się, lecz potem wypłynie, wypierając objętość wody równą swemu ciężarowi. Jeśli klocek waży przykładowo 70 g wypływa, póki nie wyprze dokładnie 70 g wody. 70 g wody to 70 cm3 dlatego drewno podskakuje dopóki nie zostanie zanurzonych 70 cm3 . Blok styropianu tych samych rozmiarów może ważyć 30 g. Tak więc blok styropianu płynie wyżej, bo podtrzymuje go 30 cm3 wody.

Autor opracowania:

Marcin Szelenbaum