Voda

Voda,chemickým vzorcemH2O,systematický názevoxidan, jechemická sloučeninavodíkuakyslíku. Spolu sevzduchem, resp.zemskou atmosférou, tvoří základní podmínky pro existenciživotanaZemi. Za normálníteplotyatlakuje to bezbarvá, čirákapalinabez zápachu, v silnější vrstvě namodralá. Vpříroděse vyskytuje ve třechskupenstvích: vpevném–ledasníh, vkapalném– voda a vplynném–vodní pára.
Systematicky se voda nazývá „oxidan“ (odnázvoslovíIUPAC 93), vycházející z toho, že se jedná oanorganickýjednojadernýhydrid(proto končí napříponu„-an“).IUPACuvádí ve svých názvoslovných doporučeních i anglický systematický název „dihydrogen oxide“, obdobný český název „oxid vodný“ se v odborné literatuře nepoužívá. I v odborném jazyce se však používalo a používá triviální označení „voda“.
Mimořádné chemické a fyzikální vlastnosti vody jsou důsledkem geometrie jejímolekuly.Atomyv ní vázané nejsou uspořádány lineárně (v jednépřímce), alechemické vazbymeziatomysvírajíúhelpřibližně 105°.Polaritěvazeb (různéafinitěatomůvodíkuakyslíku) a zmíněné nelinearitě molekuly vděčí molekula vody za svoji polaritu. Vlastnosti molekul způsobují dobrou rozpustnost polárních a iontových látek ve vodě, jsou důvodem vysokéelektrické permitivityvody a díky jejich schopnosti zapojovat se dovodíkových vazeb(zvané téžvodíkové můstky) jsou důvodem i významné hustotníanomálie vody.
Přirozená voda na Zemi obsahuje nejen izotop lehkého vodíku11Ha kyslíku168O, ale také těžší stabilní izotopy těchto prvků a v nepatrné míře i nestabilní (radioaktivní) tritium.Standard oceánské vody (VSMOW), používaný jakoetalonpro kalibraci přístrojů pro měření izotopového složení vody a jiných materiálů,obsahuje na 1 mol vodíkuH 0,15576 mmol deuteriaH a na 1 mol kyslíkuO 0,3799 mmol kyslíkuO a 2,0052 mmol kyslíkuO.Přirozená voda mimo oceány může mít zastoupení těžkých izotopů nižší, ale ne tak, aby to způsobilo významnou rozdílnost fyzikálních vlastností.
Uměle lze vytvořit izotopicky jednotné formy vody, z nichž některé mají své zvláštní jméno. Podle počtuneutronůvatomuvodíku rozlišujemeizotopology
Vodu lze také obohatit o těžší izotopy kyslíku178Oa188O.
Jednotlivé izotopicky jednotné formy se vzájemně znatelně liší svými fyzikálními a dokonce i některými chemickými vlastnostmi (protože odlišná hmotnost jádra má částečný vliv i na vazebnou energii elektronů v atomovém obalu). Těžká voda má např. vyšší hustotu, body tání a varu a pH než voda lehká. Hustota vody s kyslíkemO je podobná hustotě těžké vody, voda s kyslíkemO je hustotou podobná vodě polotěžké.
Následující fyzikální vlastnosti se proto týkají pouze přirozeného izotopické složení (pokud není uvedeno jinak) a nelze je vztahovat na izotopicky čisté formy vody, zejména ne na ty s těžkými izotopy vodíku či kyslíku.
Největšíhustotunemá led, ale tekutá voda při 3,95 °C, dalším snižováním teploty seobjemjednotkovéhmotnostivody zase zvětšuje. Je to způsobeno polymerizací vodních molekul vodíkovými vazbami a úhlem mezi atomy vodíku – díky tomu může mít molekula vledupouze 4 nejbližší sousedy a v krystalové struktuře vznikají prázdné prostory. Tato zvláštnost má např. tyto důsledky:
Měrná tepelná kapacita(specifické teplo) je u vody zhruba třikrát až desetkrát (desetkrát u železa) větší než u většiny ostatních látek, jako jsou horniny,železo,hliník, atd. Proto má voda svou tepelnou setrvačností velkýklimatickývliv a s výhodou se používá k transportu tepla (např.ústřední topení).
Skupenské přeměny charakterizuje fázový diagram vody, který je ve zjednodušené podobě uveden na obrázku. Ve skutečnosti existuje pevné skupenství vody, tedyled, v mnoha různých fázích, lišících se krystalovou strukturou a fyzikálními vlastnostmi.
O fázovém přechodu mezi kapalným a pevným skupenstvím podrobněji pojednává odstavechustota. Pro zmrznutí vody je podmínkou, aby v kapalině existovala krystalizační centra. Proto je možné, aby čistá a ustálená voda byla podchlazena i pod teplotu tuhnutí nebo aby horká voda zmrzla rychleji než ustálená voda studená (Mpembův jev). K náhlému zmrznutí podchlazené vody stačí i mechanický podnět (zatřesení, vhození tělíska).
Specifickáskupenská tepla(tání a varu) – V tomto parametru je voda naprosto neobvyklá. Vysoké výparné teplo umožňuje efektivní ochlazování teplokrevných obratlovců, jako je člověk – bez pocení by nepřežili.
Bod varu– Obecný trend v periodické tabulce prvků je takový, že s rostoucí hmotností se zvyšuje teplota varu. Nicméně vodíkové můstky mají větší vliv na teplotu varu než hmotnost dané látky a že voda a všechny sloučeniny s vodíkem v druhé periodě – B2H6, CH4, NH3a HF – jsou výjimkou v tomto trendu.
Voda je výjimečná vysokoupermitivitou(relativní permitivita je přibližně 80).
Chemicky čistá voda je velmi slabě elektricky vodivá, ale i malé množství rozpustných příměsí výrazně zvyšuje jejívodivost, až řádově. Protože se běžně setkáváme spíše s vodou ne úplnědestilovanou, lze tvrzení obrátit: s poklesem koncentrace iontů příměsí vodivost vody klesá, s jejich úplným odstraněním dokonce prudce. Čistá voda je ovšem extrémní situace: i proto ji přes její velkou schopnostpolarizacedokondenzátorůnepoužíváme.
Voda je často dávána za příklad nestlačitelné kapaliny. Její skutečnástlačitelnostsice není úplně nulová, nicméně tato hodnota je natolik malá, že se běžně zanedbává.
Voda vzniká prudkým až explozivním slučovánímvodíkuskyslíkem(hořením bezbarvým plamenem) podlerovnice:
za vývinu velkého množstvítepla(exotermní reakce). Kromě toho vzniká jako vedlejší produkt vedlesolípřineutralizacikyselinzásadami, např.
Voda je obsažena ve spalnýchplynechpři hoření většinyorganických látek, např.methanu
nebooktanu(hlavní složkybenzínu)
Vodné roztokymohou vykazovat kyselou, neutrální nebo zásaditou reakci.Kyselost(acidita) azásaditost(bazicita) se vyjadřuje vestupnici hodnot pH. Rozsah stupnice je od 0 do 14pH, přičemž hodnotě pH 7 odpovídároztok neutrální. Hodnoty nižší označují roztok kyselý, hodnoty vyšší zásaditý čili alkalický. Vody kyselé jsou obvykle bez života, protože se v nich nevytváříplanktonanibaktérie.
Veličina nejčastěji udávající koncentracikationtůvápníkuahořčíkuve vodě. Definice tvrdosti vody je však nejednotná, někdy se tak označuje koncentrace dvojmocných kationtů vápníku, hořčíku,stronciaabaryanebo všech kationtů s nábojem větším než jedna. Vzhledem k této nejednotnosti se moderníhydrochemietermínu tvrdost vody snaží vyhýbat. V praxi mnoha oborů, například akvaristiky, se však pojem tvrdost vody stále často užívá.
Rozšířením vody naZemia jejím pohybem se zabýváhydrologie, pohyb vody vzemské atmosféřezkoumá téžmeteorologie. Výskyt vody na naší planetě je mnohem vyšší než na ostatních planetách sluneční soustavy. Při pohledu z vesmíru vypadáZemějako modrobílá planeta: bílá odvodní párya modrá od vody. A zákonitě všechny formy života (tak, jak ho známe) závisejí na vodě. Část zemského povrchu s obsahem vody v kapalném skupenství nazývámehydrosféra.
Většinu povrchu Země (71 %) pokrývá slaná voda moří a oceánů, jež tvoří 97 % celého vodstva na naší planetě. Obsahuje průměrně 35 g solí v jednom litru. Z toho 77,8 %chloridu sodného(NaCl), 10,9 %chloridu hořečnatého(MgCl2) a další soli jakosíran hořečnatý,síran vápenatý,síran draselnýa jiné.
Sladká voda tvoří jen nepatrnou částhydrosféry– 3 %, přičemž 69 % této vody je vledovcích, které jsou v polárních oblastech. Dalších 30 % jevoda podzemnía jen necelé procento tvoří voda povrchová a atmosférická.
Koloběh vodynakontinentechzačínásrážkami. Jakmile dopadnou zmrakůna povrch, mohou putovat třemi cestami:
Množství kyslíku rozpuštěného ve vodě nepřesahuje maximální koncentraci 14 mg kyslíku na litr vody při teplotě 4 °C, s rostoucí teplotou pak množství kyslíku klesá, a tak voda o teplotě například 20 °C obsahuje pouze 9 mg kyslíku na litr.
Voda je druhá nejčastější látka ve vesmíru.
Vevesmíruse velké množství vody nachází vmolekulárních mračnechvmezihvězdném prostoru. Taképrotoplanetární mlhovina, ze které vznikloSluncea celásluneční soustava, obsahovala velké množství vody, z níž část se zachovala vOortově oblaku, kde se z ní zřejmě ještě dnes tvoří novékomety. Jádra komet obsahují desítky procent vody. Podle jedné z teorií právě komety zanesly na Zemi většinu vody, která zde v současnosti je.
Také některéměsíceplanet, tělesaKuiperova pásuatransneptunická tělesajsou převážně tvořena vodou v pevném skupenství. Velký podpovrchový oceán vody se předpokládá naJupiterověměsíciEuropa.
Včervenci2007bylo oznámeno,že se voda v plynném skupenství nachází i naextrasolární planetě— konkrétně na planetě HD 189733b, nacházející se 63světelných letod Země v souhvězdíLištičky.
„Nepatří meziživiny, ale je pro lidský organizmus nezbytná. Tvoří prostředí pro životní děje, jerozpouštědlemvětšiny živin, pomáhá regulovat tělesnou teplotu a umožňuje trávicí procesy. Díky pravidelné výměně vody můžeme z těla vyplavovat škodlivé látky“.Především u minerálních vod však dochází k usazování minerálů v těle.Dospělý člověk by měl denně přijmout 2–3 litry vhodných tekutin (tj. včetně vody obsažené v jídle), při velké fyzické zátěži i více.Nesmí se však přijímat velké množství vody nárazově, aby zatížené ledviny zvládly vyloučit takové množství.Člověk vydrží nejdéle bez vody 7–10 dní. Při dlouhodobém nedostatku vody může dojít k tvorbě ledvinových kamenů a krátkodobý nedostatek se projeví žízní, nevolností, slabostí a křečemi.Dále je důležité dbát na pitný režim u dětí a seniorů, kteří jsou náchylnější kdehydrataci, onemocněníledvina močových cest. Výjimkou jsou děti do věku šesti měsíců, u kterých podávání vody není doporučováno. Jejich hydrataci zcela zajistí mateřské či umělé mléko. Nedoporučuje se pít při jídle ani po něm, aby se nesnižovala účinnost trávení.Vodu ztrácíme denně v podoběmoči(1,5–2 l),pocením,plícemi(přidýcháníse za 24 hodin vyloučí asi 400 ml vody) astolicí.
Voda má prorostlinyvíce významů než jako rozpouštědlo živin. Pro mnoho druhů je prostředím, kde žijí. U některýchrostlin je voda nebo zvýšení jejího obsahu (například v semenech) důležitou součástí některých procesů.
Voda pomáhá dopravovat látky v rostlinách (transpirační proudaasimilační proud) a je součástí mnoha dalších procesů založených na fyzikálních a chemických principech. Voda je například zdroj Hpřifotosyntéze. Funguje jakotermoregulace. Udržuje buněčné napětí (turgor). Voda může někdy nahraditsubstrát(napříkladhydroponie)
Vodní hospodářství obecně zajišťuje dodávkypitné vody(vodní zdroj,vodárna,vodojem,vodovod,vodovodní přípojka) pro domácnosti i průmysl a nakládá sodpadními vodami. Provádí odběr, transport (stoková síťnebolikanalizace) ačištění odpadních vodvčistírnách odpadních vod. Předcházíznečištění vody.
Pitná vodase získává úpravou surové vody. Surová voda se získává z podzemních nebo povrchových zdrojů. Z některých zdrojů – zejména podpovrchových – je možné získat pitnou vodu bez úpravy.
Surová vodase odvádí doúpravny vod. Tam se upravuje (mechanické předčištění, chemické čeření, filtrace přes pískové filtry, odstraněníiontůželezaamanganu, někdy i částečné odstraněnídusičnanůadusitanů,dezinfekce). Pak směřuje dovodojemůa z nich sevodovodydopravuje ke spotřebitelům.
K pitné vodě v současnosti (2006) nemá přístup více než 1 miliarda lidí. Proto je zajištění přístupu k pitné vodě jedním z cílů usneseníOSNRozvojové cíle tisíciletí. Usiluje o to také česká humanitární organizaceČlověk v tísni.
Výroba a prodej balených vod má v Česku dlouhou tradici, kterou můžeme vystopovat až do16. století. Původně šlo výhradně o vody léčivé (ať už se skutečným nebo domnělým účinkem), stáčené do kameninových džbánků. K nim se později (18. – 19. století) přidaly i vody, které byly pro svou zvláštní chuť považovány za osvěžující nápoj. Jednalo se buď o minerální vody nebo o vody s vysokým obsahemoxidu uhličitého(CO2), ať původu přirozeného (kyselky) nebo uměle připravované, stáčené převážně do skla. Tento stav se v Evropě v podstatě udržel do 60.–70. let minulého století, kdy jednak skleněné obaly začaly být postupně vytlačovány plastovými a jednak došlo ještě k jiné, mnohem revolučnější změně: balené vody začaly být používány též jako zdroj „obyčejné“ pitné vody, nejen jako řešení občasných havarijních situací, ale především jako náhrada za pitnou vodu distribuovanou veřejnýmivodovody. Což znamená, že se vedle vybraných druhů minerálních vod začaly stáčet i vody z kvalitních podzemních zdrojů pitné vody, které nevykazovaly ani zvláštní chuť, ani zvláštní farmakologický účinek.
Voda má hodnotu nejen ekonomickou, ale i ekologickou. Pětina lidstva nemá přístup k nezávadné vodě. 2,6 miliardy lidí postrádá hygienické zázemí. Ve20. stoletízmizelo 50% světových mokřadů. 3 miliony lidí ročně umírají na choroby způsobené kontaminovanou vodou a špatnou hygienou (např. průjmová onemocnění a malárie), 90% z nich jsou děti do pěti let. O to nepříjemnější je skutečnost, že se zásoby sladké vody na Zemi snižují. Podle odhadu Organizace pro výživu a zemědělství (FAO) klesly zásoby vody v Evropě o třetinu, v Asii o tři čtvrtiny a v Africe o dvě třetiny. Rozdíly mezi zásobami vody a její spotřebou se neustále prohlubují a lze přitom předpokládat, že spotřeba vody bude v následujících letech stále stoupat.
Značná část znečištění životního prostředí pochází ze zemědělství (pesticidy, hnojiva i zvířecí exkrementy) a zasahuje i vodní zdroje. Pitná voda se stává strategickou surovinou a do intenzivně využívaných zemědělských oblastí se musí přivádět z velkých vzdáleností.
Chemickéznečištěnívody nelze převařením odstranit. Bakteriologické znečištění odstraníme povařením aspoň 5 minut (viryjsou usmrceny až po 30 minutách). Požadavky najakost vodyprokoupáníve volné přírodě upravuje vyhláškaMinisterstva zdravotnictvíč. 238/2011 Sb.
Celková spotřeba vody (tj. osobní i průmyslová a zemědělská) na osobu je v Indii a Číně zhruba milión litrů na osobu na rok, ale v USA je to přibližně 2,8 miliónu litrů za rok,což je zhruba decilitr za sekundu. Celková spotřeba vody v ČR je 57 000 litrů vody na osobu za rok. Roční spotřeba vody pouze v českých domácnostech (tedy bez průmyslu a zemědělství) činí 32,5 tisíc litrů na osobu, to jest přes 89 litrů denně.Cena vody se v Česku liší podle okresu – pohybuje se mezi 45–160 Kč.V domácnostech se nejvíce vody spotřebuje na hygienu (45 %), dále na splachování WC (23 %), praní a úklid (18 %), zalévání rostlin (2 %) a ostatní (2 %).
Například k produkci 1 kg rýže je třeba 1000 až 3000 litrů vody, na 1 kg hovězího se spotřebuje 13 až 15 tisíc litrůa na 1 kg čokolády až 17 tisíc litrů.Výroba elektřiny ze zemního plynu spotřebuje 38 litrů na MWh, ale z uhlí 530 až 2000 litrů/MWh a z biopaliv dokonce stotisíce litrů.
Iónský filosofThalés z Milétuv6. století př. n. l.pokládal vodu za základníelementsvékosmologie. Jeho následovníci až poAristotelapřidali další základní elementy, jako jeoheň,zeměavzduch, což potom dominovaloislámskémuakřesťanskémumyšlení. Čtyřprvkový princip přetrval až poIsaaca Newtona(De Natura Acidorum– myšlenka, že všechny látky lze převést na vodu). Až v19. stoletípřejal roli vodyvodík. Přesnéstechiometrickévýpočty atomových hmotností jiných prvků však později ukázaly, že nemohou být jednoduchými násobky atomové hmotnosti vodíku.