Vesi

Merevee ja jää tihedus

Vee tihedus sõltub nii temperatuurist kui ka lahustunud ainete kontsentratsioonist. Soola olemasolu (3,5%) alandab külmumistemperatuuri ~2 °C võrra ja samas alandab temperatuuri, mille juures vee tihedus saavutab maksimumi, külmumispunktini. See tagab selle, et meres konvektsiooni toimumisel külma vee laskuv vool ei ole peatatud vee paisumisega ja külm vesi külmumistemperatuuri juures jätkab põhja vajumist. Sellel põhjusel iga elusolend, kes tahab ellu jääda näiteks Arktika ookeani põhjas, peab suutma taluda vee temperatuuri, mis on 4 °C madalam jõgede ja mageveeliste järvede põhjas oleva vee temperatuurist. Talvel, kui magevee temperatuur saavutab 4 °C, annavad õhuga kontaktis olevad ülemised kihid ära soojust ja nende temperatuur langeb. Niimoodi moodustuvad ülemises osas kihid temperatuuridega 3 °C, 2 °C, 1 °C ja 0 °C, samas kui 4 °C vesi paikneb põhjas. Kuna jää on hea isolaator, ei võta ta soojust alumistelt kihtidelt, mis hoiab neid jäätumisest.
Soolase vee pind hakkab külmuma temperatuuril −1,9 °C (vesi soolsusega 3,5%), moodustuv jää on aga peaaegu soolavaba ning tihedus on võrreldav mageveekogu jää tihedusega. Selle nähtuse põhjuseks on see, et kristalliseerumisel aine moodustab eelistatult sidemeid enda molekulidega. Mõned ioonid aga jäävad jää kristallvõresse. Kõik soola ioonid, mis ei sattunud moodustuva jää kristallvõresse tõstavad all oleva vee soolsust (samuti tihedust). Tihedam vesi asendub konvektsiooni teel veega alumistest kihtidest, mis lahustab endas soolasid moodustuvast jääst. Kogu see protsess koos temperatuurifaktoriga tekitab hoovusi. Tsirkulatsiooni, mis tekib tänu ebavõrdsele temperatuuri ja soolsuse jaotusele Maailmaookeanis, nimetatakse termohaliinseks tsirkulatsiooniks.
Üks potentsiaalsetest kliima soojenemise tagajärgedest on selliste hoovuste kadumine, mis võib esile kutsuda ennustamatuid muutusi maailma kliimas.

Kokkusurutavus

Vee kokkusurutavus on temperatuuri ja rõhu funktsioon. 0 °C juures ja 0 rõhu piiril on kokkusurutavus 5,1×10⁻¹⁰ Pa⁻¹. Nullrõhu piiril saavutab kokkusurutavus miinimumi temperatuuril 45 °C, enne kui hakkab temperatuuri kasvamisel jälle suurenema. Mida kõrgem on rõhk, seda väiksem on kokkusurutavus, olles 3,9×10⁻¹⁰ Pa⁻¹, kui t (°C) = 0 ja P (MPa) = 100. Vee väike kokkusurutavus tähendab seda, et ookeanis 4 km sügavusel 40 MPa rõhu juures toimub kahanemine mahus ainult 1,8%.

Elektrijuhtivus

Elektrijuhtivus (25 °C): 0,055 µS/cm
Puhas vesi, mis ei sisalda ioone, on hea elektri isolaator, aga isegi deioniseeritud vesi ei ole täielikult ioonidest vaba. Vedelas vees toimub autoionisatsioon, mida kirjeldab järgmine võrrand: . Kaks vee molekuli moodustavad ühe hüdroksüüliooni (OH−) ja ühe hüdrooniumiooni ( H₃O+). Selle pöörduva reaktsiooni kiiruskonstanti nimetatakse vee dissotsiatsioonikonstandiks ja tähistatakse Kw. Kw väärtus on 10⁻¹⁴ 25 °C juures. Puhtas vees tekitab autoionisatsioon ioone, mis põhjustavad nõrka voolujuhtivust 0,055 µS/cm (25 °C). Seda on võimalik tuvastada tundliku aparatuuriga. On teada, et vee elektritakistuse teoreetiline maksimum on 182 kΩ·m 25 °C juures. Kui soola kontsentratsioon ületab piiri 100 "ppt" (üks osa lahustunud ainet triljon osa lahusti kohta), siis see hakkab märkimisväärselt alandama vee elektritakistust (kuni paari kΩ·m-ni). See juhtub tänu selle, et sool dissotseerub vees ioonideks, mis mängivad laengute kandjate rolli. Jääs on laengu kandjateks prootonid.

Elektrolüüs

Voolu kulgemine läbi vee põhjustab selle lagunemise järgnevateks koostisosadeks: molekulaarseks vesinikuks (H₂) ja hapnikuks (O₂). Seda nähtust nimetatakse elektrolüüsiks. Katoodil (miinus-elektrood) toimub kahe prootoni redutseerumine ja H2 eraldumine gaasilisel kujul.
H⁺ + e = 0,5H₂ E=0 V
Anoodil aga hüdroksüülrühma oksüdeerumine ja hapniku eraldumine:
2OH⁻ – 2e = H₂O + 0,5H₂O E=+0,401
Leeliselistes lahustes toimub sõltuvad pH-st anoodil mõõdukatel voolutihedustel hüdroksüülrühma depolariseerumine, nagu on kirjeldatud eelnevalt, happelise või leeliselise keskkonna korral toimub suurtel voolutihedustel elektronide ärastamine hoopis veelt.
H₂O – 2 e = 2H⁺ + 0,5O₂
Voolu ülekandes osalevad kõik lahuses olevad ioonid. Kuna puhta vee juhtivus on tööstusliku elektrolüüsi läbiviimiseks liiga väike, lisatakse sellele leeliseid, happeid või soolasid, et suurendada ioonide hulka ja seega voolujuhtivust.

Kohesioon ja adhesioon

Vee molekulid on üksteisega seotud vesiniksidemetega, seda nimetatakse kohesiooniks. Vesiniksidemed pidevalt katkevad ja moodustuvad taas suure kiirusega, kuid igal ajahetkel on enamik molekule seotud nende sidemetega.
Kohesiooninähtusel tugineb Dixoni kohesiooniteooria, mis väidab, et ksüleemis oleva vedeliku liikumist juurtest lehtedesse põhjustab veepotentsiaali gradient süsteemis muld-taim-õhk ja kohesioonijõud veemolekulide vahel, mis tagavad veesamba katkematust. Uurimistööd, millel teooria baseerub: Dixon, Joly (1894), Askenasy (1895) ja Dixon (1914,1924).
Veemolekulide ja teiste ainete molekulide tõmbumist nimetatakse adhesiooniks. Väga sirgel ja puhtal klaaspinnal vesi võib moodustada õhukese kile, kuna adhesioonijõud veemolekulide ja klaasi vahel on suuremad, kui kohesioonijõud vees. Rakkudes ja organellides on vesi kontaktis membraani ja valkude pinnaga, mis on hüdrofiilsed. Sellised pinnad on tugevalt hüdraaditud, mis tähendab seda, et nende ümber on kiht veemolekule, mis on eripäraselt orienteeritud vastavalt pinna laengule ja teistele füüsikalistele omadustele. Mida suurem on laengutihedus, seda paksem on veekiht. Et seda kihti eemaldada, on vaja teha tööd hüdratatsioonijõudude vastu. Need jõud on väga tugevad, aga kahanevad kiiresti juba nanomeetrisel või isegi lähimal kaugusel.

Kapillaarsus

Tänu adhesiooni ja kohesiooni koosmõjule liigub vesi üles peentes torudes vastu gravitatsioonijõudu. Vesi adheerub kapillaari seinaga veesamba külgedel, tulemusena tekib U-kujuline menisk, pindpinevus aga püüab vee pinda tasandada, tõmmates vett kapillaaris üles. Tänu kohesioonile veesammas ei katke. Langetavaks jõuks on raskusjõud, mis ühel hetkel kompenseerib tõstvat jõudu ja vee liikumine lakkab. Kapillaarsed nähtused on väga tähtsad bioloogias: kapillaarjõud aitab kaasa ksüleemimahla liikumisele taimede juhtsoontes.

Kiirguse neeldumine vees

Vedelas vees neelduvad elektromagnetilised kiirgused, mis jäävad nähtavast valgusest suurema ja väiksema lainepikkuse alasse. Teisisõnu, nähtav valgus läbib vett kõige paremini.

Vesi ja elu Maal

Vee esinemine vedelal, tahkel ja gaasilisel kujul on hädavajalik eluks Maal. Maa asub Päikesesüsteemi elamiskõlblikus osas. Kui ta oleks Päikesele natuke lähemal või natuke kaugemal (umbes 5% võrra, 8 miljonit kilomeetrit), oleks vähem tõenäoline, et kõik need kolm vormi eksisteeriks Maal üheaegselt.
Maa gravitatsioon võimaldab säilitada atmosfääri. Veeaur ja süsinikdioksiid õhus tekitavad temperatuuripuhvri, mis aitab hoida pinnatemperatuuri püsivana. Kui Maa oleks väiksem, siis õhem atmosfäärikiht põhjustaks suuri temperatuurikõikumisi ja vee kogunemine oleks takistatud, v.a poolustel (nagu see on Marsil).

Vesi looduses

Vett, mis on jaotatud meie planeedil nimetatakse hüdrosfääriks. Vee umbkaudne maht Maal on 1 338 000 000 km³. Vesi on atmosfääris väikeste tilgakeste ja jääkristallide kujul pilvedes, udus ja sudus, vedelas olekus meredes, ookeanides, jõgedes, järvedes, tiikides, kanalites ja veehoidlates, tahkel kujul liustikes ja lumes. Vee jaotus maal on järgmine: suurim osa (97%) on ookeanide soolvesi, magevesi moodustab ainult 3% hüdrosfäärist; 99% mageveest paikneb jäämütsides, liustikes ja põhjavetes ning ainult 0,3% pinnaveekogudes.

Roll rakkudes ja elusorganismides

Vee unikaalsed omadused võimaldavad sel talitleda organismides lahustina, termoregulaatorina, rakkude struktuuri säilitajana, ainete transportija ja biokeemiliste reaktsioonide substraadina.
Kõik keemilised reaktsioonid, mis toimuvad elusas organismis, toimuvad veekeskkonnas. Vesi reageerib hüdrolüüsi reaktsioonides rasvade, valkude ja süsivesikutega, vabastades energiat. Fotosünteesis mängib vesi elektronide doonori rolli: veelt ärastatud elektronid kantakse mööda elektrontransport ahelat NADP⁺-le, redutseerides seda. Seda protsessi nimetatakse vee fotolüüsiks. Moodustunud NADPH kasutatakse pärast FS pimereaktsioonides, kus sünteesitakse süsivesikuid. 
Vesi on peaaegu kokkusurumatu (vedelas olekus) ja seega talitleb raku hüdrostaatilise skeletina. Tänu osmoosile põhjustab vesi taimerakkudes turgorrõhku, mis on vajalik nende kasvuks ja taime organite kuju ja asetuse säilitamiseks.
Vesi on floeemi- ja ksüleemivedeliku põhikomponent, lahustades endas mineraalseid ja orgaanilisi aineid, mida on vaja transportida juurtest lehtedesse (ksüleem) ja lehtedest juurtesse (floeem). Loomades toimub jääkproduktide ja teiste ainevahetuses vajalike ainete transport vere kaudu. Plasma, mis on üks vere põhikomponentidest, koosneb 92% veest.
Inimorganismis sisalduv vee mass on võrdelises sõltuvuses keha massist. See seaduspärasus kehtib aga ainult enam-vähem samaealiste inimeste puhul. Vastsündinutel on kudede veesisaldus ca 75%, 70-aastastel aga ainult ca 45–50%.
Vee suur soojusmahtuvus – 4200 J/(kg·K) – hoiab organismi temperatuuri suhteliselt muutumatuna. Vesi on võimeline transportima suure hulga soojust sealt, kus seda on palju, sinna, kus on seda vähe. Vee aurumisel toimub keskkonna jahtumine, kuna selleks, et vesi siirduks gaasilisse faasi, tuleb vesiniksidemete lõhkumiseks kulutada palju energiat (43,99 kJ/mol 25 °C juures). Seetõttu on higistamine tõhus mehhanism organismi ülesoojenemise vältimiseks.

Vee uurimine

Hüdroloogia on teadus, mis uurib Maa hüdrosfääri, seal kulgevaid protsesse, samuti interaktsioone hüdrosfääri ja seda ümbritseva keskkonna vahel. Hüdroloogia jaguneb: okeanoloogiaks ehk okeanograafiaks ja sisevete ehk mandrivete hüdroloogiaks.
Molekulaarsel ja aatomilisel tasemel uurib vett füüsika ja keemia.