Hierdie artikel bespreek water vanuit 'n wetenskaplike en tegniese oogpunt. Sien water vir 'n meer algemene bespreking van water en die belangrikheid daarvan vir die mensdom
Bo 'n sekere kritiese temperatuur en druk (647 K en 22.064 MPa), neem watermolekules 'n superkritiese toestand aan.
Water is bespeur in die intersterwolke in ons sterrestelsel, die Melkweg. Daar word geglo dat water in oorvloed in ander sterrestelsels ook bestaan omdat sy boustene, waterstof en suurstof onder die oorvloedigste elemente in die heelal tel.
By die meeste stowwe is die vastestofvorm van die stof digter as die vloeistofvorm; dus sou 'n blok van daardie stof in daardie vloeistof sink. 'n Blok ys sal egter bo op water dryf aangesien water in sy vastestofvorm minder dig as vloeistofwater is. Dit is maar een van die ongewone eienskappe van water. Teen kamertemperatuur sal water wat afgekoel word soos die meeste ander stowwe al hoe digter word. Maar by 4 °C, net so 'n bietjie bo vriespunt, bereik water egter sy maksimum digtheid en soos dit dan verder verkoel word, word dit minder dig. Die fisiese verklaring hiervoor hou verband met die kristalstruktuur van gewone ys. Water, gallium en bismut is van die min materiale wat uitsit wanneer dit vries; die meeste ander materiale krimp. As water nie die eienskap gehad het nie sou die oseane byna almal gevries.
Hierdie ongewone uitsetting van water soos dit vanaf 4 °C bo sy vriespunt verkoel word bied varswaterdiere ook 'n belangrike voordeel in die wintertyd. Water op die oppervlak wat verkoel word, word digter en begin sink wat konveksiestrome veroorsaak wat die hele watermassa laat afkoel, maar wanneer die temperatuur van 'n dam of mer 4 °C bereik sal die water op die oppervlak wat verder afkoel minder dig word en op die oppervlak bly en uiteindelik ys bo-op vorm. Aangesien die konveksie deur die laer digtheid verhoed word sal enige groot watermassa se temperatuur op sy koudste by die oppervlak wees, terwyl die bodem teen die uiterste koue beskerm word.
Wanneer die oppervlak van soutwater begin om te vries (teen -1.9 °C vir seewater van normale soutgehalte) is die ys wat gevorm word bykans soutloos met 'n digtheid naby aan die van varswaterys. Hierdie ys dryf op die oppervlak en die sout wat sodoende uitgevries is, verhoog dus die oorblywende water se soutgehalte. Die hoër soutgehalte het dan tot gevolg dat die oorblywende water na die bodem sink, met die gevolg dat die diepwater in oseane ook 'n temperatuur van &1.9deg;C behoort te hê.
Die temperatuur en druk waarteen 'n vastestof-, vloeistof- en gasvormige water saam in ewewig bestaan word die trippelpunt van water genoem. Hierdie punt word gebruik om die eenhede van temperatuur (die kelvin en indirek daardeur die graad Celsius). Die trippelpunt kom voor by 'n temperatur van 273.16K (0.01 °C) volgens ooreenkoms en teen 'n druk van 611.2 Pa. Hierdie is 'n baie lae druk, ongeveer 150 keer laer as die barometriese druk by seevlak van 101 300 Pa.
Waterdruppels is stabiel danksy die hoë oppervlakspanning van water. Dit kan gesien word wanneer klein hoeveelhede water op 'n onoplosbare oppervlak geplaas word soos glas: Die water bly in druppels saamgebind. Hierdie is 'n belangrike eienskap vir lewensvorme. Water word byvoorbeeld deur die xileem in die stamme van plante na bo vervoer word maak sterk staat op die sterk intermolekulêre kragte tussen watermolekules.
Suiwer water is eintlik 'n goeie isoleerder (swak geleier). Omdat water egter so 'n goeie oplosmiddel is, kom dit byna altyd saam met opgeloste stowwe daarin voor, dikwels in die vorm van 'n sout. Water met selfs 'n klein hoeveelheid onsuiwerhede is 'n baie beter geleier van elektriesiteit omdat die sout ontbind na vrye ione in waterige oplossings wat dien as draers vir die elektriese stroom.
'n Belangrike eienskap van water is sy polêre aard. Die watermolekule vorm 'n hoek, met waterstofatome aan die punte en suurstof by die hoekpunt. Aangesien suurstof 'n hoër elektronegatiwiteit as waterstof het, sal die kant van die molekule waar die suurstofatoom geleë is 'n effense negatiewe lading hê. 'n Molekule met so 'n ladingsverskil word 'n dipool genoem. Die ladingsverskille veroorsaak dat watermolekule s na mekaar aangetrek word (die relatief positiewe kante na die relatief negatiewe kante toe) en na ander molekules. Hierdie aantrekkingskrag word waterstofbinding genoem en verklaar baie van water se fisiese eienskappe.
Al is die aantrekkingskrag van die waterstofbindings relatief tot die kovalente verbindings binne-in die watermolekule swak is dit tog verantwoordelik vir baie van water se fisiese eienskappe. Een van die eienskappe is sy relatief hoë smelt- en kookpunte; meer warmte-energie word vereis om die waterstofbindings tussen die molekules te verbreek. 'n Verbinding met soortgelyke struktuur soos waterstofsulfied (H2S), wat 'n baie swakker waterstofbinding het, is 'n gas by kamertemperatuur al het dit dubbel die molekulêre massa van water. Die ekstra verbinding tussen watermolekules gee aan watervloeistof 'n groot soortlike warmtekapasiteit wat dit dan 'n goeie medium maak vir die stoor van warmte-energie. Waterstofbinding gee aan water ook sy ongewone gedrag wanneer dit vries. Wanneer dit tot naby sy vriespunt afgekoel word veroorsaak dit dat die molekules herrangskik om die energie te minimiseer en vorm sodoende die heksagonale kristalstruktuur van ys wat 'n laer digtheid het: en daarom dryf die vastestofvorm op water.
'n Belangwekkende gevolg van die feit dat die vastestof 'n laer digtheid het as die vloeistof is dat ys sal smelt as 'n voldoende hoë druk daarop uitgeoefen sou word. Met toenemende druk sal die smeltpunt afneem totdat die temperatuur van die omgewing bereik is, waar die ys dan sal smelt. Die druk moet egter noemenswaardig wees om die smeltpunt betekenisvol te verlaag – die druk wat deur 'n ysskaatser uitgeoefen word verminder die smeltpunt met ongeveer 0.09 °C.
Water is 'n baie goeie oplosmiddel vanweë sy polariteit. Wanneer 'n ioniese of polêre verbinding in kontak met water kom kan die relatief klein watermolekules die stof wat opgelos word heeltemal omring. Die deels negatiewe dipoolgedeelte van die water word na die positief gelaaide komponente van die stof wat opgelos word aangetrek en teenoorgestelde vir die positiewe dipoolgedeeltes.
'n Voorbeeld van ioniese oplosbare stowwe is tafelsout; die natriumchloried, NaCl, ontbind na Na+ katione en Cl- anione waarna beide spesies deur water omring word. Die ione word maklik vanaf hul oorspronklike kristalraamwerk weggevoer na die oplossing toe. 'n Voorbeeld van 'n nie-ioniese oplosbare stof is gewone suiker. Die waterdipole vorm waterstofbindings met die polêre dele van die suikermolekule (OH groepe) en laat toe dat dit in die oplossing in weggevoer word.
Water kan of as suur of basis aan reaksies deelneem. Volgens die Brønsted-Lowrystelsel, word 'n suur gedefinieer as 'n spesie wat 'n proton ('n H+ ioon) in 'n reaksie skenk en 'n basis as een wat 'n proton ontvang. Wanneer dit met 'n sterker suur reageer, tree water as 'n basis op; wanneer dit met 'n swakker suur reageer tree dit as 'n suur op. Water ontvang byvoorbeeld 'n H+ ioon in die HCl ewewig:
Teoreties behoort suiwer water 'n pH van 7 te hê. In die praktyk is dit egter uiters moeilik om suiwer water te maak. Water wat aan lug blootgestel word vir 'n gegewe tyd sal baie vinnig koolstofdioksied absorbeer en koolsuur vorm, wat 'n pH van so laag as ongeveer 5.7 kan hê. Met die vorming van wolkdruppels in die atmosfeer en met die val van die reëndruppels deur die lug word klein hoeveelhede CO2 geabsorbeer en daarom is reën meestal effe suur. As groot hoeveelhede stikstof- en swaeloksiede in die lug teenwoordig is, sal dit ook oplos en ernstiger suurreën probleme tot gevolg hê.