Vanduo

Vanduo (H₂O)

Sisteminis (IUPAC) pavadinimas
Vanduo
Sinonimai
Vandenilio oksidas
Identifikacija
CAS numeris	7732-18-5
PubChem	962
ChemSpider	937
UNII	059QF0KO0R
RTECS numeris	ZC0110000
ChEBI	5377
InChI	1S/H2O/h1H2
Cheminė informacija
Cheminė formulė	H₂O
Molinė masė	18,01528(33) g/mol
SMILES	O
Rūgštingumas (pK_a)	~35–36
Bazingumas (pK_b)
Valentingumas
Fizinė informacija
Tankis	1000 kg/m³, skystis (4 °C), 917 kg/m³, ledas
Išvaizda	bespalvis (storame sluoksnyje – žydras) ir bekvapis skystis
Lydymosi t°	0 °C, 32 °F, (273,15 K)
Virimo t°	99,98 °C, 211,97 °F (373,13 K)
Lūžio rodiklis (n_D)	1,3330
Klampumas	0,001 Pa s esant 20 °C
Tirpumas H₂O
Šiluminis laidumas
log P
Garavimo slėgis
k_H
Kritinis santykinis drėgnumas
Farmakokinetinė informacija
Biotinkamumas
Metabolizmas
Pusamžis
Pavojus
MSDS
ES klasifikacija
NFPA 704	0 0 0
Žybsnio t°
Užsiliepsnojimo t°
R-frazės
S-frazės
LD₅₀
Struktūra
Kristalinė struktūra	Šešiakampė
Molekulinė forma
Dipolio momentas	1,85 D
Simetrijos grupė
Termochemija
Δ_fH^o₂₉₈
Giminingi junginiai
Giminingi jonai	Dvivandenilio selenidas, Sieros vandenilis, Vandenilio peroksidas
Giminingi junginiai	Acetonas, Ledas, Metanolis
Giminingos grupės

Vanduo – labiausiai paplitęs Žemėje junginys. Žemės vandeninis apvalkalas – hidrosfera – sudaro 71 % Žemės paviršiaus. 96,5% Žemės vandens telkiasi jūrose ir vandenynuose.^[1] Mažesni kiekiai vandens sutinkami gruntinio vandens (1,7%), Antarktidos ledynų ir ledo kepurių (1,7%), taip pat garų, debesų ir kritulių pavidalu (0,001%).^[2]^[3] Žemėje nuolatos vyksta vandens apytakos ciklo procesai — garavimas, transpiracija, kondensacija, krituliai ir paviršinio vandens nutekėjimas, dažniausiai į jūrą. Žinoma, kad, sulydant 1 km³ granito, galima gauti 26 mln. t vandens. Vanduo atliko ir atlieka lemiamą vaidmenį Žemės geologijos istorijoje, klimato ir orų formavime, medžiagų apykaitoje, gyvybės fiziologinėje ir biologinėje sferoje.

Vanduo vaidina svarbų vaidmenį pasaulio ekonomikoje. Apie 70% gėlo vandens žmonių suvartojama žemdirbystei.^[4] 6,5% baltymų žmonių mityboje gaunama žvejojant vandenynuose, jūrose, upėse ir ežeruose.^[5] Dauguma dideliais atstumais transportuojamų produktų (pvz., nafta, gamtinės dujos) transportuojami vandens transportu per jūras, upes, ežerus bei kanalus. Dideli kiekiai vandens, ledo ir vandens garų naudojami vėsinimui ir šildymui pramonėje ir namų ūkiuose.

Fizinės savybės

Vanduo – bespalvis (storame sluoksnyje – žydras) ir bekvapis skystis. Vanduo (divandenilio oksidas) turi 88,6 % deguonies ir 11,4 % vandenilio (pagal masę); tai atitinka H₂O. Iš visų skysčių jo šiluminė talpa didžiausia. Vandens tankis, skirtingai nuo kitų skysčių, šaldant didėja netolygiai, o +4 °C temperatūroje būna didžiausias ir, toliau šaldant, staiga sumažėja iki 0,917 g/cm³ (ledo tankis). Neįprastai aukšta ir savitoji lydymosi šiluma. Ji net 13,5 karto viršija švino savitąją lydymosi šilumą.

Vandens būsenos: skystoji (vandenynas), kietoji (ledas) ir garai (debesys).

Nepaprastas vandens savybes galima paaiškinti jo molekulės struktūros ypatumais. Vandens molekulė nėra linijinė – kampas tarp jungčių H – O – H lygus 104° 45′.^[6] Nors O – H jungtys yra kovalentinės, vandens molekulė yra polinė: vandenilio atomas turi tam tikrą teigiamą krūvį, o deguonis – neigiamą. Dėl to vienos H₂O molekulės deguonies atomas gali pritraukti kitos molekulės vandenilio atomą: taip atsiranda vandenilinė jungtis ir padidėja bendra jungties energija. Todėl vandens molekulės yra asocijuotos. Ledo kristaluose vandenilinės jungtys dar tvirtesnės. Dėl didelio H₂O molekulių poliškumo vanduo yra labai geras kitų polinių junginių tirpiklis.

Cheminės savybės

Vanduo yra ženkliai polinis tirpalas, kuris dažnai tirpdina chemines druskas.

Vandens molekulės dažnai susikristalizuoja su kitais junginiais.

Disociacija (jonizacija)

Vandens molekulė tuo pat metu elgiasi kaip rūgštis ir bazė:

2\ H_{2}O\ \to \ H_{3}O^{+}+OH^{-}

Disociacijos konstanta,

K_{w}={\big [}H_{3}O^{+}{\big ]}{\big [}OH^{-}{\big ]}=10^{-14}\ \ 25^{\circ }C

pK_{w}=-\log K_{w}=pH+pOH=14\ \ 25^{\circ }C

pH

Jeigu H₃O⁺ = OH^-, tada pH = pOH = pK_w / 2 ir tada pH = 14/2 = 7.0 @ 25 °C

Suformavimo reakcija iš cheminių elementų

Vandenilis (H₂) dega su deguonimi (O₂) suformuodamas vandenį:

2H_{2}+O_{2}\to 2H_{2}O

Ši reakcija yra egzoterminė.

Reakcija su metalais

71 % Žemės rutulio sudaro vanduo

Šarminiai metalai gan audringai reaguoja su vandeniu. Litis silpniausiai iš jų. Natris kiek audringiau. Kalis reaguodamas su vandeniu net užsidega. Cezio įdėjimas į vandenį gali baigtis sprogimu.

2Li+2H_{2}O\to 2LiOH+H_{2}

Šarminių žemių metalai reaguoja su vandeniu sunkiau.

Ca+2H_{2}O\to Ca(OH)_{2}+H_{2}

Dar mažiau aktyvūs metalai gali reaguoti tik su karštais vandens garais.
Tokie chemiškai neaktyvūs metalai kaip auksas su vandeniu praktiškai nereaguoja.

Reakcija su metalų oksidais

Reaguoja su metalų kurie turi tirpius hidroksidinius amfoterinius junginius.

Žinomiausia iš tokių reakcijų negesintų kalkių „gesinimas“:

CaO+H_{2}O\to Ca(OH)_{2}

Reakcijos su nemetalais

Chloras reaguoja su vandeniu:

Cl_{2}+H_{2}O\to HOCl+HCl

Reakcija su nemetalų oksidais

Reaguoja su nemetalų oksidais kurie yra rūgščių anhidridai.

Žinomiausia iš tokių reakcijų tai sieros rūgšties gavimas:

SO_{3}+H_{2}O\to H_{2}SO_{4}

Kitos reakcijos

Vanduo dalyvauja ir daugybėje kitų reakcijų.

esterių hidrolizė verdant juos NaOH vandeniniame tirpale:

CH_{3}COOCH_{3}+H_{2}O\to CH_{3}COOH+CH_{3}OH

Šaltiniai

↑ „How Much Water is There on Earth?“. Water Science School. United States Geological Survey, JAV vidaus reikalų departamentas. 2019-11-13. Nuoroda tikrinta 2022-06-08.
↑ Gleick, P.H., red. (1993). Water in Crisis: A Guide to the World's Freshwater Resources. Oxford University Press. p. 13, Table 2.1 "Water reserves on the earth". Suarchyvuotas originalas 2013-04-08.
↑ Water Vapor in the Climate System Archyvuota kopija 2007-03-20 iš Wayback Machine projekto., Special Report, [AGU], 1995 m. gruodis. Vital Water Archyvuota kopija 2008-02-20 iš Wayback Machine projekto. Jungtinių Tautų Aplinkos apsaugos programa.
↑ Baroni, L.; Cenci, L.; Tettamanti, M.; Berati, M. (2007). „Evaluating the environmental impact of various dietary patterns combined with different food production systems“. European Journal of Clinical Nutrition. 61 (2): 279–286. doi:10.1038/sj.ejcn.1602522. ISSN 0954-3007. PMID 17035955.
↑ Troell, Max; Naylor, Rosamond L.; Metian, Marc; Beveridge, Malcolm; Tyedmers, Peter H.; Folke, Carl; Arrow, Kenneth J.; Barrett, Scott; Crépin, Anne-Sophie; Ehrlich, Paul R.; Gren, Åsa (2014-09-16). „Does aquaculture add resilience to the global food system?“. Proceedings of the National Academy of Sciences (anglų). 111 (37): 13257–13263. Bibcode:2014PNAS..11113257T. doi:10.1073/pnas.1404067111. ISSN 0027-8424. PMC 4169979. PMID 25136111.
↑ „10.2: Hybrid Orbitals in Water“. Chemistry LibreTexts (anglų). 2020-03-18. Nuoroda tikrinta 2021-04-11.

Taip pat skaitykite

Nuorodos

63 anomalios vandens savybės
Vanduo: mokomoji medžiaga Archyvuota kopija 2007-11-24 iš Wayback Machine projekto.

Vikižodynas

[WSS-1] „How Much Water is There on Earth?“. Water Science School. United States Geological Survey, JAV vidaus reikalų departamentas. 2019-11-13. Nuoroda tikrinta 2022-06-08.

[b1-2] Gleick, P.H., red. (1993). Water in Crisis: A Guide to the World's Freshwater Resources. Oxford University Press. p. 13, Table 2.1 "Water reserves on the earth". Suarchyvuotas originalas 2013-04-08.

[3] Water Vapor in the Climate System Archyvuota kopija 2007-03-20 iš Wayback Machine projekto., Special Report, [AGU], 1995 m. gruodis. Vital Water Archyvuota kopija 2008-02-20 iš Wayback Machine projekto. Jungtinių Tautų Aplinkos apsaugos programa.

[Baroni2007-4] Baroni, L.; Cenci, L.; Tettamanti, M.; Berati, M. (2007). „Evaluating the environmental impact of various dietary patterns combined with different food production systems“. European Journal of Clinical Nutrition. 61 (2): 279–286. doi:10.1038/sj.ejcn.1602522. ISSN 0954-3007. PMID 17035955.

[5] Troell, Max; Naylor, Rosamond L.; Metian, Marc; Beveridge, Malcolm; Tyedmers, Peter H.; Folke, Carl; Arrow, Kenneth J.; Barrett, Scott; Crépin, Anne-Sophie; Ehrlich, Paul R.; Gren, Åsa (2014-09-16). „Does aquaculture add resilience to the global food system?“. Proceedings of the National Academy of Sciences (anglų). 111 (37): 13257–13263. Bibcode:2014PNAS..11113257T. doi:10.1073/pnas.1404067111. ISSN 0027-8424. PMC 4169979. PMID 25136111.

[6] „10.2: Hybrid Orbitals in Water“. Chemistry LibreTexts (anglų). 2020-03-18. Nuoroda tikrinta 2021-04-11.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]