VEDEN OMINAISUUDET
Nestemäinen vesi (divetyoksidi, H2O) mielletään usein läpinäkyväksi, hajuttomaksi ja kaikkialla läsnä olevaksi. Juuri tämän vuoksi emme kiinnitä huomiota veden erityisominaisuuksiin. Vesi on yksinkertaisin yhdiste kahdesta maailmankaikkeuden yleisimmästä alkuaineesta, vedystä ja hapesta. Vesi on mitä mielenkiintoisin aine. Ihmisissä on kaksi kolmasosaa vettä ja ilman sitä kuolisimme muutamassa päivässä. Elämää ei voi kehittyä ilman vettä ja siksi viimeaikoina onkin paljon puhuttu löytyykö muilta planeetoilta vettä (mm. Mars).
Vesi on yleisin kemiallinen yhdiste Maapallolla. Se peittää noin 70 % Maapallon pinnasta. Kaikesta vedestä vain 2 % on makeaa. Tämä makea vesi on pääasiassa joissa, järvissä, jäätiköissä sekä pohjavetenä.
Vesi (H2O) pienenä molekyylinä koostuu kahdesta kevyestä vetyatomista ja yhdestä 16-kertaisesta happiatomista. Jokaisella vetyatomilla on positiivisesti varautunut protoni keskellä eli ydin. Tätä ympäröi ”pilvi”, jossa oleilee yksi negatiivisesti varautunut elektroni. Hapella on kahdeksasta protonista koostuva ydin ja kahdeksan elektronin muodostama ”pilvi”. Näistä hapen elektroneista kaksi sitoutuu vetyjen elektronien kanssa ja muodostuisi lineaarinen H – O – H . Näin ei kuitenkaan tapahdu, sillä hapella on vielä neljä vapaata elektronia elektronipilvessä. Sitoutuminen vetyjen kanssa aiheuttaa vesimolekyylissä pienen varausjakauman. ”Vetypäät” saavat positiivisen varauksen ja hapelle jää negatiivinen varaus. Tämä siksi, koska hapella on kaksi vapaata elektroniparia. Vesimolekyylistä tulee taittunut ja varauksellinen. Nämä taittuneet vesimolekyylit voivat sitoutua toisiinsa vetysidoksen avulla.
Veden vetysidos on hiekko, noin kahdeskymmenesosa O-H kovalenttisidoksen vahvuudesta. Kuitenkin vesimolekyylien välinen vetysidos on niin vahva, että sen avulla selitetään mm. veden poikkeuksellisen korkea kiehumispiste sen pieneen molekyylikokoon verrattuna. Vesimolekyylit pyrkivät muodostamaan "ketjuja", joissa vesimolekyylit ovat liittyneet toisiinsa vetysidosten avulla.
Vetysidos aiheuttaa myös sen, että vesi ”kiipeää” esim. lasin reunoja pitkin ylös. Tämä johtuu siitä, että veden ja lasin välinen adheesio on suurempi kuin vesimolekyylien välinen koheesio.
Vesipisaran pyöreä muoto aiheutuu veden suuresta pintajännityksestä, jonka pohjimmaisena syynä ovat vesimolekyylien väliset vetovoimat. Vesimolekyylit vetävät toisiaan puoleensa niin, että syntyy kestävä ”kalvo”, joka kannattaa mm. kevyitä esineitä ja hyönteisiä.
Vesi esiintyy luonnossa kaikissa kolmessa olomuodossa (kiinteä, neste, kaasu). Harvoja muita aineita tavataan luonnossa useammassa kuin kahdessa olomuodossa. Vedellä on myös suuri lämmönvarauskyky. Tämän vuoksi veteen on varastoitunut paljon lämpöenergiaa, jonka se luovuttaa ympäristöönsä hitaasti esim. GOLF -virta. Tämän vuoksi talvi Suomessa on paljon leudompi kuin vastaavalla leveysasteella Siperiassa.
Hyvin pieni osa maapallon vedestä on kaasumaisessa muodossa eli höyrynä. Ilmakehässä olevalla vesihöyryllä on kuitenkin tärkeä osa esim. sään muodostumisessa. Vettä haihtuu jatkuvasti ilmaan meristä, järvistä, joista ja kasvien lehdistä. Kun ilma on kyllästynyttä, eikä se voi sisältää enempää kosteutta, alkaa kosteus tiivistyä ilmaan pilvinä tai pinnoille kasteena. Pilvet satavat lopulta maahan vetenä tai lumena.
Veden kovuus aiheutuu siihen liuenneista magnesium- ja kalsiumyhdisteistä. Sadevesi on melko puhdasta, mutta siihenkin on liuenneena ilmakehän kaasuja kuten hiilidioksidia (CO2) ja ilman saasteita.
Liuotuskykynsä vuoksi vesi on tärkeä aine elämälle. Siksi vesi ei juuri koskaan esiinny luonnossa täysi puhtaana, vaan siihen on aina liuennut muita aineita. Liuotuskyky on seurausta veden polaarisuudesta. Kaikki eliöt käyttävät vesiliuosta toimintaympäristönään. Tämän takia vesien saastuminen on erittäin haitallista. Jo pienikin kemikaalien määrän lisäys vedessä esim. torjunta - aineet, tekee vedestä käyttökelvotonta.
Sähkönjohtokyky kuvaa veteen liuenneiden erilaisten suolojen määrää. Näitä suoloja ovat mm. merissä oleva natriumkloridi eli ruokasuola(NaCl). Vesi johtaa paremmin sähköä, kun siinä olevien suolojen määrä kasvaa.
Kemiallisten termien määritelmiä
Videoita kokeellisista demonstraatioista:
Veden pintajännitys-demonstraatiot:
Pintajännityskalvon rikkoutuminen
Veden pintajännityksen toteaminen laimealla saippualiuoksella
Veden kovuus-demonstraatiot:
Veden kovuuden määritys titraamalla
Veden sähkönjohtokyvyn-demonstraatiot:
Elektrolyysilaitteiston rakentaminen
Veden tiheyden-demonstraatiot: